Prosessi- ja materiaalitekniikan osasto Puunjalostustekniikan laitos
Harry Lindholm
PD4TAKÄSITELLYN SANOMALEHTIPAPERIN COLDSET-OFFSET- PAINETTAVUUDEN KEHITTÄMINEN
TEKt\!!LLlNhN KORKEAKOULU Puunjalostustekniikan laitos Kirjasto
Diplomityö, joka on jätetty opinnäytteenä tarkastettavaksi diplomi-insinöörin tutkintoa varten Kaipolassa lokakuun 15. päivänä 1991.
Työn valvoja: Professori Hannu Paulapuro
Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Heikki Pakarinen
Tämä diplomityö on tehty Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Kaipolan tehtaalla Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n Keskushallinnon TKS-osaston toimeksiannosta.
Työn valvojana on toiminut professori Hannu Paulapuro. Kiitän häntä saamastani opastuksesta.
Yhtyneet Paperitehtaat Oy:n puolesta työtä on ohjannut DI Heikki Pakarinen. Kiitän häntä saamastani asiantuntevasta ohjauksesta.
Erityiskiitoksen haluan osoittaa teknikko Mauno Huoviselle, joka vaivojaan säästämättä auttoi minua koeajojen järjestelyissä ja läpiviennissä. Kiitän myös DI Markku Taavitsaista ja DI Seppo Virtasta arvokkaista mielipiteistä ja asiantuntemuksesta työn aikana.
Kiitos myös käyttööni annetuista resursseista ja laitteistoista.
Haluan kiittää myös kaikkia niitä UPM Kaipolan paperilaboratorion työnjohtajia, työntekijöitä ja kesäharjoittelijoita, jotka ovat auttaneet minua ja myötävaikuttaneet työni valmistumiseen.
Lisäksi kiitän Coating Technology Centerin työntekijöitä ja varsinkin Vaito Laajaa, jonka myötävaikutuksella päällystyskoeajo saatiin nopeasti ja tehokkaasti suoritettua. Kiitän myös DI Ilkka Nykästä miehistöineen Valmet Paperikoneet Oy: n Rautpohjan tutkimuslaitoksessa.
Kaipolassa 15. 10. 1991
Tekijä: Harry Lindholm
Työn nimi: Pintakäsitellyn sanomalehtipaperin
coldset-offset-painettavuuden kehittäminen
Päivämäärä: 15.10.1991 Sivumäärä: 46
Osasto: Prosessi- ja materiaalitekniikan osasto Professuuri: Puu-21 Laitos: Puunjalostustekniikan laitos
Työn valvoja: Professori Hannu Paulapuro
Työn ohjaaja: Diplomi-insinööri Heikki Pakarinen
Diplomityön tavoitteena oli selvittää pintakäsitellyn coldset offset (CSO)-menetelmällä painettavan sanomalehtipaperin vaatimukset ja niiden saavuttaminen pasta- ja kalanterointimuuttujien avulla. Työ kuuluu osana suurempaan tutkimusprojektiin, jonka tavoitteena oli kehittää paperilaatu, jota voidaan painaa neliväri setiä samoilla painoväreillä kuin muu sanomalehtituotanto.
Työn kirjallisuusosassa käsitellään pintakäsitellyn CSO-paperin toiminnallisia vaatimuksia ja niiden paperin rakenteelle ja ominaisuuksille asettamia vaatimuksia. Työn kokeellisessa osassa tarkastellaan pasta- ja kalanterointimuuttujien vaikutusta paperin rakenteeseen ja ominaisuuksiin.
Cold-set-web-offset-menetelmällä (CSWO) painettaessa paperin pintalujuuden tulee olla riittävä, jotta painonipissä halkeava painoväri filmi ei halkaise painettavan paperin pintaa.
Toinen CSWO-painopaperiita vaadittava ominaisuus on riittävä pinnan huokoisuus, joka takaa tarpeeksi nopean painovärin absorption ja asettumisen painettavan rainan pintaan ennen seuraavaa painoyksikköä. Painettavan pinnan tulee olla riittävän huokoinen, mutta silti tasainen, jotta painojälki olisi terävä. Optimoitaessa päällystemäärää myös pohjapaperin sileydellä on merkitystä.
Kaoliini on tavallisimmin käytetty päällystyspigmentti. Sillä on painettavuutta ja sileyttä antavia ominaisuuksia. Haitallisena tekijänä on joskus liiallinen sileys, joka ilmenee coldset- painatuksessa painovärin jäädessä aivan painettavan rainan pintaan ja irroten siitä edelleen toiseen pintaan. Tätä ilmiötä kutsutaan set-offiksi.
Toinen potentiaalinen päällystyspigmentti on kalsium karbonaatti, jolla voidaan saavuttaa coldset-painatukselle sopiva huokoisuus. Kalsiumkarbonaatin käyttö päällystyspigmenttinä edellyttää kuitenkin paperin valmistusta neutraaliolosuhteissa. Kalsiumkarbonaatti alkaa kuohua happamissa olosuhteissa. Karbonaatti voidaan liettää kaoliinia korkeampaan kuiva- ainepitoisuuteen kuin kaoliini, jolloin myös päällystyspastan kuiva-ainepitoisuutta voidaan nostaa. Kokeellisessa työssä käytettiin kolmea kaoliinia (ECC) ja kahta kalsiumkarbonaattia (OMYA). Pilot-mittakaavainen päällystyskoe tehtiin filmipuristimella telapäällystyksenä.
Kaikki kokeellisen työn koepisteet täyttivät annetut reunaehdot, jolloin ainoaksi kriteeriksi päällystyspastojen hyvyyttä arviloitaessa jäi pastan set-off-herkkyys. Parhaaksi päällystyspastaksi osoittautui puhdas karbonaattipasta, jolla oli selvästi vähiten taipumusta set-off-ilmiöön.
Jatkotutkimuksissa käytettiin puhdasta karbonaattipastaa. Päällystetty koerulla painetiin Keskuslaboratoriossa coldset-painatuksena. CSO-paperi, jonka tutkittavan puolen päällystcmäärä oli 7 g/m3, osoittautui kaupallisiin näytteisiin verrattuna kilpailukykyiseksi.
1. JOHDANTO... 1
2. PAPERIN TUOTEANALYYSI JA PROSESSIANALYYSI...2
2.1. Yleistä...2
2.2. Tuoteanalyysin määritelmä...2
2.3. CSO-paperin tuoteanalyysi...2
2.4. CSO-paperin prosessianalyysi...3
3. PAPERIN ON-LINE-KALANTEROINTI... 5
3.1. Kalanteroinnin vaikutus paperin ominaisuuksiin...5
3.2. Pehmokalanterointi verrattuna konekalanterointiin...5
3.3. Pehmokalanteroinnin muuttujat...7
3.3.1. Muuttujien keskinäisiä vaikutuksia...7
3.3.2. Kosteuden vaikutus kalanteroinnissa... 9
3.3.3. Lämpötilan ja puristuspaineen vaikutus kalanteroinnissa... 10
3.4. MFC-paperin pehmokalanterointi... 10
3.5. Pehmokalanteri verrattuna muihin kalantereihin... 11
4. PASTAMUUTTUJIEN VAIKUTUS PAINETTAVUUSOMINAISUUKSIIN... 12
4.1. CSO-paperin pinta... 12
4.2. Kaoliinin käyttö päällystyspastassa...12
4.3. Kalsiumkarbonaatin käyttö päällystyspastassa... 14
5. ERILAISET PÄÄLLYSTYSLAITEVAIHTOEHDOT... 16
5.1. Yleistä filmipuristinpäällystyksestä... 16
5.2. Esiannostelulla varustetut liimapuristimet... 16
6. PAPERIN PAINETTAVUUSOMINAISUUKSIEN MITTAAMINEN... 19
6.1. Painettavan pinnan yleisiä ominaisuuksia... 19
6.2 Paperin pinnan karheuden mittaaminen... 19
6.3. IGT-laitteella mitattavat ominaisuudet, set-off ja rub-off... 20
KOKEELLINEN OSA... 22
7. KOKEELLISEN OSAN TAUSTA JA TAVOITTEET... 22
7.1. Tausta... 22
7.2. Alkuperäiset ominaisuusvaatimukset...22
7.3. Raaka-aineiden valintakriteerit...22
7.3.1 Pohj apaperi...22
7.3.2. Päällystyspigmentit... 23
7.4. Tarkasteltavat muuttujat... 23
7.5. Mitattavat suureet... 23
7.6. Taustatutkimukset... 24
8. PÄÄLLYSTYSKOEAJO... 25
8.1. Koesuunnitelma... 25
8.2. Pilot-koeajo... 25
8.2.1. Päällystysseosten valmistus... 25
8.2.2. Päällystysseosanalyysit... 25
8.2.3. Koneolosuhteet koeajon aikana...26
9. LABORATORIOTESTAUKSET...27
9.1.Koepisteiden numerointi...27
9.3. PPS 10 ja värintarve... 28
9.4. Optiset ominaisuudet... 29
9.5. Kiilto, painojäljen kiiltoja densiteetti... 29
9.6. Kitkamittaukset...30
10. IGT SET-OFF PAINATUKSET... 32
10.1. Menetelmäkuvaus...32
10.2. Mittaustulosten arviointi... 33
10.2.1. Arviointikriteerit... 33
10.2.2. Tulosten vertailu... 33
10.3. Yhteenveto IGT set-off-määrityksistä...36
11. JATKOTUTKIMUKSET... 37
11.1 .Karbonaattipastan viskositeettikoe... 37
11.2. Pilot-koeajo... 37
11.3. Koepainatus... 38
11.3.1. Yleistä koepainatuksesta... 38
11.3.2. Painatusolosuhteet...38
11.4. Koepainatustulokset...40
12. YHTEENVETO... 42
KIRJALLISUUTTA 45
Diplomityön tavoitteena oli selvittää pintakäsitellyn coldset offset (CSO)- menetelmällä painettavan sanomalehtipaperin vaatimukset ja niiden saavuttaminen pasta- ja kalanterointimuuttujien avulla ottaen huomioon muut kyseisen paperin valmistuksen reunaehdot. Työ kuuluu osana suurempaan tutkimusprojektiin, jonka tavoitteena oli kehittää paperilaatu, jota voidaan painaa samoilla painoväreillä kuin muu sanomalehtituotanto. Paperia tullaan käyttämään erilaisten mainossivujen ja sisäsivujen eli in serttien painamiseen, ja tulee täten olla coldset-menetelmällä neliväripainettavaa. CSO-paperi muistuttaa alhaisen kiiltotasonsa vuoksi MFC- paperia (Machine Finished Coated) ja kilpailee samoista markkinoista kuin ns.
HiFi-sanomalehtipaperi, MFC- ja L WC-paperi (Light Weight Coated). Työssä käsitellään pintakäsitellyn CSO-paperin toiminnallisia vaatimuksia ja niiden paperin rakenteelle ja ominaisuuksille asettamia vaatimuksia. Työssä tarkastellaan pasta- ja kalanterointimuuttujien vaikutusta paperin rakenteeseen ja ominaisuuksiin. Työssä sivutaan myös lopputuotteen kannalta merkityksellisten pastamuuttujien kustannusvaikutuksia. Puhuttaessa CSO-paperista, tarkoitetaan tässä yhteydessä filmipuristimella telapäällystettyä, coldset-menetelmällä painettavaa offsetsanomalehtipaperia.
2. PAPERIN TUOTEANALYYSI JA PROSESSIANALYYSI
2.1. Yleistä
Tutkittavan paperilajin tuoteanalyysissä analysoidaan lopullisen tuotteen käyttömuodot sekä prosessi, jolla ko. paperilaji jalostetaan lopulliseksi tuotteeksi.
Näiden analyysien perusteella pyritään selvittämän tuotteen toiminnallisen laadun kannalta tärkeät ominaisuudet. Näiden ominaisuuksien perusteella pyritään edelleen löytämään ne mitattavissa olevat tuotteen tilasuureet, jotka parhaiten kuvaavat tai ennustavat tuotteen toiminnallista laatua /1/.
2.2. Tuoteanalyysin määritelmä
Verrattaessa erilaisten prosessin ajotapojen tai raaka-aineiden vaikutuksia arvioidaan vertailtavien tekijöiden hyvyyttä sekä niiden avulla saavutettavan lopputuotteen laadun että paperikoneen ajettavuuden ja kustannusten perusteella.
Näin ollen on vertailussa löydettävä lopputuotteen laadulle ja koneiden ajettavuudelle kvantitatiiviset mittarit. Tuoteanalyysin tehtävänä on selvittää ne tuotteen mitattavissa olevat ominaisuudet, jotka ovat tärkeitä kuvattaessa tuotteen käyttökelpoisuutta. Nämä ominaisuudet ovat tuotteen tilasuureita /2/.
2.3. CSO-paperin tuoteanalyysi
Sanomalehtipaperi painetaan Suomessa yleensä coldset-rullaoffsetmenetelmällä (CSWO), jossa painettua paperirataa ei kuivata erikseen lämpökuivaimilla. Tämä edellyttää painovärin nopeaa asettumista painopinnalle, jotta paperi rainas ta irtoava märkä väri ei tahraisi painokonetta ja edelleen ei painettavaksi tarkoitettuja pintoja.
CSO-paperi tulee painettavuusominaisuuksiltaan sijoittumaan ns. HiFi- sanomalehtipaperin ja MFC-paperin väliin, jolloin siihen on voitava painaa CSO- menetelmällä riittävän korkealaatuisia nelivärikuvia. Erityisen tärkeinä offsetpaperin ominaisuuksina pidetään hyvää pintaluj uutta, vähäistä pintakarhentumaa ja hyvää informaation kantokykyä. Pintakasitellylle sanomalehdelle, jota tavallisen sanomalehtipaperin tavoin voidaan pitää bulkkituotteena, on tärkeää myös riittävän vaaleustason saavuttaminen mahdollisimman edullisin raaka-ainekustannuksin lopputuotteen painettavuusominaisuuksien kärsimättä. CSO-painomenetelmän asettamat
vaatimukset painopaperille ovat mahdollisimman suuri tummuus- ja kiiltokontrasti korkealla vaaleustasolla sekä mahdollisimman vähäinen tahraamattomuus (alhainen set-off ja rub-off nelivärisessä tuotantoprosessissa).
CSWO-painettavaa paperia kehitettäessä optimoidaan usein pintaluj uuden, painovärin asettumisen, opasiteetin, painetun densiteetin ja kiillon, vaaleuden sekä pintakarhentuman kesken reunaehtoina neliömassa sekä raaka-aine- ja tuotantokustannukset.
TUOTTEEN TOIMINNALLINEN KÄYTTÄYTYMINEN JATKO
JALOSTUKSESSA JA LOPULLISESSA KÄYTÖSSÄ
TUOTTEEN MITATTAVISSA OLEVAT TILASUUREET
HYVÄ AJETTAVUUS PAINOKONEELLA „
PROFIILIT (kosteus, neliCmassaja paksuus) _—« REPÄISY- JA VETOLUJUUS
VÄHÄINEN KATKOMÄÄRÅ —--- e MEKAANISET VIAT (PAPERI JA RULLA) VÄHÄINEN KUMI KANKAAN LIIMAUTUMINEN e---—• OFFSETNUKKAUTUVUUS JA PÖLYÄVYYS VÄHÄINEN RAKKULANUKKAUTUMINEN ■ --- e RAKKULANUKKAUTUVUUS
VÄHÄINEN KUIDUN KARHENEMINEN --- e PALSTAUTUM1SLUJUUS HYVÄT TAITTO-OMINAISUUDET
HYVÄ KOHDISTUS
HUOKOISUUS PAPERIN KOSTEUS TIKKULUKU JÄYKKYYS чЛ> TIHEYS
HYVÄ PAINETTAVUUS / /
KORKEA PAINETTU KIILTO ;;
KORKEA DENSITEETTl ~
/>e VENYMÄ
PAINAMATON KIILTO MUSTEABSORPTION TASO
PAINOJÄLJEN HYVÄ TASAISUUS OPASITEETTI
VÄHÄINEN LÄPIPAINATUS VAALEUS
TERÄVÄ RASTERI PISTE VÄRIARVOT
HYVÄ KONTRASTI MUSTEABSORPTION TASAISUUS
^4 SILEYS
Kuva 1. LWC-offsetpaperin tuoteanalyysi. CSO-paperilla vaatimukset ovat samat, mutta rakkulanukkautumista esiintyy vain heatset-offsetpainatuksessa /3/.
2.4. CSO-paperin prosessianalyysi
CSO-paperi luokitellaan bulkki tuoheksi, jolloin se on voitava valmistaa mahdollisimman edullisin raaka-aine- ja tuotantokustannuksin lopputuotteen painettavuusominaisuuksista tinkimättä. Tavoitteena on valmistaa puhtaasta kuumahierteestä pohjapaperia, jonka neliömassa on välillä 35 - 50 g/m2.
Ajonopeustavoitteeksi on asetettu yli 1200 m/min. Pohjapaperi oletetaan valmistettavan neutraali pH-alueella, jolloin myös kalsiumkarbonaatin (CaC03) käyttö päällystyspastan pigmenttinä on mahdollista. Pohjapaperi päällystetään pigmenttipastalla, jolloin lopputuotteen neliömassa on välillä 45 - 60 g/m2.
Pienestä päällystemäärästä johtuen pohjapaperin vaaleuden tulee olla luokkaa 68 - 72 % ISO, jolloin lopputuotteen vaaleudeksi saadaan 70- 75 % ISO /4/.
Aiemman kokemuksen mukaan telapäällystyksen appelsiinikuvio tulee häiritseväksi yli 7 g/m2/puoli päällystemäärillä. Jotta alle 7 g/m2 päällystemäärillä saavutettaisiin haluttuja tuloksia, tulee pohjapaperin formaation olla hyvä ja pinnan sileä. Pinnan sileyteen voidaan vaikuttaa esikalanteroinnilla, joka tässä tapauksessa suoritetaan paperikoneeseen sisäänrakennetulla pehmokalanterillä. Telapäällystetyn paperin painettavuusominaisuudet riippuvat perinteisesti päällystemäärästä, pigmenteistä, sideaineista ja kalanteroinnista niin kuin teräpäällystyksessäkin.
3. PAPERIN ON-LINE-KALANTEROINTI
3.1. Kalanteroinnin vaikutus paperin ominaisuuksiin
Kalanteroinnin tarkoituksena on tasoittaa paperin pintaa. Pinnan tasaisuudella on merkitystä lopputuotteen painettavuuden kannalta. Myös paperin päällystyksen yhteydessä tulee pohjapaperin pinnan olla riittävän tasainen, jotta päällystemäärän ja päällysteen tasaisuuden hallinta olisi mahdollista. Tällöin puhutaan esi- tai välikalanteroinnista. Esikalanterointi voidaan suorittaa joko konekalanterilla tai ns.
soft nip- eli pehmokalanterillä.
3.2. Pehmokalanterointi verrattuna konekalanterointiin
Kalanterointi voidaan määritellä paperirainan termomekaanisena muokkaamisena.
Pehmeällä ja kovalla kalanterinipillä ei ole tässä tapauksessa mitään periaatteellista eroa keskenään. Paperiraina puristetaan kahden telan avulla yhteen, jolloin nipissä vallitsevan paineen vaikutuksesta telan pinnan kuvio jäljentyy paperirainan pintaan /5/.
Konekalan terin kovien, joustamattomien telojen välissä paperi muotoutuu vakiopaksuuteen, jolloin rainan flokkisempien alueiden tiheys kasvaa voimakkaammin kuin paperin ohuempien alueiden tiheys. Tällöin syntyy paikallisia tiheysvaihteluita, joiden vaikutus näkyy mottling-ilmiönä sekä ääritapauksissa ns.
mustana kiiltona /5/.
Pehmokalanterin nipit koostuvat lämmitettävästä terästelasta sekä jonkin verran joustavasta vastatelasta. Yleisin laiterakenne varsinkin suurilla ja nopeakäyntisillä koneilla on konekalanteripositioon rakennettuna kaksi peräkkäistä kahden telan ladelmaa. Ladelman toinen tela on kiiltäväpintainen terästela ja toinen 10 - 12 mm paksulla polymeeripinnoitteella päällystetty tela. Telapinnoitteen kovuus valitaan sovellutuskohteen mukaan, ja se saattaa vaihdella välillä 75 - 93 SH°. Sanomalehti- ja painopapereille yleisiä ovat yli 90°:een kovuiset telat 161. Ajettaessa korkeilla nopeuksilla tulee vastatelan olla mahdollisimman kova, jotta kalanterointivaikutus saavutetaan lyhyessä ajassa nippitapahtuman aikana.
On havaittu, että pehmeämmällä telalla kalanteroidut paperit antavat merkittävästi huonommat rub-off-arvot ja hieman huonommat set-off-arvot kuin kovemmalla telalla kalanteroidut /7/.
SOFT CALENDER
NEWSPRINT
Kuva 2. Valmet SC 2000 peh ruokalan teri /91.
Kulkiessaan kalan terin nipin läpi paperin ohuempiin ja paksumpiin kohtiin kohdistuu kaikkialla lähes vakio paine, jolloin mottlingin osuus pienenee huomattavasti jopa korkeissa kosteuspitoisuuksissa. Tämä saadaan aikaan joustavalla vastatelalla, jonka vaikutuksesta paperiraina saavuttaa vakiotiheyden /5/. Pehmokalanteroidulla paperilla on paitsi parempi ulkonäkö, myös useimmiten parempi painettavuus. Pehmokalanterointi ei nimensä mukaisesti käsittele paperirainaa kovakouraisesti, jolloin kuituihin ja kuitusidoksiin kohdistuvat vauriot jäävät pieniksi ja paperirainan lujuusominaisuudet säilyvät. Myös venymä säilyy
kalanteroitaessa pehmokalanterilla /8/.
On havaittu, että yksinippisessä pehmokalanteroinnissa ei vetolujuus juuri laske, mutta kaksinippinen kalanterointi saa aikaan lujuuksien laskua /7/.
BEFORE CALENDERING
STEEL NIP
3
SOFT NIP
0
Q
XX) BÄ* ЦщЩВшЦЩШ
UNIFORM CALIPER BLACKENING MOTTLE LOSS OF STRENGTH
UNIFORM DENSmr NO BLACKENING NO MOTILE 8TENGTH PRESERVED
Kuva 3. Konekalanterin ja pehmokalanterin aiheuttamat muutokset rainan pintaan
/10/.
3.3. Pehmokalanteroinnin muuttujat
3.3.1. Muuttujien keskinäisiä vaikutuksia
Kalanteroitaessa 48,8 g/m2 sanomalehtipaperia, jonka kosteuspitoisuus oli 8 % ja kuitukoostumus kierrätyskuitua, kuumahierrettä ja hioketta, saatiin seuraavanlaisia tuloksia (Kuva 4.) Kalanteritelojen korkea lämpötila ja korkeampi puristuspaine johtavat korkeaan paperirainan tiheyteen, karheuden pienenemiseen ja kiillon paranemiseen.Toisaalta nostamalla kalanterinipin lämpötilaa, saavutetaan tietty karheustaso huomattavasti pienemmällä nippipaineella. Samaan karheustasoon kalanteroituja papereita verrattaessa havaittiin, että korkeammassa lämpötilassa kalanteroitujen papereiden kiilto on korkeampi /5/.
1.5 120
TEMPERATURE
Curves of equal properties 1 nip/side, speed 800 m/min
ml/min Bendtsen
Roughness Bulk
Gloss Gardner 75'
Kuva 4. Kalanterointilämpötilan ja nippipaineen vaikutus siistausmassasta ja mekaanisesta massasta koostuvaan 48,8 g/m2 sanomalehtipaperiin /5/.
Tutkittaessa kalanteroinnin vaikutusta sanomalehtipaperiin, jossa oli korkea täyteainepitoisuus, voitiin havaita seuraavaa (Kuva 5): Alhaisessa lämpötilassa ja korkeassa paineessa kalanteroidut paperit ovat suhteellisesti tiiviimpiä. Rainan
sileyden kasvaessa sen kiilto/bulkki-suhde on alhaisempi kuin korkeammassa lämpötilassa kalanteroitujen papereiden 151. Korkean täyteainepitoisuuden sisältävää sanomalehtipaperia voidaan hyvin verrata CSO-paperin pohjaan, koska jokaisen paperikoneen on voitava käyttää hyväkseen valmistamansa hylky. CSO- paperin ollessa kysymyksessä on hylky joissakin tapauksissa päällystettyä sisältäen samoja partikkeleita kuin täyteaineetkin.
^1 3
TEMPERATURE oC
Curves of equal properties - SCC 1 n i p/si de , speed 800 m/mi n --- Roughness PPS-1 OS ---Bulk
--- Gloss Gardner 75'
cm* 3/
Kuva 5. Kalanterointilämpötilan ja nippipaineen vaikutus täyteainepitoisen sanomalehtipaperin kalanteroituvuuteen /5/.
Kalanteroinnin vaikutus pienenee korkeilla nopeuksilla ts. lyhyellä viipymäajalla kalanterinipissä. Korkea rainan kosteus ja lämpötila pehmentävät kuituverkostoa ja helpottavat rainan kalanteroituvuutta. Tästä syystä kalanteroinnissa voidaan käyttää apuna höyrysuihkuja. Pehmokalanterit on usein rakennettu siten, että nipit ovat erillään. Kunkin nipin linjapainetta ja terästelan lämpötilaa voidaan säätää erikseen, ja siten voidaan esimerkiksi vähentää paperin toispuoleisuutta.
Sanomalehtipaperia voidaan pohjan ollessa hyvä kalanteroida pehmokalanterillä kosteustasolla 9 % ilman mottling-ilmiötä. Samaan Bendtsen-karheuteen kalanteroiduilla papereilla on keskenään sama tiheys, mutta pehmokalanteroidulla
paperilla on parempi painettavuus kuin konekalanteroidulla paperilla. Paremmasta painettavuudesta johtuen ei ole välttämätöntä kalanteroida pehmokalanterilla samaan sileystasoon kuin konekalanterilla.
CL BO ui 26
uj 22 ■■
V4 80
TEMPERATURE
di fferent Calendering parameters with
speed - SCC 1 nip/side --- Roughness Bendtsen --- --- Bulk
ml/mi n cm“3/g
Kuva 6. Kalanterointinopeuden vaikutus sanomalehtipaperin kalanteroituvuuteen 151.
Tästä syystä pehmokalanteroitu raina on bulkkisempi kuin konekalanteroitu raina.
Se on toivottava ominaisuus sanomalehtipaperille, jossa on mukana siistausmassaa 151. Pehmokalanterointi säilyttää paperirainan huikin, opasiteetin ja vaaleuden, sekä parantaa kiiltoa ja sileyttä luoden tasaisemman painopinnan /8/.
3.3.2. Kosteuden vaikutus kalanteroinnissa
Pehmokalanteroinnissa kuten konventionaalisessakin kalanteroinnissa korkea kosteustaso parantaa paperin kalanterointiominaisuuksia. Pehmokalanteroinnissa kosteutta voidaan kuitenkin nostaa ilman riskiä rainan mustumisesta.
Pehmokalanterilla voidaan pohjasta riippuen kalan teroida jopa 15 %:n kosteudessa parhaan kalanteroituvuuden saavuttamiseksi /10/.
3.3.3. Lämpötilan ja puristuspaineen vaikutus kalanteroinnissa
Lämpötilan nousun vaikutus kalanterointituloksen parantumiseen on tunnettu.
Paperirainaa voidaan lämmittää juuri ennen nippiä tai nipissä nostamalla kalanteritelojen lämpötilaa. Telojen lämmitys on perinteisesti järjestetty kierrättämällä teloissa kuumaa vettä. Tällä menetelmällä ei kuitenkaan ole saavutettu riittävän korkeita lämpötiloja kalanteriteloissa.
Uudempaa kehitystä telojen lämmittämisessä edustaa öljy- tai sähkölämmitys.
Näillä menetelmillä saavutetaan 120°C:n lämpötila, jolla on jo merkitystä kalanterointiominaisuuksiin. Paperirainan lämmitykseen ja kosteuden nostamiseen on käytetty myös höyry suihkuja ja höyrylaatikoita. Kalanterointikokeissa on havaittu, että kiilto paranee jyrkästi korkeissa lämpötiloissa. Kokeissa käytetty korkein lämpötila oli 220°C, jossa pienikin viivakuormituksen nosto lisäsi kiiltoa huomattavasti. Näin korkeisiin lämpötiloihin päästään toistaiseksi vain lämmittämällä teloja lämpövastuksilla /5,8/.
Valmetin SC 2000-pehmokalanterilla on lämpötilassa 250°C saavutettu sileyksiä 100 - 130 ml/min Bendtsen. Kalan terin nippipaine riippuu paperin raaka-aineista.
Kalanteroitaessa puhtaasti kuumahierrepohjaista paksua sanomalehtipaperia (CSO- pohjapaperia) joudutaan käyttämään korkeita nippipaineita aina 350 kN/m saakka 191.
Pukkila on havainnut tutkimuksissaan 111, että painettavan paperin värintarve vähenee kokillitelan lämpötilan noustessa ja höyrytystä käyttämällä.
3.4. MFC-paperin pehmokalanterointi
MFC-paperia on valmistettu nopeudella 1000 m/min. Koneessa oli lyhytviipymäpäällystys ja kaksinippinen pehmokalanteri. Pintakäsitellyn CSO- paperin konsepti on pitkälti saman kaltainen tuotteen loppukäytön, laadun ja valmistusmenetelmän kannalta. MFC-paperilla on pyritty korvaamaan superkalanteroitu LWC-paperi aikakauslehtien mainosliitteissä. Tässä on onnistuttu hyvin, koska asiakas voi käyttää neliömassaltaan 10% kevyempää paperia, jolla on kuitenkin riittävä jäykkyys sekä hyvät painettavuusominaisuudet.
Pehmokalanteroinnilla saadaan paperirainaan jäämään riittävä jäykkyys, joka superkalanteroitaessa menetetään. Pehmokalanteroidun paperin pinta ei luonnollisestikaan ole yhtä kiiltävä kuin superkalanteroidun paperin pinta, mutta mattakiiltoisenakin MFC-paperi antaa hyvän painetun kiillon. MFC-paperia
valmistetaan neliömassa-alueella 44 - 74 g/m2. Paperille kerrotaan saavutetun sileys 30 - 40 ml/min Bendtsen kalanterointipaineella 120 - 160 kN/m ja lämpötilalla 80 - 120°C /8/.
3.5. Pehmokalanteri verrattuna muihin kalantereihin
Superkalanterointi ja pehmokalanterointi ovat molemmat kalanterointimenetelminä pehmeänippisiä. Pehmokalanterissa on tyypillisesti 1 - 4 erillisesti kuormitettavaa nippiä, kun taas superkalanteri koostuu 8-11 nipistä, jotka kuormitetaan kaikki yhdessä. Pehmokalanterin vähäisempi nippimäärä on kompensoitava korkeammalla kalanterointilämpötilalla /11/.
Laboratorio- ja tehdaskoeajot ovat osoittaneet, etteivät peh mokalan teroinnil la saavutettavat edut superkalanterointiin verrattuna ole nähtävissä ainoastaan parantuneina painettavuusominaisuuksina. Myös tuottavuuden on haavaittu nousseen huomattavasti. On luonnollista, että paperikonelinjaan sisäänrakennetuilla järjestelyillä saavutetaan monestakin syystä parempi tuottavuus kuin erillisillä laitteistoilla. Tehtaan sisäisissä kuljetuskustannuksissa voidaan säästää, kun suuria konerullia ei tarvitse liikutella erillisille välirullaimille ja superkalantereille. Myös henkilöstökuluissa voidaan säästää, koska paperikonelinjaan sisäänrakennettuna kalanteri ei sido niin paljon käyttöhenkilökuntaa kuin erilliset laitteistot.
Pehmokalanterissa käytettävät telamateriaalit ovat pitkäikäisempiä kuin superkalantereiden telamateriaalit, eivätkä siten vaadi yhtä tiheää telojen kierrättämistä.
Peh mokalan teria voidaan käyttää muuhunkin, kuin ainoastaan korvaamaan superkalanteri. Pehmokalanteria voidaan käyttää paperikoneessa sekä esikalanterina että konekalanterin tilalla ennen rullainta. Käytettäessä peh mokalan teria esikalanterina, sillä pyritään tasoittamaan paperirainan tiheysvaihteluita ja absorptio-ominaisuuksia ja siten varmistamaan päällystekerroksen tasaisuus.
Pehmokalanterin etuja kovanippiseen konekalanteriin nähden ovat /11/:
peh mokalan teroitu paperi voidaan jättää karheammaksi painatusominaisuuksien kärsimättä
parempi painojälki samalla sileystasolla
kaikki lujuusominaisuudet ovat parempia jopa alemmalla karheustasolla ja korkeammalla painettavuustasolla
korkeassakaan kosteudessa ei suurta mustumisen vaaraa pehmokalanterointi sopii myös uusiomassapaperille
4.PASTAMUUTTUJIEN VAIKUTUS PAINETTAVUUSOMINAISUUKSIIIM
4.1. CSO-paperin pinta
Cold-set-web-offset-menetelmällä painettaessa paperin pintalujuuden täytyy olla riittävä, jotta painonipissä halkeava painovärifilmi ei halkaise painettavan paperin pintaa irrottaen siitä mukaansa paloja. Riittävä pintaluj uus saadaan yleensä aikaan sideaineilla, joiden osuus päällystyspastassa on 10 - 15 osaa pigmentin määrään nähden. Sideaineen lisäys heikentää yleensä paperin kiiltoa, jolla tosin CSO- paperissa ei ole ratkaisevaa merkitystä. Sideaineen lisäys poistaa päällysteestä valoa sirottavia ilmarajapintoja. Samalla pienenevät huokosten koko ja niiden tilavuusosuus /12/. CSO-paperin sideaineina käytetään lateksia ja tärkkelystä, jotka molemmat hintansa puolesta soveltuvat bulkkituotteen komponenteiksi.
Toinen CSWO-painopaperilta vaadittava ominaisuus on riittävä pinnan huokoisuus, joka takaa tarpeeksi nopean painovärin absorption ja asettumisen rainan pintaan ennen seuraavaa painoyksikköä. Pinnan tulee olla riittävän huokoinen, mutta silti tasainen, jotta painojälki olisi terävä. Optimoitaessa päällystemäärää myös pohjapaperin sileydellä on merkitystä. Tavoitteena on saada riittävän ohut, mutta tasainen päällystemäärä kaikkialle paperirainaan. Millään päällystemäärällä tai -pastalla ei saada huonosta pohjasta hyvää lopputulosta /13/.
4.2. Kaoliinin käyttö päällystyspastassa
Kaoliini on tavallisimmin käytetty päällystyspigmentti. Sillä on painettavuutta ja sileyttä antavia ominaisuuksia. Kaoliinipartikkeleiden muodosta johtuen voidaan kaoliinilla päällystetty pinta kiillottaa helposti superkalanterilla. Haittatekijänä kaoliinia käytettäessä on usein liiallinen sileys levymäisten partikkeleiden pyrkiessä asettumaan paperi rainan pintaan siten, että pinnan huokoset tukkeutuvat liiaksi.
Tämä on haitallinen ominaisuus etenkin coldset-painettavuuden kannalta painovärin jäädessä aivan painettavan paperi rainan pintaan ja irrotessa siitä toiseen pintaan ennen kuin väri on ehtinyt asettua ja kuivua tarpeeksi. Tätä kutsutaan set-off- ilmiöksi.
Kaoliinipartikkeleiden levymäisyyttä voidaan kuvata niin sanotulla muototekijällä, jossa kaoliinipartikkelin 'halkaisija' jaetaan paksuudella. Kaoliinin muototekijä on tyypillisesti englantilaisilla kaoliineilla suuruusluokkaa 15 ja amerikkalaisilla kaoliineilla 10 - 12/14/.
muototekijä = —
Kuva 7. Kaoliinipartikkelin muoto tekijä /15/.
Toinen merkittävä suure kuvattaessa kaoliinin ominaisuutta on hiukkaskokojakauma. Päällystekaoliinin hiukkaskoko on keskimäärin 0,5 - 1,0 цт ja 70- 95 % alle 2 Mm /15/.
Kaoliinihiukkasten kokoa ja muotoa voidaan myös kuvata ominaispinta-alalla, joka päällystyskaoliineilla on yleensä 8-13 m2/g. Erittäin hienoilla kaoliineilla arvo voi kohota lähes 20 m2/g. Hiukkaskoon pienentyessä ominaispinta siis kasvaa. Tällöin optiset ominaisuudet yleensä paranevat, mutta mm. sideaineen tarve päällystyksessä kasvaa. Alle 2 /tm partikkelit nostavat viskositeettia /15/.
CSO-paperille ei kehitettäessä asetettu erityisiä kiiltovaatimuksia vaan pikemminkin hyvä coldset-painettavuus. Näin ollen on luonnollista että päällystyspigmentin valinnassa pyrittiin löytämään sellaiset pigmentit, jotka antavat huokoisen päällysteen. Kaoliinien ollessa kyseessä on edullista käyttää sellaisia kaoliineja, joiden keskimääräinen hiukkaskoko ei ole liian pieni. Edellä luetellut ehdot
huomioon ottaen päädyttiin SPS:ään, Dinkie 65:een (Dinkie B) ja uutena tuotteena ND 2010:aan.
Taulukko 1. Eri päällystyskaoliinien ominaisuuksia/16/.
Pigmentti SPS Dinkie 65 ND 2010
ISO-vaaleus 85,5 83 84,7
Keltaisuus 4,7 5,5 4,4
Hiukkaskoko + 10jjm 0,1 2 2,5
Hiukkaskoko -2/лп 81 63 71
Ominaispinta-ala m2/g 13 11,5
Muototekijä В ET* 11,4 16,2
* Typpiadsorptio, DIN 66132
SPS valittiin mukaan, koska sitä voidaan paljon käytettynä ja näin ollen tutkittuna pitää eräänlaisena referenssikaoliinina. Dinkie 65 on kohtalaisen karkeaa. Nimensä mukaisesti sen pigmenttipartikkeleista on 65 % kooltaan alle 2 /¿m, jota voidaan
pitää eräänlaisena luokittelurajana. Uutena tuotteena päätettiin tutustua ECC:n markkinoimaan ND 2010- kaoliiniin, joka on kehitetty varta vasten MFC-papereita varten. Näiltä kun ei tavallisesti odoteta kovin korkeaa kiiltotasoa.
Particle Size Distribution
(using ECC test method P109 for 0.5/rm and above, and the Ladat centrifuge for below O.S^m)
DINK1E В 2 30
Equivalent spherical diameter
Kuva 8. SPS- ja Dinkie 65 (B)-kaoliinien hiukkaskokojakaumat /16/.
4.3. Kalsiumkarbonaatin käyttö päällystyspastassa
Kalsiumkarbonaattia (CaC03) on myös kokeiltu osapigmenttinä päällystyspastassa.
Tässä yhteydessä tarkoitetaan lähinnä konventionaalista jauhettua karbonaattia, joka hintansa puolesta soveltuu kaavaillun CSO-paperin raaka-aineeksi.
Kalsiumkarbonaatin käyttö päällystyspigmentissä ja täyteaineena edellyttää pohjapaperin valmistusta neutraaliolosuhteissa. Joutuessaan happamaan ympäristöön karbonaatti alkaa hajota vapauttaen hiilidioksidia ja aiheuttaen kuohumista. Karbonaatti eroaa jonkin verran kaoliinista päällystyspigmenttinä, mutta niitä kumpaakin voidaan käyttää sekä yhdessä että erikseen offsetpaperin valmistuksessa.
Karbonaatin suurimpia etuja kaoliineihin verrattuna ovat sen edullinen hinta, kotimaisuuden mukanaan tuoma saatavuus, sekä hyvät optiset ominaisuudet mm.
vaaleus. CSO-paperia valmistettaessa pyritään saamaan päällysteelle huokoinen pinta, mikä on karbonaattia sisältäville papereille ominainen. Kaoliinipigmentit ovat muodoltaan litteitä ja levymäisiä. Karbonaattihiukkaset ovat puolestaan pyöreähköjä, jolloin niiden muodostama päällystepinta ei ole niin tiivis ja tasainen
kuin kaoliinilla päällystetty. Päällysteen pintaan jäävä mikrokarheus edesauttaa painovärin asettumista ja vähentää siten set-off- ja rub-off-ilmiötä. Karbonaatille ominainen kaoliinia huokoisempi pinta samalla päällystemäärällä tosin johtaa periaatteessa lisääntyneeseen värintarpeeseen /13/. Pintaenergiansa puolesta CaC03 on luokiteltava lähinnä hydrofobiseksi, vaikka varsinkin jauhettujen karbonaattien liettäminen veteen on yleensä helppoa /15/. Karbonaattihiukkasten muodosta johtuen niiden kiillottuvuus kalan teroitaessa ei ole yhtä hyvä kuin kaoliinihiukkasilla. Käytettäessä hienoa karbonaattia saavutetaan tavallisia kaoliineja parempi painettu kiilto /17/.
Pigmenttien hiukkaskoko, hiukkaskokojakauma ja muoto vaikuttavat päällysteen huokosrakenteeseen. Sekoittamalla eri muototekijän pigmenttejä kasvaa päällysteen huokostilavuus. Kaventamalla pigmentin hiukkaskokojakaumaa saadaan avoimempi päällyste /12/.
Karbonaatin hiukkasmuodosta johtuen sen ominaispinta on huomattavasti pienempi kuin sedimentointimenetelmällä vastaavan kokojakauman antavalla kaoliinilla.
Varsinkin jauhetuilla karbonaateilla hienojakoisenkin karbonaatin lisäys kaoliinipastaan alentaa päällysteen sideaineen tarvetta /15/.
Karbonaatti voidaan liettää korkeampaan kuiva-ainepitoisuuteen kuin kaoliini, jolloin myös päällystyspastan kuiva-ainepitoisuutta voidaan nostaa. Tällä ominaisuudella voidaan nostaa päällystemäärää, jolloin puolestaan paperin pinnan makrokarheus pienenee johtaen pienempään värintarpeeseen. Korkeammalla pastan kuiva-ainepitoisuudella saattaa myös olla merkitystä valittaessa päällystysmenetelmää. Päällystyspastan viskositeetti säädetään tärkkelysmäärän ja pigmenttilietteen kuiva-ainepitoisuuden ja laimennusveden lisäyksen perusteella /13/.
Taulukko 2. Eri päällystyskarbonaattien ominaisuuksia /18/.
Pigmentti Hydrocarb 60 Hydrocarb 90
ISO-vaaleus > 93 > 93
Hiukkaskoko + 10yvm 0 0
Hiukkaskoko -2//m 60 90
Ominaispinta-ala m2/g 7 12
Muototekijä BET* "1 "1
* Typpiadsorptio, DIN 66132
5. ERILAISET PÄÄLLYSTYSLAITEVAIHTOEHDOT
5.1. Yleistä filmipuristinpäällystyksestä
Liimapuristinta voidaan pitää tyypillisenä esimerkkinä laitteistosta, jossa filmipuristinmenetelmällä applikoidaan paperin pintaan joko pintaliimaa tai pigmenttiä. Liimapuristinyksikkö koostuu kahdesta pyörivästä telasta, jotka voivat olla horisontaalisessa, vertikaalisessa tai kaltevassa asennossa. Liimapuristimessa seos applikoituu paperirainalle radan ja telojen välisessä lammikossa.
Liimapuristinsovellutuksissa on pulmana suurilla konenopeuksilla seoksen roiskuminen ja liimalammikon epästabiilien virtausten aiheuttamat profiilivirheet.
Suurina pulmina liimapuristinpäällystyksessä ovat päällystetyn pinnan appelsiinikuorikuvio sekä läikikkyys (mottling). Appelsiinikuorikuvio syntyy päällystekerroksen haljetessa liimapuristimen nipissä. Paperin jätettyä nipin osa päällysteestä seuraa paperia ja osa telaa. Tällöin halkeamiskuvio muistuttaa kuvioltaan appelsiinin kuorta /19/.
5.2. Esiannostelulla varustetut liimapuristimet
Normaalin liimapuristimen ongelmana on ollut applikointilammikon epästabiilisuus suurilla ajonopeuksilla. Ongelman poistamiseksi on kehitetty erillisillä applikointisuuttimilla varustettu liimapuristinkonstruktio.
Paperiradan pinnalle haluttu päällystekerros applikoidaan puristintelojen pinnalle, josta kerrokset siirtyvät paperiin telojen välisessä nipissä. Applikointilaitteina käytetään lyhytviipymäpäällystimien kaltaisia yksiköitä. Päällystyspastakerroksen paksuutta säädetään kaavinterällä tai sauvakaapimella sekä teräkuormituksella.
Päällystyksessä käytetään tavallisesti sileää sauvaa tai nollakulmalla toimivaa kaavinterää.
Laitteiston etuja ovat hallittu applikointi suurillakin ajonopeuksilla ja mahdollisuus pigmentointiin varsin korkeisiinkin päällystemääriin riippuen päällystyspastan viskositeetista ja kuiva-ainepitoisuudesta /19/. Tavallisimmat sovellutukset kulkevat kauppanimikkeillä Sym-Sizer (Valmet) ja S peed sizer (Voith).
5.3. Gate-roll-lümapuristin
Gate-roll-liimapuristinta on perinteisesti käytetty hienopaperin pintaliimaukseen ja esipäällystykseen. Viime vuosina sen käyttö on laajentunut myös puupitoisten papereiden alueelle sanomalehtipaperin pintaliimaukseen ja puupitoisten papereiden pigmentointiin.
Gate-roll-liimapuristimen toimintaperiaatteena on eräänlainen perinteistä liimapuristinratkaisua muistuttava, kahden telan muodostama patonippi, josta ns.
keski telan avulla siirretään ohut päällystyspastakerros varsinaiselle applikointitelalle. Applikointitela puolestaan siirtää säädetyn määrän pastaa paperirainan pintaan.
Käytettäessä useampaa nippiä pastan syötön ja varsinaisen applikoinnin välissä, voidaan välttyä pastan roiskumiselta päällystettävään rainaan suurilla keski telan kehänopeuksilla. Säädettävinä muuttujina Gate-roll-liimapuristimessa ovat pastan kuiva-aine, viskositeetti , nippipaineet sekä eri telojen nopeudet , jotka ilmoitetaan prosentteina applikointitelan nopeudesta. Eräs muuttuja, joka tosin ei enää ajon aikana ole säädettävissä, on telojen halkaisija ja kovuus /21/.
SIZEPRESS
GATEROLL
SPEEDSIZER
Kuva 9. Erilaisia kaupallisia liimapuristinratkaisuja /20/.
Suurilla yli 1000 m/min nopeuksilla Gate-roll-pigmentoinnin suurin ongelma on nippien sumuaminen suurilla päällystemäärillä yli 6 g/m2/puoli. Pienillä nopeuksilla päällysteen tasaisuus on huonompi kuin suurilla, ainakin kun käytetään samaa pastaa ja kuiva-ainepitoisuutta eri nopeuksilla.
Huolimatta yleisestä käsityksestä, että Gate-roll-liimapuristin olisi jo teknisesti loppuunkehitetty laite ja prosessi, antavat koekoneilla saadut tulokset olettaa, että paperin laadun ja nopeuden noston suhteen potentiaalia on vielä huomattavasti olemassa /19/.
6. PAPERIN PAINETTAVUUSOMINAISUUKSIEN MITTAAMINEN
6.1. Painettavan pinnan yleisiä ominaisuuksia
CSO-paperia kehitettäessä on tavoitteena saada aikaan painopaperilaatu, jolle voidaan painaa CSWO-menetelmällä nelivärikuvia ilman ylimääräisiä kuivatuslaitteita, kuten uuneja tai infrapunakuivaimia (IR). Nämä vaatimukset ovat nykyisten painomenetelmien mukaan vielä jonkin verran ristiriidassa keskenään.
Ongelmana on pääsääntöisesti neljän päällekkäin painetun värikerroksen riittävän nopea asettuminen ja toisaalta riittävän korkea painojäljen laatu.
Useimpia laboratoriomittauksia painettavuudelle ei voida käyttää vertailtaessa kaupallisia painotuotteita. Ainoat vertailtavat ominaisuudet ovat painojäljen tummuus ja läpipainatus /22/. Läpipainatus ei yleensä ole muodostunut merkittäväksi suureeksi päällystetyillä painopapereilla. Mitä sileämpi on painettava pinta, sitä vähemmän tarvitaan painoväriä tietyn vakiodensiteetin saavuttamiseen.
Set-off-herkkyys tosin kasvaa samalla. Kasvattamalla sileyttä ja lisäämällä värimäärää voidaan painojäljen densiteettiä parantaa helpommin kuin kasvattamalla paperin vaaleutta. Painettavan paperin kiillon parantuessa painojäljen tummuusvaikutelma kasvaa /23/.
6.2 Paperin pinnan karheuden mittaaminen
Superkalanteroitujen papereiden hyvä painojälki osoittaa, että paperirainan pienimittakaavainen paksuusvaihtelu, joka myös on havaittavissa pehmokalanteroiduissa papereissa, ei ole haitallista painojäljen laadulle.
Karheusmittarit kuten Sheffield ja Bendtsen, joissa käytetään kovaa taustaa ja alhaista puristuspainetta, ovat herkkiä paksuusvaihteluille. Ne antavat painokoneen painonippitapahtumaa ajatellen liian korkeat karheuslukemat pehmokalanteroiduille papereille /10/.
Paperin käyttäytyminen painokoneen painonipissä ja Print Surf -testauslaitteen ilmoittama tulos korreloivat paremmin keskenään kuin edellä mainitut karheusmittarit. Siksi Print Surf -mittaria pidetäänkin luotettavimpana mittalaitteena karheutta mitattaessa, vaikka sekään ei ole täydellinen. Print Surf- mittarin toimintaperiaate perustuu paperin karheustilavuuden mittaamiseen. Paperin karheustilavuudella voidaan ennustaa painojäljen tasaisuutta ja paperin värintarvetta /11/. PAPRO:ssa on käytetty sanomalehtipaperin karheuden ja huokoisuuden
mittaamiseen Parker Print Surf -laitetta puristuspaineilla 10 kgf/cm2 (980,665 kPa)ja 20 kgf/cm2 (1961,330 kPa). Karheudet mitattiin näytteiden molemmilta puolilta /22/.
MITTAUS- PAINEEN - SÄÄTÖ
MITTAUSPAINE
PURISTUSPAINEIDEN SÄÄTÖ
VIRTAUS- MITTARIN VALITSIN
PJRISTUSPAINE VIRTAUS-
MITTARIT
MITTAPÄA TAUSTA VIRTA-
KYTKIN
PURISTUS- PAINEEN VALINTA
Kuva 10. Parker Print Surf -karheusmittari /24/.
6.3. IGT-laitteella mitattavat ominaisuudet, set-off ja rub-off
PAPRO:ssa painettiin sanomalehtinäytteitä IGT AIC 2 - 5-laitteella. Näytteistä testattiin ölj y nab sorptio, nukkautumisnopeus, painojäljen densiteetti kahdella painovärin paksuustasolla, painomusteen siirtymis-%, värintarve (2 tasoa), läpipainatus (2 densiteetti tasoa) ja set-off (2 densiteettitasoa, 2 viiveaikaa).
Painettujen näytteiden annettiin kuivua 24 tuntia ennen densiteettimittauksia Macbeth RD 918-densitometrillä /22/.
IGT AIC2-5-laitteella (kuva 11) voidaan simuloida offsetpainatusta. Laitteessa on keskellä pöyrähtävä segmentti, jonka kehälle painettava näyte kiinnitetään.
Painoväri applikoidaan painokiekolle, joka asennetaan kuvassa 10 näkyvään positioon 1.
Haluttaessa testata paperin set-off-ominaisuuksia kiinnitetään toisen kiekon ympärille set-off-liuska, joka voi olla joko ns. Crome Cote-paperia tai samaa paperia kuin painettava paperi. Set-off-kiekko asennetaan positioon 2, jolloin painosegmentin ja painokiekon (1) välisessä nipissä В painettu paperiliuska joutuu puristukseen set-off-kiekon ja kierähtävän painosegmentin muodostamassa
nipissä A. Tällöin huonosti kuivunut ja asettunut painoväri irtoaa kiekon 2 ympärillä olevalle set-off-liuskalle.
Kuva 11. IGT AIC2-5-laitteen toimintaperiaate. Painosegmentin pyörähdyssuunta on merkitty nuolella. Kuvassa painokiekko (1) ja set-off-kiekko (2).
Set-off-kokeella mitataan painovärin asettumisnopeutta paperiin ja kuinka paljon väriä paperista todennäköisesti irtoaa siirtyen paperin mukana pinnoille, jonne se ei kuulu /22/. VTT on kehittänyt IFRA:n kanssa oman testausmenetelmän set-offia varten tuotanto-olosuhteissa.
Rub-off-määrityksellä tarkoitetaan menetelmää, jolla voidaan ennakoida painovärin irtoamista hankauksen vaikutuksesta tietyn aikaviiveen jälkeen painatuksesta.
Käytettävät aikaviiveet ovat yleensä sanomalehtiväreillä neljä tuntia ja muilla väreillä 24 tuntia. Aikaviiveillä rub-off kokeessa pyritään samaan aikaviiveeseen kuin mitä kuluu aikaa painotuotteen painatuksen ja asiakkaalle toimittamisen välillä. Rub-offia voidaan mitata esimerkiksi Patran hankauslaitteen avulla, kun painatuksesta on kulunut vakioaika. Painetusta täyspeitteisestä pinnasta leikataan ympyrä, jota hangataan saman paperilajin puhdasta palaa vasten tietyllä puristuksella vakio kierrosmäärä (100 kierrosta). Päällystämättömillä lajeilla havaittiin suurempi rub-off-arvo kuin päällystetyillä papereilla. Päällystämättömien lajien karkea pinta saa aikaan suuremman värin siirtymisen kuin sileämpi päällystetty pinta /25/.
KOKEELLINEN OSA
7. KOKEELLISEN OSAN TAUSTA JA TAVOITTEET
7.1. Tausta
Diplomityö kuuluu osana laajempaan tutkimusprojektiin, jonka tarkoituksena on kehittää sanomalehtipaperipohjainen päällystetty painopaperi sekä heatset-offset- että coldset-offsetpainatukseen. Tämä työ keskittyy coldset-painettavan paperin kehittämiseen, mutta joitakin taustatietoja oli käytettävissä heatset-paperikoeajoista.
7.2. Alkuperäiset ominaisuusvaatimukset
Projektin alkuperäisen konseptin mukaan käytettävä pohjapaperi oli neliömassaltaan 35 - 50 g/m2 ja pohjapaperin vaaleus 68 - 72 %. Päällystyksen jälkeen tuli loppuneliömassan olla 45 - 60 g/m2 ja loppuvaaleuden 70 - 75 %. Karheustasoksi oli konseptissa määrätty CSO-paperille 80 - 150 ml/min Bendtsen, mutta mittauksissa päädyttiin käyttämään ainoastaan PPS 10 -karheusmittausta, koska sen todettiin korreloivan paremmin offsetpainettavuuden kanssa. Bulkin tuli sijoittua välille 1,4 - 1,5. Bulkki on pohjapaperista johtuva ominaisuus, joten siihen ei voitu kokeellisen työn puitteissa puuttua.
7.3. Raaka-aineiden valintakriteerit 7.3.1 Pohjapaperi
Annetut ominaisuusvaatimukset asettivat omat rajansa kokeellisen työn suoritukselle. Pohjapaperia valittaessa jouduttiin mm. tekemään kompromissi oikean sanomalehtipaperin ja toisaalta vaaleudeltaan riittävän MFC-pohjapaperin välillä. Paperin painettavuusominaisuudet optimoitiin lähinnä pastamuuttujien avulla. Pohjan vaaleuden tuli olla tarpeeksi korkea, jotta eri pigmenttien väliset erot tulisivat riittävän hyvin esille. Toisaalta myös lopullisen painojäljen arviointi olisi helpompaa paperin muistuttaessa ulkonäöltään lopullista tuotetta. Työssä päädyttiin käyttämään Jämsänkosken PK 4:llä valmistettua, esikalanteroitua MFC- paperin pohjapaperia, koska sen vaaleus oli riittävän korkea tavoitevaaleuksien saavuttamiseksi.
7.3.2. Päällystyspigmentit
Työssä käytettyjä päällystyspigmenttejä käsiteltiin jo työn kiijallisuusosassa.
Käytetyt päällystyskaoliinit olivat SPS, Dinkie 65 (B) ja ND 2010. Kokeessa käytettiin myös Hydrocarb 60 (HC 60) ja Hydrocarb 90 (HC 90) päällystyskarbonatteja. Karbonaateilla toivottiin saatavan päällystettävään pintaan CSO-painatuksen vaatimaa huokoisuutta. Myös karbonaattien kotimaisuus ja hinta lisäsivät kiinnostusta näihin pigmentteihin.
7.4. Tarkasteltavat muuttujat
Kokeellisen työn muuttujiksi sovittiin pastan koostumus, päällystemäärä ja päällystetyn paperin kalanterointi, joka oli määrä tehdä pehmokalanterillä.
Tarkasteltavina suureina pidettiin painojäljen densiteettiä sekä vastaavaa set-off- densiteettiä. Set-off-määritykset tuli tehdä IGT-set-off-määrityksinä.
7.5. Mitattavat suureet
Pilot-koeajossa päällystetyistä koepisteistä päätettiin mitata seuraavat suureet:
Suure Standardi Laitteisto
neliömassa SCAN-C 28:76
paksuus ja tiheys SCAN-C 28:76 PPS 10 karheus SCAN-P 21:67
vaaleus SCAN-P 3:75 Elrepho 2000
opasiteetti SCAN-P 8:76 "
valonsirontakerroin SCAN-C 27:76 "
kiilto TAPPI Hunter-kiiltomittari (75°)
painojäljen densiteetti KCL menetelmä Macbeth RD 918-densitometri IGT set-off densiteetti KCL menetelmä "
(2 densiteettitasoa, 2 viiveaikaa) IGT AIC2-5
IGT pintalujuus KCL menetelmä IGT A2
kitka L&W oma Tumila
(painettu, painamaton)
Päällystemäärän tarkistamiseksi tuli mitata Billerud-pikatuhka.
7.6. Taustatutkimukset
Samaan projektiin liittyen oli jo tehty useita koeajoja heatset-paperin kehittämiseksi, joten näistä saatuja tietoja ja laitevalintoihin liittyviä rajoituksia voitiin käyttää apuna koesuunnitelmaa laadittaessa. Edellä mainituista koeajoista saatiin käyttöön kolmella eri linjapaineella pehmokalanteroituja koepisteitä (koepisteet 102 - 127), joiden avulla voitiin optimoida varsinaisten koepisteiden pehmokalanterointitaso.
Koeajot ajettiin Rautpohjassa Valmetin koepäällystyskoneella telapäällystyksenä viikolla 14. Koepisteet pehmokalanteroitiin Rautpohjassa viikolla 15.
Pehmokalanterointi suoritettiin linjapaineilla 20 + 20, 25 + 25 ja 30 + 30 kN/m siten, että paperin molemmat puolet kalanteroitiin. Käytetty pohjapaperi oli neliömassaltaan 36 g/m2 ja valmistettu Kaipolan PK 4:llä.
Konseptin alussa annetut karheustavoiterajat havaittiin niin kapeiksi, että pehmokalanteroinnissa käytetyillä eri linjapaineilla ei pystytty saavuttamaan oleellisia eroja koepisteiden välille. Kokeilla saavutettiin kuitenkin suuntaa antava pehmokalanterointitaso. Set-off-ominaisuuksiltaan heatset-paperit osoittautuivat huonoiksi johtuen mm. käytettyjen päällystyspastojen korkeasta kaoliinisuhteesta.
(Ks. liite 1). Koeajojen yhteydessä havaittiin vaikeuksia päällystemäärien hallinnassa.
8. PÄÄLLYSTYSKOEAJO
8.1. Koesuunnitelma
Päällystyskoeajo päätettiin ajaa Raisiossa Coating Technology Centerin (CTC) Sym-Sizer-päällystyslaitteistolla. Pilot-mittaisen koeajon tavoitteena oli vertailla erilaisilla päällystyspigmenttiseoksilla päällystetyn paperin ominaisuuksia ja valita näistä lupaavin pigmenttiseos. Sideainemäärä ja -suhde tuli myös optimoida.
Peruspastaksi valittiin päällystyspasta, jossa oli 50 osaa Dinkie 65 kaoliinia ja 50 osaa HC 60 kalsiumkarbonaattia. Tällä pigmenttikoostumuksella suoritettiin vertailut standardisideainemäärien 8 ja 12 osaa lisäksi myös viidelle eri sideainemäärälle ja neljälle eri tärkkelys/lateksi-suhteelle (Liite 2.). Kutakin pastaa tuli ajaa tavoitepäällystemääriin 5 ja 8 g/m2, jotka edelleen tuli pehmokalanteroida kahteen eri tasoon.
8.2. Pilot-koeajo
8.2.1. Päällystysseosten valmistus
Pilot-koeajo ajettiin CTC:llä Raisiossa 8.-9.5.-91. ND 2010 dispergoitiin CTC:llä, mutta muut pigmentit toimitettiin valmiina lietteinä. Tärkkelys keitettiin CTC:n patakeittimellä.
Pastat valmistettiin Salomix-dispergaattorissa. Kaoliinilietteen sekoitusaika oli 3 minuuttia, side- ja lisäaineiden sekoitusaika oli 6 minuuttia. Tavoitekuiva- ainepitoisuudeksi asetettiin 55 %. Seoskoostumukset ja lieteanalyysit liitteessä 2.
8.2.2. Päällystysseosanalyysit
Päällystysseoksista suoritettiin seuraavat analyysit (Liite 3):
-viskositeetti Brookfield 100 rpm -viskositeetti Brookfield 50 rpm -lämpötila analyysihetkellä -pH
-kuiva-ainepitoisuus -tuhkapitoisuus
8.2.3. Koneolosuhteet koeajon aikana
Pohjapaperina käytettiin Jämsänkosken PK 4:llä valmistettua konekalanteroitua 40 g/m2 MFC-pohjapaperia. Pohjapaperin karheus oli 265 ml/min ja ISO-vaaleus 74,5.
Päällystyskonetta ajettiin nopeudella 600 m/min (10 m/s) ja viivapaineella 25 kN/m. Tavoitepäällystysmäärät olivat 4-5 ja 7-8 g/m2. Molemmille puolille pyrittiin ajamaan sama päällystemäärä. Sauvojen paineet löytyvät ajopöytäkiijasta liitteessä 4.
Rainan esilämmitykseen tarkoitettu infrakuivain oli sijoitettu 270 cm ennen nippiä ja se oli teholtaan 75 kW.
Rainan kuivatuksessa käytettiin kahta sähköinfraa. Ensimmäiseen infraan oli päällystysnipistä matkaa 950 cm ja toiseen 11500 cm. Sähköinfrojen yhteenlaskettu teho oli 300 kW.
Raina kuivattiin myös kolmella 480 cm pitkällä kaasulämmitteisellä leijukuivaimella. Ensimmäiseen leijukui vai meen oli päällystysnipistä matkaa 13500 cm.
Ajotapa:
Leiju I 170 °C n. 20 - 25 m/s
Leiju II Tavoitekosteus ajettiin kohdalleen säätämällä lämpötilaa ja Leiju III puhallusnopeutta.
Raina ajettiin kosteuteen 6 %.
Samanaikaisesti päällystyksen kanssa suoritettiin on-line-pehmokalanterointi viivapaineilla 2 x 10 ja 2 x 30 kN/m. Pehruokalanterointi suoritettiin siten, että tutkittava puoli pehruokalanteroitiin kaksi kertaa samalta puolelta. Kokillitelan lämpötila oli kalanteroitaessa 60 °C.
9. LABORATORIOTESTAUKSET 9.1 .Koepisteiden numerointi
CTC:llä päällystetyt koepisteet numeroitiin numeroilla 1 - 98. Aikaisemmin Rautpohjassa päällystetyt koepisteet numeroitiin 102 - 127. Kaupallisina referenssinäytteinä käytettiin Jämsänkosken 55 ja 60 g/m2 Jämsäsmooth MFC- paperia, joka vastaa pastakoostumukseltaan lähinnä Dinkie 65/HC 60 -peruspastaa.
Paperit olivat konekalanteroituja. Jämsäsmooth-paperit numeroitiin 201 - 202.
Toisena kaupallisena referenssipaperina käytettiin Kajaanin 45, 50 ja 55 g/m2 MF Special K parannettua sanomalehtipaperia. Nämä näytteet saivat koepistenumerot 301 - 303.
9.2.Yleiset mitattavat suureet
Laboratoriossa mitattiin koepisteistä yleisiä ominaisuuksia kuten neliömassa, paksuus, tiheys ja pintalujuus, jotta voitiin arvioida koepisteiden olevan painettavuusominaisuuksiltaan keskenään vertailukelpoisia.
Neliömassan, paksuuden ja tiheyden havaittiin käyttäytyvän odotusten mukaan.
IGT-pintalujuus oli kaikilla koepisteillä riittävän korkea. LWC-paperilla pidetään pintalujuusrajana offsetpainettavuuden kannalta arvoa 0,4 m/s. Koepisteillä 1-98 saavutetut pintalujuudet riittävät sekä CSO- että HSO-painatukseen. Samalla pastalla kahteen eri päällystemäärätasoon päällystetyillä papereilla havaittiin alemmalla päällystemäärätasolla alemmat pintalujuudet. Ohuempi päällystekerros siis vaatii enemmän sideainetta kuin paksumpi päällystekerros saman pintalujuuden saavuttamiseksi.
Tuhkamääritykset tehtiin pikatuhkana ns. Billerud-menetelmällä polttamalla näytteet platinakorissa korkeassa happipitoisuudessa. Tuhkamääritysten tarkoituksena oli tarkastaa päällystemäärän sijoittuminen oikealle alueelle.
Taulukossa liitteessä 5 esiintyvät päällystemäärät perustuvat päällystyskoneiden on- line-mittareiden antamaan lukemaan. Tuhkamääritysten perusteella esiintyy pieniä eroavaisuuksia, mutta ne voivat johtua myös pohjapaperin eroista. Koeajossa päällystettiin 13 pohjapaperirullaa, joten pienet heitot ovat todennäköisiä.
Pohjapaperi on taulukoissa merkitty P:llä. Pohjapaperista suoritettu Ambertec- formaatiomittaus on esitetty liitteessä 6. Päällystemääräerot 4 ja 7 g/m2/puoli ovat kuitenkin helposti nähtävissä tuhkamääritysten perusteella.
9.3. PPS 10 ja värintarve
Parker Print Surf 10 kgf/cm2 arvojen arvioitiin teorian mukaan korreloivan painettavuusominaisuuksien kanssa. IGT-set-off-määrityksessä saatiin menetelmästä johtuen myös värintarvemäärät eri painojäljen densiteeteille. PPS 10-arvoja ja värintarvetta vakiodensiteetissä vertailtiin keskenään. Tulokset ovat taulukossa liitteessä 5.
Lineaarisella regressioanalyysillä laskettiin kullekin koepisteelle painovärintarve vakiodensiteetissä 1,0. Set-off-määrityksessä painettiin jokaisesta koepisteestä neljä liuskaa kasvavalla värimäärällä. Neljän pisteen avulla piirrettyä regressiosuoraa ei voida pitää kovin tarkkana, mutta tulokset ovat suuntaa-antavia ja keskenään vertailukelpoisia. Värintarvemäärät vakiodensiteetissä 1,0 taulukossa liitteessä 5.
Taustatutkimuksissa (7.6.) havaittiin annetut karheusrajat varsin kapeiksi.
Koepisteistä 1 - 98 suoritetut PPS 10-mittaukset osoittivat samaa. Peh ruokalan terin linjapaineilla 2x10 ja 2x30 kN/m ei saavutettu koepisteisiin selviä eroja. PPS 10- arvot sijoittuivat pig men tti seoksi sta huolimatta samoilla sideainemäärillä välille 4 - 4,5 ¿¿m. Kalanteroinnilla ei havaittu olevan vaikutusta PPS-karheuteen annetuissa rajoissa.
Eri pastakohtaisilla muuttujilla havaittiin kuitenkin vaikutusta PPS-karheuteen.
Koepisteillä 53 - 69 olivat PPS-arvot jonkin verran alhaisemmat kuin koepisteillä 1 - 52. Koepisteissä 1 - 52 käytettiin vakiosideainemäärää 12 osaa ja koepisteissä 53 - 69 vain 8 osaa sideainetta. Sideainemäärän kasvaessa PPS-karheus kasvoi.
Tämä voitiin osoittaa koepisteissä 70 - 89, jolloin sideainemäärää lisättiin asteittain 4 osasta 16 osaan pigmenttien ollessa kaikissa samat. PPS arvot kohosivat lineaarisesti arvoista alle 4 /¿m arvoihin 5 цт. Koepiste 81 ajettiin kalanterinippi avoinna, jolloin pinnan karheus oli korkeampi (5,5 /¿m). Tulokset on esitetty graafisesti liitteessä 7.
Koepisteissä 90 - 96 (pastat 23 - 25) verrattiin tärkkelyksen ja lateksin suhteen vaikutusta PPS-karheuteen kokonaissideainemäärän olleessa 12 osaa. Tärkkelyksen osuuden kasvaessa havaittiin karheuden kohoavan. Tulokset ovat kuitenkin epäluotettavia, koska koeajotapahtumassa esiintyi suuria vaikeuksia konekierrossa ajettaessa korkeilla kokonaissideainemäärillä ja korkeilla tärkkelysmäärillä.
Verrattaessa PPS-karheusarvoja värintarvemääriin ei havaittu mitään selvää korrelaatiota näiden välillä. Värintarvemäärät painojäljen vakiodensiteetissä 1,0 sijoittuivat 2 g/m2 tuntumaan. Luotettavia eroja ei voitu osoittaa värintarpeen
määrityksessä käytettyjen menetelmien epätarkkuudesta johtuen. PPS 10-karheuden kehitys suhteessa värintarpeeseen vakiodensiteetissä 1,0 on esitetty graafisesti liitteessä 7. Vaikka koepiste 81 ajettiin kalanterinippi avoinna ja PPS 10 kohosi arvoon 5,5 ¿¿m, värintarve ei kohonnut merkittävästi.
Värintarpeella ja päällystemäärällä havaittiin korrelaatio. Korkeampi päällystemäärä vaatii vähemmän painoväriä saman densiteetin saavuttamiseksi.
Tämä selittyy paksumman päällystekerroksen paremmalla peittokyvyllä, jolloin paperin pinnasta tulee jonkin verran sileämpi ja tiiviimpi.
9.4. Optiset ominaisuudet
Koepisteissä 1 - 98 pohjapaperin ISO-vaaleus oli 74,5 %. Tällä on merkittävä vaikutus lopputuotteen vaaleuteen. Saavutettava lopputulos riippuu päällystekerroksen vaaleudesta ja paksuudesta. Päällystyspastalla oli oleellisesti korkeampi ISO-vaaleus, joten korkeammalla päällystemäärällä saavutettiin korkeampi lopputuotteen vaaleus. Eri päällystyspastojen välillä ei huomattu merkittäviä eroja. Kaikissa pastoissa oli vähintään 50 % CaC03. ISO-vaaleus vaihteli välillä 75 - 77,5 %. Optiset ominaisuudet on taulukoitu liitteessä 8.
Eri pastoilla ei havaittu selvää vaikutusta opasiteettiin. Päällystemäärän kasvaessa opasiteetti kasvoi. Opasiteetti vaihteli välillä 91 - 95 %.
Opasiteetista ja paperin neliömassasta riippuva valonsirontakerroin käyttäytyi opasiteetin tavoin. Päällystemäärän kasvaessa valonsirontakerroin kasvoi.
Koepisteissä 93 - 94 havaittiin, että pastan sideaineosuuden ollessa vakio lateksin suhteellisen osuuden lisääminen alensi valonsirontakerrointa. Tämä näkyy kuvissa liitteessä 9.
9.5. Kiilto, painojäljen kiiltoja densiteetti
Koepisteistä 1 - 98 painettiin kustakin 3 kpl A3-arkkia Kaipolan Heidelberg- laboratoriopainokoneella. Koepisteet painettiin Winterin valmistamalla standardisanomalehtivärillä Sicpa Web-musta 2062 - 07 vakiovärinannostuksella.
Värinannostus säädettiin laboratoriossa referenssinä käytetyn Kaipolan PK 7:n sanomalehtipaperin mukaan. Paperi sisältää kierrätyskuitua.
Tarkasteltaessa painettuja näytteitä havaittiin, että kevytkin pehmokalanterointi parantaa paperin kiiltoa. Koepiste 81 ajettiin kalanterinippi avoinna, jolloin painamattoman paperin kiilto oli 5,5 % ja painettu kiilto 8,1 %. Painojäljen kiilto oli kaikissa tapauksissa korkeampi kuin painamattoman paperin kiilto.
Puhtaan paperin kiillon ja painojäljen kiillon havaittiin korreloivan keskenään.
Verrattaessa koepisteitä, joissa päällystyspastassa oli käytetty sideainetta 8 osaa ja 12 osaa havaittiin, että alhaisempi sideainemäärä johti pienempään eroon paperin kiillon ja painojäljen kiillon välillä.
Sideainemäärän kasvaessa painojäljen kiilto kasvoi. Koepisteissä, joissa käytettiin sideainetta vakiomäärä 12 osaa, mutta lateksia ja tärkkelystä keskenään eri suhteissa, todettiin lateksin suhteellisen osuuden kasvaessa myös kiillon kasvavan.
Verrattaessa keskenään pastoja, joissa oli käytetty samoja päällystyspigmenttejä keskenään eri suhteissa, todettiin kiillon laskevan karbonaatin osuuden kasvaessa.
Tämä on selitettävissä kaoliinin ja karbonaatin erilaisten muototekijöiden avulla.
Kaoliini litteämpänä ja levymäisempänä pigmenttinä kiillottuu paremmin kuin pyöreähkö karbonaatti. Hienon HC 90 -karbonaatin kiiltotaso oli korkeampi kuin karkeamman HC 60 -karbonaatin.
Koepisteet painettiin vakiovärinannostuksella, eikä densiteetin suhteen havaittu suuria eroja. Koepisteistä 69 - 72 voitiin kuitenkin havaita, että kovin alhainen kokonaissideainemäärä (4 osaa) alensi painojäljen densiteettiä muihin koepisteisiin verrattuna.
Kiillot, painojäljen kiillot ja painojäljen densiteetit on taulukoitu liitteessä 8 ja esitetty graafisesti liitteessä 10.
9.6. Kitkamittaukset
Paperin kitkan arveltiin korreloivan paperin painettavuuden ja set-offin kanssa.
Kitkamittaukset tehtiin koepisteistä 14, 70, 87 ja 96, joiden päällystyspastassa oli kaikissa käytetty Dinkie 65 kaoliinia ja HC 60 karbonaattia suhteessa 50 osaa kumpaakin. Koepisteissä 14, 70 ja 87 vaihdeltiin kokonaissideainemäärää välillä 12, 4, 16 osaa. Koepisteessä 96 oli sideaineena 12 osaa tärkkelystä. Lisäksi mitattiin koepiste 51, joka sisälsi vakiosideaainemäärän 6 osaa tärkkelystä ja 6 osaa lateksia. Pigmenttikoostumus oli 100 osaa HC 60 karbonaattia. Kaikki edellä
mainitut koepisteet oli päällystetty 7 g/m2/puoli ja pehmokalanteroitu linjapaineilla 2x30 kN/m.
Lisäksi mitattiin kitka taustatutkimukseen käytetyistä koepisteistä 109 - 111, joissa päällystemäärä oli 6 g/m2/puoli ja pehmokalanterin linjapaine 20, 25 ja 30 kN/m.
Päällystyspastan koostumus liitteessä 1, pastaP3. Pastassa ei ollut tärkkelystä lainkaan.
Kaupallisina vertailunäytteinä mitattiin Jämsänkosken Jämsäsmooth 55 ja 60 g/m2 (201 - 202) ja Kajaanin Special MF-sanomalehtipaperi 45, 50 ja 55 g/m2 (301 - 303).
Mittaukset suoritettiin Tumila-kitkamittarilla. Mittauksissa mitattiin kahden painamattoman paperiliuskan kitkakertoimia sekä painetun ja painamattoman paperiliuskan kitkakertoimia. Mittauksessa paperiliuskoja vedettiin konesuuntaan 5 kertaa, joista kukin mittaus kirjattiin ja laskettiin keskiarvo. Painettu näyte painettiin IGT AIC 2 - 5-laitteella tavoitedensiteettiin 1,2. Kitkamittaus suoritettiin välittömästi painatuksen jälkeen, jotta painoväri ei ehtinyt täysin kuivua.
Painovärinä käytettiin samaa standardisanomalehtiväriä kuin kiiltomittauksissa.
Mittauksista laskettiin kullekin koepisteelle keskiarvo ja keskihajonta, jonka mukaan piirrettiin 95 % luottamusvälit. Tilastollisen tarkastelun seurauksena todettiin luotettavien erojen löytäminen mitatuista koepisteistä mahdottomaksi.
Mittaustulosten keskiarvot ylä- ja alarajoineen on taulukoitu liitteessä 11 ja esitetty graafisesti liitteessä 12.
10. IGT SET-OFF PAINATUKSET
10.1. Menetelmäkuvaus
Koepisteistä 1 - 98, 201 - 202 ja 301 - 303 tehtiin set-off määritykset mukaellen Keskuslaboratorion käyttämää menetelmää (Liite 13). Set-off määrityksiin liittyvät painatukset tehtiin IGT: n AIC2-5-koneella vakionopeudella 1 m/s ja vakionippipaineella 1000 N (= 20 kN/m) kummassakin painonipissä.
Keskuslaboratorion ohjetta sovellettiin käyttämällä set-off vastapaperina testattavaa painamatonta paperia ja painovärinä standardisanomalehtiväriä (ks. 9.5.).
Painatukset tehtiin kahdella eri aikaviiveellä 0,06 ja 9,9 s.
Esikokeissa havaittiin set-off ilmiön alkavan MFC-tyyppisellä paperilla kuivan painojäljen densiteetin olleessa n. 0,8. Esikokeissa havaittiin myös, että coldset- painoväreillä oli hyvin vaikeaa saavuttaa arvoa 1,2 korkeampi kuiva painojäljen den si teetti MFC-tyyppiselle paperille.
Kaksi eri koepistettä painettiin samanaikaisesti nousevalla värimäärän lisäyksellä.
Väriä lisättiin värinlevityslaitteeseen pipetillä.
Väriä lisättiin seuraavasti:
1. liuska/ 1. koepiste 0,15 ml 1. liuska/ 2. koepiste 0,04 ml 2. liuska/ 1. koepiste 0,20 ml 2. liuska/ 2. koepiste 0,05 ml 3. liuska/ 1. koepiste 0,25 ml 3. liuska/ 2. koepiste 0,06 ml 4. liuska/ 1. koepiste 0,30 ml 4. liuska/ 2. koepiste 0,07 ml
Näin saatiin kummallekin koepisteelle kasvava painojäljen densiteetti sekä molemmille rinnakkain painettaville koeliuskoille lähes sama painojäljen densiteetti keskenään. Painojäljen tavoitedensiteetit painovärin kuivuttua 24 h olivat välillä 0,8 - 1,2.
Värin annettiin levitä pyörittämällä värinlevitysteloja 30 s, jonka jälkeen painoväriä applikoitiin painokiekkoon 35 s ajan. Värinlevityksen jälkeen painokiekko punnittiin. Kiekko asennettiin IGT-laitteeseen ja suoritettiin painatus. Painatuksen
jälkeen kiekko punnittiin uudestaan. Saatujen massojen erotuksesta voitiin laskea tunnetulle alalle tiettyyn painojäljen tummuuteen tarvittava painovärimäärä.
Painatuksen jälkeen painettujen liuskojen annettiin kuivua vähintään 24 h, jolloin painoväri ehti täysin asettua ja kuivua. Painojäljen densiteettiarvot laskivat keskimäärin 0,2 yksikköä 24 h aikana. Tämän jälkeen ei enää havaittu muutoksia densiteetissä.
Painetut liuskat mitattiin Macbeth RD 918-densitometrillä. Kustakin liuskasta mitattiin 10 rinnakkaismääritystä sekä puhtaasta painetusta pinnasta että molemmista set-off pinnoista (0,06 ja 9,9 s). Lyhyemmällä aikaviivellä havaittiin selvästi korkeammat set-off arvot kuin pitemmällä aikaviiveellä. Ilmiö on selitettävissä painovärin asettumisella, jota tapahtuu jo ensimmäisten sekuntien aikana paperin poistuessa painonipistä.
10.2. Mittaustulosten arviointi 10.2.1. Arviointikriteerit
Tehtävän asettelussa todettiin painojäljen densiteetti ja vastaava set-off-densiteetti tarkasteltaviksi suureiksi (7.4.). Vertaamalla näitä mittaustuloksia tuli optimoida CSO-paperin päällystyspastakoostumus. Esikokeissa havaittiin, ettei CSO-paperin kaltaiselle MFC-paperille voida juurikaan saavuttaa arvoa 1,2 korkeampaa painojäljen densiteettiä coldset-painoväreillä. Merkittävät erot tuli löytää vertaamalla set-off-densiteettiä. Tarkasteltavaksi set-off-densiteettitasoksi valittiin 0,2, joka sijoittui tutkittavissa koepisteissä tavallisesti puoliväliin. Näin voitiin arvioida set-off-densiteetin kehitystä arvon 0,2 ylä- ja alapuolella. Set-off- densiteetin ollessa 0,2, on se jo selvästi häiritsevä.
10.2.2. Tulosten vertailu
Set-off-testi on luonteeltaan yksittäistestaus, jolloin sen luotettavuuden tilastollinen arvioiminen on hankalaa. Testin luotettavuutta voidaan lisätä valikoimalla tarkasti painettavat näytteet, ettei niissä ole päällystevikoja. Toisaalta densiteettejä mitattaessa tulee silmämääräisesti karsia selvästi poikkeavat kohdat, jotta ne eivät vääristä mittaustuloksia. Densiteetit mitattiin painetulta alueelta tasaisesti 10 kohdasta. Tuloksista laskettiin keskiarvo. Densitometriin kytketty tietokone ei huolinut kaikkia mittauksia, joten osa jouduttiin uusimaan. Tästä syystä ei voida
