Många pappersbruk ser mikro- och nanofibrillerad cellulosa – ofta förkortad MFC och NFC – som ett lovande material men samtidigt svårt att använda stabilt i produktionen. Problem med låg torrhalt, komplex reologi och ojämn fördelning över pappersbanans bredd gör att materialet ofta orsakar driftstörningar.
Nu presenterar ingenjörerna Bernard Pyzdrowski och Brian Moran vid sprutteknikföretaget Spraying Systems en rad strategier för hur appliceringen kan förbättras i pappersmaskiner. Rekommendationerna bygger på erfarenheter från industriella försök och drift i pappersbruk.
Syftet är att göra produktionen mer stabil när nanocellulosa används som beläggning eller tillsats i pappersprodukter.
Luftassisterad spray kan ge jämnare applicering
Enligt experterna är valet av appliceringsmetod avgörande. Traditionella beläggningsmetoder fungerar ofta dåligt när materialet har låg torrhalt och samtidigt relativt hög viskositet.
Suspensioner av MFC eller NFC kan exempelvis ha viskositeter på mellan 14 000 och 20 000 centipoise vid ungefär 2 procent torrhalt. Det begränsar möjligheterna att använda konventionella system i både våt- och torrendarna av pappersmaskinen.
Ett alternativ är luftassisterad sprutning, där luft används för att fördela materialet mer jämnt över pappersbanan.
– Med separat styrning av vätskeflöde, fläktluft och finfördelningsluft kan operatörer anpassa appliceringen till maskinhastighet, droppstorlek och täckning över bredden, skriver författarna enligt teknikföretaget Spraying Systems.
En praktisk metod är att börja med låg vätsketrycksnivå, omkring 5 psi, måttlig fläktluft och högre atomiseringsluft. På så sätt kan ett stabilt sprutmönster skapas innan beläggningsvikten justeras.
Ojämn spridning orsakar spill
Ett annat återkommande problem är variationer över pappersbanans bredd, så kallad CD-variation. Den kan snabbt leda till materialspill och produktionsstopp.
För att minska variationerna rekommenderas att spruthöjd och avstånd mellan munstycken fastställs tidigt i processen. Därefter kan operatörer välja rätt fläktvinkel och överlappning mellan munstycken för att uppnå jämn täckning.
Experterna rekommenderar dessutom att pappersbruk använder beräkningsmodeller för beläggningsvikt där parametrar som maskinhastighet, torrhalt, spridningsvinkel och antal munstycken tas med i planeringen.
Laseranalys kan minska dyra försök
En tredje strategi handlar om att mäta sprutmönstret mer exakt innan produktionen startar.
I stället för att enbart förlita sig på visuell bedömning kan laserbaserade analysverktyg användas för att registrera sprutmönstrets storlek, form och fördelning i realtid.
– Genom att koppla laboratorieinställningar till faktiska driftförhållanden i bruket kan man minska antalet försök och snabbare få stabil produktion, skriver författarna.
Ett sådant system kan exempelvis skapa ett bibliotek av referensbilder över godkända och icke-godkända sprutmönster som operatörer kan använda vid produktionsstart.
Samtidigt betonas att underhåll och servicevänlig konstruktion är avgörande för driftssäkerheten. Snabbfästen för munstycken och system för cirkulation av materialet kan minska risken för igensättning och avlagringar.
Växande intresse för nanocellulosa
Nanocellulosa har fått stort forsknings- och industriintresse eftersom materialet kan förbättra pappers styrka, barriäregenskaper och ytstruktur. Det används även i utvecklingen av nya biobaserade material.
Samtidigt är tekniken fortfarande relativt ny i industriell skala. Många pappersbruk arbetar fortfarande med att optimera hur materialet ska appliceras och integreras i befintliga processer.
Små förändringar i utrustning och processtyrning kan därför få stor betydelse för om tekniken fungerar i kontinuerlig drift.
Källa: Spraying Systems Co.
Fakta:
Mikrofibrillerad cellulosa (MFC) och nanofibrillerad cellulosa (NFC) framställs genom att cellulosafibrer mekaniskt bryts ned till mycket små dimensioner. Materialet används inom pappersindustrin för att förbättra styrka och ytbarriärer, men kan vara svårt att hantera i produktion på grund av hög viskositet och känslighet för processförändringar.
