Pulp strength enhancement by oxygen delignification
Tid: Fr 2022-12-16 kl 10.00
Plats: F3, Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Videolänk: https://kth-se.zoom.us/j/63355487940
Språk: Engelska
Ämnesområde: Kemiteknik
Respondent: Claudia Esteves , Fiber- och polymerteknologi, RISE
Opponent: Professor Christine Chirat, Grenoble INP - Pagora, UGA
Handledare: Dr. Elisabet Brännvall, Ingenjörspedagogik, RISE; Docent Olena Sevastyanova, Wallenberg Wood Science Center, Träkemi och massateknologi; Professor Sören Östlund, Hållfasthetslära
Main funder: STFI Intressentförening
Other funders:
Södra Forskningsstiftelse
Önnesjöstiftelsen
Stiftelsen Nils och Dorthi Troëdssons forskningsfond
QC 2022-11-14
Abstract
Syrgasdelignifiering används i stor utsträckning inom massa- och pappersindustrin som en del av delignifieringsprocessen mellan sulfatkokningen och blekningen. Dess potential har dock inte utnyttjats fullt ut. Snarare än att bara se det som en enhetsprocess mellan kokning och blekning, så bör man utnyttja syrgasens starkt oxiderande förmåga som kraftfullt kan påverka massans egenskaper. I detta arbete undersöktes hypotesen att syrgasdelignifiering har potential att förbättra massans mekaniska egenskaper.
Olika massor framställdes till ett liknande kappatalsintervall genom antingen sulfatkokning eller sulfatkokning kombinerat med ett efterföljande syrgassteg och deras egenskaper analyserades och jämfördes. Denna metod bedömde den verkliga oxidativa potentialen hos syre på de slutliga fiberegenskaperna. Speciellt studerades total fiberladdning, fiberns svällbarhet, massans mekaniska egenskaper, fibermorfologi och fibernanostruktur.
En avgörande komponent i forskningen är sambandet mellan karboxylsyragrupperna, sedda som total fiberladdning, och papperets mekaniska styrka. Den totala fiberladdningen utvärderades genom konduktometrisk titrering och korrelerades med massans svällningsförmåga och mekaniska egenskaper. Det visades sig att syrgasdelignifiering avsevärt kunde öka laddningshalten och massans svällning när en utökad syrgasdelignifiering (dvs. högre delignifieringsgrad) användes. Dessutom ökade arks dragindex när fiberladdningen efter syrgasdelignifiering var tillräckligt hög.
De olika massornas svällningsförmåga undersöktes genom mätningar av Schopper-Riegler-grad (SR°), vattenretentionsvärde (WRV) och fibermättnadspunkt (FSP). Från dessa kunde slutsatsen dras att ju högre fiberladdningshalt desto högre svällningsförmåga oavsett ligninhalt.
Högalkaliimpregnering användes i denna studie för dess potential att öka utbytet. Utbytet jämfördes för sulfatmassa kokad med standard- och högalkaliimpregnering, följt av syrgasdelignifiering och blekning. Det observerades att ökningen i utbyte som erhållits efter sulfaktkoket för högalkaliimpregnering bibehölls efter syrgasdelignifiering och efter blekning.
Inverkan på fibermorfologi och fibernanostruktur av olika enhetsprocesser och förädling studerades. Signifikanta skillnader i fibermorfologi observerades för massa från olika enhetsprocesser. Syrgasdelignifiering gav högre fiberdeformationer jämfört med sulfatkokta massor, men även med högre deformation kan syrgasdelignifierade massor uppnå högre mekanisk hållfasthet vilket motsäger tidigare studier som hävdade lägre massastyrka för syrgasdelignifierade massor på grund av de höga fiberdeformationerna. Man fann också att fiberdeformationer tenderar att öka med PFI-malning för sulfatmassor, medan den för syrgasdelignifierade och blekta massor tenderar att minska. Dessutom studerades fibernanostrukturen genom röntgenspridning och resultaten från delignifiering med sulfatkokning och sulfatkokning följt av syrgasdelignifiering jämfördes.
Denna avhandling belyser fördelarna med att utföra en utökad syrgasdelignifiering efter en reducerad sulfatkokning, vilket resulterar i ökad mängd fiberladdningar. Resultaten indikerar att när syrgasdelignifierade massor uppnår 80 % högre fiberladdningar än sulfatmassa vid ett liknande kappatal kan massornas dragindex förbättras med upp till 18 %. Oxidationsreaktionerna som inträffar under syrgasdelignifieringen leder till en signifikant ökning av karboxylgrupperna i fibrerna, vilket ökar fiberns svällningsförmåga och förbättrar malningseffektiviteten. Kombinationen av dessa effekter resulterar i högre dragindex och minskade krav på malningsenergi. Men för att erhålla en förbättring av de mekaniska egenskaperna måste syrgasdelignifieringen vara tillräckligt omfattande. Möjligen kommer en förlängd syrgasdelignifiering att ha en mer enhetlig och jämn fördelning av de laddade grupperna i fibrerna än en kortare delignifiering. Med förlängd syrgasdelignifiering, ökar fibersvällningen och fiberflexibiliteten vilket leder till en effektivare malning och en starkare fiberbindningsstruktur i pappret.