K artonki

Kartongin kuiduilta vaatimat paperitekniset ominaisuudet poikkeavat osaltaan hienopaperin vaatimilta ominaisuuksilta. Syynä tähän on kartonkituotteiden vaatima ryhdikkyys ja jäykkyys /62/. Jäykkyyteen vaikuttaa monikerroskartongeissa erityisesti runkokerroksen paksuus ja pintakerroksen kimmokerroin. Runkokerroksen paksuuden saavuttaminen alhaisella neliömassalla vaatii kuiduilta hyvää huikkia. Monikerroskartongin palstautumisen ehkäisemiseksi vaaditaan kartongilta hyvää palstautumisluj uutta, sekä nuutattavuuden kannalta suuri murtovenymä.

Hyvän päällystystuloksen kannalta pintakerrokselta vaaditaan alhaista karheutta, hyvää formaatiota ja pintaluj uutta. Pintakerroksilta vaaditaan alhaista huokoisuutta, jotta päällysteen ja painovärin imeytyminen keskikerroksiin estyisi.

Korkealuokkainen painotyö vaatii hyvät optiset ominaisuudet, joten vaaleuden, kiillon ja opasiteetin tulee olla korkeat /62, 63/. Nestepakkauskartonki vaatii

sellulta korkeaa vetolujuutta, huokoisuutta, huikkia, hyviä optisia ominaisuuksia, hajuttomuutta ja mauttomuutta /64/.

Kirjallisuuden mukaan /65/ fraktioitua massaa käyttämällä kartongin jäykkyyttä voidaan parantaa n. 35 %. Tämä mahdollistaisi Kartovaaran /65/ mukaan kartongin neliömassan alentamisen 300 g/m2:sta n. 270 g/m2:een.

6 KlRJALLISUUSOSAN YHTEENVETO

Kemiallisen massan laatuvaihteluista suurin osa on peräisin kuitumorfologiasta.

Kuitumorfologiset erot johtuvat puun perintötekijöistä, puun iästä, kasvunopeudesta, kasvuolosuhteista sekä maantieteellisistä eroista. Vaihtelut vaikuttavat pääosin kevät-/kesäpuuosuuksiin. Suomalaisen männyn kesäpuuosuus maan eteläosissa on noin 20 % ja pohjoisessa noin 15 %. Kesäpuuosuus kasvaa puun pintaan päin ja on suurimmillaan puun tyviosassa pienentyen latvaan päin siirryttäessä.

Tutkimusten mukaan kuidun seinämän paksuuden vaikutus massan paperiteknisiin ominaisuuksiin olisi jopa hieman kuidun pituutta vaikuttavampi tekijä. Männyn kesäpuukuidun seinämänpaksuus on noin 2-3 -kertainen kevätpuukuituun verrattuna /2,3/. Tämä tekee yksittäisestä kesäpuukuidusta huomattavasti kevätpuukuitua vahvemman. Ohutseinäisen kevätpuukuidun sitoutumiskyky on kuitenkin parempi kuin kesäpuukuidun sitoutumiskyky.

Repäisylujuudeltaan kesäpuukuitu on kevätpuukuitua parempi, mutta hyvää sitoutumislujuutta vaativa vetolujuus on kevätpuukuidulla kesäpuukuitua parempi.

Optisilta ominaisuuksiltaan kevätpuukuitu on kesäpuukuitua parempi. Raaka- aineen muutoksella voidaan siis vaikuttaa huomattavasti massan peperiteknisiin ominasisuuksiin.

Epätasaisen raaka-aineen, riittämättömän imeytyksen ja väärien keitto- olosuhteiden on todettu lisäävän keiton delignifioitumisen epähomogenisuutta.

Epätasaisen delignifioituminen saa aikaan epätoivottavaa kappahajontaa, joka vaikuttaa alentavasti massojen lujuusominaisuuksiin /35, 39, 40/.

Happidelignifioinnin käyttö j atkodelignifiointiin on lisääntynyt viimeaikoina huomattavasti. Vaikka happidelignifioinnin on todettu heikentävän kuitua ja pienentävän saantoa, on se kuitenkin teknisesti ja taloudellisesti edullisin jatkodelignifiointivaihtoehto sekä korkeaan että alhaiseen kappalukuun keitettäessä. Happidelignifioinnin selektiivisyyttä ollaan pyritty lisäämään käyttämällä matalampia lämpötiloja ja pienempiä alkaliannoksia. Kaksivaiheisen happidelignifioinnin etuina on suurempi kappareduktio ja parempi saanto.

Hyvän armeerausmassan lujuusominaisuuksiin vaikuttavat mm seuraavat ominaisuudet:

• kuidun pituus

• yksittäisten kuitujen lujuus

• kuitujen sitoutumiskyky

• kuitujen määrä

• kuitujen seinämänpaksuus

Armeerausmassoj en tärkeimmät käyttökohteet ovat puupitoiset painopaperit; SC- ja LWC -paperi. SC -paperi vaatii armeerausmassan kuiduilta pituutta ja joustavuutta. Pituuden ja pituusmassan suhde (l/w) tulisi olla suuri. LWC -paperin vaatiman armeerausmassan repäisylujuuden tulisi olla korkea, joten yksittäisen kuidun lujuus tulisi olla riittävä.

KOKEELLINEN OSA

7 T

yön tavoitteet

Työssä tutkittiin kuituraaka-aineen ja kappahajonnan vaikutusta kuidun kykyyn kestää happidelignifiointia. Tavoitteena oli selvittää, onko kuidun rakenteella (kuidun seinämän paksuus) vaikutusta sen kykyyn kestää happidelignifiointia, kun happidelignifiointiin menevän massan kappahajonta on kapea tai laaja.

Kuituraaka-aineina pyrittiin käyttämään materiaaleja, joiden kuitumorfologiset erot olisivat mahdollisimman suuret. Teollisten keittimien sisäistä kappahajontaa pyrittiin jäljittelemään laboratoriossa sekoittamalla määrätyssä suhteessa, tiettyyn kappalukuun keitettyjä massoja. Massasekoituksien keskikappalukutavoitteeksi asetettiin 30.

Eri annoksilla happidelignifioitujen, valkaistujen massojen PFI- jauhatuksella pyrittiin selvittämään massojen paperiteknisiä ominaisuuksia.

Kokeellinen osa suoritettiin 1.6.1999 - 31.1.2000 välisenä aikana Stora Enso Oyj:n Imatran tutkimuskeskuksella, sellutekniikan tutkimusyksikössä.

8 KÄYTETYT MATERIAALIT JA MENETELMÄT

8.1 Kuituraaka-aineiden alkuperä

Kuituraaka-aineina työssä käytettiin:

• mäntysahahake, etelä

• mäntykuitupuu, pohjoinen

• kuusisahahake, etelä

Eteläinen mäntysahahake haettiin Joutsenosta Honkalahden sahalta, jossa raaka- aineena oli hakuhetkellä järeä mäntytukki. Hakkeesta käytetään jatkossa tässä työssä nimeä honkalahti.

Pohjoinen mäntykuitupuu saatiin Kemijärven sellutehtaan hakelinjalta. Hakkeesta käytetään tässä työssä nimitystä kemijärvi.

Kiteen sahan kuusihcike on otettu rekka-autosta Kaukopään CTMP -hakkeen purkupaikalta.

Pohjoinen kuitupuu on haettu Kemijärveltä, tavanomaiselta kasvupaikalta. Puut valikoitiin puun pituuden (n. 15-17 m), rungon suoruuden sekä rinnanympärysmitan (halkaisia n. 15 cm) mukaan. Puut lähetettiin haketettavaksi Helsingin Teknillisen korkeakoulun puunjalostustekniikan osaston selluloosatekniikan laboratorioon, jossa ne haketettiin erikoishakkurilla erikoishakkeeksi, jonka hakepituus oli 4 cm ja hakepaksuus 4 mm. Hake oli erittäin tasapituista ja tasapaksuista.

Hakkeista tehtiin seuraavat analyysit:

• kuiva-aine

• irtotilavuuspaino

• kuivatuoretiheys hakkeesta

• kuivatuoretiheys kiekosta (mäntykuitupuu pohjoinen)

• kasvunopeus

Tehtyjen analyysien standardit sekä standardoimattomien analyysien analyysimenetelmät ovat esitetty liitteessä 1.

8.2 Hakkeiden käsittely

Analyysien jälkeen hakkeet seulottiin. Tarkoituksena oli saada mahdollisen tasalaatuista haketta, joten seulonta suoritettiin kaksivaiheisesti. Ensin suoritettiin Wilen -seulonta. Seulonnasta otettiin talteen kolmas jae, joka seulottiin edelleen rakoseulalla. Rakoseulonnan toinen ja kolmas jae hyväksyttiin keittoon.

Hyväksytyistä jakeista poistettiin silmämääräisesti oksat ja kuorenkappaleet.

Molemmista seulonnoista tehtiin seulontajakauma, joista nähdään hakkeen palakokojakauma. Seulontajakaumat ovat esitetty liitteessä 2. Erikoi s hakkeen tasaisuudesta johtuen, sitä ei seulottu yllä esitetyllä tavalla, vaan siitä poistettiin tikut ja purut liitteessä 1 esitetyllä tavalla.

Hyväksytyt jakeet kuivattiin 70 °C:ssa. Kuivatuksen jälkeen hakkeet pantiin muovipusseihin ja annettiin kuiva-aineen tasaantua. Kuiva-aine oli kuivatuksen jälkeen n. 80 %.

8.3 Kappajakaumien valmistus

8.3.1 Laboratoriokeitot

Massat kappajakaumiin keitettiin edellämainituista raaka-aineista Stora Enso Oyj Imatran tutkimuskeskuksessa sellutekniikan laboratoriossa. Laboratoriossa on kaksi keitintä, josta toinen on 20 1 pakkokiertokeitin ja toinen 6x51 sarjakeitin.

Keittimistä yksinkertaistetut virtauskaaviot ja ominaisuudet ovat esitetty liitteessä 3.

Kappajakaumiin käytettiin massoja kappaluvuista 15, 20, 25, 30, 35, 40 ja 45.

Massat keitettiin jokainen erikseen. Kuvat 30 ja 31 esittävät jakaumissa käytettyjen massojen prosenttiosuuksia.

Homogeeninen kapea jakauma (kk 30)

(Л3 3 V)o

120 "

100 "

80 - 60 - 40 -

20

-0 10 20 30 40 50

Kappaluku

Kuva 30. Homogeenisen, kapean jakauman prosenttiosuudet

Epähomogeeninen laaja jakauma (kk 30)

« 50

-Kappaluku

Kuva 31. Epähomgeenisen, laajan jakauman prosenttiosuudet

Massat, joita tarvittiin vähän, kappaluvuiltaan 15, 20, 25, 35, 40 ja 45, keitettiin sarjakeittimellä ja massat kappalukuun 30 keitettiin pääasiallisesti pakkokiertokeittimellä.

Keittojen jälkeen massat pestiin yön yli kuumalla RO-vedellä ja kuidutettiin laboratorion itse kehittelemällä märkäkuiduttimella, jonka pyörimisnopeus on taajuusmuuntajan avulla säädettävissä. Kuidutuksen jälkeen massat lajiteltiin

VALMETin laboratoiiolajittimella, jonka sihdin rakokokona käytettiin 0,20 mm.

Massat lingottiin (kuiva-aine n. 28 %) ja homogenoitiin. Homogenoinnin jälkeen massoista analysoitiin kappaluku, kuiva-aine, ISO-vaaleus ja viskositeetti.

Jokaisesta raaka-aineesta erikseen valmistettiin kaksi kappajakaumaa. Toisessa jakaumassa käytettiin ainoastaan massaa, jonka kappaluku oli 30 (kapea jakauma) ja toisessa massoja, joiden kappaluvut olivat 15, 20, 25, 30, 35, 40 ja 45 (laaja jakauma). Jälkimmäisessä jakaumassa massat sekoitettiin keskenään huolellisesti kuvan 31 esittämien painoprosenttiosuuksien mukaisesti. Sekoitus tapahtui massojen kuiva-aineiden ollessa noin 26 %. Jakaumia on kutsuttu kuvissa homogeeniseksi, kapeaksi jakaumaksi ja epähomogeeniseksi, laajaksi jakaumaksi.

Jakaumista määritettiin kappaluku, kuiva-aine, ISO-vaaleus ja viskositeetti.

8.4 Happidelignifiointi

Jakaumat jaettiin neljään osaan, josta yksi massa toimi referenssimassana.

Referenssimassa valkaistiin vain sekvenssillä DEDED. Muut kolme massaa happidelignifioitiin ennen DEDED -valkaisua. Oheinen kaaviokuva 32 selventää raaka-aineiden ja massojen käsittelyä tässä diplomityössä.

PFI-j auhatukseen PFI-jauhatukseen Keskikappa 30 LAAJA JAKAUMA Keskikappa 30

KAPEA JAKAUMA

(30)

Kuva 32. Raaka-aineen ja massan käsittelyvaiheet.

Kuvassa 32 esiintyvät termit ”lievä, normaali ja raju” tarkoittavat happidelignifioinnin annoksia oheisen taulukon 5 osoittamalla tavalla.

Taulukko 5. Jakaumien happidelignifiointi.

Alkaliannos, % Paine, bar Lämpötila, °C Loppuvalkaisu

Referenssi - DEDED

Lievä 1,5 5 90 DEDED

Normaali 2,5 5 90 DEDED

Raju 3,5 5 100 DEDED

Happidelignifiointi suoritettiin laboratoriossa Quantum, mark II -reaktorilla, jossa vaiheeseen tulevan hapen paine pidetään vakiona. Delignifioinnin rajuutta säädettiin vaiheen alkaliannoksen ja lämpötilan avulla. Liitteessä 3 on esitetty happidelignifiointilaitteiston toimintaperiaate. Loppuvalkaisu suoritettiin DEDED -sekvenssillä vaaleuteen n. 90 % ISO. Loppuvalkaisu suoritettiin tutkimuskeskuksen ohjekäsikiijan mukaisesti (liite 4).

Valkaistut massat jauhettiin PFI- jauhimella paperiteknisten ominaisuuksien vertailua varten.

9 T

ehdyt kokeetja tulosten tarkastelu

9.1 Raaka-aineiden ja keittokokeiden kappa- jakaumien analyysitulokset

Taulukosta 6 nähdään raaka-aineiden analyysien tulokset. Kasvunopeutta ei pystytty laskemaan raaka-aineista, jotka ovat haettu hakemuodossa (honkalahti, kemijärvi ja kuusi), joten erikoishake on ainoa raaka-aine, josta kasvunopeus on laskettu. Sen kasvunopeudeksi määritettiin 1,14 mm/a. Kuivatuoretiheyksistä voidaan nähdä, miten etelän, paljon kesäpuuta sisältävän männyn pintapuun tiheys on huomattavasti muita korkeammalla tasolla. Mitatut tiheydet korreloivat hyvin kirjallisuudesta löytyvien tiheyksien kanssa /5,9/.

Taulukko 6. Raaka-aineiden analyysitulokset.

Puulaji

Kuiva- tuoreti-heys, ко/тЗ

Irto-

tilavuus-paino, ka/im3

Kuiva- aine, %

Kasvu­

nopeus, mm / a

Honkalahti 431 149 48.28

Kemijärvi 396 169 44.37

Kuusi 369 149 37.61

Erikoishake 397 1,14

Jakaumiin hyväksyttyjen keittojen kappaluvut poikkesivat hieman tavoitteistaan.

Liitteeseen 5 on koottu jakaumiin käytettyjen massojen kappaluvut, sekä niiden analyysitulokset. Liitteessä 5 on myös on esitetty keittojen kappalukujen virheet, suhteutettuina kappalukuun 30. Virheet olivat alle 10 %, mikä oli työn alussa sallittu virheraja.

Jakaumiin hyväksytyistä massoista määritettiin erikseen viskositeetit. Kuvasta 33 nähdään, että pidennetty keitto alentaa viskositeettia.

Kappaluku

~Honkalahti

~9~ Kemijärvi Kuusi Erikoishake

Kuva 33. Kappaluvun vaikutus kuituraaka-aineiden viskositeettiin.

Viskositeettien keskenäistä vertailua ei voida suorittaa, mutta kuvan 33 mukaan 45 kappalukuisen massan ja 15 kappalukuisen massan viskositeettien erotus on

erikoishakkeella muita raaka-aineita selvästi pienempi. Erikoishakkeen viskositeetti oli huomattavasti kemijärven viskositeettia alemmalla tasolla, vaikka molemmat raaka-aineet olivat samalta hankinta-alueelta. Raaka-aineet eivät kuitenkaan olleet peräisin samasta puusta, joten viskositeettien erot johtuivat puiden yksilöllisistä eroista. Kuvasta nähdään myös, että honkalahden ja kuusen viskositeetit nousevat kappalukuun 35 asti. Korkeampaan kappalukuun keitettäessä alkaa kuitujen suuri ligniininpitoisuus kuitenkin haitata viskositeetin mittausta ja tulosten epätarkkuus kasvaa.

9.2 Happidelignifiointi

Happidelignifioinnissa käytetyt olosuhteet ja kemikaaliannokset ovat esitetty liitteessä 6. Kuvasta 34 nähdään, että lievällä alkaliannoksella (1,5 %) päästään noin 25-35 %:n kappareduktioon, normaalilla alkaliannoksella (2,5 %) kappareduktio vaihteli välillä 35-40 % ja rajulla alkaliannoksella (3,5 %) saavutettiin noin 50 %:n kappareduktio.

1,5 2,0 2,5 3,0

Alkalianos, NaOH %

' Honkalahti, kapea ' Honka!ahti, laaja

Kemijärvi, kapea Kemijärvi, laaja Erikoishake, kapea

"• Erikoishake, laaja I Kiteen kuusi

■à

*

3,5

Kuva 34. Alkaliannoksen vaikutus happidelignifioidun massan kappareduktioon.

Happidelignifioinnissa paras kappareduktio saavutettiin pohjoisten puilla.

Kemijärven kapean jakauman kappareduktio oli huomattavasti muita raaka-aineita suurempi. Jakaumien välillä ei havaittu merkittäviä eroja delignifioitumisessa.

Poikkeuksena kuitenkin kemijärvi, jonka epähomogeenisen massan kappareduktio oli selvästi homogeenista massaa pienempi. Happidelignifioinnin analyysitulokset ovat esitetty liitteessä 7.

9.2.1 Viskositeettitarkastelu

Homogeenisten massojen lähtöviskositeetit olivat epähomogeenisten massojen lähtö viskositeetteja korkeammalla tasolla (taulukko 7). Alhaiseen kappalukuun keitetyt massat vaikuttavat enemmän massaseoksen viskositeettia laskevasti kuin korkeaan kappalukuun keitetyt massat viskositeettia nostavasti. Viskositeetti ei siis ole additiivinen suure.

Taulukko 7. Massojen lähtöviskositeetit

Honkalahti Kemijärvi Kuusi Eriko shake kapea laaja kapea laaja kapea laaja kapea laaja Viskositeetti, dm3/kq 1375 1275 1235 1200 1345 1210 985 990

Happidelignifiointi laskee massan viskositeettia. Kuvassa 35 on esitetty happi vaiheessa tapahtuva A viskositeetti kappareduktion funktiona. Kuvasta 35 voidaan nähdä, että kuusen ja honkalahden homogeenisten massojen A viskositeetit olivat muita massoja suuremmat, vaikka niiden kappareduktiot alkaliannoksen funktiona olivatkin muita massoja pienemmät. Homogeenisten massojen selektiivisyys happivaiheessa oli siis huonompi kuin epähomogeenisten massojen selektiivisyys.

Honkalahti, kapea

Honkalahti, laaja E 300

- -Лг - Kemijärvi, kapea E 250

E rikois hake kapea Erikoishake laaja

Kappareduktio, %

Kuva 35. Kappareduktion vaikutus happivaiheen viskositeettialenemaan.

Massojen selektiivisyysero happidelignifioinninssa voi johtua ligniinin reaktiivisuuseroista homogeenisissa ja epähomogeenisissa massoissa.

Epähomogeenisessa massassa korkeaan kappalukuun keitetyn kuidun ligniini on reaktiivisempaa kuin matalaan kappalukuun keitetyn kuidun ligniini.

Happikemikaalit reagoivat voimakkaimmin reaktiivisimman yhdisteen kanssa, eli epähomogeenisessa massassa korkeaan kappalukuun keitetyn massan ligniinin kanssa. Hiilihydraattien pilkkoutumista tapahtuu siis vähemmän epähomogeenisessa kuin homogeenisessa massassa. Pohjoisen puut delignifioituivat selektiivisemmin O -vaiheessa kuin etelän puut.

Honkalahden ja kuusen homogeenisten massojen lähtöviskositeetit olivat korkeammalla tasolla kuin muiden raaka-aineiden homogeenisten massojen lähtöviskositeetit (taulukko 7). Lähtöviskositeettitason ollessa korkea, on sen absoluuttinen viskositeettipudotuskin korkea. Lopullinen viskositeetti jää kuitenkin korkeammalle tasolle massoille, joiden lähtöviskositeetit ovat korkeampia. Prosentuaalisen viskositeettipudotuksen ei todettu olevan aivan yhtä riippuvainen lähtöviskositeettitasosta.

9.3 DEDEO -valkaisu

Loppuvalkaisu suoritettiin DEDED -sekvenssillä loppu vaaleuteen, jonka tavoite oli 89 % ISO. Kuvasta 36 nähdään eri puuraaka-aineiden vaalenevuuskäyrät.

88 ♦— Honkalahti

И— Kemijärvi Kuusi Erikoishake

100 105 110

kg Akt.Cl

Kuva 36. Eri puuraaka-aineiden vaalenevuuskäyrät.

Honkalahden osalta vaalenevuuskäyrä on hieman puutteellinen, mutta raaka- aineiden vaalenevuuserot ovat kuitenkin selvästi nähtävissä, eli kemijärvi ja honkalahti vaalenivat muita helpommin.

Liitteessä 7 on esitetty n. 89 % ISO -vaaleuteen valkaistujen massojen aktiivikloorin kulutukset. Kuusen aktiivikloorin kulutus oli referenssimassalla huomattavasti muita korkeammalla tasolla. Lievä happidelignifiointi laski kulutuksen kuitenkin honkalahden kanssa samalle tasolle. Happidelignifiointi siis pienensi massojen vaalenevuuseroja. Aktiivikloorin kulutuksissa ei havaittu eroja homogeenisten ja epähomogeenisten massojen välillä.

Aktiivikloorin kulutusta voidaan vähentää happidelignifioinnin tehoa lisäämällä.

Raju happikäsittely pienentää kaikkien raaka-aineiden valkaisussa aktiivikloorin

kulutusta lähes 30 - 40 %. Laboratoriomittakaavassa suoritetussa happidelignifioinnissa ei kuitenkaan pystytä määrittämään vaiheeseen käytettyä happi määrää kg:na, koska happea on vaiheessa aina ylimäärin. Markkamääräistä säästöä ei siis tässä tapauksessa voida laskea.

Massojen viskositeetit alenivat valkaisussa 30-175 yksikköä. Kuvasta 37 nähdään, että loppuvalkaisun (DEDED) selektiivisyys viskositeetilla mitattuna huononee kappaluvun laskiessa.

-♦—Honkalahti, kapea Honkalahti, laaja

= 23 - -Ле - Kemijärvi, kapea

- ->4 - Kemijärvi, laaja Erikoishake, kapea

Erikoishake, laaja Kuusi, kapea

> 9

Kuusi, laaja

Valkaisuun tuleva kappaluku

Kuva 37. Viskositeetin alenema kappalukuyksikköä kohti happivaiheen kappaluvun funktiona.

Pohjoisen raaka-aineet olivat valkaisussa selektiivisempiä kuin eteläiset raaka- aineet. Pohjoisen puiden jakaumilla ei havaittu suuria eroja, mutta honkalahden ja kuusen osalta laajat jakaumat olivat selektiivisempiä kuin kapeat jakaumat.

Liitteessä 6 on esitetty valkaisussa käytetyt olosuhteet, kemikaaliannokset sekä massojen loppuvaaleudet ja viskositeettipudotukset happi-ja DEDED -vaiheissa.

9.3.1 Valkaisun tehokkuus

Klooridioksidipohjaisen valkaisun eräänä tehokkuuden mittana voidaan pitää kloorauskerrointa. Kloorauskertoimella tarkoitetaan kokonaisaktiivikloorin kulutusta kappayksikköä kohti. Tehdyistä kokeista voidaan todeta, että klooridioksidivalkaisun tehokkuus laskee, eli aktiivikloorin kulutus kasvaa valkaisuun tulevan kappaluvun laskiessa (kuva 38).

♦ Valkaisuun tulevat massat

18,0 23,0 28,0

Valkaisuun tuleva kappaluku

Kuva 38. Valkaisuun tulevien kappalukujen vaikutus kloorauskertoimeen.

Kuvasta 39 nähdään, että valkaisun tehokkuus oli kaikilla männyillä samaa suuruusluokkaa. Erikoishakkeen molempien jakaumien referenssien kloorauskertoimet olivat muiden mäntyjen referenssien kloorauskertoimia hieman korkeammalla tasolla. Kuusi käyttäytyi poikkeavasti mäntyyn verrattuna. Raaka- aineiden eri jakaumien välillä ei havaittu eroja.

Q<

-SÉз

3

1 ГО Q. Q.

.*ГО

‘o.

Q.ГО I Oo

□ referenssi

■ lievä happi

□ norm. happi

□ raju happi

Kuva 39. Eri raaka-aineiden ja niiden jakaumien kloorauskertoimet.

9.3.2 Saantotarkastelu

Happidelignifiointi vähentää klooridioksidin kulutusta, mutta samalla se pienentää valkaistun massan saantoa, eli lisää puunkulutusta. Eräänä lisäselvityksenä tässä työssä valkaistiin täysvaaleaksi honkalahden hakkeesta myös kappalukuihin 16,7 ja 42 keitetyt massat. Massat valkaistiin sekvenssillä DEDED ja jauhettiin PFI - jauhimella paperiteknisten ominaisuuksien selvittämistä varten. Kuva 40 esittää tilannetta, jossa honkalahden hakkeesta keitetyt massat ovat valkaistu loppuvaaleuteen n. 89 % ISO.

Honkalahti

♦— Keitto

DEDEO - -▲ - Kappa 42

DEDEO ro 45

co 44 jf.

DEDEO Lievä

happidelignifiointi Raju

happidelignifiointi 10 15 20 25 30 35 40 45

Kappaluku

Kuva 40. Delignifioinnin selektiviteetti.

Kuvasta 40 nähdään, että matalaan kappalukuun keitetyn DEDED -valkaistun massan saanto on noin kaksi prosenttiyksikköä kappalukuun n. 30 keitetyn massan saantoa huonompi. Erittäin korkeaan kappalukuun keitetyn massan saannon todettiin olevan noin viisi prosenttiyksikköä matalaan keitetyn massan saantoa parempi. Kappaluvusta n.30 happidelignifioidun ja DEDED -valkaistun massan saanto oli noin puoli prosenttiyksikköä happidelignifioimattoman massan saantoa huonompi. Happidelignifiointi siis huonontaa massan saantoa.

Vaiheiden saannot määritettiin kuiva-aineista. Kuiva-aineita punnittaessa, voi massa sitoa itseensä kosteutta ilmasta, jolloin saannon määrityksen virhemahdollisuus kasvaa. Massan käsittely valkaisulaboratoriossa voi aiheuttaa saantotappioita, jotka eivät johdu kemiallisista ilmiöistä.Yllä luetelluista syistä johtuen, saantokäyriä pitää tarkastella pienellä varauksella.

Liitteessä 8 on nähtävissä muiden raaka-aineiden happidelignifiointiin liittyvät saantokäyrät. Kuusen saantotason havaittiin olevan noin 3-4 prosenttiyksikköä muita korkeammalla tasolla, mikä vastaa kiijallisuuden arvoja/15/.

9.3.3 Kuitudimensiot

Kuitujen pituudet, pituusmassat, sekä hienoaineprosentit määritettiin Kajaani FS- 200:11a. Määritykset tehtiin massoista, joiden latenssi poistettiin jauhamalla niitä PFI -jauhimella 500 kierrosta.

Kuvaan 41 on piirretty kaikkien raaka-aineiden kapeiden ja laajojen jakaumien kuitujen pituusjakaumat. Todetaan, että yksittäisen kuituraaka-aineen kapean ja laajan jakauman kuitujen pituusjakaumakäyrät eivät poikkea toisistaan. Nähdään siis, että keiton tasaisuudella ei ole laboratoriomittakaavassa vaikutusta kuidun pituusjakaumaan. Happidelignifioinnin ei myöskään todettu vaikuttavan jakaumaan. Kuitujen pituusjakaumaan voitiinkin tässä työssä vaikuttaa ainoastaan

kuituraaka-ainetta muuttamalla.

оc

'S

Ol

ß к/

___ Honkalahti 4- Kuusi

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0

pituuspainotettu kuidunpituus/mm

Kuva 41. Eri kuituraaka-aineiden pituudella painotetut kuidun pituusjakaumat.

Kuvasta nähdään, että kuusen pituus] akaumakäyrän muoto poikkeaa männyn jakaumakäyrästä. Kuusen käyrä on matalampi ja leveämpi. Sillä on siis enemmän pitempiä kuituja kuin männyllä. Liiteessä 10 on esitetty muiden massojen pituus] akaumakäyrät.

Raaka-aineiden väliset erot kuitujen pituuksissa olivat huomattavia. Suurimmat erot esiintyivät pohjoisen ja etelän puiden välillä (taulukko 8). Merkittävänä erona voidaan pitää myös sitä, että erikoishakkeen kuidut olivat noin 0,2 mm pitempiä kuin kemijärven kuidut, vaikka molemmat raaka-aineet olivat samalta hankinta- alueelta (liite 10). Pienet erot kuidunpituuksissa happidelignifioinnissa johtuvivat todennäköisesti kuitujen kihartumisesta.

Taulukko 9. Ruskeiden massojen seinämänpaksuudet, kesäpuuosuudet sekä DEDED -valkaistujen massojen pituusmassat.

Massa

Seinämän­

paksuus, mikroni

Kesäpuu,

%

Pituus-massa/

mg/m

Honkalahti, kapea, ref 6,3 30 0,183

Honkalahti, laaja, ref 6,4 25 0,178

Kemijärvi, kapea, ref 5,0 14 0,156

Kemijärvi, laaja, ref 5,1 18 0,165

Erikoishake, kapea, ref 5,6 24 0,156

Erikoishake, laaja, ref 5,9 25 0,155

Kuusi, kapea, ref 6,2 21 0,198

Kuusi, laaja, ref 6,2 22 0,199

Soluseinämien paksuuksissa nähdään etelän ja pohjoisen raaka-aineen välillä merkittävä ero. Jakaumien välinen ero seinämänpaksuuksissa oli merkityksetön.

Kuusen tavanomaista suurempi seinämänpaksuus johtuu luultavasti siitä, että raaka-aineena on ollut tavallista järeämmästä puusta saatua pintapuuta.

Kesäpuuosuuden todetaan etelässä olevan pohjoista suurempi. Soluseinämien paksuuden ja kesäpuuosuuden mittaus liitteessä 1 esitetyllä tavalla on erittäin epätarkka ja taulukon 9 arvoja voidaankin pitää vain suuntaa-antavina. Etelän raaka-aineiden pituusmassat olivat selvästi pohjoisten raaka-aineiden pituusmassoja suuremmat.

10 M

assojen paperitekniset ominaisuudet

Valkaistut havumassat jauhettiin PFI -jauhimella. Jauhatuskierrokset pyrittiin valitsemaan siten, että havusulfaattimassan jauhatustulokset pystyttiin interpoloimaan vetoindeksitasoihin 70 ja 90 Nm/g sekä SR -tasolle 20 ja 30.

Jauhatustulokset ovat esitetty liitteessä 9 sekä jauhatuskäyrät liitteessä 11.

Taulukko 8. Massojen kuidunpituudet sekä pituusmassat. Honkalahti, kapea, ref 2,78 0,183 Erikoishake, kapea, ref 2,31 0,156 Honkalahti, kapea, lievä 2,72 0,195 Erikoishake, kapea, lievä, 2,31 0,164 Honkalahti, kapea, norm Erikoishake, kapea, norm 2,30 0,160 Honkalahti, kapea, raju 2,70 0,190 Erikoishake, kapea, raju 2,29 0,168

Honkalahti, laaja, ref 2,76 0,178 Erikoishake, laaja, ref 2,33 0,155 Honkalahti, laaja, lievä 2,72 0,193 Erikoishake, laaja, lievä, 2,27 0,163 Honkalahti, laaja, norm 2,74 0,196 Erikoishake, laaja, norm 2,26 0,160 Honkalahti, laaja, raju 2,67 0,202 Erikoishake, laaja, raju 2,25 0,164 Kemijärvi, kapea, ref 2,09 0,156 Kuusi, kapea, ref 2,85 0,198 Kemijärvi, kapea, lievä 2,05 0,146 Kuusi, kapea, lievä 2,82 0,195 Kemijärvi, kapea, norm 2,04 0,146 Kuusi, kapea, norm 2,83 0,196 Kemijärvi, kapea, raju 2,02 0,145 Kuusi, kapea, raju 2,83 0,203

Kemijärvi, laaja, ref 2,07 0,165 Kuusi, laaja, ref 2,84 0,199 Kemijärvi, laaja, lievä 2,04 0,149 Kuusi, laaja, lievä 2,86 0,196 Kemijärvi, laaja, norm 2,07 0,142 Kuusi, laaja, norm 2,85 0,200 Kemijärvi, laaja, raju 2,04 0,144 Kuusi, laaja, raju 2,82 0,202

Honkalahden matalaan kappalukuun keitetyn massan kuidunpituuden ei todettu eroavan korkeampiin kappalukuihin keitettyjen massojen kuidunpituuksista.

Kuitujen seinämänpaksuuksien mittauksissa havaittiin, ettei happidelignifiointi vaikuta juurikaan seinämän paksuuteen. Oheisessa taulukossa 9 on esitetty ruskeiden massojen seinämänpaksuudet, kesäpuuosuudet sekä DEDED - valkaistujen massojen pituusmassat.

10.1 Jauhautuvuus

Jauhautuvuudella tarkoitetan tässä yhteydessä vetolujuuden kehitystä jauhatuksen funktiona. Jauhautuvuus on riippuvainen kuitujen kemiallisista ja fysikaalisista ominaisuuksista. Oheinen kuva 42 esittää eri raaka-aineiden ja niiden jaukaumien vetolujuuden kehityksen jauhatuksessa.

Comparison of Pulps

—ж—KV 5374 Kemijärvi, kapea, ref KV 5376 Kemijärvi, laaja, ref ,e KV 6409 Honkalahti, kapea, ref - <з- kv 6410 Honkalahti, laaja, ref

KV 6425 Erikoishake, kapea, ref KV 6426 Erikoishake, laaja, ref KV 6432 Kuusi, kapea, ref KV 6433 Kuusi, laaja, ref 2000 6000

Revolutions

Kuva 42. Eri raaka-aineiden ja niiden jakaumien vetolujuuden kehitys jauhatuksessa.

Honkalahden hakkeesta keitetyn massan todettiin jauhautuvan muita raaka-aineita hitaammin. Honkalahden hitaampi vetolujuuden kehitys johtuu sen jäykistä, paksuista soluseinämistä ja sitä kautta heikommasta sidosten muodostuskyvystä.

Kuusi jauhautui yhtä nopeasti kuin pohjoisen raaka-aineet. Tämä voi johtua kuusen paremmasta keittosaannosta. Kaikilla raaka-aineilla homogeeninen massa jauhautui nopeammin kuin epähomogeeninen massa.

Täysvaaleiden honkalahden matalaan ja korkeaan kappalukuun keitettyjen massojen erillinen jauhaminen auttaa ymmärtämään miksi epähomogeeninen massa jauhautuu hitaammin kuin homogeeninen massa. Kuvasta 43 nähdään, miten paljon hiilihydraatteja sisältävä, erittäin hyvin turpoava, korkeaan

kappal uku un keitetty massa jauhautuu huomattavasti mataliin kappalukuihin keitettyjä massoja nopeammin.

Comparison of Pulps

KV 6409 Honkalahti. kapea, ref

• KV 6410 Honkalahti. laaja, ref

- ■a- KV 6286. Honkalahti. kappa 15

- a- kv 6287. Honkalahti, kappa 40

5000 6000

3000 4000

1000 2000

Revolutions

Kuva 43. Honkalahden eri kappalukuihin keitettyjen massojen jauhautuvuus.

Kuvasta nähdään myös, että honkalahden laaja jakauma jauhautuu kapeaa jakaumaa hitaammin. Syynä tähän voi olla se, että matalaan kappalukuun keitetyt, vähän hiilihydraatteja sisältävät, huonosti turpoavat massat hidastavat massaseoksen jauhautumista voimakkaammin kuin korkeaan kappalukuun keitetyt massat parantavat sitä. Korkeaan ja matalaan kappalukuun keitettyjen massojen prosenttiosuudet massaseoksessa oli sama. Honkalahden eri kappalukuihin keitettyjen massojen jauhatuskäyrät ovat esitetty liitteessä 11.

Happidelignifioinnin todettiin hidastavan jauhautumista kaikilla raaka-aineilla.

Happikäsittely hidasti etelän puiden jauhautumista voimakkaammin kuin pohjoisten puiden jauhautumista. Jakaumien jauhautuvuuden hidastumisessa ei havaittu eroja. Happikäsittelemättömän referenssimassan ja rajun happikäsitellyn massan välillä todettiin huomattavia eroja. Parhaiten ilmiö näkyi kuusen laajassa jakaumassa, joka on esitetty kuvassa 44. Liitteeseen 9 on koottu kaikki jauhatustulokset.

Comparison of Pulps

KV 6433 Kuusi, laaja, ref

KV 6435 Kuusi, laaja, lievä

KV 6438 Kuusi, laaja, normaali

“ KV 6439 Kuusi, laaja, raju

5000 6000

3000 Revolutions

Kuva 44. Happikäsittelyn vaikutus kuusen laajan jakauman jauhautumiseen.

10.2 Repäisylujuus

Soluseinämältään ohut kemijärven hake oli repäisylujuudeltaan muita raaka- aineita selvästi huonompi. Erikoishake, joka oli samalta hankinta-alueelta kuin kemijärvi, oli selvästi kemijärveä korkemmalla tasolla. Tämä selittyy ainkin osaksi erikoishakkeen kemijärveä pitemmillä kuiduilla. Etelän raaka-aineiden repäisylujuudet olivat pohjoisen raaka-aineiden repäisylujuuksia parempia.

Epätasaisen keiton todetaan huonontavan massan repäisyluj uutta, (kuva 45).

In document The effect of oxygen delignification on fiber raw material and on kappavariation of softwood kraft pulp (sivua 58-0)