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).

Comparison of Pulps

KV 5374 Kemijärvi, kapea, ref KV 5376 Kemijärvi, laaja, ref KV 6409 Honkalahti, kapea, ref -a- 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

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Tensile Index, Nm/g

Kuva 45. Eri raaka-aineiden ja niiden jakaumien repäisylujuudet vetolujuuden funktiona.

Kuusi käyttäytyi poikkeuksellisesti, sillä sen happikäsittelemättömän laajan jakauman repäisylujuus oli kapean jakauman repäisylujuutta parempi. Kuusen keskimääräinen kuidunpituus ei poikkea honkalahden kuidunpituudesta. Kuvasta 41 nähdään kuitenkin, että sillä on enemmän pitkiä kuituja kuin muilla raaka- aineilla. Pitkien kuitujen määrän kasvun vaikutusta massaseoksen repäisylujuuteen ei tarkkaan tunneta, mutta tämä voi olla eräs selittäjä kuusen epähomogenisen massan hyvälle repäisylujuudelle.

Kuvasta 46 nähdään, että honkalahden korkeaan kappalukuun keitetyn massan repäisylujuus oli hieman kappalukuun 30 keitetyn massaan repäisylujuutta parempi. Matalaan kappalukuun keitetyn massan repäisylujuus oli huomattavasti muita alemmalla tasolla. Pitkälle keitettyjen massojen heikot repäisylujuudet vaikuttavat siis heikentävästi massaseoksen repäisylujuuteen.

Comparison of Pulps

KV 6409 Honkalahti. kapea, ref

KV 6410 Honkalahti, laaja, ref

■ KV 6286, Honkalahti, kappa 15

■ 0* KV 6287, Honkalahti, kappa 40

Tensile Index, Nm/g

Kuva 46. Honkalahden- eri kappalukuihin keitettyjen massojen repäisylujuus vetolujuuden funktiona.

Yleisesti voidaan sanoa, että happidelignifiointi heikentää massan repäisyluj uutta.

Repäisylujuus alenee happikäsittelyssä sitä voimakkaammin mitä korkeampi repäisylujuus massalla oli ennen happi vaihetta. Kuvassa 47 on esitetty kaksi lähtörepäisylujuuksiltaan toisistaan selvästi poikkeavaa massaa. Erikoishakkeen kapean jakauman repäisylujuus putoaa referenssimassan arvosta 21 mNm2/g rajun happikäsitellyn massan arvoon 15,5 mNm2/g, vetolujuudessa 70 Nm/g.

Kemijärven epähomogeenisen massan repäisylujuus alenee happikäsittelyssä vain noin yhden yksikön verran.

Comparison of Pulps

KV 5376 Kemijärvi, laaja, ref

—KV 6408 Kemijärvi, laaja, lievä

’ KV 6392 Kemijärvi, laaja, normaali

—°—KV 6400 Kemijärvi, laaja, raju KV 6425 Erikoishake, kapea, ref

• "KV 6421 Erikoishake, kapea, lievä - •a- KV 6419 Erikoishake, kapea, normaali

KV 6420 Erikoishake, kapea, raju

25 40 55 70 85 100 115

Tensile Index, Nm/g

Kuva 47. Kemijärven laajan jakauman ja erikoishakkeen kapean jakauman repäisylujuuden kehitys vetolujuuden funktiona.

10.2.1 Kuidunpituuden vaikutus repäisylujuuteen

Repäisyluj uuden erääksi merkittävimmäksi selittäjäksi on esitetty kuidunpituutta.

Kuidunpituudella ei kuitenkaan voida selittää miksi alhaiseen kappalukuun keitetyn honkalahden massan repäisyluj uus oli niin paljon korkeampiin kappalukuihin keitettyjä massoja heikompi. Kappaluvuiltaan erilaisten massojen kuidunpituuksissa ei todettu merkittäviä eroja.

Oheiseen kuvaan 48 on piirretty kaikkien massojen repäisyluj uudet pituudella painotetun kuidunpituuden funktiona. Kuvasta nähdään, että kuidunpituuden pysyessä samalla tasolla, repäisyluj uus saattaa vaihdella jopa viisi yksikköä.

Kuvasta nähdään, että rajuimman happikäsittelyn saaneiden massojen repäisyluj uudet olivat tietyssä kuidunpituudessa heikoimmat. Tämä voi johtua siitä, että happidelignifioitujen massojen yksittäisten kuitujen lujuus on heikentynyt hiilihydraattien pilkkoutumisten myötä. Kuitujen

sitoutumispotentiaalin todetaan myös heikentyvän happidelignifioinnin rajuuden kasvaessa. Kirjallisuuden mukaan /21/ myös tämä voi vaikuttaa repäisylujuuteen.

Vaikka kuidunpituudella ei tässä työssä voidakkaan selittää homogeenisen ja epähomogeenisen massan repäisylujuuseroja, voidaan kuvasta 48 kuitenkin nähdä jonkinlainen korrelaatio repäisyluj uuden ja kuidunpituuden kanssa.

Pit.pain. kuidunpituus, mm

Kuva 48. Kaikkien massojen repäisyluj uudet kuidunpituuden funktiona.

10.2.2 Zero Span -vetolujuus

Yksittäisen kuidun lujuuseroja pyrittiin selvittämään Zero Span Wet - vetolujuuskokeilla. Etelän raaka-aineiden Zero Span -arvojen todettiin olevan selvästi pohjoisten raaka-aineden Zero Span -arvoja parempia. Raaka-aineiden seinämänpaksuuksien erojen todetaan korreloivan jossain määrin raaka-aineiden Zero Span -vetolujuuksien eroihin. Paksuseinäisemmällä kuidulla todettiin korkeampi Zero Span -vetolujuus kuin ohutseinäisellä kuidulla.

"♦—KV 5374 Kemijärvi, kapea, ref

—KV 5376 Kemijärvi, laaja, ref KV 6409 Honkalahti, kapea, ref a" 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

70 80

Tensile index, Nm/g

Kuva 49. Raaka-aineiden ja niiden jakaumien Zero Span -arvot vetolujuuden funktiona.

Epätasaisella keitolla näyttäisi olevan heikompi Zero Span -vetolujuus kuin tasaisella keitolla (kuva 49). Erikoishakkeen osalta tilanne oli kuitenkin päinvastainen, sillä laajan jakauman referenssi oli kapean jakauman referenssiä selvästi korkeammalla tasolla.

Honkalahden matalaan -ja korkeaan kappalukuun keitetyn massan Zero Span - vetolujuudet ovat esitetty kuvassa 50. Eri kappalukuihin keitettyjen massojen arvot eivät poikenneet merkittävästi toisistaan. Homogeenisten ja epähomogeenisten massojen Zero Span -arvojen erojen selittäminen tällä tavalla on siis mahdotonta. Zero Span -vetolujuuden kykyä mitata yksittäisen kuidun lujuutta on arvosteltu ja eräänä virhelähteenä voidaankin pitää mahdollista kuidun kiharuutta. Zero Span -vetolujuuden arvoon vaikuttavat muutkin tekijät kuin yksittäisen kuidun lujuus.

Comparison of Pulps

KV 6409 Honkalahti, kapea,

KV 6410 Honkalahti, laaja, ref

• KV 6286, Honkalahti, kappa

- o- KV 6287, Honkalahti, kappa

20 30 40 SO 60 70 80 90 100 110 120

Tensile Index, Nm/g

Kuva 50. Honkalahden eri kappalukuihin keitettyjen massojen Zero Span -arvot vetolujuuden funktiona.

Kuvasta 51 nähdään, että jo lievä lievä happikäsittely alentaa kuusen homogeenisen massan Zero Span -vetolujuuksia. Kaikilla massoilla oli selvästi havaittavissa, että happidelignifiointi heikentää yksittäisen kuidun lujuutta.

Comparison of Pulps

KV 6432 Kuusi, kapea, ref

KV 6434 Kuusi, kapea, lievä

* Om KV 6436 Kuusi, kapea, normaali

KV 6437 Kuusi, kapea, raju

Tensile Index, Nm/g

Kuva 51. Happidelignifioinnin vaikutus kuusen homogeenisen massan Zero Span- vetoluj uuteen.

10.2.3 Optiset ominaisuudet ja tiheys

Massojen optisista ominaisuuksista on tässä yhteydessä käsitelty valon hajaheijastuskerrointa. Ohutsoluseinäisten kuitujen lukumäärä massa-arkissa, josta hajaheijastuskerroin määritetään, on huomattavasti paksusoluseinäisten kuitujen lukumäärää suurempi. Kuitujen lukumäärän kasvu parantaa massa-arkin optisia ominaisuuksia neliömassan pysyessä vakiona. Pohjoisten, paljon kevätpuuta sisältävien, taipuisien kuitujen optiset ominaisuudet olivatkin odotetusti etelän raaka-aineita parempia.

Hajaheijastuskerroin oli hieman parempi homogeenisella kuin epähomogeenisella massalla. Erot olivat kuitenkin erittäin pieniä. Kemijärven ja honkalahden referenssimassojen kapeiden ja laajojen jakaumien hajaheijastuskertoimet eivät eronneet toisistaan (kuva 52). Happidelignifiointi heikensi valon hajaheijastuskerrointa, mutta eroja jakaumien välillä ei havaittu happikäsitellyilläkään massoilla.

Comparison of Pulps

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Tensile index, Nm/g

Kuva 52. Eri raaka-aineiden ja niiden jakaumien haj aheij astuskerroin vetolujuuden funktiona.

Pohjoisten raaka-aineiden massa-arkit olivat tiiviimpiä kuin etelän kuitujen massa-arkit. Jakaumien ei todettu vaikuttavan merkittävästi massojen tiheyksiin.

Happidelignifiointi sen sijaan tiivisti arkkia. Oheisen kuvan 53 mukaan erikoishakkeen kapean jakauman tiheys kasvaa huomattavasti happideligniftoinnin rajuuden kasvaessa. Muilla massoilla ei havaittu yhtä selvää tiheyden nousua.

Comparison of Pulps

KV 6425 Erikoishake, kapea, ref

KV 6421 Erikoishake, kapea, lievä

KV 6419 Erikoishake, kapea, normaali

KV 6420 Erikoishake, kapea, raju

30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Tensile index, Nm/g

Kuva 53. Happidelignifioinnin vaikutus erikoishakkeen tiheyteen.

11 K

okeellisen osan yhteenvetoja johtopäätökset

Kokeellisessa osassa pyrittiin selvittämään kuituraaka-aineen ja kappahajonnan vaikutusta kuidun kykyyn kestää happidelignifiointia. Kokeessa käytettiin neljää eri raaka-ainetta, jotka olivat: eteläinen mäntysahahake, pohjoinen mäntykuitupuu, pohjoinen mäntykuitupuu (Johan Gullichsenin erikoishake) sekä eteläinen kuusisahahake. Erikoishakkeella tarkoitettiin erittäin tasaisesti haketettua haketta, jonka hakepituus oli 40 mm ja -paksuus 4 mm.

Kaikista raaka-aineista valmistettiin kapea -ja laaja kappajakauma, joiden keskikappaluvut olivat 30. Kappajakaumat happidelignifioitiin lievällä, normaalilla ja rajuilla olosuhteilla, jonka jälkeen ne DEDED -valkaistiin täysvaaleiksi. Jokaisesta jakaumasta DEDED -valkaistiin myös yksi referenssimassa. Kaikki massat jauhettiin PFI-jauhimella.

Kaikilla raaka-aineilla homogeenisen keiton lähtöviskositeetti oli korkeammalla tasolla kuin epähomogeenisen keiton lähtöviskositeetti. Epähomogeenisen massan yksittäisten massakomponenttien viskositeeteista havaittiin, että viskositeettimittauksen epätarkkuus kasvaa korkeisiin kappalukuihin keitettyjen massojen ligniinipitoisuuksien lisääntymisen myötä. Alhaiseen kappalukuun keitetyt massat vaikuttavat massaseoksen viskositeettiin enemmän kuin korkeaan kappalukuun keitetyt massat.

Lähtöviskositeettitason ollessa korkea, sen absoluuttinen pudotus happivaiheessa on korkea. Prosentuaalisen viskositeettipudotuksen ei todeta olevan aivan yhtä riippuvainen lähtöviskositeettitasosta. Happidelignifioinnissa korkein kappareduktio saavutettiin pohjoisen puilla. Kappareduktiossa ei havaittu eroja jakaumien välillä. Kappareduktion funktiona tarkasteltu viskositeetin alenema osoitti, että selektiivisyys oli parempi ohutsoluseinäiselle pohjoisen kuiduille kuin paksusoluseinäisille etelän kuiduille. Pohjoisen kuidut kestävät siis viskositeetilla mitattuna happidelignifiointia etelän kuituja paremmin.

Pohjoisten puiden jakaumien selektiivisyyksissä ei havaittu merkittäviä eroja.

Happidelignifioinnissa sen sijaan etelän epähomogeeninen massa oli selektiivisempi kuin homogeeninen massa. Homogeenisen ja epähomogeenisen massan keskikappaluku oli lähtötilanteessa sama, eli niiden kokonaisligniinipitoisuudet olivat samat. Korkeaan kappalukuun keitetyn kuidun ligniinin reaktiivisuus on todettu olevan matalaan kappalukuun keitetyn ligniinin reaktiivisuutta parempi /46/. Happikemikaalit reagoivat voimakkaimmin reaktiivisimman yhdisteen kanssa, eli epähomogeenisessa massassa korkeaan kappalukuun keitetyn massan ligniinin kanssa. Hiilihydraattien pilkkoutumista tapahtuu siis vähemmän epähomogeenisessa kuin homogeenisessa massassa.

Aktiivikloorin kulutusta voidaan vähentää happidelignifioinnin tehoa lisäämällä.

Raju happikäsittely pienentää kaikkien raaka-aineiden aktiivikloorin kulutusta valkaisussa lähes 30 - 40 %. Happidelignifioinnin todettiin laskevan massan saantoa n. 0,5 % -yksikköä.

Loppuvalkaisun (DEDED) selektiivisyys viskositeetilla mitattuna oli pohjoisen raaka-aineilla parempi kuin etelän raaka-aineilla. Selektiivisyyden todettiin heikentyvän happivaiheen kappaluvun laskiessa. Aktiivikloorin kulutus kappayksikköä kohden nousi valkaisuun tulevan kappaluvun laskiessa. Etelän raaka-aineiden epähomogeeniset massat olivat selektiivisempiä kuin homogeeniset massat.

Raaka-aineiden kuidunpituuksissa havaittiin selvät erot pohjoisten ja etelän puiden välillä. Kuidun pituuksien ei kuitenkaan todettu muuttuvan merkittävästi happidelignifioinnissa, tai keitettäessä massa alhaisempaan kappalukuun.

Homogeenisen ja epähomogeenisen massan kuidun pituusjakaumien ei todettu eroavan toisistaan mitenkään. Kuusella todettiin olevan enemmän pitkiä kuituja kuin männyllä.

Ohutsoluseinäiset pohjoiset kuituraaka-aineet jauhautuivat etelän raaka-aineita nopeammin. Epähomogeeninen massa jauhautui hitaammin kuin homogeeninen

massa. Tämä johtuu siitä, että matalaan kappalukuun keitetyt, vähän hiilihydraatteja sisältävät, huonosti turpoavat massat jauhautuvat hitaasti ja

massa. Tämä johtuu siitä, että matalaan kappalukuun keitetyt, vähän hiilihydraatteja sisältävät, huonosti turpoavat massat jauhautuvat hitaasti ja

In document The effect of oxygen delignification on fiber raw material and on kappavariation of softwood kraft pulp (sivua 70-0)