Till innehåll på sidan

The effect of environment on refining efficiency of kraft pulps

Tid: Fr 2020-09-11 kl 10.00

Plats: https://kth-se.zoom.us/j/66667478550?pwd=REI3aDQ0aG1wVXl5MlBMVVlzR2ZVdz09 and Brinellvägen 8, Kollegiesalen, Brinellvägen 8, Stockholm (English)

Ämnesområde: Kemiteknik

Respondent: Marie Bäckström , Fiber- och polymerteknologi

Opponent: Docent Leif Robertsen,

Handledare: Professor Monica Ek, Fiber- och polymerteknologi; Professor Lennart Salmén,

Exportera till kalender

Abstract

Industriell tillverkning av massa och papper har skett under en lång tid. Trots detta så finns det fort-farande behov av att bättre förstå enhetsoperationerna vid tillverkningen. Detta är viktigt för att kunna utnyttja hela potentialen av såväl startmaterialet som för de enskilda enhetsprocesserna. För att göra detta är förståelsen för egenskaperna hos de producerade massafibrerna, hur de är uppbyggda och hur de svarar på olika förhållanden vid malningen viktiga.

Målet med detta arbete har varit att klargöra hur malningseffektiviteten, dvs energibehov och utveckling av papperets mekaniska egenskaper påverkas av den omgivande miljön vid malningen av kemisk massa. Huvudhypotesen har varit att fibrerna ur svällningssynpunkt kan betraktas som polyelektrolytiska geler och att detta kommer att påverka fibern och även ha betydelse för styrkan hos fiberflockarna som utsätts för den mekaniska bearbetningen mellan bommarna i kvarnen och på så sätt påverka malningseffektiviteten.

Huvudfokus har varit att studera hur den kemiska miljön, i synnerhet hur den initiala fibersvällningen, påverkar malningseffektiviteten. Därför har motjonen till de laddade grupperna, antalet laddade grupper, elektrolytkoncentration, pH och reologiska egenskaper studerats. Dessutom undersöktes betydelsen av fiberflockning för malningseffektiviteten genom polymertillsatser, d.v.s. tillsats av flockulerings- och deflockuleringsmedel till en fibersuspension strax före kvarnen. Påverkan på malningen utvärderades. En studie för att klargöra betydelsen av malningshomogenitet genomfördes också. Arbetet har utförts både i laboratorie- och pilotskala.

I detta arbete har betydelsen av motjonen till de laddade grupperna för malningsresultatet demonstrerats. När motjonen var natrium så förbättrades malningseffektiviteten, uttryckt som den malenergi som krävs för att uppnå ett givet WRV eller dragindex, med upp till 50%. Den mer energieffektiva malningen av massor i Na+-form kan förklaras med ett samarbete mellan det högre osmotiska trycket i fiberväggen och de mekaniska applicerade krafterna i kvarnen som ger en så kallad "elektrostatisk repulsions-assisterad malning". När mekaniska krafter appliceras på fibern och fiberväggen, och de laddade grupperna är joniserade, bidrar den elektrostatiska repulsionen till att öka svällningen. Detta leder i sin tur till en delaminering av fiberväggen. Malning av fibrer i Na+-form resulterade även i en annan typ av extern fibrillering än den som sker vid de malning av referensmassa i kalciumform. Den förbättrade malningseffektiviteten kunde inte tillskrivas någon reologisk effekt vad gäller vare sig flockstyrka eller flockstorlek.

Antalet laddade grupper korrelerade med malningseffektiviteten hos massan, men antalet laddningar måste balanseras mot ultrastrukturen hos fibermaterialet. Om alltför många laddningar introducerades så förstördes till slut fibrernas ultrastruktur och ingen utveckling av fibrernas mekaniska egenskaper skedde vid malningen.

Betydelsen av malningsheterogenitet på pappersegenskaper undersöktes genom att blanda massor med olika bearbetningsgrad i olika proportioner för på så att få en bred fördelning av hur mycket energi de enskilda fibrerna fått vid den mekaniska bearbetningen. Påverkan av den extrema heterogeniteten var liten då de mekaniska egenskaperna hos det producerade papperet var överraskande lika. I ett pilotpappersmaskinförsök observerades endast en effekt av malningsheterogenitet när 50% av massan var omald. Detta innebär att pappersbruken har stor frihet när man väljer malningsstrategi utan att få någon betydande negativ inverkan på dragstyrkan vid en given densitet. 

urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-278983