Varaustilan ja zeta-potentiaalin mittaus

Abstract

Opinnäytetyössä tutustuttiin Mütek PCD-04 TRAVEL -varaustilamittauslaitteeseen ja Mütek SZP-06 -zeta-potentiaalimittauslaitteeseen näytemittausten avulla. Lisäksi laitteisiin käännettiin käyttöohjeet suomeksi. Teoriaosuudessa perehdyttiin varaustilaan ja zeta-potentiaaliin, jotka ovat sähkökineettisiä ominaisuuksia, sekä kerrottiin niiden vaikutuksista paperiprosessiin. Tavoitteisiin kuului selvittää seitsemän eri kemikaalin vaikutukset mekaanisen ja kemiallisen paperimassan varaustilaan ja zeta-potentiaaliin. Tutkimuksessa käytettiin virtauspotentiaalimenetelmää varaustilan ja zeta-potentiaalin mittaukseen sekä varaustiheysmittauksessa polyelektrolyyttistä titrausmenetelmää.

Polyalumiinisilikaatti-kemikaalilla ei saavutettu koivusellunäytteessä kovinkaan suurta zeta-potentiaalin muutosta annosmäärää nostamalla toisin kuin muilla kemikaaleilla eli poly-DADMAC:lla, polyepiamiinilla, polyetyleeni-imiinilla, polyakryyliamidilla, alunalla ja kationisella tärkkelyksellä. Kemikaalien avulla mäntyhiokenäytteiden zeta-potentiaaleissa ei ilmennyt suurta muutosta.

Heikoimmin koivusellunäytteessä kationisuuteen vaikutti polyalumiinisilikaatti-kemikaali, joka muista poiketen ei noussut aluksi anionisesta varauksesta kationisen varauksen puolelle. Tärkkelyksellä mäntyhiokkeen varaustila muuttui anionisesta kationiseksi. Muilla kemikaaleilla mäntyhiokkeen varaustilamuutos oli huomattavasti pienempi. Mittausten perusteella voidaan todeta varaustiheyden kationisuuden kasvavan kemikaalien vaikutuksesta koivusellunäytteissä huomattavasti enemmän kuin mäntyhiokenäytteissä. Koivusellunäytteissä kemikaalien annostelumäärä ei vaikuttanut merkittävästi. Mäntyhiokenäytteissä alunalla saavutettiin suurin anioninen varaustiheys.

The purpose of this thesis was to test two new measuring machines; Mütek SZP-06 -zeta potential analyzer and Mütek PCD-04 TRAVEL -particle charge detector. In addition, the other goal of this thesis was to write the instruction manuals into Finnish. The theoretical part of the thesis considers the meaning of the particle charge and zeta potential, which are the qualities of the kinetic energy. It also deals with what kinds of effects particle charge and zeta potential have on the paper process.

The test measurements were done to find out how chemicals, which were poly-DADMAC, polyepiamine, polyethylenepolyamine, polyacrylamide, alum, polyaluminium silicate and cationic starch, affect the values of the zeta potential, particle charge and charge density. Two different kinds of paper pulps were used in the test measurements. One was mechanical pine pulp and the other was chemical birch pulp. The chemicals were added to the samples in the same proportion as in the paper mills. Streaming Potential and Streaming Current Methods were used to measure the values of the zeta potential and the particle charge. Polyelectrolyte titration method was used to measure the values of the charge density.

The results revealed that polyaluminium silicate chemical didn`t make as huge impact on the zeta potential as other chemicals in the birchcellulose. When starch was added to the mechanical pine pulp, particle charge changed from anionic to cationic. Other chemicals didn`t make as huge impact. The measurements revealed that the chemicals affected much more cationity in the mechanical pine pulp than in the birchcellulose. From the all used chemicals alum affected the most the anionic charge density in the mechanical pine pulp.