Kuitujen koostumuksen vaikutus paperiteknisiin ominaisuuksiin sekä happamien ja alkalisten massojen eroavaisuudet

Abstract

Opinnäytetyö tehtiin Tampereen ammattikorkeakoululle. Opinnäytetyön tarkoituksena oli selvittää, miten kuidun kemialliset ominaisuudet vaikuttavat massan paperiteknisiin ominaisuuksiin. Lisäksi työssä vertailtiin alkalisen sulfaattimassan ja happaman sulfiittimassan ominaisuuksia. Työn teoreettinen osa perustuu alan kirjallisuuteen. Työssä on hyödynnetty myös kansainvälisiä lähteitä. Kokeellinen osa toteutettiin Tampereen ammattikorkeakoulun paperilaboratoriossa.

Kokeellisessa osassa tutkittiin, miten erilaiset massaominaisuudet vaikuttavat seosmassoista valmistettujen arkkien paperiteknisiin ominaisuuksiin. Perusmassana käytettiin pitkäkuituista jauhettua ja valkaistua mäntysulfaattimassaa (Massa X). Seosmassoina käytettiin jauhamatonta valkaistua pitkäkuituista sulfiittimassaa (Massa A) sekä jauhamatonta ja valkaisematonta kokeellista lyhytkuituista massaa (Massa B), joka poikkesi tavanomaisista massoista koostumukseltaan ja ominaisuuksiltaan.

Opinnäytetyön selvityksen perusteella voitiin todeta kuitujen ominaisuuksien riippuvan pitkälti siitä, kuinka suuri suhteellinen osuus kuiduissa on kemiallisia komponentteja. Selluloosa ja hemiselluloosa tuovat paperiverkostolle tärkeitä ominaisuuksia, toisin kuin ligniini, joka tekee kuidusta sitoutumattoman ja jäykän. Kuidun pituus vaikuttaa positiivisesti lujuusominaisuuksiin. Kuituihin vaikuttaa myös kuitujen valmistustapa. Hapan kuitu on lyhyempi, heikompi ja murtuu helpommin kuin alkalinen kuitu. Paperiteknisiin ominaisuuksiin vaikuttavat kuitujen koostumus, kuitujen pituus, jauhatus, kuitujen mukautumiskyky ja kuitujen sitoutumiskyky.

Sulfaattimenetelmä tuottaa paremmat massan lujuusominaisuudet, se sopii kaikille kuituraaka-aineille ja lehtipuilla on korkea saanto. Happaman sulfiitti-menetelmän hyviä puolia ovat korkeampi saanto ja valkoisempi massa. Vaikka pelkästään hapan sulfiittikeitto on ominaisuuksiltaan riittämätöntä paperiteollisuuteen, sulfiittikeiton suurimpia etuja on sen joustavuus: monivaiheinen sulfiittikeitto mahdollistaa tuotteiden valmistamisen laajemmalla laatuasteikolla kuin sulfaattikeitto.

Tulosten perusteella pitkäkuituinen Massa A oli paperiteknisten ominaisuuksien perusteella hieman parempaa melkein kaikissa seospisteissä kuin lyhytkuituinen Massa B, mutta tulokset eivät ole täysin vertailukelpoisia. Massa B sisälsi paljon tikkumaista materiaalia sekä flokkautuneita kuituja, kun taas Massa A oli homogeenistä ja laadullisesti tasaista. 10–20 % seosmassaa pystyttiin lisäämän perusmassaan, ennen kuin sen ominaisuudet alkoivat heikkenemään radikaalisti.

The thesis was commissioned by Tampere University of Applied Sciences. The aim of the thesis was to find out how the chemical properties of fiber affect the paper properties of pulp. In addition, the properties of alkaline sulphate pulp and acid sulphite pulp were compared. The theoretical part of the work is based on literature in the field. International sources have also been utilized in the work. The experimental part was performed in the paper laboratory of Tampere University of Applied Sciences.

The experimental part investigated how different pulp properties affect the paper technical properties of sheets made from mixed mass pulps. Long-fiber refined, and bleached pine sulphate pulp (Pulp X) was used as the base pulp. As a mixture, mass of unrefined bleached long-fiber sulphite pulp (Pulp A) and unrefined and unbleached experimental short-fiber pulp (Pulp B) was used. Pulp B differed from conventional pulps in composition and properties.

Based on the results of the thesis, it can be stated that the properties of the fibers depend to a large extent on the relative proportion of chemical components in the fibers. Cellulose and hemicellulose bring important properties to the paper web, unlike lignin, which makes the fiber unbound and rigid. The length of the fiber has a positive effect on the strength properties. Fibers are also affected by the way they are made. Acid fiber is shorter, weaker and breaks more easily than alkaline fiber. The technical properties of the paper are affected by the composition of the fibers, the length of the fibers, whether are they refined, the adaptability of the fibers and the ability of the fibers to bind.

The sulphate method produces better pulp strength properties, it is suitable for all fibrous raw materials and hardwoods have a high yield. The advantages of the acid sulfite process are higher yield and whiter mass. Although acid sulphite process alone has insufficient properties for the paper industry, the biggest advantages of the sulphite process are its flexibility: multi-stage sulphite process allows products to be made on a wider range of quality than sulphate process.

Based on the results, the long fiber Pulp A was slightly better at almost all blending points in terms of paper specifications than the short-fiber Pulp B, but the results are not fully comparable. Pulp B contained a lot of sticks as well as flocculated fibers, while Pulp A was homogeneous and