Optimal Mechanical PulpingProcesses for Eucalyptus, Acacia and Birch
Silvonen, Eija (2006)
Tiivistelmä
Tässä diplomityössä tutkittiin ja vertailtiin eukalyptuksen, akaasian ja koivun kemimekaanista kuiduttamista ja valkaisua. Yleensä näitä puulajeja käytetään sellun keittoon. Puulajit eroavat toisistaan kasvupaikan ja kuiturakenteen osalta. Eukalyptus ja akaasia ovat niin sanottuja trooppisia lehtipuita, kun taas koivu kasvaa pohjoisilla vyöhykkeillä. Koivulla on kookkaimmat kuidut ja akaasialla pienimmät kuidut. Myös näiden lajien putkilot eroavat toisistaan. Koivun putkilot ovat pitkiä ja kapeita, kun taas eukalyptuksen ja akaasian putkilot ovat lyhyitä ja leveitä.
Prosessiksi valittiin kaksivaiheinen APMP-prosessi. Koeajot tehtiinKeskuslaboratorio Oy:ssä. Massoille asetettiin seuraavat tavoitteet: freeness 150-200 ml ja vaaleus 80 %ISO. Eukalyptukselle ja koivulle tehtiin kaksi erilaista impregnointisarjaa, mutta akaasialle vain yksi. Jauhatuksen viimeisessä vaiheessa kokeiltiin myös jauhinvalkaisua. Jauhatuksen energiankulutus oli korkea varsinkin eukalyptuksella ja akaasialla. Jotta energiankulutus saataisiin pienemmäksi, tulisi käyttää enemmän lipeää, mutta se johtaa alkalitummumiseen. Lopuksi massat valkaistiin laboratoriossa. Eukalyptus ja koivu pystyttiin valkaisemaan vaaleuteen 80 %ISO, mutta eukalyptuksen valkaisu vaati enemmän peroksidia kuin koivun valkaisu. Akaasian lähtövaaleus oli niin alhainen, ettei siinä päästy tavoitevaaleuteen. Eukalyptuksella on parempi valonsironta ja paremmat lujuusominaisuudet kuin koivulla.
Kemimekaanista massaa voidaan käyttää hienopaperissa parantamassa jäykkyyttä, bulkkia ja valonsirontaa, mutta usein ongelmana on alhainen vaaleus ja huono vaaleuden pysyvyys. Kemimekaanista massaa voidaankäyttää missä tahansa mekaanisissa painopapereissa. Mekaanisissa painopapereissa kemimekaanisella lehtipuumassalla voidaan korvata mekaanista havupuumassaa. Akaasia on niin tummaa, ettei sitä voida käyttää korkeavaaleuksisiin papereihin. Eukalyptus ja koivu ovat vaaleampia ja helpompia valkaista kuin akaasia, mutta myös niillä on niin huono vaaleudenpysyvyys että käyttö hienopapereissa on rajoittunutta. Mekaanisille eukalyptus ja koivumassoille hienopaperia parempi käyttökohde on mekaaniset painopaperit, kuten MWC-paperi. In this thesis chemimechanical pulping and bleaching of eucalyptus, acacia and birch were investigated. These species are usually used for chemical pulping. The species vary according to habitat and fiber morphology. Eucalyptus and acacia are so called tropical hardwoods and birches grown in the northern hemisphere. Birch has thebiggest fibers and acacia the smallest fibers. Also vessels are different. Birch has long and quite narrow vessels whereas eucalyptus and acacia have short andwide vessels.
The defibering process was chosen to be simulated APMP-process with two stage impregnation. Trials were done in KCL - The Finnish Pulp and Paper Research Institute. The targets to all pulps were to find freeness of CSF 150-200 ml and brightness level 80 %ISO. Two different impregnationseries were compared. Refining energy consumption of eucalyptus and acacia was really high. In order to reduce energy consumption, more alkali should be used in the impregnation stage. Refiner bleaching was also tested in the last refiningstage. Finally, pulps were bleached at laboratory scale. It was possible to bleach eucalyptus and birch to brightness 80 %ISO, but brightness of acacia chips was so low that it was not possible to reach the target. Bleaching of eucalyptus consumed more peroxides than bleaching of birch. Eucalyptus had higher light scattering and better strength properties than birch.
Chemimechanical pulp can be used as a co-pulp in fine papers or in any of the mechanical printing papers. In fine paper cheaper chemimechanical hardwood pulp usually replaces hardwood kraft pulp. Hardwood chemimechanical pulps are known to give higher stiffness, bulk and light scattering, but brightness and brightness stabilityare typically reduced. In coated mechanical paper hardwood chemimechanical pulpcan be used to replace softwood mechanical pulp. Mechanical pulp of acacia can not be used in high brightness grades, because it is too dark and it is hard to bleach. Eucalyptus and birch were brighter and easier to bleach than acacia, butthey all have so low brightness stability that these pulps would be difficult to use as co-pulp in fine papers. Mechanical eucalyptus and birch pulps would be more beneficial for mechanical printing papers, such as MWC paper.
Prosessiksi valittiin kaksivaiheinen APMP-prosessi. Koeajot tehtiinKeskuslaboratorio Oy:ssä. Massoille asetettiin seuraavat tavoitteet: freeness 150-200 ml ja vaaleus 80 %ISO. Eukalyptukselle ja koivulle tehtiin kaksi erilaista impregnointisarjaa, mutta akaasialle vain yksi. Jauhatuksen viimeisessä vaiheessa kokeiltiin myös jauhinvalkaisua. Jauhatuksen energiankulutus oli korkea varsinkin eukalyptuksella ja akaasialla. Jotta energiankulutus saataisiin pienemmäksi, tulisi käyttää enemmän lipeää, mutta se johtaa alkalitummumiseen. Lopuksi massat valkaistiin laboratoriossa. Eukalyptus ja koivu pystyttiin valkaisemaan vaaleuteen 80 %ISO, mutta eukalyptuksen valkaisu vaati enemmän peroksidia kuin koivun valkaisu. Akaasian lähtövaaleus oli niin alhainen, ettei siinä päästy tavoitevaaleuteen. Eukalyptuksella on parempi valonsironta ja paremmat lujuusominaisuudet kuin koivulla.
Kemimekaanista massaa voidaan käyttää hienopaperissa parantamassa jäykkyyttä, bulkkia ja valonsirontaa, mutta usein ongelmana on alhainen vaaleus ja huono vaaleuden pysyvyys. Kemimekaanista massaa voidaankäyttää missä tahansa mekaanisissa painopapereissa. Mekaanisissa painopapereissa kemimekaanisella lehtipuumassalla voidaan korvata mekaanista havupuumassaa. Akaasia on niin tummaa, ettei sitä voida käyttää korkeavaaleuksisiin papereihin. Eukalyptus ja koivu ovat vaaleampia ja helpompia valkaista kuin akaasia, mutta myös niillä on niin huono vaaleudenpysyvyys että käyttö hienopapereissa on rajoittunutta. Mekaanisille eukalyptus ja koivumassoille hienopaperia parempi käyttökohde on mekaaniset painopaperit, kuten MWC-paperi.
The defibering process was chosen to be simulated APMP-process with two stage impregnation. Trials were done in KCL - The Finnish Pulp and Paper Research Institute. The targets to all pulps were to find freeness of CSF 150-200 ml and brightness level 80 %ISO. Two different impregnationseries were compared. Refining energy consumption of eucalyptus and acacia was really high. In order to reduce energy consumption, more alkali should be used in the impregnation stage. Refiner bleaching was also tested in the last refiningstage. Finally, pulps were bleached at laboratory scale. It was possible to bleach eucalyptus and birch to brightness 80 %ISO, but brightness of acacia chips was so low that it was not possible to reach the target. Bleaching of eucalyptus consumed more peroxides than bleaching of birch. Eucalyptus had higher light scattering and better strength properties than birch.
Chemimechanical pulp can be used as a co-pulp in fine papers or in any of the mechanical printing papers. In fine paper cheaper chemimechanical hardwood pulp usually replaces hardwood kraft pulp. Hardwood chemimechanical pulps are known to give higher stiffness, bulk and light scattering, but brightness and brightness stabilityare typically reduced. In coated mechanical paper hardwood chemimechanical pulpcan be used to replace softwood mechanical pulp. Mechanical pulp of acacia can not be used in high brightness grades, because it is too dark and it is hard to bleach. Eucalyptus and birch were brighter and easier to bleach than acacia, butthey all have so low brightness stability that these pulps would be difficult to use as co-pulp in fine papers. Mechanical eucalyptus and birch pulps would be more beneficial for mechanical printing papers, such as MWC paper.