Rheological measurements of cellulose derivatives

Abstract

Because the need for textiles in the world has increased, so has the need for textile fibres. There are different processes which produce textile fibres from pulp, which depending on the type has their own downsides and upsides. Cold alkali dissolved pulp is an important field for the environment, as the process can be done in a sustainable way, with decent fibre properties. The problem with cold alkali dissolved pulp is the temperature stability of the dissolved pulp, as they tend to gel in room temperatures. Gelling of dissolved pulp during the process leads to fibre breakup and bad fibre quality. Therefore, it is detrimental to the process that good quality, stable pulps are identified for the process.

The aim of the experiments is to give insight on how this dissolved pulp can be characterized and compared, to give an indication whether the pulp used is stable. The research is based on the rheological properties of pulp and evaluating the differences between different pulps. By determining gelling times, and temperatures, pulps can be characterized whether they are storage and process stable after dissolution. A flow sweep was used to determine change in viscosity under shear, frequency sweep for evaluating gelling times, and temperature hysteresis for gelling temperatures.

The results of the experiments were as expected, Brookfield viscosity giving the best indication of stability and sample behaviour. Temperature hysteresis and frequency sweep tests gave contradicting results regarding sample stability, though flow sweep measurements were in line with temperature hysteresis results. The results of these experiments can be used to further refine the process of evaluating the required dissolved pulp quality.

Jatkuvan tekstiilien kulutuksen kasvun takia myös tekstiilikuitujen tarve kasvaa. Erilaisia prosesseja on olemassa tuottamaan sellusta tekstiilikuituja, tekniikasta riippuen tuoden omia ongelmiaan ja etujaan esiin. Kylmään emäkseen liuotettu sellu on ympäristön kannalta hyödyllinen tutkinnan kohde, sillä prosessi on itsessään toteutettavissa ympäristölle turvallisella tavalla uusiutuvista materiaaleista, saavuttaen kohtuullisia kuituominaisuuksia. Suurin ongelma kylmällä emäksellä liuotetulle sellulle on sen stabiilisuus. Liuotetut sellut geeliytyvät helposti lämpötilan vaikutuksesta, joka ei ole prosessin kannalta toivottua, sillä se aiheuttaa kuitujen katkeilua ja huonolaatuisuutta. Tämän takia on tärkeää löytää selluja, jotka ovat tarpeeksi stabiileita niin säilytykseen, kuin itse prosessiin.

Työn tarkoituksena on antaa tietoa, miten selluja voidaan arvioida, vertailla, ja päätellä onko se stabiili. Tutkimus perustuu reologisten ominaisuuksien tarkasteluun ja arviointiin sellumassojen välillä. Tutkimalla selluille ominaisia geeliytymislämpötiloja ja geeliytymisaikoja, voidaan todeta, onko käytetty sellu tarpeeksi stabiili säilytykseen ja prosessiin. Määrittelemällä selluille ominaisia geeliytymisaikoja ja lämpötiloja, voidaan selluja vertailla jo liuotusvaiheen jälkeen. Virtaustestillä (flow sweep) saatiin aineen viskositeetin muutos leikkauksen vaikutuksesta, taajuustestillä (frequency sweep) aineen geeliytymisaika ja lämpötilahystereesillä geeliytymislämpötila.

Suoritettujen kokeiden tulokset olivat odotettavia, viskositeetin todettiin antavan indikaation sellun stabiilisuudesta ja käyttäytymisestä. Lämpötilahystereesin ja taajuustestien tuloksissa huomattiin risteäväisyyksiä sellun laadun arvioimisessa, vaikkakin virtaustestien tulokset tukivat lämpötilahystereesin tuloksia. Kokeiden tulokset antavat pohjaa tulevien sellujen laadun tutkimusten suorittamiselle.