Putkivirtausfraktiointi ja optinen analyysi selluloosakuitujen laadullisessa määrittä misessä

Abstract

The properties of cellulose fibers have an impact on their applications and the quality of the end products. Research on fiber masses aims to determine the properties of fibers that can be utilized in quality control. Traditional methods indirectly examine fibers, for example, through their freeness value. Properties of fibers, such as size and coarseness, can be directly examined using optical analyzers. The theoretical part of this work explores the causes of differences in fibers and their fractionation. In the experimental section, the results of the Valmet fiber image analyzer are compared with those of a developing fractionator, and the fiber fractions classified by the fractionator are investigated.

Differences between the measurement results of optical analyzers were examined using bleached pine and birch cellulose samples. Fiber length, width, fibrillation, and fines content were used as comparison values. In addition, the fiber length distribution of fractions classified by the fractionator was examined using the fiber image analyzer FS5.

There were differences in all studied properties between the results obtained from different measurement methods. The smallest difference between measurement methods was in the fiber length, where the fiber image analyzer measured the length larger than the fractionator. However, the most variation was in determining the fibrillation of fibers, where the fractionator yielded larger results.

The fiber distribution of fractions was determined using the fiber image analyzer FS5. The clearest fractions were obtained with longfiber samples, and the shortest and longest fibers were best classified from the samples.

Selluloosakuitujen ominaisuuksilla on vaikutusta niiden käyttökohteisiin ja lopputuotteiden laatuun. Kuitumassojen tutkimisella pyritään selvittämään kuitujen ominaisuuksia, joita voidaan hyödyntää laadunohjauksessa. Perinteiset menetelmät tutkivat kuituja epäsuorasti esimerkiksi suodattuvuuden avulla. Kuitujen ominaisuuksia, kuten kokoa ja säikeisyyttä, voidaan tutkia suoraan optisilla analysaattoreilla. Tämän työn teoriaosiossa käydään läpi kuiduissa ilmenevien eroavaisuuksien syitä ja fraktiointia. Kokeellisessa osiossa verrataan Valmet kuitukuva-analysaattorin tuloksia kehitysvaiheessa olevan fraktionaattorin tuloksiin, sekä tutkitaan fraktionaattorin luokittelemia kuitufraktioita.

Optisten analysaattoreiden mittaustulosten välisiä eroja tutkittiin valkaistujen mänty- ja koivuselluloosanäytteiden avulla. Vertailtavina arvoina käytettiin kuitujen pituutta, leveyttä, säikeisyyttä ja hienoaineen määrää. Tämän lisäksi kuitukuva-analysaattorilla tutkittiin fraktionaattorilla luokiteltujen fraktioiden pituusjakaumaa.

Eri mittausmenetelmillä saatujen tulosten välillä oli eroja kaikissa tutkituissa ominaisuuksissa. Pienin eroavaisuus mittausmenetelmien välillä oli kuitujen suurimmassa ominaisuudessa, pituudessa, jossa kuitukuva-analysaattori mittasi kuitujen pituuden fraktionaattoria suuremmaksi. Eniten vaihtelua oli sen sijaan kuitujen säikeisyyden määrittämisessä, jossa fraktionaattori sai suurempia tuloksia.

Fraktioiden kuitujakauma määritettiin kuitukuva-analysaattorilla. Selkeimmät fraktiot saatiin aikaan pitkäkuituisilla näytteillä, ja parhaiten näytteistä luokittuivat lyhyimmät sekä pisimmät kuidut.