Learning Centre

Antioxidant properties of lignin in paper

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto University en
dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor.advisor Vänskä, Emilia
dc.contributor.author Vihelä, Tuomas
dc.date.accessioned 2013-10-16T08:03:04Z
dc.date.available 2013-10-16T08:03:04Z
dc.date.issued 2013-10-15
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/11122
dc.description.abstract Environmental concerns have forced packing industry to consider alternative biodegradable raw materials replacing plastics in packages. Adapting of cellulosic fibers in the packages is limited due to their lack of thermal resistance. During mechanical treatment of fibers, the formation of highly reactive free radicals increases. These free radicals may degrade cellulose thus reducing strength properties of the paper. It has been proposed that under the mechanical stress lignin forms phenoxy radicals. The phenoxy radicals can act as a radical scavenger, reacting with the phenoxy or other radicals. This has led researchers to discuss whether antiradical properties of lignin exist when lignin is a component of the fiber matrix. Therefore, the objective of this study is to increase the knowledge of the possible antioxidant properties of lignin in a paper. Another objective is to investigate the mechanical and thermal degradation of lignin-containing pulp sheets. The mechanical treatments were applied to pulps containing different amount of residual lignin: unbleached (UNB), oxygen delignified (SBP) and fully bleached (FBP) softwood kraft pulps. Additionally fully bleached softwood kraft pulps with ascorbic acid (FBP-A) and alkali lignin (FBP-L) treatments were monitored. Refinings of UNB and SBP pulps were conducted with the industrial conical refiner, whereas the chemically treated pulps were refined with the laboratory Hollander refiner. Subsequently, the thermal treatments were conducted for pulp sheets made from these pulps at 225 ˚C and volume share of water vapor of 1 and 75%. The treatment times for UNB and SBP pulp sheets were 20 and 60 minutes, while FBP, FBP-A and FBP-L sheets were treated for 30 minutes in the presence of 1 and 75% water vapor. Finally, chemical, mechanical and optical properties of the pulp sheets were monitored with carbohydrate, viscosity, burst strength, tensile strength, zero-span, ISO-brightness and light adsorption coefficient analyses. Clear differences between thermal stability of UNB and SBP pulp sheets were not found in the analyses. However, the mechanical properties and viscosity of more lignin-containing UNB pulp sheets deteriorated less than SBP pulp sheets during thermal treatment in the presence of water vapor. According to the results from Hollander refined pulps, FBP-L pulp sheet had better mechanical properties and higher viscosity after the refining and thermal treatments than FBP and FBP-A pulp sheets. On the contrast, these properties for the ascorbic acid treated (FBP-A) pulp sheet were inferior. The thermal degradation of all the pulp sheets was accelerated by water vapor. The strength properties of the FBP-L pulp sheet indicated that lignin may have worked as an antioxidant against the mechanical and thermal degradation of the pulp sheet. en
dc.description.abstract Huoli ympäristöstä on pakottanut pakkausteollisuuden harkitsemaan vaihtoehtoisia biohajoavia raaka-aineita korvaamaan muovin käytön pakkausmateriaalina. Selluloosakuitujen hyödyntämistä pakkausmateriaalien raaka-aineena rajoittaa kuitujen heikko lämmönkesto. Kuitujen mekaanisen käsittelyn aikana muodostuu herkästi reagoivia vapaita radikaaleja. Nämä vapaat radikaalit saattavat hajottaa selluloosaa heikentäen paperin lujuusominaisuuksia. On esitetty, että mekaanisen rasituksen aikana ligniini muodostaa fenoksiradikaaleja. Fenoksiradikaalit voivat toimia radikaalin siepparina reagoiden fenoksi- tai muiden radikaalien kanssa. Tämä on johtanut keskusteluun siitä, voiko ligniinin antioksidatiiviset ominaisuudet olla olemassa myös ligniinin ollessa osana kuitumatriisia. Näin ollen tämän tutkimuksen tavoitteena on lisätä tietoa ligniinin mahdollisista antioksidatiivisista ominaisuuksista paperissa. Toisena tavoitteena on tutkia ligniinipitoisten selluarkkien mekaanista ja lämmön aiheuttamaa hajoamista. Mekaaninen käsittely tehtiin eri määrän jäännösligniiniä sisältäneisiin massoihin: valkaisemattomaan (UNB), happivalkaistuun (SBP) ja täysin valkaistuun (FBP) havupuusta valmistettuun sulfaattiselluun. Tämän lisäksi tutkittiin täysin valkaistuja askorbiini- ja ligniinikäsiteltyjä (FBP-A ja FBP-L) massoja. UNB ja SBP sellujen jauhatukset suoritettiin teollisella kartiojauhimella, kun taas käsitellyt massat jauhettiin Hollander- laboratoriojauhimella. Selluarkkien lämpökäsittelyt tehtiin 225 ºC lämpötilassa sekä 1 ja 75 % vesihöyryn suhteellisessa tilavuusosuudessa. Käsittelyajat UNB ja SBP selluarkeille olivat 20 ja 60 minuuttia, kun taas FBP, FBP-A ja FBP-L arkkien käsittely oli 30 minuuttia. Lopuksi selluarkkien kemiallisia, mekaanisia ja optisia ominaisuuksia analysoitiin erilaisilla tutkimusmenetelmillä: hiilihydraatti-, viskositeetti-, puhkaisu-, vetolujuus-, zero-span-, ISO-vaaleus- sekä valon absorptiokerroinanalyyseillä. Tuloksissa ei havaittu suuria eroja eri määrän ligniiniä sisältävien UNB ja SBP selluarkkien välillä. Kuitenkin enemmän ligniiniä sisältäneen UNB selluarkin mekaaniset ominaisuudet ja viskositeetti heikkenivät vähemmän lämpökäsittelyissä vesihöyryn vaikutuksesta kuin SBP selluarkin. Tulosten mukaan, FBP-L selluarkilla oli paremmat mekaaniset ominaisuudet ja korkeampi viskositeetti jauhatuksen ja lämpökäsittelyn jälkeen kuin FBP ja FBP-A arkeilla. Sitä vastoin askorbiinihappo käsitellyllä (FBP-A) arkilla nämä ominaisuudet olivat heikommat. Vesihöyry nopeutti kaikkien selluarkkien lämpöhajoamista. FBP-L selluarkin lujuusominaisuudet osoittivat, että ligniini on saattanut toimia antioxidanttina estäen selluarkin mekaanista sekä lämpöhajoamista. fi
dc.format.extent 98 + 27
dc.language.iso en en
dc.title Antioxidant properties of lignin in paper en
dc.title Ligniinin antioksidatiiviset ominaisuudet paperissa fi
dc.type G2 Pro gradu, diplomityö en
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.subject.keyword antioksidantti fi
dc.subject.keyword ligniini fi
dc.subject.keyword lämpöhajoaminen fi
dc.subject.keyword lämpökellertyminen fi
dc.subject.keyword mekaaninen hajoaminen fi
dc.subject.keyword antioxidant en
dc.subject.keyword lignin en
dc.subject.keyword mechanical degradation en
dc.subject.keyword radical en
dc.subject.keyword thermal degradation en
dc.subject.keyword thermal yellowing en
dc.identifier.urn URN:NBN:fi:aalto-201310167717
dc.programme.major Sellutekniikka fi
dc.programme.mcode P3002 fi
dc.type.ontasot Diplomityö fi
dc.type.ontasot Master's thesis en
dc.contributor.supervisor Vuorinen, Tapani
dc.programme PUU - Puunjalostustekniikan koulutusohjelma fi
dc.location PK fi
local.aalto.openaccess no
local.aalto.digifolder Aalto_91001
dc.rights.accesslevel closedAccess
local.aalto.idinssi 48101
dc.type.publication masterThesis
dc.type.okm G2 Pro gradu, diplomityö


Files in this item

Files Size Format View

There are no open access files associated with this item.

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse