Viscose filterability and fiber wall pore size as a measure of pulp reactivity

Thumbnail Image

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

School of Chemical Engineering | Licentiate thesis

Authors

Date

2019

Department

Biotuotteiden ja biotekniikan laitos
Department of Bioproducts and Biosystems

Major/Subject

Mcode

Degree programme

Language

en

Pages

98 + app. 13

Series

Abstract

This study presents research on pulp properties and characteristics affecting the reactivity and accessibility of the pulps. Pulps with different production methods and wood species were selected for the tests. Mainly dissolving pulps were investigated, but in addition, one paper grade pulp was also included in the selection as a reference of hemicellulose-rich pulp. In order to comprehensively understand the cellulose structure, pulp samples were investigated at three different levels: molecular, supramolecular and morphological. The main method used in this study was the viscose filterability test (Treiber test), which determines the filterability value (FV) of viscose and describes pulp reactivity, which is understood as the processability and quality of the pulp. The Treiber test device was built and thoroughly evaluated for FV determination. Pulp accessibility (reactivity) was investigated by determining the pore size of the fibre wall. The methods included solid-state NMR (to determine the lateral fibril aggregate dimensions (LFAD)), the fibre saturation point (FSP) and BET measurements. The results showed that the production method of the dissolving pulp, as well as pulp’s chemical composition, macromolecular properties and other characteristics affect the pulp reactivity (FV). High hemicellulose content indicated poor reactivity (FV) and a lower CS2 -charge negatively affected reactivity. A relationship between the crystallinities measured by NMR and the viscose filterability was found. This result was not expected, due to the results of earlier studies. A correlation between the crystal width and the filterability value was also found. Viscose filterability increased parallel with increasing crystal width.

Tämä työ esittelee tutkimuksen, jossa tutkittiin sellun reaktiivisuuteen ja saavutettavuuteen vaikuttavia ominaisuuksia ja luonteenpiirteitä. Testeihin valittiin selluja, jotka on valmistettu eri tuotantomenetelmillä sekä eri puulajeista. Pääasiassa tutkittiin erilaisia liukoselluja, mutta myös yksi paperilaatuinen sellu sisällytettiin näytevalikoimaan referenssinä hemiselluloosapitoisesta sellusta. Jotta selluloosan rakenne pystytään ymmärtämään kokonaisvaltaisesti, sellunäytteitä tutkittiin kolmella eri tasolla: molekuläärisellä, supramolekuläärisellä sekä morfologisella tasolla. Päämenetelmä oli viskoosin suotautuvuustesti, niin kutsuttu Treiberin testi, joka määrittää viskoosin suotautuvuusarvon (filterability value, FV) ja kuvaa sellun reaktiivisuutta, joka ymmärretään sellun prosessoitavuutena ja laatuna. Viskoosin suotautuvuuden määrittämiseen vaadittava Treiberin testilaitteisto rakennettiin ja testattiin huolellisesti. Sellun saavutettavuutta (reaktiivisuus) tutkittiin määrittämällä kuituseinän huokoskoko. Tämä tehtiin solid-state NMR.llä (jolla määritettiin fibrilliaggregaatin dimensiot), määrittämällä kuidun saturaatiopiste ja BET mittauksilla. Tulokset osoittivat, että liukosellun valmistusmenetelmällä, sellun kemiallisella rakenteella, makromolekyläärisillä ominaisuuksilla sekä muilla ominaisuuksilla on vaikutusta sellun reaktiivisuuteen (FV). Korkea hemiselluloosapitoisuus osoitti heikkoa reaktiivisuutta (FV) ja alhaisempi CS2 -pitoisuus vaikutti negatiivisesti reaktiivisuuteen. NMR:llä mitatun kiteisyyden ja viskoosin suotautuvuuden välille löytyi odottamaton yhteys. Myös kiteen leveys sekä viskoosin suotautuvuusarvon havaittiin korreloivan, sillä suotautuvuusarvo nousi yhdessä kiteen leveyden kanssa.

Description

Supervisor

Sixta, Herbert

Thesis advisor

Borrega, Marc

Keywords

viscose, dissolving pulp, reactivity, accessibility

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-201911066013

Collections

[lic] Kemian tekniikan korkeakoulu / CHEM