Thermal yellowing of bleached chemical pulps
| dc.contributor | Aalto-yliopisto | fi |
| dc.contributor | Aalto University | en |
| dc.contributor.advisor | Vänskä, Emilia | |
| dc.contributor.author | Kellokoski, Kristiina | |
| dc.contributor.school | Kemian tekniikan korkeakoulu | fi |
| dc.contributor.supervisor | Vuorinen, Tapani | |
| dc.date.accessioned | 2014-02-07T10:38:15Z | |
| dc.date.available | 2014-02-07T10:38:15Z | |
| dc.date.issued | 2014-01-21 | |
| dc.description.abstract | When bleached chemical pulps are dried or processed with plastics, high temperatures are often needed. Elevating temperatures cause thermal degradation, e.g. yellowing of pulps. As ISO brightness is an important quality parameter of commercial pulp grades, stability of pulp against colour changes during heat exposure is a significant subject that needs research. Inhibition of thermal yellowing has drawn researchers interest to the topic, but uniform and effective solutions still does not exist. The preliminary experiments in this thesis are divided in to two parts: determine appropriate heating equipment with relevant heat treatment parameters, and develop and evaluate an impregnation method. Performance of the impregnation method was evaluated by a sheet weight gain, scanning electron microscopy, and confocal Raman microscopy measurements after impregnations. One of the objectives in primary experiments was to investigate and compare thermal yellowing of filter paper, sticker base paper and eleven commercial pulps. Heat treatments were primarily executed with a planar laminator at temperature 190 ⁰C and pressure 10 kg/cm2 during 10 minutes. Differences between the samples were analysed with ISO brightness and ultraviolet resonance Raman spectroscopy measurements before and after thermal treatments. The main objective of the primary experiments was to study the effects of different antioxidants and additives on thermal yellowing of filter paper and fully bleached chemical pulps. In addition, impact of two different pH ranges was studied by using buffer solutions with pH 5 and 8. The laboratory sheets of filter paper and ECF bleached softwood kraft pulp were impregnated in ethyl acetate and 1-propanol solutions with the dissolved mixture of the additives (Hydrotalcite, stearic acid) or antioxidants (BHT, antioxidant 168 and Hostanox). The similar approach was applied with the buffer solutions. In addition to the impregnation experiments, effects of three different plastic laminates (polypropylene, polypropylene-maleic anhydride and high-density polyethylene) on thermal yellowing of ECF bleached chemical pulp were studied. The most drastic thermal yellowing tendency was detected with the pulp and paper sheets impregnated with buffer solution of pH 5. The results imply that thermal degradation reactions are significantly accelerated in acidic conditions. The impregnation with additives and antioxidants showed only a slight inhibition on thermal yellowing. In addition, pure ethyl acetate solution accelerated thermal yellowing distinctively. The plastic coatings had noticeable effects on thermal yellowing of sheets and differences in the wetting behaviour between plastic grades were detected. Polypropylene-maleic anhydride is typically used as a compatibilizer and thus it showed excellent wetting properties. Polypropylene and especially high-density polyethylene did not absorb thoroughly into the sheet samples. | en |
| dc.description.abstract | Kun valkaistuja sellumassoja kuivataan tai prosessoidaan muovien kanssa, tarvitaan korkeita lämpötiloja. Lämpötilan noustessa tapahtuu selluloosan lämpöhajoamista, mikä aiheuttaa esimerkiksi kuitujen kellertymistä. Valkaistujen kaupallisten massojen ISO-vaaleus on yksi tärkeimmistä laatuparametreista ja siten myös massojen stabilointi värimuutoksia vastaan lämpökäsittelyn aikana vaatii tutkimusta. Tämän diplomityön esikokeet jaettiin kahteen osaan, joista ensimmäinen käsitteli sopivan lämpökäsittelylaitteiston valintaa ja käsittelyparametrien optimointia. Toinen osa esikokeita käsittää impregnointimenetelmän kehityksen ja sen toimivuuden arvioinnin. Menetelmän toimivuutta tutkittiin impregnoitujen laboratorioarkkien painon lisäyksen perusteella, pyyhkäisyelektronimikroskopialla (SEM) sekä samapolttopisteisellä ramanmikroskopialla (CRM). Diplomityön ensisijaisten kokeiden tavoitteena oli tutkia suodatinpaperin, tarrantaustapaperin ja 11 kaupallisen, valkaistun sellun lämpökellertymistä. Lämpökäsittelyt suoritettiin Weverk-tasolaminaattorilla 190 ⁰C lämpötilassa ja 10 kg/cm2 paineessa 10 minuutin ajan. Arkit analysoitiin ISO-vaaleusmittausten ja UV-resonanssiramanspektroskopian avulla ennen ja jälkeen lämpökäsittelyn. Kokeellisen osan tavoitteena oli myös tutkia eri antioksidanttien ja lisäaineiden vaikutusta valkaistujen sellujen lämpökellertymiseen. Lisäksi pH:n vaikutusta tutkittiin käyttämällä pH 5 ja 8 puskuriliuoksia. Antioksidanttien (BHT, antioksidantti 168 ja Hostanox) ja lisäaineiden (hydrotalkiitti, steariinihappo) vaikutusta tutkittiin impregnoimalla suodatinpaperia sekä ECF-valkaistuja havuselluarkkeja etyyliasetaatti- ja 1-propanoli liuoksissa, joihin antioksidantit ja lisäaineet liuotettiin. Impregnointimenetelmää käytettiin myös puskuriliuosten tapauksessa. Impregnointikäsittelyjen lisäksi tässä diplomityössä tutkittiin kolmen eri muovilaminaatin (polypropyleeni, polypropyleeni–maleiinianhydridi ja korkeatiheyksinen polyeteeni) vaikutusta suodatinpaperin ja ECF-valkaistun havusellun lämpökellertymiseen. Voimakkain lämpökellertyminen havaittiin pH 5 puskuriliuoksessa impregnoiduissa arkeissa. Tulokset indikoivat, että happamat olosuhteet kiihdyttävät merkittävästi lämpökellertymisreaktioita. Antioksidanttien ja lisäaineiden havaittiin johtavan vähäisiin lämpökellertymistä inhiboiviin reaktioihin. Puhtaan etyyliasetaattiliuoksen huomattiin myös kiihdyttävän lämpökellertymistä. Muovilaminaateilla oli huomattavia vaikutuksia arkkien lämpökellertymiseen. Muovilaminaattien välillä oli huomattavia eroja myös arkkien kostutuksessa. Kytkentäaineena käytettävä polypropyleeni-maleiinianhydridi osoitti erinomaista kykyä kostuttaa arkki läpikotaisin, kun taas vahvasti hydrofobiset polypropyleeni ja korkeatiheyksinen polyeteeni eivät imeytyneet arkkiin läpikotaisin. | fi |
| dc.format.extent | 82+9 | |
| dc.identifier.uri | https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/12436 | |
| dc.identifier.urn | URN:NBN:fi:aalto-201402121370 | |
| dc.language.iso | en | en |
| dc.location | PK | fi |
| dc.programme | PUU - Puunjalostustekniikan koulutusohjelma | fi |
| dc.programme.major | Puutuotetekniikka | fi |
| dc.programme.mcode | P3001 | fi |
| dc.rights.accesslevel | closedAccess | |
| dc.subject.keyword | additives | en |
| dc.subject.keyword | antioxidants | en |
| dc.subject.keyword | impregnation | en |
| dc.subject.keyword | pulp | en |
| dc.subject.keyword | thermal yellowing | en |
| dc.subject.keyword | UVRR | en |
| dc.subject.keyword | antioksidantit | fi |
| dc.subject.keyword | impregnointi | fi |
| dc.subject.keyword | lisäaineet | fi |
| dc.subject.keyword | lämpökellertyminen | fi |
| dc.subject.keyword | sellu | fi |
| dc.subject.keyword | UVRR | fi |
| dc.title | Thermal yellowing of bleached chemical pulps | en |
| dc.title | Valkaistujen sellujen lämpökellertyminen | fi |
| dc.type | G2 Pro gradu, diplomityö | en |
| dc.type.okm | G2 Pro gradu, diplomityö | |
| dc.type.ontasot | Master's thesis | en |
| dc.type.ontasot | Diplomityö | fi |
| dc.type.publication | masterThesis | |
| local.aalto.digifolder | Aalto_05472 | |
| local.aalto.idinssi | 48655 | |
| local.aalto.openaccess | no |
