Evaluation of pulp optimisation methods for fine paper

Abstract

Diplomityön tarkoituksena oli kartoittaa hienopaperin valmistukseen soveltuvat massaoptimointimenelmät ja arvioida ne. Menetelmien hyvyyttä arvioitiin niiden luotettavuuden, tarkkuuden, vahvuuksien ja heikkouksien, rajoittavien tekijöiden, yleispätevyyden sekä kustannusten suhteen.

Kirjallisuusosan alussa esiteltiin hienopapereiden yleisimmät käyttökohteet, raaka-aineet, tuotantoprosessi ja yleinen tuoteanalyysi. Loppuosassa käsiteltiin eri massaoptimointimenetelmiä. Glocellin käyttämän pääkomponenttianalyysin, PAKKA-mallin ja perinteisen massojen hyvyysarvioinnin teoria esiteltiin ja menetelmien toimintaperiaatteet kuvattiin.

Kokeellisessa osassa massaoptimointimenetelmät arvioitiin käyttämällä niitä M-realin Sittingbournen tehtaan uuden tuotteen massan optimoinnissa. Kuusi pitkäkuitu- ja viisi lyhytkuitumassaa valittiin kokeisiin. Massojen alkukarsinta suoritettiin Glocellin analyysien ja PAKKA-mallin tulosten perusteella. Tämän jälkeen lupaavimmilla selluilla tehtiin laboratoriokokeita. Yksi eukalyptussellu valittiin paperikonekoeajoon.

Laboratoriokokeiden jälkeen verrattiin kaikkien eri massaoptimointimenetelmien tuloksia keskenään. Myös paperin ominaisuuksien lineaarisuutta massakomponenttien ominaisuuksien suhteen arvioitiin, koska se oli perustana Glocellin pääkomponenttianalyyseille. Lisäksi tutkittiin PAKKA-mallin kykyä ennustaa täyteainepitoisen kuituverkoston ominaisuuksia. Työssä tarkasteltiin myös laboratoriokokeiden tulosten riippuvuutta eri arkkaus- ja märkäpuristusmenetelmistä. Lopuksi kaikkia tuloksia verrattiin paperikonekoeajon tuloksiin.

Työssä havaittiin, että eri optimointimenetelmien tulosten ja massojen hyvyysarvioiden välillä oli eroja. Pääkomponenttianalyysin tulokset eivät olleet täysin yhdenmukaisia laboratoriokokeiden tulosten kanssa. Suurin syy oli, että massaseosten ominaisuuksien arvioinnissa käytetyt lineaariset mallit eivät päteneet. Opasiteetilla ja bulkilla ero kokeellisten ja laskennallisten tulosten välillä oli alle 10 %, mutta huokoisuuden sekä palstautumis- ja repäisylujuuden ero oli huomattavasti suurempi. PAKKA-simulaatioiden tulokset vaikuttivat myös melko lineaarisilta, mikä saattoi heikentää niiden luotettavuutta. PAKKA-mallin tulokset olivat kuitenkin hyvin yhdenmukaisia kokeellisten tulosten kanssa. Muutamien ominaisuuksien suhteen massojen paremmuusjärjestys oli ristiriitainen, mutta erot eivät olleet tilastollisesti merkitseviä. Suuruuserot eri optimointimenetelmillä määritettyjen ominaisuuksien välillä olivat merkittäviä. Myös eri laboratoriolaitteita käytettäessä massojen suhteellinen hyvyys oli yhdenmukainen. Ominaisuuksien välillä havaittiin kuitenkin jälleen suuruuseroja. Verrattaessa laboratoriomittauksia paperikonekoeajon tuloksiin, havaittiin, että tulosten välillä oli merkittäviä eroja. Tämä oli yllättävää, koska konesäiliöstä otettujen massanäytteiden laboratoriotulokset olivat kuitenkin yhdenmukaisia aikaisempien laboratoriotuloksien kanssa. Laatuvaihtelu paperikoneella ja paperikonenäytteiden esipäällystys saattoivat johtaa ristiriitaisiin havaintoihin.

Muutamista ristiriitaisista tuloksista huolimatta voi todeta, että kaikki arvioidut menetelmät soveltuvat massaoptimointiin. Pääkomponenttianalyysi ja PAKKA-malli tarjoavat hyvän ja nopean menetelmän suurten massajoukkojen arviointiin varsinkin, jos massat ovat merkittävästi erilaisia. Perinteiset laboratoriomenetelmät ovat kuitenkin edelleen hyvin hyödyllisiä tarkempaan arviointiin ja silloin, kun massojen väliset erot ovat pieniä. Samanlaisia massoja tutkittaessa on kuitenkin muistettava huomioida raaka-aineen laadun vaihtelut johtopäätöksiä arvioitaessa. Kehittyneistäkin menetelmistä huolimatta tällä hetkellä ei ole massaoptimointimenetelmää, joka tekisi paperikonekoeajot tarpeettomiksi.