Measurement and Improvement of Wet Paper Web Strength

Various strength properties of paper are measured to tell how well it resists breaks in a paper machine or in printing presses. The most often measured properties are dry tensile strength and dry tear strength. However, in many situations where paper breaks, it is not dry. For example, in web breaks after the wet pressing the dry matter content can be around 45%. Thus, wet-web strength is often a more critical paper property than dry strength. Both wet and dry strength properties of the samples were measured with a L&W tensile tester. Originally this device was not designed for the measurement of the wet web tensile strength, thus a new procedure to handle the wet samples was developed. The method was tested with Pine Kraft (never dried). The effect of different strength additives on the wet-web and dry paper tensile strength was studied. The polymers used in this experiment were aqueous solution of a cationic polyamidoamine-epichlorohydrin resin (PAE), cationic hydrophilised polyisocyanate and cationic polyvinylamine (PVAm). From all three used chemicals only Cationic PAE considerably increased the wet web strength. However it was noticed that at constant solids content all chemicals decreased the wet web tensile strength. So, since all chemicals enhanced solid content it can be concluded that they work as drainage aids, not as wet web strength additives. From all chemicals only PVAm increased the dry strength and two other chemicals even decreased the strength. As chemicals were used in strong diluted forms and were injected into the pulp slurry, not on the surface of the papersheets, changes in samples densities did not happen. Also it has to be noted that all these chemicals are mainly used to improve the wet strength after the drying of the web.

The Effects of Some Furnish and Paper Structure Related Factors on Wet Web Tensile and Relaxation Characteristics

The objective of this thesis was to identify the effects of different factors on the tension and tension relaxation of wet paper web after high-speed straining. The study was motivated by the plausible connection between wet web mechanical properties and wet web runnability on paper machines shown by previous studies. The mechanical properties of wet paper were examined using a fast tensile test rig with a strain rate of 1000%/s. Most of the tests were carried out with laboratory handsheets, but samples from a pilot paper machine were also used. The tension relaxation of paper was evaluated as the tension remaining after 0.475 s of relaxation (residual tension). The tensile and relaxation properties of wet webs were found to be strongly dependent on the quality and amount of fines. With low fines content, the tensile strength and residual tension of wet paper was mainly determined by the mechanical interactions between fibres at their contact points. As the fines strengthen the mechanical interaction in the network, the fibre properties also become important. Fibre deformations caused by the mechanical treatment of pulp were shown to reduce the mechanical properties of both dry and wet paper. However, the effect was significantly higher for wet paper. An increase of filler content from 10% to 25% greatly reduced the tensile strength of dry paper, but did not significantly impair wet web tensile strength or residual tension. Increased filler content in wet web was shown to increase the dryness of the wet web after the press section, which partly compensates for the reduction of fibrous material in the web. It is also presumable that fillers increase entanglement friction between fibres, which is beneficial for wet web strength. Different contaminants present in white water during sheet formation resulted in lowered surface tension and increased dryness after wet pressing. The addition of different contaminants reduced the tensile strength of the dry paper. The reduction of dry paper tensile strength could not be explained by the reduced surface tension, but rather on the tendency of different contaminants to interfere with the inter-fibre bonding. Additionally, wet web strength was not affected by the changes in the surface tension of white water or possible changes in the hydrophilicity of fibres caused by the addition of different contaminants. The spraying of different polymers on wet paper before wet pressing had a significant effect on both dry and wet web tensile strength, whereas wet web elastic modulus and residual tension were basically not affected. We suggest that the increase of dry and wet paper strength could be affected by the molecular level interactions between these chemicals and fibres. The most significant increases in dry and wet paper strength were achieved with a dual application of anionic and cationic polymers. Furthermore, selectively adding papermaking chemicals to different fibre fractions (as opposed to adding chemicals to the whole pulp) improved the wet web mechanical properties and the drainage of the pulp suspension.

Improvement of wet and dry web properties in papermaking by controlling water and fiber quality

Pappersindustrin står inför många utmaningar och bör uppfylla krav som ställs av t.ex. marknadstrender och slutanvändare. Snabbare och effektivare processer ställer även större krav på pappersbanans mekaniska egenskaper. Avbrott i produktionen sker inte enbart pga. låg styrka utan orsaken kan även vara en för låg spänning i pappersbanan. De flesta problemen sker vid våtpressen och/eller i början av torkpartiet då papprets torrhalt är 30-70 %. Spänningen hålls inte konstant efter töjning, utan sjunker pga. papprets relaxering, som till största delen sker då pappret flyttas från pressen till torkpartiet. Ur forskningssynvinkel öppnar en smidigt fungerande verksamhet med potentiella energibesparingar upp möjligheterna för förbättring av befintliga processer. I detta arbete undersöktes hur olika faktorer inverkar på fibernätverkets avvattning, initiala våtstyrka och relaxering samt också på slutproduktens mekaniska egenskaper och ytegenskaper. I första delen ändrades processvattnets egenskaper, såsom pH, konduktivitet och ytspänning. Ytspänningen varierades genom tillsatts av ett nonjoniskt ytaktivt ämne, s.k. surfaktant. Fiberegenskaperna modifierades också. Fibern maldes antingen genom en mild eller genom en hård process. Effekten av finmaterial undersöktes genom att tillsätta finmaterial till den ursprungliga massan eller genom att avlägsna finmaterialet från den malda massan. I den sista delen användes en hemicellulosa, som finns i stora mängder i gran, som tillsatsmedel. Förutom naturliga galaktoglukomannaner (GGM), tillverkades också en katjoniserad, en karboximetylerad samt en iminerad, amfifil GGM. Dessa användes i pappersmassa eller sprayades på ytan av ett nybildat ark. Resultaten, som erhölls i denna avhandling, bildar en värdefull kunskapsbas, som kan användas för kontroll och reglering av pappersmaskinens körbarhet och papperskvalitet.

Wet oxidation of biomass for chemical production

Tämän kandidaatintyön tarkoituksena oli tutkia märkähapetusprosessia jätevesien käsittely-menetelmänä ja mahdollisena menetelmänä kemikaalien tuottamiseksi jätevesistä. Erityishuomio on kiinnitetty paperiteollisuudessa syntyviin jätevesiin. Teoriaosassa käsitellään vesikiertoja paperitehtaassa, paperitehtaalla syntyvän jäteveden ominaisuuksia sekä itse märkähapetusprosessia. Märkähapetusprosessissa perehdytään tavalliseen happea käyttävään märkähapetukseen sekä vetyperoksidia käyttävään menetelmään sekä näissä prosesseissa syntyviin väli- ja lopputuotteisiin. Märkähapetus (WO) on terminen hapetusmenetelmä, jolla voidaan käsitellä jätevesiä, jotka ovat liian konsentroituja biologisiin käsittelyihin tai jotka ovat huonosti biohajoavia. Märkähapetuksen tarkoituksena on parantaa molekulaarisen hapen ja orgaanisen aineen välistä kontaktia, jolloin orgaaninen aines pilkkoutuu muodostaen pääasiassa karboksyylihappoja, aldehydejä, hiilidioksidia ja vettä. Märkähapetuksessa hapettavana kaasuna voidaan käyttää joko puhdasta happea tai ilmaa. Vetyperoksidia käyttävässä märkähapetuksessa (WPO) hapettava kaasu on korvattu nestemäisellä vetyperoksidilla. Kokeellisessa osassa tutkittiin orgaanisen aineksen hapetusta käyttäen Fentonin reagenssia, jolloin katalyyttina reaktiossa toimii rautaionit (Fe2+ ja Fe3+) ja hapettimena vetyperoksidi. Hapetettavana jätevetenä käytettiin paperitehtaan hiomolta saatua kiertovettä, TMP-vettä. Hapetuskokeita tehtiin eri vetyperoksidin annoksilla ja katalyytin määrillä eri lämpötiloissa. Hapetuksen jälkeen näytteistä mitattiin kemiallinen hapenkulutus (COD), orgaanisen hiilen kokonaismäärä (TOC) sekä pH. Lisäksi näytteistä määritettiin nestekromatografilla (HPLC) tyypillisten välituotteiden, kuten oksaalihapon, muurahaishapon ja etikkahapon, määrät. Tehdyissä kokeissa COD-arvoja saatiin pienennettyä 50-88 % siten, että suodatetuissa näytteissä muutos oli suurempi kuin suodattamattomissa näytteissä. Lisäksi TOC-arvot laskivat 28-58 %. Tehdyissä kokeissa saatiin myös tuotettua välituotteina karboksyylihappoja, joista etikkahappoa ja oksaalihappoa tuotettiin suurimmat määrät. Myös muurahaishappoa ja meripihkahappoa saatiin tuotettua.

Production of Chemicals from Woody Biomass by Wet Oxidation

The production of chemicals from sawdust by wet oxidation has been investigated. Two different concentrations of sawdust; 54054 mg/l and 32683 mg/l were used in the study. The wet oxidation operating conditions were; 175 deg.C – 225 deg.C, 1MPa Oxygen, and 40 minutes to 120 minutes reaction time. Carboxylic acids were among the chemicals produced in the process. The total yield of carboxylic acids was found to increase with temperature. Also, higher yields of carboxylic acids were observed at a lower sawdust concentration. This was probably due to the high oxygen-biomass ratio at lower sawdust concentration. Higher oxygen availability at low sawdust concentration resulted in increased conversion of the sawdust; hence the higher yields of carboxylic acids. At lower sawdust concentration, a total carboxylic acid yield of 25.59 wt% was attained at 200 deg.C and 40 minutes reaction time. At higher sawdust concentration, a total carboxylic acid yield of 15.57 wt% was attained at 200 deg.C and 40-minutes reaction time. The carboxylic acids identified include formic acid, acetic acid, succinic acid and oxalic acid. The optimum temperature for the production of formic acid was found to be 200 deg.C, while the optimum temperature for the production of acetic acid was found to be 225 deg.C. A temperature of 225 deg.C and relatively short reaction time of 10 minutes was found to be the optimal condition for the production of succinic acid. Formic acid was produced in the highest yield, with an optimal yield of 13.69wt %, when the reaction temperature and time are 200 deg.C and 40 minutes respectively. The yield of formic acid was found to decrease significantly when further increasing the temperature to 225 deg.C. This was presumably due to thermal decomposition of formic acid at relatively higher temperature. However, the yield of acetic acid was found to steadily increase with temperature. This is because acetic is more thermally stable than formic acid. The yield of acetic acid did not decrease after the temperature was increased to 225 deg.C. Optimal yield of acetic acid (7.98wt %) was achieved at; 225 deg.C, and 40 minutes reaction time. Succinic acid was produced only at temperatures of 200 deg.C and 225 deg.C. Optimal yield of succinic acid (5.66wt %) was attained under the following conditions; 32683 mg/l, 225 deg.C, 1MPa O2, and 10-minutes reaction time. Oxalic acid was produced in the lowest yield and, less frequently. The optimal yield of oxalic acid (4.02 wt%) was attained at 175 deg.C and 80-minutes of reaction time The Total Organic Carbon (TOC) is found to be higher when increasing the operating temperature, thus suggesting that more organic compounds are formed at higher temperatures. The identified carboxylic acids could only account for less than 30% of the measured COD content of the various wet oxidation samples. This implies that some other unidentified compounds (reaction products) must have been present. In general, wet oxidation seems to be an effective method for converting lignocellulosic biomass into useful chemicals. Relatively higher temperatures have been found to favor the production of carboxylic acids from sawdust.

Suorien kiinteistösijoitusten kansainvälinen hajauttaminen : tarkastelussa Japanin, Australian, Norjan ja Saksan asuntohintaindeksien tuottojen korrelaatiomuutokset suhteessa Suomen tuottoihin aikavälillä 1980-2013.

Suorien kiinteistösijoitusten hajauttamisesta kehkeytyi mielenkiintoinen aihe vuonna 2007 alkaneen maailmanlaajuisen talouskriisin seurauksena, jolloin asuntojen hinnat romahtivat lukuisissa maissa. Kiinteistösijoitusten hajauttamiseen liittyy lukuisia ongelmia ja riskejä, mutta myös saavutettavissa olevat hajautushyödyt houkuttelevat sijoittajia. Tutkielmassa etsitään vastausta siihen, voivatko kiinteistösijoitukset tarjota hajautushyötyjä myös silloin, kun volatiliteetti markkinoilla kasvaa ja ajaudutaan matalasuhdanteeseen tai lamaan. Vahvistuuko asuntohintaindeksien tuottojen välinen korrelaatio? Vaikuttaako maantieteellinen sijainti korrelaatio voimakkuuteen? Tutkielmassa keskitytään kansainvälisen kiinteistösijoittamisen mahdollisuuksiin ja ongelmiin, joihin perehdytään aikaisempien tieteellisten tutkimusten kautta sekä itse suoritetun empiirisen tutkimuksen avulla. Tieteellisiä artikkeleja on kerätty pitkältä ajanjaksolta, jotta voitaisiin samalla myös havainnoida tulosten muutoksia ajan kuluessa. Empiirisessä tutkimuksessa havainnoidaan Suomen ja neljän muun maan asuntohintaindeksien tuottojen korrelaatioita aikavälillä 1980-2013. Tutkittavalle ajanjaksolle ajoittuu useita maailmanlaajuisia kriisejä kuten, Aasian talouskriisi, ITkuplan puhkeaminen sekä vuonna 2007 alkanut maailmanlaajuinen talouskriisi. Aineisto tarjoaa tästä johtuen erinomaiset edellytykset hajautushyötyjen tutkimiselle mittavien kriisien keskellä. Empiirinen tutkimus suoritetaan korrelaatioanalyysinä, johon data on saatu Thomson Reuters-tietokannasta Datastream-ohjelman avulla. Tutkielman tulosten mukaan hajautushyötyjä on mahdollista saada myös kriisien keskellä, mutta hajautushyödyt heikkenevät markkinoiden volatiliteetin kasvaessa. Maantieteellisen sijainnin ei erityisesti nähty vaikuttavan kiinteistösijotusten hajautushyötyihin, mutta tarkempiin määritelmiin tarvittaisiin laajempi otos. Tutkielmassa kävi ilmi, että kansainvälisiä hajautushyötyjä on mahdollista saavuttaa kiinteistösijoitusten hajauttamisella. Hajautushyötyjä saatiin kaikilta tutkimuksen mantereilta ja maista, mutta hieman yllättäen parhaat hajautushyödyt oli mahdollista saada Saksan asuntomarkkinoilta. Ilmeisesti Saksan asuntomarkkinoiden vakaus oli suurin syy merkittäviin hajautushyötyihin. Kansainvälisten kriisien keskellä Suomen asuntohintaindeksi reagoi suhteellisen vahvasti. Tulevaisuudessa voidaan odottaa, että kiinteistösijoitusten hajautushyödyt heikkenevät, mutta säilyttävät silti houkuttelevuutensa johtuen markkinoiden paikallisuudesta. Kiinteistösijoittaminen ulkomaille yksinkertaistuu jatkuvasti markkinoiden muuttuessa avoimemmiksi sekä datan saatavuuden parantuessa.

New aspects in limestone dissolution for wet flue gas desulfurization

Fortsättningsvis tillgodoses största delen av världens energibehov genom förbränning av fossila bränslen, dessutom forsätter världens totala energibehov att öka. Eftersom förbränning av fossila bränslen som t.ex. olja och kol orsakar utsläpp av svaveldioxid som är skadligt för både människa och natur, finns det fortfarande ett akut behov av forskning och utveckling av metoder för svavelrening. De vanligaste teknikerna för svavelrening är våt- och semitorrskrubbning, där svaveldioxiden absorberas av en skrubbervätska. Det är allmänt känt att våtskrubbning är en av de effektivaste teknikerna för svavelrening både ekonomiskt och tekniskt sett samt den mest använda. Våtskrubbningsprocessen har dock flera nackdelar, som dess höga vatten- och energiförbrukning. I större kraftverk går ca 1-3% av dess eleffekt åt till rökgasreningsprocessen, vilket kraftigt motiverar utveckling av nya reningsprocesser samt effektivering av existerande reningsanläggningar. Skrubbervätskan som till huvudsak består av vatten innehåller vanligtvis även kalcium vars syfte är att binda svavlet. Kalciumet kan tillsättas i flera former varav bränd kalk och kalksten är de vanligaste formerna. Kalksten används ofta i svavelreningsprocessen p.g.a. dess låga pris och för att den ger upphov till den användbara biprodukten gips. Kalkstenens upplösningshastighet är en de av faktorer som kraftigast påverkar reningsprocessen. En detaljerad experimentell karakterisering och analys av kalkstenspartiklar i fast form och i vätskeform har utförts i detta arbete. En experimentell metod för att studera kalkstenens upplösningshastighet vid låg till obegränsad massöverföring har även utvecklats i detta arbete. Metoden möjliggör identifieringen av systemoberoende kinetiska parametrar, vilka kan användas för att undersöka reningsprocesser samt för att planera nya reningsanläggningar. Kinetiska modeller utvecklades genom att använda kalkstenpartiklars specifika yta, som mättes genom kväveadsorption. Efter att de kinetiska parametrarna bestämts experimentellt utvecklades en skrubbermodell för att optimera en i driftvarande skrubber. Genom att kombinera experimentellt bestämda modeller med matematisk optimering erhölls en djupare insikt i hur olika råmaterial påverkar processen och hur driftparameterar bör justeras för att minska elförbrukningen.

”Far from being such untameable savages” - Australian ja Uuden-Seelannin alkuperäiskansat Britannian parlamentin komitearaporteissa 1830- ja 40-luvuilla

Käsittelen tutkielmassani Australian aboriginaaleista ja Uuden-Seelannin maoreista 1830- ja 1840-luvuilla Britannian hallinnossa esitettyjä kuvauksia. Lähteenä aiheen tarkasteluun käytän viiden Britannian parlamentin tuona aikana asettaman komitean raportteja, joissa käsitellään Australian ja Uuden-Seelannin tilaa suhteessa eurooppalaisiin siirtolaisiin ja näiden alueiden kolonisoimista. Yhdessä nämä viisi raporttia muodostavat kiinnostavan kokonaisuuden, sillä ne ovat 1800-luvun ensimmäisen puoliskon ainoat komitearaportit, joissa käsitellään aboriginaaleja ja maoreja. Ne olivat myös yksi tapa, jolla 1800-luvulla siirtokunnista saatiin tietoa Britannian hallintoon, joten niissä esitetyt kuvaukset olivat merkittävä osa tiedonkulkua siirtokunnista imperiumin metropoliin. Tutkielmassani selvitän millaista kuvaa komiteat loivat aboriginaaleista ja maoreista metropolissa toimineelle hallinnolle siirtomaista peräisin olleiden lähteiden perusteella. Tarkastelen komiteoiden raporteissaan esittämiä kuvauksia aboriginaaleista ja maoreista suhteessa komiteoita ympäröineeseen ajatteluun ja muiden käsittelemieni komiteoiden esittämiin näkemyksiin. Rinnastamalla raporteissa esitettyjä kuvauksia ja näkemyksiä laajempaan aikalaiseen ajatteluun pystyn tuomaan esille komiteoiden esittämistä näkemyksistä niin samankaltaisuuksia verrattuna laajempaan ajatteluun kuin ajalleen poikkeuksellisia näkemyksiä. Komiteoiden esittämien näkemysten suhteuttaminen myös raporttien taustalla olleisiin todistajalausuntoihin tuo esille komiteoiden omia suuntautumisia. Komiteoiden raporteissa aboriginaalit ja maorit näyttäytyvät keskenään hyvin erilaisina kansoina monilla eri perusteilla. Maoreista luodaan raporteissa kuvaa aboriginaaleja kehittyneempinä ja sivistyneempinä, mikä perustuu niin maorien kehittyneempiin elinkeinoihin, yhteiskunnalliseen organisoitumiseen, kykeneväisyyteen toimia aktiivisena osapuolena kanssakäymisessä eurooppalaisten kanssa ja toisaalta aboriginaalien jo alunalkaen alhaiseen tilaan. Eri raportit kuitenkin kuvaavat maoreja ja aboriginaaleja kuitenkin hyvin eri tavoilla, ja erityisesti komiteoiden omat motiivit ja tavoitteet näyttävät vaikuttaneen tapoihin, joilla näitä kansoja kuvataan. Voimakkaana vastakkainasetteluna näyttäytyy humanitaarinen, lähetystyötä korostava positiivisempi tapa kuvata kansoja ja kolonisaatiota sekä siirtolaisten etuja ajaneet negatiivisemmat kuvaukset. Komiteoiden käsittely kuitenkin perustuu lähes täysin eurooppalaiseen näkökulmaan ja eurooppalaisiin normeihin, eikä näiden kansojen kulttuuria tuoda juurikaan esille.