Natural and synthetic fibres improving tensile strength and elongation of paper products

The theory part of the Master’s thesis introduces fibres with high tensile strength and elongation used in the production of paper or board. Strong speciality papers are made of bleached softwood long fibre pulp. The aim of the thesis is to find new fibres suitable for paper making to increase either tensile strength, elongation or both properties. The study introduces how fibres bond and what kind of fibres give the strongest bonds into fibre matrix. The fibres that are used the in manufacturing of non-wovens are long and elastic. They are longer than softwood cellulose fibres. The end applications of non-wovens and speciality papers are often the same, for instance, wet napkins or filter media. The study finds out which fibres are used in non-wovens and whether the same fibres could be added to cellulose pulp as armature fibres, what it would require for these fibres to be blended in cellulose, how they would bind with cellulose and whether some binding agents or thermal bonding, such as hot calendaring would be necessary. The following fibres are presented: viscose, polyester, nylon, polyethylene, polypropylene and bicomponent fibres. In the empiric part of the study the most suitable new fibres are selected for making hand sheets in laboratory. Test fibres are blended with long fibre cellulose. The test fibres are viscose (Tencel), polypropylene and polyethylene. Based on the technical values measured in the sheets, the study proposes how to continue trials on paper machine with viscose, polyester, bicomponent and polypropylene fibres.

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.

Hydroksihappojen erotus mustalipeästä nanosuodatuksella

Hydroksihapoille on olemassa useita käyttömahdollisuuksia teollisuudessa, joten niiden hyödyntäminen sellunvalmistuksen sivuvirrasta eli mustalipeästä on suuren kiinnostuksen kohteena. Tässä työssä selvitettiin, onko hydroksihappojen erotus ja puhdistus mustalipeästä mahdollista nanosuodatuksella. Kokeellisessa osassa suodatettiin emäksisen mustalipeän lisäksi hapotettua ja jäähdytyskiteytettyä mustalipeää, johon oli lisätty liuotinta. Mustalipeäsuodatuksissa käytettiin viittä erilaista nanosuodatusmembraania (Microdyn Nadir® NP010 ja NP030, Dow Chemical Company NF-90, Woongjin Chemical NE-70 sekä Ge-Osmonics Desal 5 DK). Kirjallisuusosassa käsiteltiin puun sisältämien yhdisteiden kemiallista koostumusta, sellun valmistuksen pääperiaatteita, mustalipeän ja hydroksihappojen ominaisuuksia sekä hydroksihappojen käyttömahdollisuuksia. Lisäksi tarkasteltiin erilaisia hydroksihappojen erotusmenetelmiä, nanosuodatuksen teoriaa ja prosessiin sopivan membraanin valintakriteerejä. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin emäksisen mustalipeän monivaiheisen nanosuodatuksen tehokkuutta hydroksihappojen erotuksessa. Hapotetun ja jäähdytyskiteytetyn mustalipeän suodatuskokeissa tutkittiin erityyppisten membraanien erotuskykyä sekä syötön liuotinlisäyksen vaikutusta hydroksihappojen erottumiseen. Lisäksi tarkasteltiin membraanien kestävyyttä ja foulaantumista suodatusolosuhteissa. Työn tulokset osoittivat, että hydroksihappoja voidaan fraktioida mustalipeästä nanosuodatuksella. Hydroksihappojen fraktiointiin vaikuttaa merkittävästi mustalipeässä käytetyn liuottimen läsnäolo sekä suodatuspaine. Lisäksi koetulosten perusteella havaittiin, että monivaiheisella nanosuodatuksella hydroksihapot läpäisevät membraanin ja permeaattiin saavutetaan puhtaampi happojae.

Sellutehtaan toiminnan tukeminen sisäistä viestintää kehittämällä

Työssä haluttiin selvittää sellutehdasorganisaation sisäisen viestinnän nykytilaa ja siihen liittyviä haasteita. Lisäksi selvitettiin mitä viestintäkanavia ja -käytäntöjä tuotantotoimintaan liittyy ja miten niitä tulisi kehittää. Tutkimuksessa käytettiin kvalitatiivista tutkimusotetta. Tutkimusaineisto kerättiin henkilökohtaisten teemahaastattelujen sekä ryhmähaastattelujen avulla. Teemahaastattelujen aineisto litteroitiin ja analysoitiin teema-alueitten mukaisesti. Ryhmähaastattelujen aineisto saatiin kirjaamalla olennaisimmat asiat keskustelujen aikana. Lopuksi saatu materiaali luokiteltiin ryhmiin haastattelukysymyksiin perustuen. Tutkimuksessa saatiin selkeä käsitys siihen mitä kanavia pitkin ja miten tuotanto-organisaatio viestii tällä hetkellä. Eri viestintäkanavien hyötyjen ja heikkouksien määrittämisen kautta voitiin arvioida mihin suuntaan viestinnän kehittämistä tulisi suunnata. Tulosten perusteella määriteltiin toimenpiteet, joiden kautta organisaatio saa parannettua tiedon kulun läpinäkyvyyttä ja lisättyä vuorovaikutusta organisaation eri toimijoiden välillä. Toimenpidesuositusten mukaan organisaation tulisi hyödyntää tehokkaammin käytössä olevaa sähköistä raportointijärjestelmää sekä kehittää palaveritoimintoja. Palautteenantoa, eli viestinnän kaksisuuntaisuutta tulisi korostaa, koska se vahvistaa ja ohjaa haluttua toimintaa. Tänä päivänä yritysten viestinnälliset tarpeet korostavat yhä enemmän yksilöllisiä vuorovaikutus- ja kommunikointitaitoja. Näiden taitojen osaamisen ja ymmärtämisen kautta on vasta mahdollista käyttää tehokkaasti viestintäteknologian tuomia etuja työyhteisöissä. Nämä taidot ovat myös pohjana muutostilanteista selviytymiselle.

Online Ultrasound Measurements of Membrane Compaction

There are several filtration applications in the pulp and paper industry where the capacity and cost-effectiveness of processes are of importance. Ultrafiltration is used to clean process water. Ultrafiltration is a membrane process that separates a certain component or compound from a liquid stream. The pressure difference across the membrane sieves macromolecules smaller than 0.001-0.02 μm through the membrane. When optimizing the filtration process capacity, online information about the conditions of the membrane is needed. Fouling and compaction of the membrane both affect the capacity of the filtration process. In fouling a “cake” layer starts to build on the surface of the membrane. This layer blocks the molecules from sieving through the membrane thereby decreasing the yield of the process. In compaction of the membrane the structure is flattened out because of the high pressure applied. The higher pressure increases the capacity but may damage the structure of the membrane permanently. Information about the compaction is needed to effectively operate the filters. The objective of this study was to develop an accurate system for online monitoring of the condition of the membrane using ultrasound reflectometry. Measurements of ultrafiltration membrane compaction were made successfully utilizing ultrasound. The results were confirmed by permeate flux decline, measurements of compaction with a micrometer, mechanical compaction using a hydraulic piston and a scanning electron microscope (SEM). The scientific contribution of this thesis is to introduce a secondary ultrasound transducer to determine the speed of sound in the fluid used. The speed of sound is highly dependent on the temperature and pressure used in the filters. When the exact speed of sound is obtained by the reference transducer, the effect of temperature and pressure is eliminated. This speed is then used to calculate the distances with a higher accuracy. As the accuracy or the resolution of the ultrasound measurement is increased, the method can be applied to a higher amount of applications especially for processes where fouling layers are thinner because of smaller macromolecules. With the help of the transducer, membrane compaction of 13 μm was measured in the pressure of 5 bars. The results were verified with the permeate flux decline, which indicated that compaction had taken place. The measurements of compaction with a micrometer showed compaction of 23–26 μm. The results are in the same range and confirm the compaction. Mechanical compaction measurements were made using a hydraulic piston, and the result was the same 13 μm as obtained by applying the ultrasound time domain reflectometry (UTDR). A scanning electron microscope (SEM) was used to study the structure of the samples before and after the compaction.

Teollisuuden kunnossapitopalveluiden kustannusmalli yritysverkostossa

Tämän tutkimuksen päätavoitteena oli luoda yleisellä tasolla teollisuuden kunnossapitopalveluille kustannusmalli käytännön päätöstilanteiden avuksi. Kustannusmallin tarkoitus oli, että sitä voidaan käyttää kaikissa päätöstilanteissa, joissa pyritään vaikuttamaan kunnossapidon aiheuttamiin kustannuksiin, joko kunnossapitopalveluiden tarjoajan tai asiakkaan tai molempien toimesta. Kustannusmalli eroaa perinteisistä kustannusmalleista näkökulmansa osalta. Aiemmin kehitetyissä teollisuuden kunnossapitopalveluiden kustannusmalleissa on esitetty palveluntarjoajan omat kustannukset tai asiakkaan kustannukset, mutta ei molempia kustannuksia samanaikaisesti. Kustannusmallia testattiin pienessä yritysverkostossa, johon kuului Sellutehdas, Kunnossapitoyhtiö ja Laitetoimittaja. Verkostossa kunnossapitoprosesseja tutkittiin tapaustutkimuksen keinoin. Tutkittuja tapauksia oli yhteensä kolme kappaletta, joista kaikki sijoittuivat sellun valmistusprosessin eri vaiheisiin ja ne olivat luonteeltaan hyvin erilaisia. Työn teoriaosa pohjautuu pääasiassa teollisuuden kunnossapitoa käsitteleviin artikkeleihin, tutkimuksiin ja kirjoihin. Lisäksi käsitellään hinnoittelun ja kustannuslaskennan teoriaa. Työn empiirinen osa perustuu haastatteluihin ja yrityksiltä saatuihin kustannustietoihin. Haastattelujen ja kustannustietojen avulla testattiin kustannusmallia. Testauksen jälkeen analysoitiin saatuja tuloksia ja kustannusmallia. Työn keskeiset tulokset liittyivät siihen, mitä kustannuksia tulee huomioida kustannusmallissa ja millainen on käyttökelpoinen kustannusmalli. Kustannusmallin käyttöön ja kehittämiseen liittyi myös ongelmia, jotka tuodaan työn loppuvaiheessa esille. Keskeinen ongelma mallin käytössä oli, että yritysverkoston osapuolet eivät halunneet avata euromääräisiä kustannustietojaan vielä toisilleen. Tämän vuoksi kustannusmallissa esitetään ainoastaan kustannuserien prosentuaalisia osuuksia yritysten aiheutuneista kunnossapidon kokonaiskustannuksista. Pelkkien prosentuaalisten kustannusten analysoiminen oli haasteellisempaa, koska esimerkiksi kustannusten suuruusluokka näkyy vain euroissa.

On the potential utilisation of sawdust and wood chip screenings

This work is based on the utilisation of sawdust and wood chip screenings for different purposes. A substantial amount of these byproducts are readily available in the Finnish forest industry. A black liquor impregnation study showed that sawdust-like wood material behaves differently from normal chips. Furthermore, the fractionation and removal of the smallest size fractions did not have a significant effect on the impregnation of sawdust-like wood material. Sawdust kraft cooking equipped with an impregnation stage increases the cooking yield and decreases the lignin content of the produced pulp. Impregnation also increases viscosity of the pulp and decreases chlorine dioxide consumption in bleaching. In addition, impregnation increases certain pulp properties after refining. Hydrotropic extraction showed that more lignin can be extracted from hardwood than softwood. However, the particle size had a major influence on the lignin extraction. It was possible to extract more lignin from spruce sawdust than spruce chips. Wood chip screenings are usually combusted to generate energy. They can also be used in the production of kraft pulp, ethanol and chemicals. It is not economical to produce ethanol from wood chip screenings because of the expensive wood material. Instead, they should be used for production of steam and energy, kraft pulp and higher value added chemicals. Bleached sawdust kraft pulp can be used to replace softwood kraft pulp in mechanical pulp based papers because it can improve certain physical properties. It is economically more feasible to use bleached sawdust kraft pulp in stead of softwood kraft pulp, especially when the reinforcement power requirement is moderate.

Happidispersion karakterisointi laboratoriosekoittimessa

Työn tarkoituksena oli tarkastella uutta kuvantamistekniikkaa käyttäen happikaasun dispergointia keskisakeuksisen massasuspension joukkoon laboratoriosekoittimessa. Työssä pyrittiin tarkastelemaan muodostuvan dispersion homogeenisuutta neljästä eri kuvauspisteestä sekoittimen kannesta ja kyljestä. Samalla tarkasteltiin myös sekoittimen tehonkulutusta sekä tehonkulutuksen ja aikaansaadun dispersion välistä yhteyttä. Työn yhtenä tarkoituksena oli myös tarkastella uuden kuvantamistekniikan mahdollisuuksia tämäntyyppisissä sovellutuksissa, sillä työ kuuluu PulpVision-projektiin, jossa kehitetään massa- ja paperiteollisuuden uusia konenäkösovellutuksia. Työn kokeellinen osuus koostui sekoituskokeista, joissa tarkasteltiin neljästä kuvauspisteestä kahdella sekoittimen nopeudella mänty- ja koivususpensioihin muodostuvaa kuplakokojakaumaa. Sekoituskokeiden lisäksi tehtiin tehonkulutuskokeita, joissa tarkasteltiin sekoittimen tehonkulutusta sekoittimen täyttöasteen funktiona koivu- ja mäntysuspensioilla sekä vedellä. Työn tuloksien perusteella todettiin, että koivususpensiosta havaittujen kuplien pinta-ala oli noin puolet mäntysuspensiosta havaittujen kuplien pinta-alasta. Sekoittimen roottorin pyörimisnopeuden puolittuessa suspensioon dispergoidun hapen kuplakoko kasvoi huomattavasti. Neljästä kuvausyhteestä tarkasteltuna havaittiin pienimpien kuplien esiintyvän sekoittimen alaosassa. Mäntysuspension tehonkulutuksen havaittiin kasvavan viidenneksellä, kun sekoittimen täyttöaste kasvoi 10 %, kun taas koivususpension tehonkulutuksen kasvu oli tästä vain puolet. Kuvantamislaitteiston todettiin olevan tämänkaltaiseen sovellutukseen riittävä, varsinkin kun valonlähteenä käytetään pulssilaseria.

Working capital management in the value chain of automotive industry

The objective of this Master’s thesis is to examine working capital management in the automotive industry in years 2006-2008. The study is conducted by the analysis of financial statements. The sample consists of 65 companies that represent different stages in the value chain of automotive industry beginning from raw material suppliers and ending to car dealers. Working capital management is studied by the cash conversion cycle (CCC). The results show that the average CCC of the value chain is 67 days. Car manufacturers had the longest CCC, 106 days, whereas the CCC of oil companies was the shortest, 22 days. The findings suggest that the cycle time of working capital usually follows the cycle time of inventories, since the changes in cycle times of accounts receivable and payable compensate each other. Improvements in working capital management could be achieved by sharing more accurate information in the chain for example about inventory levels and order points of customer. It could also be discussed within the automotive industry, if the long credit periods, which tie up working capital, are really needed. New technologies enable faster payments, which would reduce the cash conversion cycles, improve the profitability of companies, and increase the competitiveness of the value chain. Working capital should not be reduced at the expense of value chain partners, because nowadays the competition is rather between the value chains than between the companies. Similar research design is applied earlier to study working capital management in the value chain of pulp and paper industry. Even if the industries and the structures of the chains differ from each other, results were surprisingly similar. In future research, working capital management in other industries’ value chains could still be studied and compared to previous studies. ICT industry, for example, could be an interesting object.

[Sonatiini op. 45 nro 1 oboelle, oboe d'amorelle ja englannintorvelle]

Soitinnus: oboe, oboe d'amore, englannintorvi.

[Konsertto d-molli cembalolle, oboelle ja jousille]

Soitinnus: cembalo, oboe, jousiorkesteri.

Effect of temperature, wetness duration and cultivar on the development of anthracnose in guava fruits

The development of a large number of postharvest diseases is closely associated with fruit ripeness. Environmental conditions may affect both the pathogen development and the fruit ripening rate. The aim of this study was to determine the most favorable temperature and wetness duration to the development of anthracnose in guava fruits. Cultivars 'Kumagai' (white pulp) and 'Pedro Sato' (red pulp) were inoculated with a conidial suspension of Colletotrichum gloeosporioides and C. acutatum and incubated at constant temperature ranging from 10 to 35ºC and wetness duration of 6 and 24 hours. Disease severity and incidence were evaluated at every two days during 12 days. No infection occurred at 10 and 35ºC, regardless of the wetness duration. The optimum conditions for fruit infection were 26 and 27ºC for 'Kumagai' and 25 and 26ºC for 'Pedro Sato', adopting 24 hours of wetness. In general, the disease development in 'Kumagai' cultivar was more affected by the wetness period, compared to 'Pedro Sato'. Disease severity for 'Kumagai' fruits was maximal between 25 and 30ºC , depending on the Colletotrichum species. Regarding 'Pedro Sato', the mean diameter of lesions was greater in fruits stored at 20, 25 and 30ºC , compared to 'Kumagai' cultivar, depending on the wetness period and the species. The incubation period (between 6 and 7 days) and the latent period (between 8 and 10 days) were minimal at 30ºC. The data generated in this study will be useful either for the development of a disease warning system or for the increase in the shelf life of guavas in the postharvest.

Tukkusähkön hintapiikkeihin reagoinnin keinot sellu- ja kartonkitehtaalla.

Sähkön tukkuhinnat vaihtelivat hyvin voimakkaasti talvella 2009–2010. Työssä on esitetty rajahyötytarkasteluna yhdistetyn sellu- ja paperitehtaan mahdollisuudet lisätä vastapainesähkön tuotantoa sekä leikata sähkön kulutusta aikana, jolloin sähkön tuntihinta on korkea. Työssä tarkastellaan myös erilaisia sähkömarkkinaoperaatioita. Työn ensimmäisessä osiossa esitellään Stora Enson Imatran tehtaat. Myöhemmissä kappaleissa perehdytään pohjoismaisten sähkömarkkinoiden sekä kaasupörssin toimintaan. Jotta korkeista sähkön hinnoista voitaisiin hyötyä, tulee sähkön myyntitarjoukset jättää sähköpörssi Nord Poolin kaupankäyntijärjestelmään toimitusvuorokautta edeltävänä päivänä. Tässä työssä on määritetty sähköenergian mahdolliset myyntivolyymit sekä hinnat eri tuotantotilanteissa. Työssä pyritään parantamaan tehtaan sähkökaupankäynnin kannattavuutta käyttämällä eri sähkökaupan tuotteita. Työssä esitetään malleja, joiden avulla korkeita sähkön markkinahintoja voidaan pyrkiä hyödyntämään. Eri sähkömarkkinatuotteet soveltuvat myös riskienhallintaan voimakkaasti vaihtelevilla sähkömarkkinoilla

Paineellisten rumpusuodinten kunnossapitostrategian kehittäminen ja implementointi

Tutkimuksen tavoitteena oli luoda UPM-Kymmene Oyj:n Kaukaan sellutehtaalle tuotannolliset näkökulmat huomioiva ja kunnossapitokustannukset optimoiva paineellisten rumpusuodinten kunnossapitostrategia. Paineelliset rumpusuotimet on sellutehtaan kuitulinjan keskeinen laiteryhmä, jonka vuosittaiset kunnossapitokustannukset ovat merkittävät. Tarkastelu työssä keskittyi paineellisen rumpusuotimen päätytiivistyksen kunnossapitostrategian kehittämiseen, koska päätytiivistys muodostaa laitteen vuosittaisista kustannuksista suurimman osan. Kunnossapitokustannusten optimointi suoritettiin strategisen johtamisen periaatteiden mukaisesti eri teknistaloudelliset näkökulmat huomioiden. Kunnossapidon toteutukselle määriteltiin tuotannon tavoitteet, jonka perusteella luotiin uusi kunnossapitostrategia. Työssä tehdyn tutkimuksen perusteella siirtymällä korjaavasta kunnossapidosta ehkäisevään kunnossapitoon, voidaan saavuttaa säästöjä kunnossapitokustannuksissa. Uuden strategian toteutumisen mahdollistamiseksi määriteltiin strategiset projektit, jotka käsittelivät muun muassa uusien tiivistemateriaalien käyttöönottoa, alajärjestelmien muutostöitä sekä toimintatapojen muutoksia. Strategian ja strategisten projektien toteutusta varten laadittiin kirjalliset dokumentit, joiden perusteella implementointi suoritetaan. Toimenpiteille määriteltiin vastuuhenkilöt ja toteutusajat, joiden mukaisesti eri organisaatiotasot toimivat. Strategia laadittiin seuraavalle kymmenelle vuodelle, mutta strategian toteutusta ja tuloksia on seurattava vuosittain. Muuttuvassa liiketoimintaympäristössä kunnossapidon optimitila ei ole staattinen, joten strategiaa on oltava valmis päivittämään. Aktiivisella ja suunnitelmallisella toiminnalla on mahdollista saavuttaa merkittäviä säästöjä tuotannon ja kunnossapidon näkökulmasta.