Eucalyptus pulp fibres as alternative reinforcement to engineered cement-based composites

This paper evaluates the advantages of using hardwood short fibre pulp (eucalyptus) as alternative to softwood long fibre pulp (pinus) and polymer fibres, traditionally used in reinforcement of cement-based materials. The effects of cellulose fibre length on microstructure and on mechanical performance of fibre-cement composites were evaluated before and after accelerated ageing cycles. Hardwood pulp fibres were better dispersed in the cement matrix and provided higher number of fibres per unitary weight or volume, in relation to softwood long fibre pulp. The short reinforcing elements lead to an effective crack bridging of the fragile matrix, which contributes to the improvement of the mechanical performance of the composite after ageing. These promising results show the potential of eucalyptus short fibres for reducing costs by both the partial replacement of expensive synthetic fibres in air curing process and the energy savings during pulp refining. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Kraft pulp from juvenile and mature woods of corymbia citriodora

Kraft pulp produced from juvenile and mature wood from thirty-two-year-old Corymbia citriodora trees was evaluated. The stem was subdivided into regions of juvenile and mature wood, and then it was transformed into chips. These materials were then cooked in the Laboratory of Pulp and Paper at São Paulo State University (UNESP, Botucatu, SP, Brazil) and the physico-mechanical properties of the pulps were determined. The results showed that: (1) the pulp yields of mature wood were up to 4.4% greater in comparison to the juvenile wood, (2) the juvenile wood pulp required a shorter refining time than mature wood to reach the same Schopper-Riegler degree, (3) the juvenile wood pulp presented lower specific volume, and (4) the mature wood pulp presented greater air resistance, tensile, tear and burst index values, stress-strain factor, and stretch than the juvenile wood pulp.

Effect of fibre morphology on flocculation of fibre-cement suspensions

The objective of the present research was to evaluate the effect of fibre morphology (e.g., length, width, fibrillation, broken ends, content of fines and number of fibres per gram) on flocculation and drainage properties of fibre-cement suspensions and on physical properties of the fibre-cement composites. Mechanical refining was used to change the morphological properties of Eucalyptus and Pinus pulps. Results show that the mechanical refining increased the size of the formed flocs and decreased the concentration of free small particles (with dimensions between 1 and 20 pm) as a consequence of the increased fibrillation and content of fines, which increased the capacity of the fibres to capture the mineral particles. High levels of refining were necessary for Pinus pulp to obtain cement retention values similar to those obtained by unrefined Eucalyptus pulp. This is due to the higher number of fibres per gram in Eucalyptus pulp than in Pinus pulp. Pulp refining improved the packing of the particles and, although decreased the drainage rate. it contributed to a less porous structure, which improved the microstructure of the composite. (C) 2009 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Disseny i muntatge d'un sistema de depuració ciclònica per reciclatge de paper

El projecte s’emmarca dins de l’àmbit de la indústria paperera, i dins el procés defabricació del paper es centra concretament amb l’etapa de la depuració ciclònica, una etapa en la qual es pretenen eliminar aquelles partícules sòlides que acompanyen la pasta de paper i que no són desitjables ja que afecten les característiques del paper i el funcionament de la resta d’equips del procés de fabricació. Es presenta una demanda de projecte per part del grup LEPAMAP (Laboratori d’Enginyeria Paperera i Materials Polímers) sobre el disseny d’una instal•lació de depuració ciclònica, mitjançant un hidrocicló, per realitzar activitats de recerca. Un hidrocicló és un equip que separa gràcies a la força centrífuga del flux d’entrada i pel seu disseny amb forma de con invertit. Així doncs, els objectius bàsics d’aquest projecte són dissenyar una instal•lació de depuració adequada per depurar una pasta de paper de possibles contaminants sòlids, la qual cosa implica el disseny d’una bomba centrífuga per impulsar el flux cap a l’interior de l’hidrocicló, dipòsits per emmagatzemar i preparar la suspensió, un agitador per mantenir en tot moment la homogeneïtat de la suspensió i uns dispositius de mesura i control per mesurar i controlar variables com el cabal, la pressió o el volum.El segon objectiu tracta de posar en marxa la instal•lació i comprovar si aquest equip,l’hidrocicló, separa correctament les partícules sòlides del flux de pasta.Paral•lelament s’ha estudiat quins són els equips de depuració més importants a laindústria paperera així com les etapes més importants que formen part del procés de fabricació del paper

Estudi de reactius químics alternatius per al blanqueig de pastes termomecàniques : efecte en les propietats òptiques de les pastes i en la qualitat dels efluents del procés

Aquest estudi s’emmarca en un projecte titulat “Noves possibilitats en el blanqueig en lespastes destintades: Alternatives al blanqueig amb sosa càustica i peròxid d’hidrogen” i estàsubvencionat per diverses empreses europees del sector. La seva realització s’ha dut a termeen el Centre Technique du Papier, a Grenoble, França. L’estudi contempla la realitzaciód’una part del projecte, i té per objecte analitzar els Na2SiO3 modificats, el hidròxid demagnesi (Mg(OH)2) i el hidròxid de calci (Ca(OH)2) per veure si poden actuar com asubstituts del NaOH. Cal intentar aconseguir valors de blancor similars als assolits amb elblanqueig estàndard i millorar substancialment la qualitat de les aigües. Segons el centre derecerca es pot considerar una millora projectable a nivell industrial una reducció de la DQO ide la demanda catiònica a partir d’un 10% a nivell experimental.La pasta que es blanqueja és TMP verge. Els resultats obtinguts a nivell de blancor tambépoden ser considerats aplicables en paper recuperat, prèviament destintat, provenintd’aquest tipus de pasta

Optimal Mechanical PulpingProcesses for Eucalyptus, Acacia and Birch

Tässä diplomityössä tutkittiin ja vertailtiin eukalyptuksen, akaasian ja koivun kemimekaanista kuiduttamista ja valkaisua. Yleensä näitä puulajeja käytetään sellun keittoon. Puulajit eroavat toisistaan kasvupaikan ja kuiturakenteen osalta. Eukalyptus ja akaasia ovat niin sanottuja trooppisia lehtipuita, kun taas koivu kasvaa pohjoisilla vyöhykkeillä. Koivulla on kookkaimmat kuidut ja akaasialla pienimmät kuidut. Myös näiden lajien putkilot eroavat toisistaan. Koivun putkilot ovat pitkiä ja kapeita, kun taas eukalyptuksen ja akaasian putkilot ovat lyhyitä ja leveitä. Prosessiksi valittiin kaksivaiheinen APMP-prosessi. Koeajot tehtiinKeskuslaboratorio Oy:ssä. Massoille asetettiin seuraavat tavoitteet: freeness 150-200 ml ja vaaleus 80 %ISO. Eukalyptukselle ja koivulle tehtiin kaksi erilaista impregnointisarjaa, mutta akaasialle vain yksi. Jauhatuksen viimeisessä vaiheessa kokeiltiin myös jauhinvalkaisua. Jauhatuksen energiankulutus oli korkea varsinkin eukalyptuksella ja akaasialla. Jotta energiankulutus saataisiin pienemmäksi, tulisi käyttää enemmän lipeää, mutta se johtaa alkalitummumiseen. Lopuksi massat valkaistiin laboratoriossa. Eukalyptus ja koivu pystyttiin valkaisemaan vaaleuteen 80 %ISO, mutta eukalyptuksen valkaisu vaati enemmän peroksidia kuin koivun valkaisu. Akaasian lähtövaaleus oli niin alhainen, ettei siinä päästy tavoitevaaleuteen. Eukalyptuksella on parempi valonsironta ja paremmat lujuusominaisuudet kuin koivulla. Kemimekaanista massaa voidaan käyttää hienopaperissa parantamassa jäykkyyttä, bulkkia ja valonsirontaa, mutta usein ongelmana on alhainen vaaleus ja huono vaaleuden pysyvyys. Kemimekaanista massaa voidaankäyttää missä tahansa mekaanisissa painopapereissa. Mekaanisissa painopapereissa kemimekaanisella lehtipuumassalla voidaan korvata mekaanista havupuumassaa. Akaasia on niin tummaa, ettei sitä voida käyttää korkeavaaleuksisiin papereihin. Eukalyptus ja koivu ovat vaaleampia ja helpompia valkaista kuin akaasia, mutta myös niillä on niin huono vaaleudenpysyvyys että käyttö hienopapereissa on rajoittunutta. Mekaanisille eukalyptus ja koivumassoille hienopaperia parempi käyttökohde on mekaaniset painopaperit, kuten MWC-paperi.

LWC-SYVÄPAINOHIOKKEEN LAADUN OPTIMOINTI

Työn tavoitteena oli hiokkeen laatua optimoimalla löytää keinoja pohjapaperin opasiteetin parantamiseksi. Tehtaalla oli havaittu hiokkeen palstautumislujuuden pudonneen ja pian tämän jälkeen oli paperikoneella nostettu sellun jauhatustehoa mikä puolestaan vaikuttaa negatiivisesti pohjapaperin opasiteettiin. Päähuomio hiokkeen laadun optimoinnissa keskitettiin tästä syystä palstautumislujuuden tason nostamiseen. Kirjallisuuden mukaan tärkein hiokkeen palstautumislujuuteen ja myös opasiteettiin vaikuttava tekijä on massan hienoaines. Hiokkeen hienoainespitoisuuden lisäämistä tutkittiin tässä työssä seuraavalla kolmella tavalla: rejektijauhatuksen optimointi, kivenalusmassan CSF-tason alentaminen ja jälkijauhatustehon lisääminen. Työn toisena tavoitteena oli varmistaa rejektilinjan kapasiteetin riittävyys, erityisesti rejektilajitin 6:n osalta. Taustana tälle tarkastelulle oli mahdollisen lisälajittimen investointitarve RL 6:n rinnalle. Rejektijauhatuksen optimoinnissa tutkittiin jauhatustehon, eri terämallien ja kahden rinnakkaisen rejektijauhimen (yhden sijasta) vaikutusta jauhetun rejektimassan ominaisuuksiin. Pidättävillä rejektijauhimen terillä jauhetusta massasta tuli pitkäkuituisempaa kuin referenssiterillä, joissa staattori oli pumppaava ja roottori pidättävä. Mutta vaikka pidättävillä terillä jauhettu massa oli pitkäkuituisempaa ja sisälsi vähemmän hienoainetta oli sen palstautumislujuus samaa luokkaa kuin referenssiterillä jauhetun massan. Kahden rinnakkaisen jauhimen ajomallilla saatiin laadultaan kaikein heikointa massaa. Kaikissa koeajoissa saatiin rejektimassan palstautumislujuutta parannettua jauhatustehoa lisäämällä. Kivenalusmassan CSF-tasoa alentamalla ei valmiin annosteluhiokkeen palstautumislujuus alentunut vaikka hiokkeen hienoainespitoisuus kasvoi hieman. Mutta vaikka hiokkeen palstautumislujuus ei kasvanutkaan niin koejaksolla, joka oli pituudeltaan hieman yli kuukauden, pohjapaperin opasiteetti kuitenkin parani hieman ja sellun jauhatustehoa voitiin paperikoneella pudottaa hieman. Palstautumislujuuskartoituksen, jossa otettiin näytteitä hiomon eri prosessivaiheista, mukaan jälkijauhatus oli yksittäisenä prosessivaiheena eniten hiokkeen palstautumislujuuteen vaikuttava prosessivaihe. Jälkijauhatuskoeajosta saatiinkiin parhaimmat tulokset hienoainespitoisuuden ja palstautumislujuuden nousun suhteen. Rejektilajittelun massarejektisuhteiden määritysten ja rejektilajitin 6:n kapasiteettikokeen mukaan rejektilajittelu toimii nykyisellä tuotantomäärällä halutunlaisesti ja rejektilajitin 6:n osalta tuotantoa on vielä varaa nostaakin.

Pohjapaperin kustannusrakenteen optimointi

Kilpailulliset tekijät ovat johtaneet paperin valmistajat miettimään keinoja valmistuskustannusten leikkaamiseksi. Yksi keino on optimoida raaka-aineiden käyttöä, jota on tehty tässä diplomityössä. Työn tarkoitus on selvittää koeajoin mahdollisuudet kalliimpien raaka-aineiden korvaamiseen edullisemmilla, säilyttäen kuitenkin pohjapaperin laadulliset ominaisuudet. Työ on toteutettu UPM Kymmene Oyj:n Jokilaakson tehtailla, Jämsänkosken paperitehtaan Tarrapaperit-osastolla. Työssä on käytetty apuna tietokoneohjelmia mallintamaan ja simuloimaan paperissa ja paperin kustannusrakenteessa tapahtuvia muutoksia, mutta merkittävimmässä asemassa ovat olleet koeajot ja erilaisten näytteiden käsittely. Raaka-aineina käytettävien massojen osuuksien optimoinnilla on saatu aikaiseksi merkittäviä kustannussäästöjä, mutta työn yhteydessä on löydetty myös keinoja säästöjen saavuttamiseksi energiankulutusta järkevöittämällä. Luotu malli auttaa jatkossa kustannusrakenteen seurannassa. Mäntysellun osuuden laskulla ja täyteaineen osuuden nostolla saavutetaan merkittävimmät kustannussäästöt, kemihierteellä vaikutus kustannuksiin on vähäisempi. Sähköenergiaa vievä kuitujen jauhatus on järjestetty paperikone 3:lla uudella tavalla, jolla on paitsi saavutettu säästöä energiassa, parannettu myös paperin lujuutta.

Modificação da pasta kraft de eucalipto para novas aplicações

Este trabalho constou num estudo da modificação da pasta kraft de eucalipto, utilizando uma técnica de processamento por alta pressão hidrostática com o intuito de melhorar a sua performance para novas aplicações tal como o papel tissue ou o papel para embalagens. Para tal pretendia-se melhorar algumas propriedades da pasta com a utilização da técnica de alta pressão hidrostática. Realizou-se um estudo preliminar onde se submeteu uma pasta branqueada A, não refinada, a um tratamento hiperbárico (TH) numa gama de pressões de 5000-8000 bar. Para uma pressão de 6000 bar constatou-se uma melhoria de cerca de 16 % no alongamento percentual na rotura, 17 % na resistência à tração, 27 % no índice de rebentamento e cerca de 19 % no índice de rasgamento. Posteriormente, e tendo em conta os resultados positivos verificados na pasta A, estudou-se o efeito do TH numa pasta branqueada B variando a consistência de tratamento (1,5% ou 3%) e o tempo de processamento (5 ou 10 minutos). Foi estudado também o efeito do TH quando aplicado antes e após a refinação da pasta. A pasta branca foi submetida à refinação num moinho PFI entre 1000 e 3000 rotações. Os resultados obtidos mostram que o TH realizado a menores consistências apresenta um efeito mais significativo nas propriedades físico-mecânicas de pastas e que o efeito é distinto quando o processamento é aplicado antes e depois da refinação, tendo-se registado melhoramentos das propriedades mecânicas apenas quando o TH ocorre após a refinação. A pasta kraft foi também modificada com anidrido alquenil succínico (ASA). A modificação da pasta de celulose com ASA resultou numa diminuição das propriedades mecânicas e para além disso não gerou qualquer alteração na termoplasticidade do material, no entanto registou-se um aumento na resistência à molhabilidade. Concluiu-se que o TH conduz a alterações ao nível de propriedades mecânicas e estruturais da pasta de interesse para a aplicação em papéis tissue no caso da pasta B. Para além disso a modificação da pasta com ASA resultou em alterações de interesse particular para papéis de embalagem.

Biochemical Modification of Thermomechanical Pulp Fibers

The first objective of this study was to find out reliable laboratory methods to predict the effect of enzymes on specific energy consumption and fiber properties of TMP pulp. The second one was to find with interactive software called “Knowledge discovery in databases” enzymes or other additives that can be used in finding a solution to reduce energy consumption of TMP pulp. The chemical composition of wood and enzymes, which have activity on main wood components were presented in the literature part of the work. The results of previous research in energy reduction of TMP process with enzymes were also highlighted. The main principles of knowledge discovery have been included in literature part too. The experimental part of the work contains the methods description in which the standard size chip, crushed chip and fiberized spruce chip (fiberized pulp) were used. Different types of enzymatic treatment with different dosages and time were tested during the experiments and showed. Pectinase, endoglucanase and mixture of enzymes were used for evaluation of method reliability. The fines content and fiber length of pulp was measured and used as evidence of enzymes' effect. The refining method with “Bauer” laboratory disc refiner was evaluated as not highly reliable. It was not able to provide high repeatability of results, because of uncontrolled feeding capacity and refining consistency. The refining method with Valley refiner did not have a lot of variables and showed stable and repeatable results in energy saving. The results of experiments showed that efficient enzymes impregnation is probably the main target with enzymes application for energy saving. During the work the fiberized pulp showed high accessibility to enzymatic treatment and liquid penetration without special impregnating equipment. The reason was that fiberized pulp has larger wood surface area and thereby the contact area between the enzymatic solution and wood is also larger. Standard size chip and crushed chip treatment without special impregnator of enzymatic solution was evaluated as not efficient and did not show visible, repeatable results in energy consumption decrease. Thereby it was concluded that using of fiberized pulp and Valley refiner for measurements of enzymes' effectiveness in SEC decrease is more suitable than normal size chip and crushed chip with “Bauer” refiner. Endoglucanase with 5 kg/t dosage showed about 20% energy consumption decrease. Mixture of enzymes with 1.5 kg/t dosage showed about 15% decrease of energy consumption during the refining. Pectinase at different dosages and treatment times did not show significant effect on energy consumption. Results of knowledge discovery in databases showed the xylanase, cellulase and pectinase blend as most promising for energy reduction in TMP process. Surfactants were determined as effective additives for energy saving with enzymes.

Optimization of the refining and shoe press in board production

Optimointi on tavallinen toimenpide esimerkiksi prosessin muuttamisen tai uusimisen jälkeen. Optimoinnilla pyritään etsimään vaikkapa tiettyjen laatuominaisuuksien kannalta paras tapa ajaa prosessia tai erinäisiä prosessin osia. Tämän työn tarkoituksena oli investoinnin jälkeen optimoida neljä muuttujaa, erään runkoon menevän massan jauhatus ja määrä, märkäpuristus sekä spray –tärkin määrä, kolmen laatuominaisuuden, palstautumislujuuden, geometrisen taivutusjäykkyyden ja sileyden, suhteen. Työtä varten tehtiin viisi tehdasmittakaavaista koeajoa. Ensimmäisessä koeajossa oli tarkoitus lisätä vettä tai spray –tärkkiä kolmikerroskartongin toiseen kerrosten rajapintaan, toisessa koeajossa muutettiin, jo aiemmin mainitun runkoon menevän massan jauhatusta ja jauhinkombinaatioita. Ensimmäisessä koeajossa tutkittiin palstautumislujuuden, toisessa koeajossa muiden lujuusominaisuuksien kehittymistä. Kolmannessa koeajossa tutkittiin erään runkoon menevän massan jauhatuksen ja määrän sekä kenkäpuristimen viivapaineen muutoksen vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen sekä sileyteen. Neljännessä koeajossa yritettiin toistaa edellisen koeajon paras piste ja parametreja hieman muuttamalla saada aikaan vieläkin paremmat laatuominaisuudet. Myös tässä kokeessa tutkittiin muuttujien vaikutusta palstautumislujuuteen, geometriseen taivutusjäykkyyteen ja sileyteen. Viimeisen kokeen tarkoituksena oli tutkia samaisen runkoon menevän massan vähentämisen vaikutusta palstautumislujuuteen. Erinäisistä vastoinkäymisistä johtuen, koeajoista saadut tulokset jäivät melko laihoiksi. Kokeista kävi kuitenkin ilmi, että lujuusominaisuudet eivät parantuneet, vaikka jauhatusta jatkettiin. Lujuusominaisuuksien kehittymisen kannalta turha jauhatus pystyttiin siis jättämään pois ja näin säästämään energiaa sekä säästymään pitkälle viedyn jauhatuksen mahdollisesti aiheuttamilta muilta ongelmilta. Vähemmällä jauhatuksella ominaissärmäkuorma saatiin myös pidettyä alle tehtaalla halutun tason. Puuttuvat lujuusominaisuudet täytyy saavuttaa muilla keinoin.

Potential of bamboo organosolv pulp as a reinforcing element in fiber-cement materials

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Quality of wood and pulp from a clone of Eucalyptus grandis planted at three locations

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Alkaline sulfite/anthraquinone pretreatment followed by disk refining of Pinus radiata and Pinus caribaea wood chips for biochemical ethanol production

BACKGROUND: Alkaline sulfite/anthraquinone (ASA) cooking of Pinus radiata and Pinus caribaea wood chips followed by disk refining was used as a pretreatment for the production of low lignified and high fibrillated pulps. The pulps produced with different delignification degrees and refined at different energy inputs (250, 750 and 1600 Wh) were saccharified with cellulases and fermented to ethanol with Saccharomyces cerevisiae using separated hydrolysis and fermentation (SHF) or semi-simultaneous saccharification and fermentation (SSSF) processes. RESULTS: Delignification of ASA pulps was between 25% and 50%, with low glucans losses. Pulp yield was from 70 to 78% for pulps of P. radiata and 60% for the pulp of P. caribaea. Pulps obtained after refining were evaluated in assays of enzymatic hydrolysis. Glucans-to-glucose conversion varied from 20 to 70%, depending on the degree of delignification and fibrillation of the pulps. The best ASA pulp of P. radiata was used in SHF and SSSF experiments of ethanol production. Such experiments produced maximum ethanol concentration of 20 g L-1, which represented roughly90% of glucose conversion and an estimated amount of 260 L ethanol ton(-1) wood. P. caribaea pulp also presented good performance in the enzymatic hydrolysis and fermentation but, due to the low amount of cellulose present, only 140 L ethanol would be obtained from each ton of wood. CONCLUSION: ASA cooking followed by disk refining was shown to be an efficient pretreatment process, which generated a low lignified and high-fibrillated substrate that allowed the production of ethanol from the softwoods with high conversion yields. (C) 2012 Society of Chemical Industry

Cellulose micro/nanofibres from Eucalyptus kraft pulp: Preparation and properties

There is growing interest in cellulose nanofibres from renewable sources for several industrial applications. However, there is a lack of information about one of the most abundant cellulose pulps: bleached Eucalyptus kraft pulp. The objective of the present work was to obtain Eucalyptus cellulose micro/nanofibres by three different processes, namely: refining, sonication and acid hydrolysis of the cellulose pulp. The refining was limited by the low efficiency of isolated nanofibrils, while sonication was more effective for this purpose. However, the latter process occurred at the expense of considerable damage to the cellulose structure. The whiskers obtained by acid hydrolysis resulted in nanostructures with lower diameter and length, and high crystallinity. Increasing hydrolysis reaction time led to narrower and shorter whiskers, but increased the crystallinity index. The present work contributes to the different widespread methods used for the production of micro/nanofibres for different applications. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.