Vesihöyryn vaikutus selluloosan lämpöhajoamisessa

The use of cellulose packages in the food industry is increasing rapidly. To develop more long~ lasting and re-usable packages, the temperature resistance of cellulose packages needs to be improved. In high temperatures cellulose degrades which results in yellowing of paper and deterioration of its strength properties. Water plays a significant role in the thermal degradation process. The purpose of this study was to study the effect of water vapour on thermal degradation of cellulose and to compare the thermal degradation resistance of several pulps with a different refining intensity. The first part of the experimental study included testing the suitability of a commercial oven for thermal treatment testing. The second part included the pulp trials with semi-bleached pulp, bleached pulp, and hypochlorous acid treated pulp. In addition, reference pulps were used to study the effect of mill refining on the thermal degradation of cellulose. The used PFI refining intensities were 0, 5 000, 10 000, and 15 000 revolutions. Next, thermal treatment in 225°C for 20 and 60 minutes was performed. The used relative humidity levels were 1 % and 75 %. Measured paper properties were light absorption coefficient and burst strength. UV resonance Raman spectroscopy was used to analyse the chemical composition of the pulps. A distinct finding from this study was that higher relative humidity promotes thermal degradation of cellulose at high heating rates. This study indicated that the thermal degradation behaviour of the pulps depends highly on the measured property. Based on measured light absorption coefficient values, higher relative humidity accelerates thermal yellowing of bleached and hypochlorous acid treated pulps. Instead, the resistance against humidity variations is higher with semi-bleached pulp, especially based on light absorption coefficient values. Refining intensity improves burst strength. However, based on light absorption coefficient measurements refining intensity does not directly promote thermal degradation. The mill refined pulp results differed slightly from the pulp trials due to the fiber mixture and refining method.Selluloosapohjaisten pakkauksien käyttö elintarviketeollisuudessa kasvaa nopeasti. Jotta voitaisiin kehittää kestävämpiä ja uudelleenkäytettäviä pakkauksia, tulee selluloosan lämmönkestävyyttä parantaa. Korkeissa lämpötiloissa selluloosa hajoaa, joka ilmenee paperin kellertymisenä ja lujuusominaisuuksien huonontumisena. Selluloosan lämpöhajoamisessa vesihöyryllä on merkittävä rooli. Tämän työn tarkoituksena on selvittää vesihöyryn vaikutus selluloosan lämpöhajoamisessa ja vertailla kolmen eri massan lämmönkestävyyttä eri jauhatusportaaleissa. Kokeellinen osa jakautui kahteen osaan. Ensimmäisessä osassa testattiin kaupallisen uunin soveltuvuutta lämpökäsittelyyn. Toinen osa sisälsi kokeet puolivalkaistulla, valkaistulla ja hypokloriittikäsitellyllä valkaistulla havupuumassalla eri jauhatusportaaleista. Lisäksi vertailumassoina kokeissa käytettiin tehdasjauhettua valkaistua havupuumassaa eri jauhatusportaaleista. Havupuumassat jauhettiin aluksi PFI-jauhimella neljällä eri intensiteetillä: 0, 5 000, 10 000 ja 15 000 kierrosta. Lämpökäsittely tehtiin 225 °C:ssa 20 ja 60 minuutin ajan. Käytetyt uunin suhteelliset kosteudet olivat 1 ja 75 %. Laboratorioarkeista (45 g/m2) mitattiin valonabsorptiokerroin sekä puhkaisulujuus. Lisäksi UV-resonanssi raman-spektroskopialla tutkittiin kemiallisia muutoksia massojen koostumuksessa. Tämän tutkimuksen perusteella korkeampi suhteellinen kosteus edistää selluloosan lämpöhajoamista korkeissa lämpötiloissa. Lämpöhajoaminen riippuu suuresti mitatusta paperin ominaisuudesta. Mitattujen valonabsorptiokertoimien perusteella korkeampi suhteellinen kosteus nopeuttaa valkaistun massan ja hypokloriitilla käsitellyn valkaistun massan lämpökellertymistä. Sen sijaan puolivalkaistu massa kestää paremmin kosteusvaihteluita. Jauhatusintensiteetti parantaa puhkaisulujuutta, mutta ei suoranaisesti edistä lämpöhajoamista. Tehdasjauhettujen massojen tulokset erosivat jonkin verran massakokeista johtuen erilaisesta kuituseoksesta ja jauhatusmenetelmästä