Lignin är en av de vanligaste naturliga råvarorna på jorden och finns mestadels i trä. Nuförtiden är valoriseringen av lignin en av processutvecklingarna för teknologier inom massa- och pappersindustrin. Denna utveckling syftar till att öka värdet av lignin. Traditionellt förbränns genererat lignin, känt som tekniskt lignin, som bränsle i sodapannan som en del av svartlutskomponenter, och denna praxis är används kontinuerligt inom massa- och pappersindustrin. Syftet med detta examensarbete är att undersöka det tekniska ligninet från två specifika träslag, Acacia crassicarpa (Acra) och Eucalyptus Hybrids (Euca), för att öka kunskapen om det tekniska ligninet och hitta lämpliga tillämpningar för dessa råvaror i framtiden. I denna studie isolerades lignin från svartlut som genererats från två olika kokningsmetoder, kraftkokning- och kraftbased dissolvingkokning (KP och DP). Karakteriseringsmetoderna inkluderade molekylviktsfördelning (THF-SEC), analys av ligninets funktionella grupper med fosfor-31 Nuclear Magnetic Resonance (31P-NMR) kvantifiering och ligninets trukturella elementanalys via Two-Dimensional Heteronuclear Single Quantum Correlation NMR (2D-HSQC NMR). Utbytet erhållet från kraftkokning (KP) och kraftbased dissolvingkokning (DP) visade inga skillnader för samtliga prover och resultaten visas inom samma intervall (cirka 0,06-0,08 g/mol svartlut). Molekylviktsfördelningen för KP och DP-kokning ligger fortfarande inom intervallet för kraftlignin Mw (1500-5000 g/mol) och polydispersitetsindex (PDI) för KP hade ett högre värde än DP för båda typerna av undersökta råvaror. För de funktionella grupperna hade Eucalyptus Hybrids högre -OH-halt än Acacia crassicarpa oavsett kokningstyp. 31P-NMR kvantifieringsdata visade tydligt att KP-Euca innehöll den högsta halten av  alifatisk-OH (1,4 mmol/g). DP-Euca hade den högsta halten C5-kondenserad (2,5 mmol/g), medan den högsta mängden Guaiacyl-OH identifierades i DP-Acra (1,2 mmol/g). Fingeravtrycket av kopplingarna som kvantifierades från 2D-NMR HSQC visade att KP hade högre β-O-4', β-5' och β-β' interenhetskopplingar än DP. Dessutom hade Acacia crassicarpa en högre andel interenhetskopplingar än Eucalyptus Hybrids för båda kokmetoderna. De högsta β-O-4'-, β-5'- och β-β'-kopplingarna detekterades i KP-Acra med 3,4 %, 0,5 % respektiv 4,3 %. / Lignin is one of the most abundant natural raw materials on Earth and is mostly found in wood. Nowadays, the valorization of lignin is one of the continual process developments for technologies in the pulp and paper industry. This development is intended to increase the value of lignin. In the traditional approach, generated lignin known as technical lignin is burnt as fuel in the recovery boiler as part of black liquor components, and this practice is still common in the pulp and paper industry. The objective of this thesis work is to explore the technical lignin from specific wood species, Acacia crassicarpa (Acra) and Eucalyptus Hybrids (Euca), to emphasize the knowledge about the technical lignin and finding suitable application for the mentioned raw materials in the future. In this study, lignin was isolated from black liquor generated from two different cooking methods, kraft and kraft dissolving pulp cooking (KP and DP). The Characterization methods included molecular weight distribution by THF-SEC, lignin functional groups analysis via Phosphorus-31 Nuclear Magnetic Resonance (31P-NMR) quantification, and lignin structural elements analysis via Two-Dimensional Heteronuclear Single Quantum Correlation NMR (2D-HSQC NMR). The isolation yield obtained from kraft cooking (KP) and kraft dissolving pulp cooking (DP) did not have drastic differences for all the samples and therefore the results are within the same ranges (around 0.06-0.08 g/mol of black liquor). The molecular weight distribution values of KP and DP cooking are still within the range of kraft lignin Mw (1500-5000 g/mol) and the polydispersity index (PDI) of KP had a higher value than DP for both types of raw material investigated.  For the functional groups, Eucalyptus Hybrids had the higher -OH content than Acacia crassicarpa regardless of the cooking type. The 31P-NMR quantification data showed clearly that KP-Euca was the richest in Aliphatic-OH (1.4 mmol/g). DP-Euca had the greatest amount of C5-Condensed (2.5 mmol/g), while the highest amount of Guaiacyl-OH was identified in DP-Acra (1.2 mmol/g). The fingerprint of the linkages that was quantified from 2D-NMR HSQC showed that KP cooking had a higher β-O-4’, β-5’ and β-β’ interunit linkages than DP cooking. Furthermore, Acacia crassicarpa had a higher interunit linkages percentage than Eucalyptus Hybrids for both cooking methods. The highest β-O-4’, β-5’ and β-β’ linkages were detected in KP-Acra with 3.4 %, 0.5 %, and 4.3 % respectively.

Syftet med detta examensarbete var att öka reaktiviteten hos förhydrolyserad kraftmassa genom att använda tidigare förhydrolysat och svavelsyra under förhydrolysen. Först bestämdes den kemiska sammansättningen av två olika vedråvaror (Acacia crassicarpa och Eucalyptushybrider) för att observera och korrelera med förhydrolysprocessen. Därefter studerades effekten av att för förhydrolyskraftkokning använda vatten, förhydrolysat och svavelsyra med olika koncentration under förhydrolysen vilket korrelerades med avlägsnandet av pentosan, utbyte, viskositet, kappanummer och ljushet. Därefter valdes en av vardera syrabaserad förhydrolyskraftmassa att blekas helt till dissolvingmassa för bestämning av Fock-reaktivitet, vilket jämfördes mot den vattenbaserade förhydrolysen som referens. Den slutliga kvaliteten på de olika förhydrolyskraftmassorna studerades också. Detta examensarbete visade att användandet av förhydrolysat och svavelsyra kan ge högre Fock-reaktivitet jämfört med vatten under liknande processförhållanden. Däremot gav syrabaserad förhydrolyskraftmassa lägre utbyte än vattenbaserad förhydrolyskraftmassa. Syrabaserad förhydrolyskraftkokning gav även lägre pentosanhalt, lägre halt extraktivämnen och lägre viskositetsvärden. Förhydrolysatbaserad förhydrolyskraftmassa hade värden mellan de som uppvisades av vattenbaserade- och svavelsyrabaserade förhydrolyskraftmassor. Dessutom hade förhydrolyskraftmassor från Eucalyptushybrider högre Fock-reaktivitet, lägre pentosanhalt, lägre halt extraktivämnen och högre viskositet än förhydrolyskraftmassor från Acacia crassicarpa. / The worldwide demand for dissolving pulp has been increasing significantly in Asia which is majorly produced from prehydrolysis kraft pulping and most of the prehydrolysis kraft pulp are consumed in viscose rayon production. Thus, it is interesting to have research in the process of prehydrolysis kraft pulping to make it a cleaner and more sustainable production. One of the most important qualities of prehydrolysis kraft pulp in viscose rayon is reactivity, which can lead to less chemical consumption and lower production cost. The aim of this research project is to increase the reactivity of prehydrolysis kraft pulp by using prehydrolysate and sulfuric acid during prehydrolysis cooking. Firstly, the wood chemical composition of two different hardwood species (Acacia crassicarpa and Eucalyptus hybrids) were determined and correlated with the prehydrolysis kraft pulping process. Secondly, prehydrolysis kraft cooking using water, prehydrolysate, and sulfuric acid with different concentration during prehydrolysis were studied and correlated with pentosan removal, yield, viscosity, kappa number, and brightness. Later, one of each acid based prehydrolysis kraft pulping were chosen to be proceed to fully bleached dissolving pulp for determining Fock reactivity which was compared to water prehydrolysis kraft pulping as the reference. The final quality of different prehydrolysis kraft pulps were also studied. From this research project, it showed that prehydrolysate and sulfuric acid prehydrolysis kraft pulp improved the Fock reactivity as compared to water prehydrolysis in similar pulping condition. However, acid based prehydrolysis kraft pulping gave lower yield than water prehydrolysis kraft pulping. Acid based prehydrolysis kraft cooking provided lower pentosan and extractive content, but lower viscosity values. Meanwhile, the prehydrolysate kraft pulp had the intermediate values between water and sulfuric acid prehydrolysis kraft pulping. In addition, Eucalyptus hybrids prehydrolysis kraft pulping had higher Fock reactivity, lower pentosan content, lower extractives, and higher viscosity than Acacia crassicarpa. To conclude, the more acidic prehydrolysis increased Fock reactivity with lower pulp yield, pentosan, extractive and viscosity.

Thesis (MScFor (Forest and Wood Science))--University of Stellenbosch, 2010. / ENGLISH ABSTRACT: The purpose of the study was to investigate the potential tree taxa that could be grown as a source of biomass in the Cape Winelands region. The trials comprises of two different aspects. The first being the estimation of potential volume, density and biomass of a pair of six year-old stands of E. gomphocephala and E. cladocalyx families at two climatically different sites within the study region. The second part of the study was the early growth assessment of alternative taxa that could be planted in the region compared to the regional mainstay E. cladocalyx. The volume of families was estimated using appropriate volume equations and using the form height were none were available. The best volume yield varied from 4.6 to 11.2 m3 ha-1a-1, at the dry and sub-humid sites, respectively. Wood density, estimated from non-destructive samples at both sites, varied from 620 (sub-humid) to 588 kg m-3 (dry site). The estimated biomass production rate of the top producing families yielded 2.7 and 6.9 t ha -1a -1 at the dry and sub-humid sites, respectively. In terms of estimated biomass and survival, E. gomphocephala was more suited to the dry site, while E. cladocalyx displayed superior yield than E. gomphocephala on the sub-humid site, but not significantly so. Early growth assessment of the trial of alternative taxa found that the hybrid E. grandis × camldulensis and E. grandis × urophylla had superior biomass indices, but were more susceptible to infestation by Thaumastocoris peregrinus and Gonipterus scuttelatus. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Die doel van hierdie studie was om potensiële boom taksa vir gebruik as ’n bron van biomassa in die Kaapse Wynlandstreek te ondersoek. Die proewe behels twee aspekte: eerstens die beraming van die potensiële volume, digtheid en biomassa van sesjaaroue opstande met families van E. gomphocephala en E. cladocalyx by twee klimatologies verskillende groeiplekke in die studiegebied; tweedens die beoordeling van die vroeë groei van alternatiewe taksa wat in die streek geplant kan word in vergelyking met die streek se historiese staatmaker-spesie E. cladocalyx. Die volume van die families is beraam deur gebruik te maak van toepaslike volumevergelykings, en met behulp van ’n vormfaktor waar vergelykings nie beskikbaar was nie. Die volume aanwas by die droë en sub-humiede groeiplekke was onderskeidelik 4.6 en 11.2 m3 ha-1j-1. Houtdigtheid is beraam deur nie-destruktiewe monsters uit die opstand te neem. Gemiddelde digthede het variëer van 588 (sub-humied) tot 620 kg m-3 (droë groeiplek). Die beraamde biomassaproduksie van die top-families beloop onderskeidelik 2.7 en 6.9 t ha -1j -1 vir die droë en sub-humiede groeiplekke. In terme van beraamde biomassa en oorlewing, is E. gomphocephala meer geskik vir droër groeiplekke , terwyl E. cladocalyx by die sub-humiede groeiplek ’n hoër opbrengs as E. gomphocephala getoon het, hoewel nie betekenisvol nie. Beramings van die vroeë groei by die proef met alternatiewe taksa het getoon dat die basters E. grandis × camldulensis en E. grandis × urophylla hoër biomassa-indekse het, maar meer vatbaar is vir besmetting deur Thaumastocoris peregrinus en Gonipterus scuttelatus. / Centre for Renewable and Sustainable Energy Studies