No description available.

Kolmaterial, såsom kolfibrer och kolskum, används som värmeisolatorer i applikationer vid höga temperaturer. För närvarande härleds dessa material från fossilbaserade källor, vilket tyder på ett behov av att hitta alternativa kandidater baserade på förnybara källor. Detta examensarbete undersökte möjligheten att använda kraftlignin som ett förnyelsebart startmaterial för framställning av kolskum med värmeisoleringsegenskaper. Två kraftligniner av barrträd med olika molekylvikter och ett kraftlignin av lövträd användes. De tre kraftligninerna karboniserades vid 1000°C efter att ha blandats i olika förhållanden och kombinationer (formuleringen av råmaterialet). Formuleringen av råmaterialet påverkade densiteten och porositeten hos de erhållna materialen, vilket i sin tur ledde till skillnader i kompressionsstyrkan och värmeledningsförmågan hos de erhållna kolskummen. Kolskummen hade olika värmeledningsförmåga (0,11-0,35 W/mK), porositet (80,55-97,53%) och densitet (0,08-0,42 g/cm3). För skummet med den högsta densiteten uppskattades krossstyrkan till cirka 10,03 MPa vilket är jämförbart med kommersiellt använda kolskum för högtemperaturisolerande applikationer. Kolskummens värmeledningsförmåga var inom omfånget för kommersiellt använda kolskum för högtemperaturapplikationer. Detta arbete visar möjligheten att tillverka kolskum från 100% kraftlignin som har liknande egenskaper som kommersiellt tillgängliga termiska isoleringsmaterial för högtemperaturapplikationer. / Carbon materials, such as carbon fibres and carbon foams, are used as thermal insulators in high-temperature applications. At present, these materials are derived from fossil-based sources, which suggests a need of finding alternatives candidates based on renewables. This thesis work investigated the possibility of using kraft lignin as a renewable starting material for the preparation of carbon foams with thermal insulation properties. Two softwood kraft lignins with different molecular weights and a hardwood kraft lignin were used. The three kraft lignins were carbonized at 1000°C after being mixed in different ratios and combinations (precursor formulation). The precursor formulation affected the density and porosity of the obtained materials, which in turn led to differences in compression strength and thermal conductivity of the carbon foams derived. The obtained carbon foams had different thermal conductivities (0.11-0.35 W/mK), porosity (80.55-97.53%) and density (0.08-0.42 g/cm3). For the foam with the highest density, the crushing strength was estimated to approximately 10.03 MPa which is comparable to commercially used carbon foams for high-temperature insulating applications. The thermal conductivity of the prepared carbon foams was in the range of commercially used carbon foams for high-temperature applications. This work demonstrates the possibility of preparing carbon foams from 100% kraft lignin which has properties similar of commercially available insulating materials for high-temperature applications.

Lignin, en av huvudkomponenterna i lignocellulosabiomassa, utgör en stor mängd av sidoströmen från massaindustrin. Lignin är aromatiska makromolekyler som förekommer i rikliga mängder i naturen och uppvisar unika antioxidant-, uv-skyddande, anti-ultravioletta, antikorrosiva och antimikrobiella egenskaper, etc. Ligninbaserade produkter är ännu inte kommersialiserade eftersom de är begränsade av den kemiska heterogeniteten hos lignin som separerats från olika råvaror och producerats i olika industriella processer. Istället förbränns lignin vanligtvis för värme- och elproduktion efter extraktion. Tillvägagångssätt för att bevara värdefulla egenskaper hos lignin och samtidigt övervinna begränsningar har blivit heta ämnen. I detta projekt genomfördes kemiska modifieringar av kraftlignin från olika naturliga råvaror, gran och eukalyptus, där fenolgrupperna ersattes av alkylgrupper med olika kedjelängder (kolnummer 1, 6 och 12). De kemiska strukturerna och de termiska egenskaperna hos kraftlignin studerades med en kombination av analytiska metoder. Egenskaperna hos två typer av tekniska kraftligniner och dess derivat undersöktes även för jämförelse. Resultaten visade att kemiskt modifierat lignin kan vara ett lovande råmaterial för förädlade produkter som till exempel ligninbaserade nanopartiklar. / Lignin, one of the major components in lignocellulose biomass, makes up a large amount of sidestream from the pulp industry. As an abundant feedstock of bio- originated aromatic macromolecules, lignin shows unique antioxidant, UV-protective, anticorrosive, and antimicrobial properties, etc. However, limited by the chemical heterogeneity of lignin separated from different bioresources and industrial procedures as well as its recalcitrance as macromolecules, lignin-based products are not yet commercialized, while lignin is commonly burnt for heat or power generation after extraction. Approaches of preserving valuable properties of lignin meanwhile overcoming limitations have become heated topics. In this project, chemical modifications of kraft lignin from different natural bio-origins, spruce and eucalyptus, were conducted, with alkyl groups of various chain lengths (carbon numbers 1, 6 and 12) substituting the phenolic groups. A combination of analytical methods for characterizing the chemical structures and thermal properties of kraft lignin and chemically modified kraft lignin were studied. Meanwhile, the characteristics of two kinds of technical kraft lignin and their derivatives were investigated for comparison. Results highlighted that chemically modified lignin could be a promising material to serve as a feedstock for value-added products such as lignin-based nanoparticles.

Med den ökande trenden av process slutning inom massabruken, så har det indikerats att återvinningen av tvättvätska från de olika tvättsteg troligen resulterar i negativa effekter. Närvaron av olika komponenter kan påverka upplösningen av lignin genom att främja dess återdeponering på massan, och därmed påverka senare steg inom bruket. Denna studie fokuserade på effekten av tvättvätskes sammansättningen, pH och magnesiumjoners innehållet på ligninåterfästningen till fibrerna under brunmassatvätt. Projektets syfte var att finna nya relevanta insikter för dagens verksamheter. För den experimentella proceduren blandades massa- och vätskaprover erhållna från ett barrveds-sulfatmassabruk, relevanta lösningsmodifikationer genomfördes, och dessa placerades i ett vattenbad vid 90 °C. Därefter tvättades och separerades den resulterande blandningen. Kappatal och ISO-ljusstyrka användes för massakaraktärisering, samt UV-VISspektroskopi för tvättvätskor. En ytterligare procedur med alkalisk urlakning utfördes på massan för att identifiera den relativt svaga liginbindningen. Resultaten indikerade att högre ligninhalt och konduktivitet, lägre pH och högre MgSO4 koncentration i tvättvätskor ökar lignininnehållet i massan. Under proceduren identifierades en möjlig konkurrens mellan borttagningen av lignin från fibrerna och återfällningen. Genom att uföra studier på olika bruksvätskor, så påverkades flera variabler systemet samtidigt, vilket förhindrade identifikationen av den dominerande variabeln som potentiellt kunde justeras för att minska återdeponeringen. Det observerades dock att en tillsatts av NaOH i tvättvätskor kunde reducera lignininnehållet i massan, medans däremot en ökning av MgSO4 kunde ha negativa effekter. / With the growing tendency of process closure within pulp mills, recycling liquors into different washing stages was observed to result in likely negative effects. The presence of different components may affect lignin dissolution, by promoting its redeposition onto pulp therefore affecting later stages in the mill. The present study focused on the effect of washing liquor composition, pH, and magnesium ions content on lignin reattachment to fibres during brown stock washing. This project’s motivation was to provide new insights relevant for today’s operations. For the experimental procedure, pulp and liquor samples obtained from a softwood kraft pulp mill were mixed, relevant solution modifications were performed, and these were set inside a water bath at 90 °C. Then, the resulting mixture was washed and separated. Kappa number and ISO brightness were employed for pulp characterization, and UV-VIS spectroscopy for washing liquors. An additional procedure of alkaline leaching was performed on pulp to identify relatively weak lignin attachment. Obtained results indicated that higher lignin content and conductivity, lower pH and higher MgSO4 concentration in washing liquors increase the lignin content in pulp. A competition between lignin removal from fibres and reattachment was identified to be possibly occurring during the procedure. By performing studies on different mill liquors, multiple variables affected the system simultaneously, which hinders the identification of the dominant variable to be potentially adjusted for reducing the redeposition. However, it was seen that adding NaOH in washing liquors could reduce lignin content in the pulp, whereas an increase in MgSO4 could present negative effects.

<p>Ved består huvudsakligen av tre typer av polymerer, cellulosa, hemicellulosa och lignin. Lignin bildas i naturen genom enzymatiskt initierad oxidativ koppling av tre olika typer av fenylpropan-enheter. Dessa bygger genom olika kol-kol- och kol-syre-bindningar upp en amorf tredimensionell polymer. När kemisk massa tillverkas bryts lignin ner och löses ut i kokluten. Luten innehåller de förbrukade kokkemikalierna och bränns generellt i en sodapanna för att regenerera kemikalierna och producera ånga. Sodapannan är emellertid dyr. Därför har den blivit produktionsbegränsande på många massabruk. Att avlägsna en del av ligninet från avluten vore därför önskvärt och att finna ekonomiskt intressanta produkter baserade på lignin från svartlut är därför ett viktigt forskningsområde .</p><p>Ett lämpligt område för ligninprodukter vore som tillsatts i oblekt massa. Oblekt massa används till stor del för tillverkning av kraftliner, topp- och bottenskikten på wellpapp. När lådor av wellpapp lagras i containrar som färdas över haven, förändras den relativa luftfuktigheten. Detta gör att lådorna kollapsar lättare än om de skulle ha lagrats vid konstant luftfuktighet, även en hög sådan. Detta är på grund av det så kallade mekanosorptiva- eller accelererade krypfenomenet. Genom tillsatts av våtstyrkemedel till kraftliner eller behandla den med hydrofoba ämnen, finns indikatoner på att mekanosorptiva effekten skulle kunna minska.</p><p>För att försöka minska den effekten har ett lågmolekylärt kraftlignin, som utvunnits med hjälp av tvärsflödesfiltrering av svartlut och svavelsyrafällning, använts. Genom derivatisering av detta lignin med linolja erhölls ett hydrofobt ligninderivat som uppvisar strukturella likheter med biopolymeren suberin. När detta suberinlika ligninderivat tillsätts till massa verkar det mekanosorptiva krypet minska. När lågmolekylärt lignin används tillsammans med ligninradikalinitiatorerna lackas eller mangan(III) i kraftlinermassa erhålls dessutom en våtstyrka på ca 5% av torrstyrkan. Efter aminering av detta lignin gav en tillsatts till kraftlinermassan en våtstyrka på upp till 10% av torrstyrkan. Det finns indikationer på att det mekanosorptiva krypet samtidigt minskar när dessa behandlingar görs som ger upphov till ökad våtstyrka.</p> / <p>Wood consists mainly of three types of polymers; cellulose, hemi cellulose and lignin. Lignin is formed in nature through enzymatic initiated oxidative coupling of three different kinds of phenyl propane units. These form by various carbon-carbon and carbon-oxygen bonds, an amorphous three-dimensional polymer. As chemical pulp is produced, lignin is degraded and dissolved into pulping liquors. These liquors contain the spent cooking chemicals and are generally burnt in a recovery boiler to regenerate cooking chemicals and produce steam. However, the recovery boiler is expensive. Hence, it has become the bottleneck for production in many pulp mills. Removal of some lignin from the spent cooking liquor would, for that reason, be desired and valuable products based on lignin from cooking liquors are searched for.</p><p>One suitable area for lignin products would be as additive in unbleached pulp. A major product from unbleached pulp is kraftliner, the top and bottom layers of corrugated board. When boxes of corrugated board are stored in containers travelling overseas the relative humidity is varying. This makes the boxes collapse more easily than if they were stored at constant humidity, even a high one. This is due to the so called mechano-sorptive or accelerated creep phenomenon. By addition of wet strength additive to kraftliner or treating it with hydrophobic compounds there are indications on that the mechano-sorptive effect would decrease.</p><p>Trying to decrease this effect, low molecular weight kraft lignin has been used. It was obtained by cross-flow filtration of black liquor and precipitation by sulphuric acid. By derivatisation of this lignin by linseed oil, a hydrophobic lignin derivative was obtained, similar in structure to units in the biopolymer suberin. As this suberin-like lignin-derivative was added to pulp the mechano-sorptive creep seemed to be lowered. Furthermore, when the low molecular weight lignin was used together with the lignin radical initiators laccase or manganese(III) in kraftliner pulp, a wet strength of about 5% of dry strength was obtained. An amination treatment of this lignin and addition to kraftliner pulp resulted in a wet strength of up to 10% of dry strength. There are indications of that the mechano-sorptive creep also decreases as these treatments, resulting in increased wet strength, are made.</p>

Ved består huvudsakligen av tre typer av polymerer, cellulosa, hemicellulosa och lignin. Lignin bildas i naturen genom enzymatiskt initierad oxidativ koppling av tre olika typer av fenylpropan-enheter. Dessa bygger genom olika kol-kol- och kol-syre-bindningar upp en amorf tredimensionell polymer. När kemisk massa tillverkas bryts lignin ner och löses ut i kokluten. Luten innehåller de förbrukade kokkemikalierna och bränns generellt i en sodapanna för att regenerera kemikalierna och producera ånga. Sodapannan är emellertid dyr. Därför har den blivit produktionsbegränsande på många massabruk. Att avlägsna en del av ligninet från avluten vore därför önskvärt och att finna ekonomiskt intressanta produkter baserade på lignin från svartlut är därför ett viktigt forskningsområde . Ett lämpligt område för ligninprodukter vore som tillsatts i oblekt massa. Oblekt massa används till stor del för tillverkning av kraftliner, topp- och bottenskikten på wellpapp. När lådor av wellpapp lagras i containrar som färdas över haven, förändras den relativa luftfuktigheten. Detta gör att lådorna kollapsar lättare än om de skulle ha lagrats vid konstant luftfuktighet, även en hög sådan. Detta är på grund av det så kallade mekanosorptiva- eller accelererade krypfenomenet. Genom tillsatts av våtstyrkemedel till kraftliner eller behandla den med hydrofoba ämnen, finns indikatoner på att mekanosorptiva effekten skulle kunna minska. För att försöka minska den effekten har ett lågmolekylärt kraftlignin, som utvunnits med hjälp av tvärsflödesfiltrering av svartlut och svavelsyrafällning, använts. Genom derivatisering av detta lignin med linolja erhölls ett hydrofobt ligninderivat som uppvisar strukturella likheter med biopolymeren suberin. När detta suberinlika ligninderivat tillsätts till massa verkar det mekanosorptiva krypet minska. När lågmolekylärt lignin används tillsammans med ligninradikalinitiatorerna lackas eller mangan(III) i kraftlinermassa erhålls dessutom en våtstyrka på ca 5% av torrstyrkan. Efter aminering av detta lignin gav en tillsatts till kraftlinermassan en våtstyrka på upp till 10% av torrstyrkan. Det finns indikationer på att det mekanosorptiva krypet samtidigt minskar när dessa behandlingar görs som ger upphov till ökad våtstyrka. / Wood consists mainly of three types of polymers; cellulose, hemi cellulose and lignin. Lignin is formed in nature through enzymatic initiated oxidative coupling of three different kinds of phenyl propane units. These form by various carbon-carbon and carbon-oxygen bonds, an amorphous three-dimensional polymer. As chemical pulp is produced, lignin is degraded and dissolved into pulping liquors. These liquors contain the spent cooking chemicals and are generally burnt in a recovery boiler to regenerate cooking chemicals and produce steam. However, the recovery boiler is expensive. Hence, it has become the bottleneck for production in many pulp mills. Removal of some lignin from the spent cooking liquor would, for that reason, be desired and valuable products based on lignin from cooking liquors are searched for. One suitable area for lignin products would be as additive in unbleached pulp. A major product from unbleached pulp is kraftliner, the top and bottom layers of corrugated board. When boxes of corrugated board are stored in containers travelling overseas the relative humidity is varying. This makes the boxes collapse more easily than if they were stored at constant humidity, even a high one. This is due to the so called mechano-sorptive or accelerated creep phenomenon. By addition of wet strength additive to kraftliner or treating it with hydrophobic compounds there are indications on that the mechano-sorptive effect would decrease. Trying to decrease this effect, low molecular weight kraft lignin has been used. It was obtained by cross-flow filtration of black liquor and precipitation by sulphuric acid. By derivatisation of this lignin by linseed oil, a hydrophobic lignin derivative was obtained, similar in structure to units in the biopolymer suberin. As this suberin-like lignin-derivative was added to pulp the mechano-sorptive creep seemed to be lowered. Furthermore, when the low molecular weight lignin was used together with the lignin radical initiators laccase or manganese(III) in kraftliner pulp, a wet strength of about 5% of dry strength was obtained. An amination treatment of this lignin and addition to kraftliner pulp resulted in a wet strength of up to 10% of dry strength. There are indications of that the mechano-sorptive creep also decreases as these treatments, resulting in increased wet strength, are made. / QC 20101103