<p>In conventional viscose manufacturing, a large amount of carbondisulfide is consumed. This amount has to be decreased to keep the production cost down and to reduce the environmental impact. The purpose with this work was to show if an enzyme treatment of a dissolving pulp could increase the degree of substitution in the viscose so that the amount of carbon disulfide consumed in the process could be decreased. Previous investigations by Kvarnlöf (2007), Engström et.al. (2006) and Henriksson et.al. (2005) has shown that the reactivity of a dissolving pulp (the cellulose raw material) increased when it was pre-treated with endoglucanase (enzyme). Kvarnlöf (2007) also showed that the amount of carbon disulfide that is needed to produce an ordinary viscose (in this work a more viscous viscose has been investigated) could be reduced with one third because of the enzyme treatment.</p><p> </p><p>In this thesis, viscose has been manufactured in a laboratory where the process has been adapted to look like the industrial as far as possible. Analyses were done on the viscose viscosity and degree of substitution. A reference curve was made with the percentage carbon disulfide load versus the viscose gamma number (degree of substitution). Then it was investigated how an enzyme treatment of the dissolving pulp affected the viscose. After the enzyme treatment, the manufacturing process for viscose was done in the exact same way as when the reference tests were done. The enzyme used in this thesis was Carezyme which contents endoglucanase. Then the results from the analyses of the viscose manufactured from enzyme treated dissolving pulp and the reference curve was compared. A positive result would have been that viscose manufactured with enzyme treatment gets a higher gamma number than viscose, with the same load of carbon disulfide, manufactured in the regular way.</p><p> </p><p>The results showed that the degree of substitution had no effect at all; the viscose that has been manufactured from enzyme treated dissolving pulp resulted in gamma numbers on or very close to the reference curve. The only effect that could be shown was a decrease in viscosity, which unfortunately was an unwanted effect. The enzyme treatment has also hampered the process, where shorter fibres among other things have given poorer dewatering properties. Analyses on the viscose manufactured in the laboratory showed that it didn't have the same characteristics as viscose manufactured in a plant.</p> / <p>I den konventionella tillverkningsprocessen för viskos förbrukas stora mängder koldisulfid. Denna mängd behöver minskas, både för att hålla nere produktionskostnaderna men också för att minska miljöpåverkan. Syftet med arbetet var att undersöka om en enzymbehandling av en dissolvingmassa kunde öka substitutionsgraden så att koldisulfid-förbrukningen skulle kunna minskas. Det har i flera tidigare undersökningar av Kvarnlöf (2007), Engström m.fl. (2006) och Henriksson m.fl. (2005) visats att reaktiviteten hos en dissolvingmassa (råvaran i viskosprocessen) ökar när den förbehandlats med endoglukanas (enzym). Kvarnlöf (2007) visade dessutom att mängden koldisulfid som behövdes för att tillverka spinnviskos (i detta examensarbete har en viskösare viskos undersökts) kunde minskas med en tredjedel tack vare enzymbehandlingen.</p><p> </p><p>I detta examensarbete har viskos tillverkats i laboratoriet där processen har anpassats så att den liknar den industriella så mycket som möjligt. Analyser gjordes på viskosens viskositet och substitutionsgrad. En referenskurva tillverkades där den procentuella koldisulfid-satsningen plottades mot viskosens gammatal (substitutionsgraden). Därefter undersöktes hur en enzymbehandling av dissolvingmassan påverkade den färdiga viskosen. Efter enzymbehandlingen av dissolvingmassan utfördes tillverkningsprocessen precis som vanligt för att man skulle kunna se effekterna av enzymet. Enzymet som användes i arbetet var enzympreparationen Carezyme som innehåller endoglukanas. Sedan jämfördes resultaten från analyserna av viskosen tillverkad från enzymbehandlad dissolvingmassa med referensvärdena. Ett positivt resultat hade varit att enzymbehandlad viskos hade ett högre gammatal än viskos tillverkad på vanligt sätt utan enzymförbehandling men med samma koldisulfidsats.</p><p> </p><p>Resultaten visar att substitutionsgraden inte har påverkats alls, dvs. den viskos som tillverkats från enzymbehandlad dissolvingmassa fick gammatal som låg på eller mycket nära referenskurvan. Den enda effekt av enzymet som kunde visas var en viskositetssänkning, vilket inte var något som eftersträvades. Processen har dessutom försvårats av enzymsteget, där kortare fibrer bl.a. gav sämre avvattningsegenskaper. Viskosanalyser har visat att viskosen som tillverkats på laboratoriet inte har samma egenskaper som viskos tillverkad på fabrik.</p>

In conventional viscose manufacturing, a large amount of carbondisulfide is consumed. This amount has to be decreased to keep the production cost down and to reduce the environmental impact. The purpose with this work was to show if an enzyme treatment of a dissolving pulp could increase the degree of substitution in the viscose so that the amount of carbon disulfide consumed in the process could be decreased. Previous investigations by Kvarnlöf (2007), Engström et.al. (2006) and Henriksson et.al. (2005) has shown that the reactivity of a dissolving pulp (the cellulose raw material) increased when it was pre-treated with endoglucanase (enzyme). Kvarnlöf (2007) also showed that the amount of carbon disulfide that is needed to produce an ordinary viscose (in this work a more viscous viscose has been investigated) could be reduced with one third because of the enzyme treatment.   In this thesis, viscose has been manufactured in a laboratory where the process has been adapted to look like the industrial as far as possible. Analyses were done on the viscose viscosity and degree of substitution. A reference curve was made with the percentage carbon disulfide load versus the viscose gamma number (degree of substitution). Then it was investigated how an enzyme treatment of the dissolving pulp affected the viscose. After the enzyme treatment, the manufacturing process for viscose was done in the exact same way as when the reference tests were done. The enzyme used in this thesis was Carezyme which contents endoglucanase. Then the results from the analyses of the viscose manufactured from enzyme treated dissolving pulp and the reference curve was compared. A positive result would have been that viscose manufactured with enzyme treatment gets a higher gamma number than viscose, with the same load of carbon disulfide, manufactured in the regular way.   The results showed that the degree of substitution had no effect at all; the viscose that has been manufactured from enzyme treated dissolving pulp resulted in gamma numbers on or very close to the reference curve. The only effect that could be shown was a decrease in viscosity, which unfortunately was an unwanted effect. The enzyme treatment has also hampered the process, where shorter fibres among other things have given poorer dewatering properties. Analyses on the viscose manufactured in the laboratory showed that it didn't have the same characteristics as viscose manufactured in a plant. / I den konventionella tillverkningsprocessen för viskos förbrukas stora mängder koldisulfid. Denna mängd behöver minskas, både för att hålla nere produktionskostnaderna men också för att minska miljöpåverkan. Syftet med arbetet var att undersöka om en enzymbehandling av en dissolvingmassa kunde öka substitutionsgraden så att koldisulfid-förbrukningen skulle kunna minskas. Det har i flera tidigare undersökningar av Kvarnlöf (2007), Engström m.fl. (2006) och Henriksson m.fl. (2005) visats att reaktiviteten hos en dissolvingmassa (råvaran i viskosprocessen) ökar när den förbehandlats med endoglukanas (enzym). Kvarnlöf (2007) visade dessutom att mängden koldisulfid som behövdes för att tillverka spinnviskos (i detta examensarbete har en viskösare viskos undersökts) kunde minskas med en tredjedel tack vare enzymbehandlingen.   I detta examensarbete har viskos tillverkats i laboratoriet där processen har anpassats så att den liknar den industriella så mycket som möjligt. Analyser gjordes på viskosens viskositet och substitutionsgrad. En referenskurva tillverkades där den procentuella koldisulfid-satsningen plottades mot viskosens gammatal (substitutionsgraden). Därefter undersöktes hur en enzymbehandling av dissolvingmassan påverkade den färdiga viskosen. Efter enzymbehandlingen av dissolvingmassan utfördes tillverkningsprocessen precis som vanligt för att man skulle kunna se effekterna av enzymet. Enzymet som användes i arbetet var enzympreparationen Carezyme som innehåller endoglukanas. Sedan jämfördes resultaten från analyserna av viskosen tillverkad från enzymbehandlad dissolvingmassa med referensvärdena. Ett positivt resultat hade varit att enzymbehandlad viskos hade ett högre gammatal än viskos tillverkad på vanligt sätt utan enzymförbehandling men med samma koldisulfidsats.   Resultaten visar att substitutionsgraden inte har påverkats alls, dvs. den viskos som tillverkats från enzymbehandlad dissolvingmassa fick gammatal som låg på eller mycket nära referenskurvan. Den enda effekt av enzymet som kunde visas var en viskositetssänkning, vilket inte var något som eftersträvades. Processen har dessutom försvårats av enzymsteget, där kortare fibrer bl.a. gav sämre avvattningsegenskaper. Viskosanalyser har visat att viskosen som tillverkats på laboratoriet inte har samma egenskaper som viskos tillverkad på fabrik.

Idag produceras 70 miljoner årston textilfibrer. Denna siffra kommer fram tills år 2050 att mer än tredubblas i takt med att jordens befolkning och medelinkomsten per person ökar. År 2013 förbrukade svenskarna så mycket som 12,5 kilo textil per person varav 8 kilo slängdes i hushållssoporna. Textilindustrin ställs inför stora utmaningar, dels att tillgodose ett större behov av fibrer samt att hantera ett växande avfallsberg. Det behövs därför återvinningsmetoder för att ta tillvara på textiler både från industrier och konsumenter. Företaget Re:newcell finansierar forskning på Kungliga Tekniska Högskolan, KTH, i Stockholm. Denna forskning undersöker möjligheten att återvinna cellulosabaserat textilavfall till en dissolvingmassa. Massan kan användas för att spinna nya cellulosabaserade konstfibrer. I detta examensarbete undersöks egenskaperna hos lyocellfibrer framställda av dissolvingmassa från Re:newcell. Dissolvingmassan för dessa fibrer har producerats av secondhandjeans. Fibrerna jämförs genom projektet med konventionellt framställda lyocellfibrer, Tencel®. På Textilhögskolan har ett ringspunnet garn producerats av respektive fiber. Garnernas linjära densitet har kontrollerats för att uppnå samma grovlek som ett kommersiellt producerat Tencel®garn. Dragprovning av samtliga tre garner har utförts för att bestämma tenacitet samt brottstöjning. En slätstickad trikåkvalitet har sedan tillverkats av respektive garn. På dessa tre trikåkvaliteter har ett antal tester utförts för att kunna bestämma kvadratmetervikt, dimensionsändring efter tvätt, fuktlednings-, absorptions- och färgupptagningsförmåga, anfärgning till andra material, färghärdighet efter konsumentvätt, nöthärdighet samt matrialens tendens att noppra. Syftet med arbetet är att kunna dra slutsatser om huruvida Re:newcellfibern kan komplettera konventionellt producerade cellulosabaserade konstfibrer för tillverkning av nya klädesplagg. Slutsatsen är att Re:newcellfibrerna kan spinnas till ett garn med samma linjära densitet som ett kommersiellt framställt Tencel®garn. Re:newcellgarnet har en god styrka och töjs i liten utstäckning i både torrt och vått tillstånd. Av garnet är det möjligt att tillverka en rundstickad vara av slätstickad kvalitet. Efter testerna kan det konstateras att detta material krymper accepterbart vid konsumenttvätt. Det kan bäras nära kroppen eftersom absorptions- och fuktledningsförmågan är god. Färgupptagningsförmågan är god för reaktivfärg av antrakinon typ. En del av färgen tvättas av men materialet anfärgar inte andra material märkbart. Re:newcelltrikån står emot förhållandevis hög nötning mot en standardiserad ullväv. Materialet noppras i stor utsträckning rätsida mot rätsida men nopprorna slits av efter hand. Testerna som har utförts på materialen visar att Re:newcellfibern har utmärkta egenskaper för att kunna användas i ett plagg som till exempel en t-shirt. Därmed har dissolvingmassan från Re:newcell en stor potential att vara en ny råvara i produktionen av cellulosabaserade konstfibrer. Dissolvingmassan kan bidra till att textilindustrin kan ta tillvara sitt avfall och även tillgodose en del av det växande behovet av textilfibrer i framtiden. / The population of the earth, as well as the average income, are both on the increase. Therefore the already high consumption of textiles in the world is expected to be even greater in the future. At present, 70 million tonnes of textile fibres are being produced yearly. This figure could rise to as much as 240 million within the next 35 years. In Sweden alone, the people were consuming around 12.5 kilos of textiles per person in 2010. About 8 of these kilos were discarded as garbage. The textile industry is facing big challenges, both in finding new resources for production of fibres as well as dealing with the issue of large amounts of textile waste from consumers and companies. Re:newcell is a Swedish company financing research at Royal Institute of Technology, KTH, in Stockholm. Their researchers are investigating the possibility to recycle cotton and other cellulosic textile materials in order to produce dissolved pulp. Thereafter cellulosic man-made fibres are being produced from the pulp. The properties of lyocell fibres produced from the dissolved pulp from Re:newcell is being investigated in this Bachelor thesis. The dissolved pulp has been produced from jeans bought in second-hand shops. These fibres are being compared to the conventionally produced lyocell fibres, Tencel®. A ring spun yarn of each fibre type has been produced at the Swedish School of Textiles. The linear density of the yarns have been determined in order to achieve the same thickness of the yarn as a commercially spun yarn also made from Tencel® fibres. A test of tensile strength and elongation has been carried out on each of the three yarns. Thereafter the yarns have been used to manufacture a knitted fabric on a circular knitting machine. Each of the knitted fabrics have gone through a series of tests regarding weight of fabric per square meter, dimensional change after washing, wicking and absorbency properties, dye exhaustion, colour staining to other materials during laundering and colour change after laundering, abrasion resistance and tendency to create fuzzing and pills. The purpose of the study is to make conclusions about whether this fibre has the potential to complement other cellulosic man-made fibres. The conclusion is that Re:newcell fibres can be used to spin a yarn with the linear density of 25 tex. This yarn can be utilized to produce a circular knitted fabric light enough to make T-shirts. After the testing it is concluded that the shrinking percentage after consumer’s washing is acceptable. In addition, the material could be worn close to the body because of the good absorbency and wicking properties. The exhaustion of dyestuff of antrakinon type from the dyeing liquor is equally very good. Although some of the dyestuff is being washed in laundering, the Re:newcell tricot is not staining other materials noticeably. The Re:newcell material can also withstand high abrasion against a woven wool material. The tendency to form fuzzing and pills is great but the pills are being torn of eventually. It may be concluded that the fibres, made by the dissolved pulp of Re:newcell in the lyocell process, can be used to manufacture a yarn with better strength than two investigated yarns of Tencel®. The tests carried out on the fabrics produced in the project show that the Re:newcell fibre has excellent properties in order to function as a material in a garment, for example a T-shirt. Therefore the dissolved pulp of Re:newcell has the possibility to be a new raw material in the production of man-made cellulosic fibres. This enables the textile industry to deal with their excess waste, and to meet the increasing demand for fibres in the world.

<p> I viskosprocessens inledande merceriseringssteg behandlas cellulosa (dissolvingmassa) med natriumhydroxid (NaOH) varvid cellulosan omvandlas till alkalicellulosa. Därpå följer en sulfidering med koldisulfid (CS₂) som omvandlar alkalicellulosa till natriumxantogenat. Xantatet löses i en alkalisk lösning och en trögflytande vätska, viskos, bildas. Vid tillverkning av spinnviskos är sista steget i processen en surgörning där koldisulfiden spjälkas av och cellulosan återbildas i form av en tråd. Vid tillverkning av högviskös viskos (Freudenberg HP) sker regenereringen i basisk miljö men vid förhöjd temperatur (100°C), och återbildningen av cellulosa ger då en cellulosabaserad bädd. Genom att öka dissolvingmassans reaktivitet skulle förbrukningen av koldisulfid i sulfideringssteget kunna minskas. Med en ökad reaktivitet menas att fler hydroxylgrupper på cellulosan blir tillgängliga för vidare reaktioner med natriumhydroxid och koldisulfid. Detta skulle kunna möjliggöras med en enzymatisk förbehandling av massan.</p><p>Det första delmålet i projektet var att producera en viskos med hög viskositet i laboratorieskala. Projektets andra mål var att undersöka effekterna av en enzymatisk behandling, med enzymet Carezyme^®, på massans viskositet och reaktivitet.</p><p>En studie gjordes för att se hur olika tider i viskosprocessens andra steg, pressteget, påverkade cellulosahalten och luthalten för alkalicellulosa. Resultaten tydde på att en längre presstid gav en högre cellulosahalt upp till en viss tidpunkt. Vid 195 sekunder avklingade kurvan och effekten av en längre presstid minskade. Resultatet visade också på att mängden lut i alkalicellulosaprovet var relativt konstant och att luthalten inte påverkas nämnvärt av pressningen.</p><p>Vidare genomfördes försök kring viskosprocessens sulfideringssteg. Det fanns under projektets gång stora svårigheter i att uppnå samma höga nivå på gammatalet vid produktion av viskos i laborativ skala (52-58 %) som vid produktion i fabriksskala (68-70 %). Gammatalet är ett mått på hur väl koldisulfid har reagerat med cellulosa under sulfideringen. I ett försök att öka gammatalet satsades en större mängd koldisulfid, med förhoppningen att kunna kompensera för den relativt stora andel koldisulfid som befann sig i gasfas under reaktionen och som därmed inte var aktiv under sulfideringen. Den ökade mängden koldisulfid resulterade dock inte i en ökning av gammatalet. I ett annat försök tillsattes en svag natriumhydroxidlösning direkt till sulfideringskärlet vid avslutad reaktion, utan att någon effekt på gammatalet kunde påvisas. Det undersöktes även om ett ökat förhållande mellan luthalt och cellulosahalt i alkalicellulosan kunde ge någon positiv effekt på gammatalet. Denna förändring gav dock inget ökat gammatal.   </p><p>Dissolvingmassaprover behandlades med enzymet Carezyme^® för att kunna studera dess inverkan på massans reaktivitet och viskositet.  Resultaten visade på en tydlig nedgång i viskositet med högre koncentrationer av enzym. Reaktiviteten på den enzymbehandlade massan ökade i jämförelse med den obehandlade massan. Då viskos producerades med en enzymbehandlad massa kunde ingen effekt av enzymbehandlingen noteras, med avseende på gammatalet.</p><p> </p> / <p>In the first step of the conventional viscose process, called mercerization, cellulose (dissolving pulp) is treated with sodium hydroxide (NaOH) in which the cellulose is converted to alkali cellulose. Alkali cellulose is then treated with carbon disulphide (CS₂) to be converted into a sodium xanthate.  This xanthate is dissolved in an alkali solution and a viscous liquid, called viscose, is formed. The last step in the process is an acidification where the carbon disulphide is splinted off and the cellulose is regenerated in the shape of threads. When producing high viscosity viscose (Freudenberg HP) the regeneration takes place in an alkaline environment and the re-formation of cellulose gives a cellulosic based bed. By increasing the reactivity of the dissolving pulp the amount of carbon disulphide could be reduced, compared at the same degree of substitution. An increase in reactivity means that a larger amount of hydroxyl groups on the cellulose molecule are available to react with sodium hydroxide and carbon disulphide. This could be enabled by an enzymatic pretreatment of the pulp prior to the mercerization step.</p><p>The first aim of this project was to produce a high viscosity viscose in a laboratory scale, comparable to the viscose quality that is produced by Freudenberg HP. The second aim of the project was to investigate the effects of an enzymatic treatment (with the enzyme named Carezyme^®) on the viscosity and reactivity of the dissolving pulp. </p><p>A study was made to examine the influence of the time in the pressing step (after the mercerization) on the cellulose and sodium hydroxide content in the alkali cellulose. The results indicated a linear correlation between the cellulose content and the pressing time up to 195 seconds. At this point the correlation declined and the effects of a longer pressing time decreased. The results also showed that the amount of lye in the alkali cellulose sample was nearly constant and therefore not effected by the pressing time.</p><p>Tests were also carried out concerning the sulphidation step in the process. During the whole project there were difficulties in reaching the same gamma value of the viscose in a laboratory scale (52-58 %) compared to large-scale production (68 - 70%). The gamma value is a measurement of the degree of substitution for carbon disulphide on the cellulose backbone. In one attempt to enhance the gamma value the carbon disulphide charge was increased. The expectation was to compensate for the relatively high amounts of inactive carbon disulphide expected to be found in the gaseous phase in the reactor. However, this did not result in a higher gamma value. In another experiment a weak solution of sodium hydroxide was added directly to the sulphidation vessel after the reaction was completed, but no change in the gamma value was obtained. It was also investigated if an increased relation between the cellulose- and sodium hydroxide content in the alkali cellulose could affect the gamma value positively.  Unfortunately, this modification did not give an increased gamma value.</p><p>Samples of dissolving pulp were treated with the enzyme Carezyme^® to see its impact on viscosity and reactivity of the pulp. The results showed a distinct loss in viscosity with an increased enzyme concentration. The reactivity of the pulp increased compared to the untreated pulp. No effects of the enzymatic treatment could be seen on the final viscose when it was produced from an enzyme treated pulp.</p>

För att skapa ett hållbart samhälle måste material av fossilt ursprung ersättas med förnyelsebara och miljövänliga alternativ. Ett sådant alternativ är cellulosa från vedfibrer, som har stor potential att kunna ersätta många fossila material i framtiden. För att kunna uppnå detta behöver cellulosans egenskaper först modifieras för att passa olika ändamål och helt kunna ersätta fossila alternativ. I detta kandidatexamensprojekt modifierades blekt sulfatmassa, oblekt sulfatmassa, dissolvingmassa och kemitermomekanisk massa (CTMP) genom att introducera kvartära aminer med hjälp av två olika reagens, 2,3-epoxypropyltrimetylammoniumklorid (EPTMAC) och 3-kloro-2-hydroxypropyltrimetylammoniumklorid (CHPTAC). Under projektet undersöktes reagensens reaktionseffektivitet för de olika massorna genom att mäta substitutionsgraden (DS), hur förbehandling i form av torkning och malning påverkar modifieringsreaktionen och den modifierade massans egenskaper, utgångsmassornas svällningsegenskaper, samt mekaniska egenskaper som e-modul, brottstyrka och brottöjning hos pappersark tillverkade av modifierad massa. Resultaten från studien visar att det reaktionseffektivaste reagenset var CHPTAC som gav upphov till en genomgående högre effektivitet än samtliga modifieringar med EPTMAC, men att effektiviteten för respektive reagens är mindre beroende av pappersmassans komposition. Modifiering resulterade i att alla massor fick högre styrka i form av e-modul, brottstyrka och brottöjning. De mekaniska egenskaperna följde inte samma trend som substitutionsgraderna, vilket var oväntat. För att kunna dra mer pålitliga slutsatser skulle ytterligare studier behöva genomföras, inklusive upprepade modifieringar med varierande mängd reagens, mekaniska tester samt analys av ytterligare egenskaper som fibrernas ytor, kristallstruktur och längden på cellulosafibrerna.

<p>Detta examensarbete genomfördes från begäran av två företag, Pöyry Sweden AB, Karlstad och Kiram AB. Arbetet var uppdelat i två delar, en litteraturstudie samt en experimentell del. I litteraturstudien kartlades olika processer för framställning av dissolvingmassa och olika processer för beredning av viskosfiber. Utöver det sammanställdes även några av de ledande aktörerna av joniska vätskor samt applikationer för cellulosabaserade produkter. Fokus genom hela arbetet har legat på svavelfria processer som t.ex. användandet av joniska vätskor för upplösning av cellulosa. I den experimentella delen undersöktes det om man via en förhydrolys följt av ett soda-AQ kok, en svavelfri process, kunde producera dissolvingmassa. Utöver produktion av dissolvingmassa undersöktes också filtratet som drogs av efter förhydrolysen.</p><p>Under den experimentella delen varierades olika parametrar för att se hur det påverkade kvaliteten av massan. De parametrar som varierades vid förhydrolysförsöken var tid och antrakinon (AQ), för soda-AQ koket varierades tid, AQ och effektiv alkali (EA) halt. För ett förhydrolysförsök varierades även vätske/vedförhållandet. Vilka betingelser som skulle användas samt de mål som skulle uppnås fick man fram under litteraturstudien.</p><p>För att nå målet med ett utbyte på ca 85 % efter förhydrolysen krävdes en temperatur på 160°C och tid på 1 timme för en förhydrolys med enbart vatten. Hypotesen om att en AQ tillsats redan vid förhydrolysen skulle sänka utbytet visades inte stämma, man fick då istället ett ökat utbyte. Målet för massorna efter soda-AQ koket var ett utbyte på ca 40 %, ett kappatal runt 30 och en viskositet > 1000 ml/g. Utförde man en förhydrolys som beskrivits ovan följt av ett soda-AQ kok med dessa betingelser: temperatur 160°C, tid ≥ 2 h, EA sats > 21 % och en AQ halt ≥ 1 kg/ton, fick man en dissolvingmassa som uppfyllde kraven.</p><p>Kolhydratanalysen på filtratet visade att mestadels glukomannan brutits ner och lösts ut under förhydrolysen. Däremot skedde det ingen nedbrytning av cellulosa. Utförde man förhydrolysen på ett sådant sätt som beskrivits ovan bröt man ner en hemicellulosa mängd på ca 72 kg/ton flis. Det får ses som en ganska rejäl mängd eftersom man enbart använder vatten under förhydrolysen.</p> / <p>This project was carried out on a request from two companies, Pöyry Sweden AB, Karlstad and Kiram AB. The work was divided in two parts, one literature study and one experimental part. In the literature study different processes for production of dissolving pulp and different processes for viscose preparation were identified. Besides that, some of the lending companies of ionic liquids and some applications of cellulose based products were compiled. The main focus throughout this work has been on processes without sulfur, for an example the use of ionic liquids for dissolving cellulose. In the experimental part, dissolving pulp production by a prehydrolysis followed by a soda-AQ cooking was investigated. The filtrate gained from the prehydrolysis was also examined.</p><p>In the dissolving pulp production different parameters for the prehydrolysis and cooking stage were alternated. For the prehydrolysis the following parameters were varied: time and concentration of anthraquinone and for the cooking stage the parameters time, EA and concentration of anthraquinone. In one experiment the liquid to wood ratio was varied. The conditions that would be used and the target of the experimental work were received from the literature study.</p><p>To reach the target yield of approximately 85 % after an prehydrolysis, with water, the following conditions were required, a temperature of 160°C and a time of 1 hour. The hypothesis that an AQ additive, already in the prehydrolysis, should lowered the yield proved to be wrong. The target for the dissolving pulps after a soda-AQ cooking were a yield of ~ 40 %, a kappa number around 30 and finally a viscosity > 1000 ml/g. A soda-AQ cooking with these conditions: temperature 160°C, time ≥ 2 h, EA > 21 % and an AQ conc. ≥ 1 kg/ton, after a prehydrolysis, mentioned above, resulted in a pulp which achieved the targets.</p><p>The carbohydrate analysis on the filtrate showed that mostly glucomannan was settled out during the prehydrolysis. It also showed that no cellulose was settled out. A result after a prehydrolysis like the one mentioned above was that the amount of hemicellulose was reduced with ~ 72 kg/ton wood.</p>

Detta examensarbete genomfördes från begäran av två företag, Pöyry Sweden AB, Karlstad och Kiram AB. Arbetet var uppdelat i två delar, en litteraturstudie samt en experimentell del. I litteraturstudien kartlades olika processer för framställning av dissolvingmassa och olika processer för beredning av viskosfiber. Utöver det sammanställdes även några av de ledande aktörerna av joniska vätskor samt applikationer för cellulosabaserade produkter. Fokus genom hela arbetet har legat på svavelfria processer som t.ex. användandet av joniska vätskor för upplösning av cellulosa. I den experimentella delen undersöktes det om man via en förhydrolys följt av ett soda-AQ kok, en svavelfri process, kunde producera dissolvingmassa. Utöver produktion av dissolvingmassa undersöktes också filtratet som drogs av efter förhydrolysen. Under den experimentella delen varierades olika parametrar för att se hur det påverkade kvaliteten av massan. De parametrar som varierades vid förhydrolysförsöken var tid och antrakinon (AQ), för soda-AQ koket varierades tid, AQ och effektiv alkali (EA) halt. För ett förhydrolysförsök varierades även vätske/vedförhållandet. Vilka betingelser som skulle användas samt de mål som skulle uppnås fick man fram under litteraturstudien. För att nå målet med ett utbyte på ca 85 % efter förhydrolysen krävdes en temperatur på 160°C och tid på 1 timme för en förhydrolys med enbart vatten. Hypotesen om att en AQ tillsats redan vid förhydrolysen skulle sänka utbytet visades inte stämma, man fick då istället ett ökat utbyte. Målet för massorna efter soda-AQ koket var ett utbyte på ca 40 %, ett kappatal runt 30 och en viskositet &gt; 1000 ml/g. Utförde man en förhydrolys som beskrivits ovan följt av ett soda-AQ kok med dessa betingelser: temperatur 160°C, tid ≥ 2 h, EA sats &gt; 21 % och en AQ halt ≥ 1 kg/ton, fick man en dissolvingmassa som uppfyllde kraven. Kolhydratanalysen på filtratet visade att mestadels glukomannan brutits ner och lösts ut under förhydrolysen. Däremot skedde det ingen nedbrytning av cellulosa. Utförde man förhydrolysen på ett sådant sätt som beskrivits ovan bröt man ner en hemicellulosa mängd på ca 72 kg/ton flis. Det får ses som en ganska rejäl mängd eftersom man enbart använder vatten under förhydrolysen. / This project was carried out on a request from two companies, Pöyry Sweden AB, Karlstad and Kiram AB. The work was divided in two parts, one literature study and one experimental part. In the literature study different processes for production of dissolving pulp and different processes for viscose preparation were identified. Besides that, some of the lending companies of ionic liquids and some applications of cellulose based products were compiled. The main focus throughout this work has been on processes without sulfur, for an example the use of ionic liquids for dissolving cellulose. In the experimental part, dissolving pulp production by a prehydrolysis followed by a soda-AQ cooking was investigated. The filtrate gained from the prehydrolysis was also examined. In the dissolving pulp production different parameters for the prehydrolysis and cooking stage were alternated. For the prehydrolysis the following parameters were varied: time and concentration of anthraquinone and for the cooking stage the parameters time, EA and concentration of anthraquinone. In one experiment the liquid to wood ratio was varied. The conditions that would be used and the target of the experimental work were received from the literature study. To reach the target yield of approximately 85 % after an prehydrolysis, with water, the following conditions were required, a temperature of 160°C and a time of 1 hour. The hypothesis that an AQ additive, already in the prehydrolysis, should lowered the yield proved to be wrong. The target for the dissolving pulps after a soda-AQ cooking were a yield of ~ 40 %, a kappa number around 30 and finally a viscosity &gt; 1000 ml/g. A soda-AQ cooking with these conditions: temperature 160°C, time ≥ 2 h, EA &gt; 21 % and an AQ conc. ≥ 1 kg/ton, after a prehydrolysis, mentioned above, resulted in a pulp which achieved the targets. The carbohydrate analysis on the filtrate showed that mostly glucomannan was settled out during the prehydrolysis. It also showed that no cellulose was settled out. A result after a prehydrolysis like the one mentioned above was that the amount of hemicellulose was reduced with ~ 72 kg/ton wood.

Den förbättrade livsstilen hos människor har stimulerat en ökad efterfrågan på textilier, inklusive användningen av dissolvingmassa. Dissolvingmassa med hög renhet av cellulosainnehåll och unika egenskaper har varit ett attraktivt material inom textilindustrin. Eukalyptusved har i stor utsträckning använts för produktion av dissolvingmassa, särskilt i Indonesien och Brasilien. Eukalyptusved erbjuder flera fördelar såsom högt cellulosainnehåll och snabb tillväxt, vilket gör den till ett idealiskt råmaterial. I den här studien valdes två olika densiteter för eukalyptus, nämligen låg och hög flisbasdensitet, för dissolvingmassanprocessen. En fördjupad kunskap och förståelse av delignifieringsprocessen vid kokning av eukalyptus med dessa två olika densiteter kan användas för att förbättra kokningsegenskaperna, inklusive massautbyte och kvalitet.  Huvudsyftet med denna avhandlingen var att undersöka effekten av flisbasdensiteten hos eukalyptus i dissolvingmassaprocessen. Metoden för dissolvingmassaprocessen följde APRIL företagets process standard. Förhydrolystemperaturen ställdes in på 110°C till 165 °C med en ökning på 2 °C/min, neutraliseringstemperaturen ställdes in på 150 oC och den milda koktemperaturen på 155 oC, medan koncentrationen av kokkemikalien (effektiv alkali 20% och sulfiditet 30%) hölls konstant men H-faktormålen varierades. De fysiska och kemiska egenskaperna hos eukalyptus analyserades och medan den oblekta massan som producerades analyserades vidare för siktat massautbyte, lignininnehåll, pentosan, viskositet och ljusstyrka. Dessutom undersöktes fibermorfologin med SEM och ligninstrukturen undersöktes med 2D-NMR. Resultaten visar att den höga basdensiteten uppvisade överlägsna egenskaper och är en idealisk råvara vid tillverkning av dissolvingmassa. Resultaten av lägre pentosanhalt, associerad med en minskad mängd hemicellulos och en högre S/G-förhållanden, visade sig vara gynnsamma i dissolvingmassaprocessen. Vidare ledde en högre basdensitet hos träflisorna, vilket resulterar i en ökad mängd siktad massautbyte och minskad specifik vedförbrukning, vilket medför betydande positiva ekonomiska effekter och kan även minska logistikkostnaderna. Av den anledningen har eukalyptusträd av hög basdensitet en god potential för framtida utveckling och för storskaliga odlingar. / The improvement in people’s fashion lifestyle has stimulated an increase in textile demand, including the use of dissolving pulp. Dissolving pulp with high purity of cellulose content and unique properties has been an attractive material in the textile industry. Eucalyptus wood has been broadly used in dissolving pulp production, especially in Indonesia and Brazil. Eucalyptus wood offers several advantages such as high cellulose content and rapid growth that make it an ideal raw material. In this study, eucalyptus with low and high basic density, were selected in the dissolving pulp process. Better knowledge and understanding of the cooking delignification process of two different densities of eucalyptus could be used to achieve excellent cooking performance such as pulp yield and quality. The main objective of this thesis was to investigate the impact of chips basic density of eucalyptus in the dissolving pulp process. The dissolving pulp process method followed the APRIL company process standard. The prehydrolysis temperature was set at 110 oC to 165 oC with ramping 2 oC/min, neutralization temperature was set at 150 oC and the mild cooking temperature at 155 oC, while the cooking chemical concentration effective alkali 20% and sulfidity 30% were kept constant but the H-Factor targets were varied. The physical and chemical properties of eucalyptus were analyzed and the unbleached pulp produced was then analyzed for screened pulp yield, lignin content, pentosan, viscosity, and brightness. Furthermore, the fiber morphology was investigated with SEM and the lignin structure was investigated with 2D-NMR. The findings indicate that the high basic density eucalyptus wood exhibited superior behaviors and demonstrated ideal raw material in dissolving pulp production. The results of lower pentosan levels attributed to lower hemicellulose content, and higher S/G ratio were favorable in the dissolving pulp process. Moreover, the higher basic density of the wood chips resulting in higher screened pulp yield and achieved lower specific wood consumption have a huge positive economy. Additionally, it can lower the logistics cost. Hence, high basic density eucalyptus wood has good potential for future development and larger plantations.

Naturskyddsföreningen gav författarna uppgiften att undersöka förekommande viskosprocesser och alternativa regenereringsprocesser, detta för att identifiera hur hållbara de är ur ett miljöperspektiv och vilka processer som går att applicera på bambu. Detta för att se möjligheten att märka bambuviskos med Bra Miljöval och för att klargöra frekvent uppkommande frågor angående bambuviskos. Syftet är att se på de olika processernas kemiska innehåll samt vilka utsläpp de orsakar till luft och vatten. Ett delmål med rapporten är att den ska kunna användas som material vid vidareutveckling av kriterierna för Bra Miljöval Textil. Resultat som erhållits vid jämförelser av studerad litteratur är att de betydande faktorerna för miljöpåverkan från massaframställningen samt viskos- och lyocellprocessen beror av: använda kemikalier i processen, energianvändningen och vilken typ av energi, möjligheten till rening av utsläpp till luft och vatten samt återvinning av energi och kemikalier. Beroende på vilket råmaterial som används vid massaframställningen kan skillnader i markanvändning, användning av bekämpningsmedel och gödningsmedel samt upptagande av koldioxid skilja sig. Massa- och fiberframställning bör vara integrerade då energiförbrukning och mängd kemikalier kan minskas. Energin kan dessutom återvinnas till större utsträckning.Genom miljömärkningar från oberoende organisationer blir det lättare för konsumenter att göra miljömedvetna val och veta vad märkningarna står för. Sammanfattningsvis ska det påpekas att om regenererad bambu framställs som den görs idag är den ingen hållbar fiber, men sker framställningen i en integrerad process där kemikalier och energi återvinns samt rening av utsläpp till luft och vatten sker, kan bambuviskos bli en hållbar fiber för framtiden. The Swedish Society for Nature Conservation (SSNC) gave the authors the task to investigative present viscose processes and alternative regeneration processes to identify how sustainable they are from an environmental perspective, and examine which processes that can be applied to bamboo. This to see the possibility to label bamboo viscose with “Bra Miljöval” (Good Environmental Choice), which is the eco-label of SSNC, and to clarify the frequently emerging issues concerning bamboo viscose. The aim is to look at the various processes, their chemical content and the emissions they cause to air and water. Another objective of the report is that it can be used as material for further development of the criteria for “Bra Miljöval”.Results obtained when comparing the studied literature is that the significant factors of the environmental impact from the pulp production, the viscose and lyocell processes depends on: chemicals used in the process, energy and energy source, the possibility of purifying emissions to air and water and recycling of energy and chemicals. Depending on the raw materials used for pulp production, differences in land use, use of pesticides and fertilizers as well as absorption of carbon dioxide differ. Pulp and fibre production should be integrated to reduce energy consumption and the amount of chemicals used. The energy can also be recycled to a greater extent.Eco-labels from independent organizations will make it easier for consumers to make environmentally conscious choices and be aware of what the labels stand for.In conclusion, it should be noted that if the regenerated bamboo is produced as it is today, it is not a sustainable fibre. If the production is done through an integrated process in which chemicals and energy recovery and purification of air and water occurs, bamboo viscose can be a sustainable fibre for the future. / Program: Textilingenjörsutbildningen

The textile industry is one of the largest industries in the world and it causes up to 10 % of the global greenhouse gas emissions. With large environmental issues of cotton- and oil-based textiles, other options are explored such as man-made fibers producing fibers like viscose and lyocell. Renewcell is a sustaintech company within textile recycling, producing Circulose®. Circulose® is a dissolving pulp made from 100 % recycled cotton material. It can be used to produce man-made fibers such as viscose or lyocell. The viscose process uses chemical modification to make man-made fibers for the textile industry. The process has changed during the years, but the main steps remains the same and was the outline for the method used in this thesis.  The aim of the thesis was to examine the mechanical properties dry tenacity, dry elongation and dry titer and how these change for various viscose filaments made from recycled cotton textile pulp and dissolving wood pulp from softwood. Evaluating the impact that different spinning conditions had on the mechanical properties. Quality of the viscose dope and the viscose filament was analyzed with ball-fall, filterability and microscopic imaging. The purpose was to gain an understanding for the new dissolving pulp made from recycled cotton textile pulp when used to produce viscose dope and viscose filament. By varying the spinning conditions, the impact it had on the mechanical properties for viscose filaments made of recycled cotton textile pulp could be evaluated.  In this thesis, 4 different types of viscose filaments were examined: 100 % dissolving wood pulp; 100 % recycled cotton textile pulp; a blend of 50 % recycled cotton textile pulp and 50 % dissolving wood pulp; and a blend of 70 % recycled cotton textile pulp and 30 % dissolving wood pulp. The filaments were produced by preparing a viscose dope from dissolving pulp, followed by wet spinning. The result showed that good viscose dopes and viscose filaments could be produced from all pulps and blends. Similar mechanical properties was obtained for 100 % dissolving wood pulp and 100 % recycled cotton textile pulp. The tenacity and titer changed with the different blends, and the spinning conditions affected mostly the elongation. The viscose dope’s containing recycled cotton textile pulp eventually had lumps forming and a slight increase in breakage.  The conclusion of this thesis was that viscose filament of 100 % recycled cotton textile pulp and blends with recycled cotton textile pulp was successfully spun, the mechanical properties obtained was promising and showed great possibilities for improvement by altering the spinning conditions. Using a larger amount of recycled cotton textile pulp could lower some sustainability issues regarding the viscose production. Several aspects of the laboratory viscose process can be improved by further research. A focus on optimizing the viscose dope and synthetic fiber handling, analyzing the black particles, lowering lumps and breakage for the viscose containing recycled cotton textile pulp would be optimal. / Textilindustrin är idag en av de största industrierna i världen och orsakar upp till 10 % av de globala växthusgaserna. Det finns stora miljöproblem med bomull och olje-baserade textilier, därför utforskas andra alternativ som till exempel regenererade cellulosafiber som lyocell och viskos. Renewcell är ett sustaintech företag med fokus på textilåtervinning och tillverkar produkten Circulose®. Circulose® är en dissolvingmassa tillverkad av 100 % återvunnet bomullsmaterial, det kan användas för att tillverka regenererade cellulosafiber så som viskos och lyocell. Viskosprocessen använder kemiska modifieringar för att få fram regenererade cellulosafiber som sedan till exempel kan användas i textilier. Viskosprocessen har ändrats under åren men de huvudsakliga stegen kvarstår och har använts som riktlinje för metoden i denna studie.  Målet med detta arbete var att undersöka de mekaniska egenskaperna torr brottstyrka, torr maximal töjning före brott och torr vikt per längdenhet for viskosfilament, samt hur det förändras för olika viskosfilament tillverkade av återvunnen bomullstextilmassa och dissolving vedmassa av barrved. Påverkan som olika spinnförhållanden hade på de mekaniska egenskaperna analyserades. Kvaliteten på viskosdop och viskosfilament att utvärderas med kulfall, filtrerbarhet och mikroskopi. Syftet var att få en ökad förståelse för den nya dissolvingmassan tillverkad av återvunnen bomullstextil när den används för att tillverka viskosdop och viskosfilament. Genom att variera spinnförhållandena kunna utvärdera inverkan på de mekaniska egenskaperna hos viskosfilament av återvunnen bomullstextilmassa.  I detta arbete undersöktes 4 olika typer av viskosfilament, 100 % dissolving vedmassa, 100 % återvunnen bomullstextilmassa, en blandning med 50 % återvunnen bomulls textilmassa och 50 % dissolving vedmassa och en blandning med 70 % återvunnen bomullstextilmassa och 30 % dissolving vedmassa. Filament tillverkades genom framställning av viskosdop från dissolvingmassa följt av våt-spinning. Resultatet visade att bra viskosdop och viskosfilament kunde framställas utifrån alla massor och blandningar. Liknande mekaniska egenskaper uppnåddes för 100 % dissolving vedmassa och 100 % återvunnen bomullstextilmassa. Brottstyrka och vikt per längdenhet varierade för olika blandningar, variationen i spinningförhållande påverkade mestadels maximala töjningen. Mer klumpar och brott uppstod för spinning av viskosdop bestående av återvunnen bomulls textilmassa.  Slutsatsen för detta arbete var att viskosfilament av 100 % återvunnen bomulls textilmassa och blandningar innehållande återvunnen bomullstextilmassa kunde med framgång spinnas, de erhållna mekaniska egenskaperna var lovande och visade på stora förbättringsmöjligheter genom att variera spinningsförhållanden. Att använda en större mängd återvunnen bomullstextilmassa skulle kunna förbättra vissa hållbarhetsaspekter gällande viskosproduktionen. Flera aspekter av laboratorieviskosprocessen kan förbättras genom ytterligare forskning. Ett fokus på att optimera viskosdopar och syntetfiberhantering, undersöka svarta partiklar, minska klumpar och brott för viskos innehållande återvunnen bomullstextilmassa skulle vara optimalt.