To produce paperboard is a complex process which requires sophisticated monitoring to achieve a paperboard of high quality. Holmen Iggesund is a company in the paperboard manufacturing industry, aiming to produce paperboard of world leading quality. Therefore, they continuously develop their knowledge the production process. In this study, conducted at Holmen Iggesund, the focus is the property of delamination, which is tested with a method called Scott bond. Seven different input signals, measured over a two-year period, were used as input to six different models and used to predict the output (Scott bond). The result showed that a Random Forest model provided the best prediction performance among the tested models. EXplainable Artificial Intelligence (XAI) was then used to better understand the predictions of the Random forest model. It provided an understanding of which input signals were most significant for the model predictions and the values that the input signals should have to predict a high or low value of the output signal. The results from the work give an increased understanding of the process behavior which may help to improve the monitoring of the process and how to counter interact when a process disturbance occurs. It also shows the potential of using complex machine learning models combined with XAI algorithms.

Syfte och avgränsningar Studiens syfte har varit att ta fram effektiviseringslösningar kopplat till lager- ochutlastningshanteringen genom att ta fram automatiseringslösningar. Studien har avgränsat sigtill lager- och utlastningshanteringen och inte tagit hänsyn till andra delar i värdeflödet. Fokushar varit lagringen av massabalar men författaren anser att resultaten är tillämpningsbara iandra lager också. Metod Studiens grund ligger i att vara en undersökande studie där tidigare forskningen står förramverket. Primärdata samlades in genom kvalitativa semistrukturerade intervjuer medindivider i olika befattningar för att erhålla en helhetsförståelse av automatiseringens effekter.Intervjuerna analyserades med hjälp av tematisk analys, kompletterad av innehållsanalys. Resultat och analys Studiens resultat lyfter vikten av förståelse om behoven vid automatisering för att undvikaöverdrivet komplexa och kostsamma system. För att automatisera i tung industri anses detbästa alternativet vara traverskranar då den klarar storleken på produkterna. Studien belyserde effekter en automatisering skulle medföra för beslutsfattande. Genomförandet avförändringar kan en viss form av motstånd förväntas, vilket behöver hanteras genom olikametoder såsom att kartlägga och bedöma omfattningen av motståndet.

För att förbättra företags energieffektivisering tillkom det 2014 en lag på att utföra energikartläggningar på företag som har mer än 250 personer anställda och som har en årsomsättning på över 50 miljoner euro, eller över 43 miljoner i balansomslutning. Nymölla bruk innefattas av denna lag och måste därmed utföra energikartläggning vart fjärde år och rapportera till energimyndigheten. Denna lagen utgör syftet för detta examensarbete som utgår från att genomföra en energikartläggning på pappersmaskin 2 inom Nymölla Bruk.  I förtorken evaporeras det  vatten från pappret med gramvikten 120g/m2 och  med gramvikten 80g/m2 . Den troliga anledningen till att det kan evaporera mer vatten från pappret i den lägre gramvikten är att pappret körs genom maskinen i en högre hastighet. Hastigheten för 120 g/m2 är 9,67 m/s och för 80 g/m2 är hastigheten 17,22 m/s. Den evaporerande skillnaden mellan gramvikterna kan även ses i eftertorken. Massflödet för punkt 20 vilket är vid frånluftsfläkten enligt bild 9 på sidan 25 i rapporten kunde inte redovisas på grund av att det inte sitter en mätare på plats, samt att beräkningar för att ta fram massflödet inte fungerade då fläktdiagrammet från fläkttillverkarna troligen inte stämmer överens med fläkten som mätningarna gjordes på.  För att kunna göra en fullständig energikartläggning på denna maskin angående ånga, kondensat och processventilation behövs det att massflödet för punkt 20 kan redovisas. Utan detta massflöde kan en balans över hur mycket som läcker in i förtorken inte fastställas, vilket medför att energianvändningen som krävs för att värma upp denna luft med ånga inte kan redovisas. Därmed borde fortsatta studie göras för att kunna genomföra en fullständig energikartläggning. / In order to improve the company's energy efficiency, a international law in 2014 was introduced to carry out energy surveys on companies with more than 250 employees, with annual income of more than 50 million euros, or over 43 million in total assets. Nymölla Bruk are included in this law and must therefore carry out energy mapping every four years and report it to the Swedish energy department. This law is the purpose for this degree project based to carrying out an energy survey on paper machine 2 in Nymölla Bruk. In the desiccator, 8.89 kg/s of water is evacuated from the paper with a gram weight of 120g/m2 and 10.45 kg/s with a gram weight of 80g/m2. The likely reason that it can evaporate more water from the paper in the lower grammage is that the paper is driven through the machine at a higher rate. The paper machine can produce 120g/m2 paper at a speed of 9.67 m/s and 80g/m2 paper at a speed of 12.22 m/s. The evaporating difference between gram weights can also be seen in the aftermath. The mass flow for point 20 which is at the exhaust air fan as shown in Figure 9 on page 25 of the report could not be reported due to the absence of a meter in place, and calculations for producing the mass flow did not work when the fan diagram from the fan manufacturers probably did not match the fan on which the measurements were made. In order to make an complete energy examination on this machine in regard of steam, condensate and process ventilation, it is necessary that the mass flow for point 20 can be known. The balance of the leakage into the dryer can not be determined without mass flow variable, making the energy consumption required to heat the air with steam impossible to calculate. Therefore, a further study should be done to carry out for making an complete energy examination.

Electrospinning is a fiber production method that has gained a special attention due to the simple setup and potential for the industry scale up to produce nanoregime polymer fibers. However, electrospun fibers have relatively poor mechanical properties, which could be improved by introducing reinforcing agents. Cellulose nanocrystals (CNCs) are a promising candidate for use as such fiber reinforcing phase due to nanoscale dimensions, excellent mechanical properties, abundance in nature, biocompatibility and renewability. The mechanical properties of reinforced fibers can be further improved by aligning them uniaxially. There are several reports available on aligning electrospun fibers and reinforcing them with CNCs. However, alignment of the reinforcing phase, such as CNCs, inside matrix is not studied extensively. The importance of aligning arises from different mechanical properties exhibited by the CNCs in longitudinal and transverse directions due to the high aspect ratio. This anisotropic nature of CNCs could be employed in nanocomposite fibers by aligning crystals along the fiber direction. In this study, the effect of the electric field modification on the alignment of CNCs in poly(vinyl) alcohol fibers was investigated. Fibers were collected using four different collector types, which also gave four different electric field configurations. Alignment of the reinforcing crystals in fibers with different degree of macroscopic orientation was studied using 2D XRD and polarized FT-IR. These studies confirm the alignment of both CNCs and PVA in uniaxially aligned fibers. Mechanical testing showed that improvement in alignment is directly related to the increase of the strength of the material. Aligned PVA-CNCs fibers had more than 100 times higher elastic modulus compared to non-aligned fibers. The rule of mixtures, Halpin-Tsai equation and orientation modified Cox’s equation were used to calculate theoretical values of elastic modulus and compare with experimental values. The comparison of between experimentally observed alignment of CNCs and theoretically predicted values shows that there is a potential for further improvement. The demonstrated improvements in the alignment of reinforcing phase could find applications, where well-aligned architectures are required, for example in uses as tissue engineering, scaffolds, membranes, microelectronic devices etc.

För att motverka global uppvärmning är det centralt att världen rör sig från fossila bränslen för energiproduktion och mot alternativa energiresurser som biobränslen. Industriella restprodukter – exempelvis sågspån – är ett bra alternativ för framställning av biobränslen då annars oanvändbara material kommer till användning. För att göra sådana material mer lätthanterliga komprimeras de ofta till pellets. Den globala pelletsmarknaden har ökat med ungefär 14 % årligen sedan 2010. Pelleteringsprocessen kan delas upp i tre faser: komprimering, strömning och friktion. Energianvändningen i pelleteringsprocessen går till komprimering av materialet; till att deformera materialet och överkomma det viskösa motståndet; och till att överkomma friktionen mellan materialet och presskanalväggarna. För att undersöka energianvändningen för pelletering på laboratorieskala används ofta singelpelletpressar. Syftet med den här studien är att öka kunskapen kring energianvändningen vid pelletering, med det huvudsakliga målet att vidareutveckla test- och beräkningsmetoder för att bestämma energianvändningen för att överkomma det viskösa motståndet i materialet vid pelletering i singelpelletpress. Materialet som pelleterades i studien var granspån. För att bestämma energianvändningen till att överkomma det viskösa motståndet i materialet etablerades ett jämviktssystem i singelpelletpressen, där presskraften stabiliserades med successiva pressningar – kallat kontinuerlig pelletering. Matrisuppställningen i singelpelletpressen inkluderade en kona, där materialet tvingas ner från en presskanal med en större diameter till en presskanal med en mindre diameter för att inkludera strömningsfasen. För att uppnå ett jämviktstillstånd kontrollerades friktionsmotståndskrafterna mot strömning av materialet genom att variera längden på den aktiva presskanalen (där det komprimerade materialet under konan har kontakt med presskanalväggen). Tillfället då strömning initierades undersöktes för att separera komprimeringsfasen från strömnings-/friktionsfasen. Separata komprimerings- och friktionsförsök gjordes för att subtrahera energianvändningen till komprimering och till att överkomma friktion från den totala energianvändningen – för att komma åt energianvändningen till att överkomma det viskösa motståndet. Jämviktstillståndet nåddes och kontinuerlig pelletering utfördes med en materialfukthalt på 17,5 % och en aktiv presskanallängd på 13 mm, där det högsta uppmätta presstrycket för varje successivt försök stabiliserades runt 154 MPa och pellets med densiteten 1200 kg/m3 producerades. Medelvärdet på trycket som krävdes för att initiera strömning blev 123 MPa. Den specifika energianvändningen som gick till att överkomma materialets viskösa motstånd blev 88 J/g material, vilket motsvarade 65 % av den totala energianvändningen. Motståndskrafterna mot presskraften från friktionen mellan pelleten och presskanalväggen ökade exponentiellt i förhållande till längden på pelleten i den aktiva presskanalen, vilket innebär svårigheter med att etablera önskade jämviktstillstånd genom en enbart teoretisk bestämning av den aktiva presskanallängden; experimentella försök behöver alltså göras.Den kontinuerliga pelleteringen i studien gjordes vid ett lägre presstryck än vid industriella processer för att inte överbelasta utrustningen. Densiteten för pelleten som tillverkades hamnade dock inom industriella intervall, vilket validerar metoden i studien. För att undersöka jämviktstillstånd vid högre presstryck kan längden på den aktiva presskanalen ökas. Metoden i studien förenklar vissa aspekter av kraftförhållanden och strömningens egenskaper. Vidare studier rekommenderas angående Poissoneffekten i konan, visköst motstånd i materialet i den aktiva presskanalen som konsekvens av en ojämn hastighetsprofil och en potentiell övergångsfas mellan komprimeringsfasen och strömnings-/friktionsfasen. Studien visar att kontinuerlig pelletering i singelpelletpress fungerar och för framtida studier på energianvändningen vid pelletering som använder singelpelletpressar rekommenderas att en uppsättning matriser med olika längder på den aktiva presskanalen konstrueras för att enkelt kunna upprätta ett jämviktstillstånd för kontinuerlig pelletering. Att andelen av den totala energianvändningen som gick till att överkomma det viskösa motståndet i materialet blev så hög belyser vikten av fortsatta studier kring det viskösa motståndet för att vidare kunna energieffektivisera pelleteringsprocessen.

The layer-by-layer (LbL) technique was used to modify the surface of cellulose fibers by consecutive adsorption of poly(allylamine hydrochloride) (PAH) and poly(acrylic acid) (PAA) followed by a final adsorbed layer of anionic paraffin wax colloids. Paper hand sheets made from the modified fibers were found to be highly hydrophobic with a contact angle of 150°. In addition to the significantly increased hydrophobicity, the sheets showed improved mechanical properties, such as a higher tensile strength. Heat treatment of the prepared sheets further enhanced both the mechanical properties and the hydrophobicity. These results demonstrate the flexibility and robustness of the LbL technique, which allows us to combine the known adhesive effect of PAH/PAA LbL films with the functionality of wax nanoparticles, creating a stronger and highly hydrophobic paper. It was further observed that LbL modified sheets without wax also displayed increased hydrophobicity when heat treated. The mechanism was studied through model experiments where LbL films of PAH/PAA were assembled on flat non-porous model cellulose surfaces. Contact angle measurements showed the same trend due to heat treatment of the model films, although, the absolute value of the contact angles were smaller. Analysis using the highly interfacial sensitive vibrational sum frequency spectroscopy technique showed an enrichment of CH3 groups (from the polymer chain ends) at the solid/air interface. These results indicate that during the heat treatment, a reorientation of polymer chains occurs to minimize the surface energy of the LbL film. In the second part of this work, the adhesive interactions between the main constituents of wood fibers were studied using high-resolution measuring techniques and well-defined model films of cellulose, hemicellulose and lignin. Successful surface modification of polydimethylsiloxane (PDMS) caps, needed in the Johnson-Kendall-Roberts (JKR) measuring methodology, by LbL deposition of nanofibrillated cellulose (NFC) and poly(ethylene imine) (PEI) allowed for the first known all-wood biopolymer JKR measurements of the adhesion between cellulose/cellulose, cellulose/lignin and the cellulose/glucomannan surfaces. The work of adhesion on loading and the adhesion hysteresis were similar for all three systems, suggesting that adhesion between the different wood biopolymers does not differ greatly. / <p>QC 20120314</p>

Massa- och pappersindustrin är stora energiförbrukare och står för 6 % av världens totala industriella energiförbrukning. I Sverige ligger andelen än högre, 50 % av den svenska industrins energiförbrukningen används av massa- och pappersindustrin. Anledningen till denna stora energiförbrukning är att det krävs stora mängder värme vid framställning av massan samt vid torkningsprocesser för papperstillverkning. Värmebehovet möts genom att producera ånga. Den höga energiförbrukningen gör att arbetet gällande energieffektiviseringar ständigt är pågående, både med hjälp av ny teknik och optimering av befintlig teknik.BillerudKorsnäs Karlsborg är ett massa- och pappersbruk med idag 400 anställda och en produktionskapacitet på 350 000 ton/år. Bruket har utmaningar med trycksvängningar som uppstår i ångnätet, vilket till stor del orsakas av Karlsborgs typ av kokprocess som består av åtta batchkokare. Batch innebär att ångförbrukningen i kokeriet inte är konstant utan är beroende av kokcykeln för samtliga kokare. Syftet med arbetet var att få en bättre förståelse för de svängningar som uppstår i ångnätet genom att kartlägga uttagningsmönster för de olika ångförbrukarna, samt identifiera möjligheter till minimering av svängningar i ångnätet. Ångnätet är den del av ångsystemet som kopplar samman ångproduktion med ångförbrukarna. Olika trycknivåer hålls i nätet beroende på vilka behov ångförbrukarna har, högtrycksånga från pannorna tryckreduceras via en mottrycksturbin eller via direktreducörer.Kartläggningen visar på tydliga samband mellan de kraftiga flödesvariationerna av ånga till kokeriet och trycksvängningar i ångnätet. Det totala ångbehovet i kokeriet är större under kallare perioder, dock sker stora flödesvariationer under alla förhållanden vilket medför att en viss typ av svängningar finns under hela året. Dessa svängningar har en amplitud på cirka två bar och uppstår vid ``normal drift´´ av fabriken, vilket innebär att de inte går att koppla till någon driftstörning i vare sig ångproduktionen eller ångförbrukningen. Även större trycksvängningar sker till följd av driftstörningar i massaproduktionen, dessa uppkommer dock mer sällan.Efter analys har det kunnat konstaterats att det finns problem med koden till friblåsningsventilerna i ångnätsreglersystemet. Detta skapar i sin tur problem med så kallad windup, när ventilerna är i respektive ändläge, vilket gör att friblåsningsventilerna hålls öppet onödigt lång tid. Ofta handlar det om en dryg minut med onödig friblåsning. Eftersom reglersystemets regulatorer jobbar efter prioritetsomringningar fördröjs även stängningen av ånga till ackumulatorn. HT-regulatorn använder därför alla ställdon för att sänka trycket onödigt lång tid varje gång friblåsningsventilerna hamnar i ändläge. När detta sammanfaller med en ångflödesökning till kokeriet sker de hastiga tryckfallen på cirka fyra bar som troligen skapar problem med överbringar från ångdomerna för respektive panna. Utifrån att detta problem har identifierats har underlag för att åtgärda detta problem tagits fram med hjälp av företaget Optimation. Att åtgärda dessa problem skulle skapa ett stabilare tryck i ångnätet och minska de svängningar som uppstår vid ``normal drift´´, dock kommer fortfarande svängningar till viss del att förekomma till följd av de stora flödesvariatonerna av ånga till kokeriet.

In recent years, antibacterial surfaces have been a subject of increased interest. Especiallyinteresting are non-leaching, contact-active surfaces that physically disrupts the bacterialcell using immobilised cationic polymers. Thus the risks of bacterial resistance and discharge of hazardous biocides is minimised. The assembly of such surfaces is elaborate andusually involves organic solvents. Here, polyelectrolyte multilayers (PEM) are proposed as an effective surface modification method, with an overall goal of producing antibacterial cellulose fibres. The PEM process is based on physical adsorption of oppositely charged polymers in aqueous solutions. Multilayers were formed with the bactericidal polymer polyvinylamine (PVAm) and polyacrylic acid. PVAm compounds with hydrophobic modificationswere applied as well, as they possess increased antibacterial activity in solution. In this work, the multilayer formation was studied on model surfaces of silicone oxide and glass in order to obtain fundamental knowledge of the polymer system. QCM-D and reflectometry, which detect total mass including bound water and polymer mass only, respectively, were used to analyse the layer formation. Salt-concentrations were varied at 1, 10 or 100 mM NaCl. A stepwise multilayer formation with exponential-like polymer adsorption but with decreasing water content for each layer was seen at all salt concentrations.A higher salt concentration resulted in an increased adsorbed mass. No significant differences in adsorption between the modified and unmodified PVAm could be detected. AFM imaging applied to multilayers having nine layers showed large surface aggregates under high salt conditions for the C6-modified PVAm. Dynamic light scattering showed that the polymer occurred as single molecules in solution; hence it was concluded that theaggregation is surface-associated. The multilayers were then tested for bacterial growth inhibition. The relative bacterial inhibition was time-dependent, as the surface was saturated with bacteria over time. After two hours, a maximal inhibition of 99 % could be observed for the multilayers. After eight hours, a moderate inhibition of less than 40 % was detected. Using multilayers affected the results positively compared to single layers. After three layers, though, no further reductionwas seen. Viability staining of the surface-adhered bacteria revealed that the adhered bacteria had intact membranes. Therefore, the microbiological properties of the multilayers can at this point be described more as growth-inhibiting by bacterial adhesion effectsthan as biocidal. However, this work has shown the importance of combining surface characterisation and microbial testing to understand the bacteria-surface interaction. / Biointeractive fibres

In Sweden, paperboard has been an essential product in the export market and is mainly used as packaging material. Packaging materials corresponded to 66% of all paper and board production in Sweden for the year 2020, which is an increase of 2,5% compared with the previous year [1]. The main function of the packaging is to protect the content inside from physical, chemical, and biological contamination [2]. Usually, paper boards are coated with pigment coatings to improve printing properties of the paperboard. Expancel microspheres are small plastic hollow spheres, which can improve the compressive properties of the paperboard. The purpose of this study is to investigate how Expancel microspheres affects the pigment coating, runnability and coated paper boards [30,31].Iggesund mill located in Iggesund manufacturer and coats high-quality paper boards. The coating formulas are based on existing recipes from the mill. The formulas where adjusted so that 12vol%,37vol% and 50 vol% of the pigments consisted of Expancel microspheres. Two different types of Expancel microspheres were used, one type of microspheres with a density of 80g/L and the other type had a density of 148g/L. To investigate how the microspheres affects the pigment coating the pH, dry content, ash content, viscosity, water retention and density were measured on the pigment coating. The paperboards were coated with pigment coating, containing different volume percentages of microspheres. The paperboard tests included gloss, surface roughness, grammage, thickness, compressibility contact angle and water adsorption.The mixture with 50 vol% of the pigments containing of microspheres with the density of 148g/L had a low pH value which can affect the results of the measurements as the pigment particles are not fully separated from each other. The low pH value resulted that the mixture had a high viscosity, which can create runnability problems. The increased number of microspheres resulted in decreasing solid content and density. The low solid content requires more energy for drying. The increasing amount of microspheres with a density of 80g/L showed an increasing viscosity with Hercules Hi-Shear. The high viscosity in Hercules Hi-Shear show that more force will be required to pump the coating mixture and that the flow in the pipes will be slower at higher viscosity.There is a difference between calculated thickness and the measured thickness of the coated paper boards. Calculated thickness where almost always less than the measured. The SEM(scanning electron microscope)-images showed that the microspheres affected the3thickness of the coated paper board. The size and shape of the particles affected the gloss. The higher content of carbonate 90(C90) resulted in higher gloss. The addition of microspheres lowered the gloss of the coated paperboards. Compressibility on the paperboard increased with the increasing addition level of microspheres. The SEM images showed that higher number of microspheres on the surface of the paperboard increased the compressibility of the surface. The contact angel measurement showed that the coating mixture containing of 50vol% with the density of 80g/L hade the highest contact angel. The Cobb60 method was used to examine the water adsorption the coated paper boards. The paper boards coated with mixtures containing the microspheres of density 80g/L had the lowest Cobb60-values.

Denna rapport handlar om ett produktutvecklingsprojekt genomfört som examensarbete för högskoleingenjörsprogrammet i innovationsteknik och design vid Karlstads universitet. Uppdraget tillhandahölls av Biosorbe AB som tillverkar ett material med namnet GreenAll. GreenAll är i grunden pappersmassa behandlat med kemikalier vilket har skapat goda oljeabsorberande samt vattenavstötande egenskaper. Projektet har sökt ett biobaseratalternativ av oljematta på en idag plastdominerad marknad där GreenAll önskats implementeras. Konsumtion av plast är ett internationellt problem som idag skapar stora skador på djur och natur. Oljemattor används i förebyggande syfte vid arbete eller situationer där det finns risk för oljespill. Idag sorteras uttjänta oljemattor på återvinningscentraler och fraktas sedan till förbränningsanläggningar där de bränns och blir till energi. Oljemattor av plast kan tvättas, men det sker inte alltid på rätt sätt där konsekvensen blir att farligt avfall hamnar i naturen. Målet med arbetet har varit att utveckla ett koncept som gör det möjligt att tillverka en biobaserad oljematta som är tilltalande för användaren samt ta fram ett första utkast till prototyp. Framtagen produkt ska genomsyras av hållbar utveckling och minska miljöpåverkan genom goda materialval. Arbetet har följt metoder för den industriella produktutvecklingsprocessen med grund i designprocessen. Med materialet GreenAll som grund resulterade arbetetet i ett koncept på en cellulosabaserad oljematta som sammanfogades genom sömnad och limning. Oljemattan består utav juteväv, linnevaxduk och GreenAll samt att mattan har fått namnet Slurp. Lösningen anses vara bättre för miljön, bidrar till en minskad plastkonsumtion och förhindrar att farligt avfall hamnar i naturen. Enligt en teoretiskt grund finns det möjlighet till delvis återvinning och utvinning av uttjänt olja som absorberats av mattan. / This report is about a product development project carried out as a degree project for the Bachelor of Science in Innovation Technology and Design at Karlstad University. The assignment was provided by Biosorbe AB, which produces a material called GreenAll. GreenAll is basically paper pulp treated with chemicals which has created good oil absorbing properties and given the material a water repellent property. The project has sought a bio-based alternative to oil mats in a currently plastic-dominated market where GreenAll is desired to be implemented. Consumption of plastic is an international problem that today causes great damage to animals and nature. Oil mats are used for preventive purposes in work or situations where there is a risk of oil spillage. Today, used oil mats are sorted at recycling centres and then transported to incineration plants where they are burned and turned into energy. Plastic oil mats can be washed, but this is not always done properly, with the result that hazardous waste ends up in the environment. The aim of the work has been to develop a concept that makes it possible to produce a bio-based oil mat that is appealing to the user and to produce a first draft of a prototype. The product developed should be permeated by sustainable development and reduce environmental impact through good material choices. The work has followed methods of the industrial product development process based on the design process. Using the material GreenAll as a basis, the work resulted in a concept of a cellulose-based oilmat that was joined by sewing and gluing. The oil mat consists of jute fabric, linen wax cloth and GreenAll and the mat has been named Slurp. The solution is considered to be better for the environment, helping to reduce plastic consumption and preventing hazardous waste from entering the environment. According to a theoretical basis, there is a possibility of partial recycling and recovery of used oil absorbed by the carpet.