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

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

Cellulose Nano Fibrils (CNFs) can be extracted from wood and other plants. These CNFs are expected to play a large roll in future materials owing to their interesting properties and biobased nature. In this project, dewatering of gels made from CNF by non-confined mechanical pressing has been studied. A CNF suspension was gelled by the addition of HCl at pH 2 to form gel cakes and then pressed mechanically. The goal was to find the pressure limits of the gel cakes for different starting concentrations, in weight percentage [wt%], of CNF to optimize the pressure used when dewatering CNF gels. The non-confined pressing was achieved via the useof a Zwick/Roell Torsion multi-axis testing system. Gel cakes were pressed until a pressing equilibrium was reached. Equilibrium was reached when compression was less than 0.01 mm per 100 seconds. Gel cakes were frozen with liquid N2, freeze-dried, and analysed with Scanning Electron Microscopy (SEM). The results observed from the pressing data showed that gel cakes with higher CNF starting concentrations could survive higher pressures. Using the highest pressure available, at the pressure limit, yielded both the shortest run time and the highest dryness content. SEM imaging showed that the compression of the gel cakes starts at the surfaces and continuous inwards through the bulk. The mechanical pressure creates sheets of CNF both vertically and horizontally. By plotting the starting concentrations vs applied pressure a limit map with pressure regions could be created. From the limit map further optimization can be achieved to shorten the dewatering process of the CNF gels.

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.

Massatvätt är ett viktigt steg i kraft-processen, då kokkemikalierna kan återvinnas och återanvändas i processen, vilket minimerar belastningen på miljön. Det är ett viktigt steg innan blekning av massan, då en låg kemisk syre-förbrukning (COD) är viktigt för att minska förbrukning av blekningskemikalier. Dessutom kan massatvätt även eliminera andra oönskade material, såsom metaller eller extraktivämnen. Syftet med studien var att utvärdera av tvätt-effektivitet av industriell massatvätt. Målen var att jämföra industriell tvättning med extensiv tvättning, att undersöka kvaliteten av tvättvätskor med analystekniker och att undersöka befintliga metoder för att beräkna tvätt-effektivitet. Den experimentella fasen var indelad i provtvättning och tvätt-serier, utförda med olika tvättvätskor, uppehållstider och industriell och extensiv utspädningsfaktor. Provtvättningen gav resultat som möjliggjorde det att utveckla tvätt-metoden. Resultaten för tvätt-serien visade att den extensiva utspädningsfaktorn generellt gav bättre resultat och en mer effektiv tvätt, och att en tvättvätska med en temperatur på 80°C generellt gav bättre resultat. Ljusheten påverkades inte av utspädningsfaktorn och kappanalysen visade en väldigt liten skillnad jämfört med originalmassan. Utvärderingen av befintliga metoder för att beräkna tvätt-effektivitet indikerade att alla undersökta metoder kunde ge felaktiga resultat, men beräkningarna tillsammans med andra metoder såsom COD, konduktivitet och med flera borde ge industrin en god indikation på tvätt-effektiviteten / Pulp washing is an important step in the kraft process, as it allows for the cooking chemicals to be recovered and reused in the process, which also minimizes the environmental load to the subsequent stages. It is also important before the bleaching plant, as a low chemical oxygen demand (COD) carry-over is important to minimize the consumption of bleaching chemicals. Furthermore, washing can also remove other unwanted materials, such as metals or wood extractives. The aim of the study was to assess washing efficiency of industrial washing. The objectives were to compare industrial washing with extensive washing, to investigate the quality of wash liquors using analytical techniques and to examine existing methods for calculating washing efficiency. The experimental phase was divided into trial washing and washing series, conducted with different wash liquors, residence times and dilution factors (DF). The trial washing yielded results that allowed for the washing methodology to be improved. The results from the washing series indicated the extensive DF in general gave better results and provided a more efficient washing, and that a wash liquor of 80°C gave better results. Brightness was not affected by the dilution factor and kappa number analysis showed that there was a very slight difference compared to the original pulp. The evaluation of existing methods for calculating washing efficiency indicated that all investigated methods could give inaccurate results, but that the calculations together with other methods such as COD and conductivity should give the industry a good indication of the washing efficiency.

Abstract The wood industries to this day use almost exclusively petroleum derived adhesives that are based mainly on the reaction of formaldehyde with urea, melamine or phenol. These adhesives have low cost and good adjustable properties which makes it hard for bio-based alternatives to compete. Phenol formaldehyde (PF), as an example of a synthetic adhesive, has been in use for over 100 years. In some parts of the world, legislation around formaldehyde is changing, and there is an increasingly voluntary awareness about the toxicity and unsustainability of formaldehyde. Industries realize that raw materials from oil is unstainable. The latter is currently a driving factor behind research on alternatives to amino based adhesives. Also, consumer interest in healthy and sustainable products, such as emitting less formaldehyde indoors, increases the need for bio based adhesives. Cellulose contained in plant cell walls is a renewable, abundant and nontoxic resource. During the last decades, many innovations have been achieved around cellulose and this trend does not seem to be slowing down. Cellulose shows excellent mechanical properties, high strength, high elastic modulus as well as having a low density. Research about cellulose reinforced adhesives has been increased the last years. This thesis studied the enhancement of phenol formaldehyde adhesive with Crystalline Nano Cellulose (CNC) at 5wt% and 10wt% loading levels for producing plywood boards. Indecisive results when using CNC higher than 3wt%, especially with PF resin, have been reported by other authors. In this thesis, European standards were applied. EN 314 was applied to test the panels shear strength. Three (3) treatment classes were selected, indoor room condition as well as pre-treatments 5.1.1 and 5.1.3. Other properties measured were modulus of elasticity, thickness swelling, formaldehyde emissions. Results showed a shear strength increase for all pre-treatment classes. 10wt% CNC mixture with phenol formaldehyde in water bath, pre-treatment (5.1.1) for 24h showed the highest increase in shear strength (+73,9%). The 10 wt% CNC mixture panels also showed the highest wood fibre failure of all panel types produced. A decrease in MOE has been observed with 10 wt% CNC compared to the 5 wt% CNC panels. Formaldehyde emissions tests were inconclusive, but since less PF was used, there was a general reduction in emissions. The 5 wt% CNC panels were superior in terms of modulus of elasticity and swelling and also showed improved shear strength.

This work describes three alternative processes for producing microfibrillated cellulose (MFC) in which pulp fibres are first pre-treated and then homogenized using a high-pressure homogenizer. In one process, fibre cell wall delamination was facilitated with a combined enzymatic and mechanical pre-treatment. In the two other processes, cell wall delamination was facilitated by pre-treatments that introduced anionically charged groups into the fibre wall, by means of either a carboxymethylation reaction or irreversibly attaching carboxymethyl cellulose (CMC) onto the fibres. All three processes are industrially feasible and enable production with low energy consumption. Using these methods, MFC can be produced with an energy consumption of 500–2300 kWh/tonne, which corresponds to a 91–98% reduction in energy consumption from that presented in earlier studies. These materials have been characterized in various ways and it has been demonstrated that the produced MFCs are approximately 5–30 nm wide and up to several microns long. / <p>QC 20120928</p>

Den fundamentala principen för tillverkning av papper är inte en särskilt komplicerad sådan. Men för att pappret skall erhålla specifika egenskaper blir processen alltmer komplicerad. Bland annat tillsätts olika typer av kemikalier och processen övervakas ständigt av olika system. Ett av dessa system mäter pH-halten i pappersmassan. Mätsystemet är dock utsatt för frekventa mätfel vilket medför en felaktig dosering av den koldioxid som används för att sänka pH-värdet. Detta kan slutligen ha negativ påverkan på papprets egenskaper. Syftet bakom arbetet är att mätsystemet ska bidra till en jämn reglering av pH och därigenom garantera jämn papperskvalitet. För detta arbete har en frågeställning och ett antal mål och delmål etablerats. De övergripande målen omfattar att etablera en statistisk modell över mätfel och beräkna eventuella ekonomiska besparingar. För att uppfylla mål och besvara frågeställningen måste en grunduppfattning byggas uppför berörda delar av tillverkningsprocessen, pH-värdets påverkan i processen, pH-sensorns mätprincip, mätsystemets utformning och rutiner som berör mätsystemet. Med denna grund undersöks uppkomsten av mätfel för de sex mätpunkterna. Detta utförs med två tillvägagångssätt: Sammanställning av lagrade historiska data och sammanställningar avprovtagningar utförda under kontrollerade förhållanden. De aspekter som undersöks är magnitud, frekvens och hur dessa förhåller sig till olika processrelaterade värden. En kalkyl för kostnader berörande mätsystemet upprättas även. Denna omfattar aktuella kostnader för koldioxid och underhåll. I resultatet presenteras en statistisk modell över mätfel, uppdelat på historiska och i närtid. Den historiska modellen visar, för samtliga behandlade positioner, en medelavvikelse på &lt;0,3 pH-enheter. Den min- och maximala avvikelsen kan däremot uppgå till &gt;0,8 pH-enheter. Modellen för närtid visar på kraftiga avvikelser för fyra av de sex behandlade systempositionerna, som relaterar både till papperskvalitet och ytvikt. Denna statistiska modell används sedan för att beräkna möjliga besparingar. Här påvisades att viss besparing fanns, både för koldioxid och för underhållskostnader. Slutsatsen för detta arbete är att ett mätfel existerar för majoriteten av de behandlade positionerna. Det har även kunnat påvisas ett samband med de undersökta processrelaterade aspekterna, men resultatet kan inte garanteras fullständigt. Med detta kunde även en möjlig besparing av koldioxid uppskattas vid bättre mätnoggrannhet. Besparingen uppgick till c:a 200 tkr, vilket i jämförelse med företagets omsättning endast utgör 0,075‰ av denna. / The fundamental principle for manufacturing paper is not a complicated one. However, for the paper to acquire specific properties, the process becomes increasingly complicated.Among other things, different chemicals are added, and the process is continuouslymonitored by various systems. One of these systems measures the pH-level of the pulp. This system is however constantly affected by measuring errors, which in turn leads to the incorrect dosage of the carbon dioxide used to lower the pH-level. This could in turn have a negative impact on the properties of the final paper. The underlaying purpose of this project is for the measuring system to ensure an even regulation of pH and therethrough guarantee an even paper quality. For this project, several question at issue, goals and subgoals have been established. The general goals cover establishing a statistical model for the error and estimate possible economical savings. To fulfil the goals and answer the questions at issue, firstly a basic understanding must be established for: concerned parts of the manufacturing process, the effect pH-level has on the process, the measuring principle of the pH-sensor, the design of the measuring systemand the routines concerning the measuring system. With this basis, the occurrence of measuring error is examined for the six measuring points. This is accomplished with two methods: The compilation of historical data and the compilation of manual measurementsexecuted under controlled conditions. The aspects examined are magnitude, frequency and the relation to process related values. Finally, a calculation for costs regarding the measuring system was established. This includes current carbon dioxide and maintenance costs. The result presents a statistical model for the measuring error, divided into historical and near time. The historical model shows that for all the addressed positions, a mean deviation occurred &lt;0.3 pH-units. However, the minimum and maximum deviation could reach &gt;0.8 pH-units. The model for near time shows significant deviations for four out of the six covered positions, which in turn shows relations to both paper quality and surface weight. With this statistical model possible savings were calculated. This in turn showed the possibility of savings for both carbon dioxide and maintenance. The conclusion for this project is the existence of a measuring error. Also, a connection between this and the process related aspects could be established. Although, the result cannot be completely guarantied. With this, possible savings through better accuracy could be estimated. Though, these were only in the size of 0.075‰ of the company’s total revenue.

This thesis presents a method of measuring the distribution of fiber bonding ability in mechanical pulp furnishes. The method is intended for industrial use, where today only average values are used to describe fiber bonding ability, despite the differences in morphology of the fibers entering the mill. Fiber bonding ability in this paper refers to the mechanical fiber’s flexibility and ability to form large contact areas to other fibers, characteristics required for good paper surfaces and strength. Five mechanical pulps (Pulps A-E), all produced in different processes from Norway spruce (Picea Abies) were fractionated in hydrocyclones with respect to the fiber bonding ability. Five streams were formed from the hydrocyclone fractionation, Streams 1-5. Each stream plus the feed (Stream 0) was fractionated according to fiber length in a Bauer McNett classifier to compare the fibers at equal fiber lengths (Bauer McNett screens 16, 30, 50, and 100 mesh were used). Stream 1 was found to have the highest fiber bonding ability, evaluated as tensile strength and apparent density of long fiber laboratory sheets. External fibrillation and collapse resistance index measured in FiberLabTM, an optical measurement device, also showed this result. Stream 5 was found to have the lowest fiber bonding ability, with a consecutively falling scale between Stream 1 and Stream 5. The results from acoustic emission measurements and cross-sectional scanning electron microscopy analysis concluded the same pattern. The amount of fibers in each hydrocyclone stream was also regarded as a measure of the fibers’ bonding ability in each pulp. The equation for predicted Bonding Indicator (BIN) was calculated by combining, through linear regression, the collapse resistance index and external fibrillation of the P16/R30 fractions for Pulps A and B. Predicted Bonding Indicator was found to correlate well with measured tensile strength. The BIN-equation was then applied also to the data for Pulps C-E, P16/R30, and Pulp A-E, P30/R50, and predicted Bonding Indicator showed good correlations with tensile strength also for these fibers. From the fiber raw data measured by the FiberLabTM instrument, the BIN-equation was used for each individual fiber. This made it possible to calculate a BIN-distribution of the fibers, that is, a distribution of fiber bonding ability. The thesis also shows how the BIN-distributions of fibers can be derived from FiberLabTM measurements of the entire pulp without mechanically separating the fibers by length first, for example in a Bauer McNett classifier. This is of great importance, as the method is intended for industrial use, and possibly as an online-method. Hopefully, the BIN-method will become a useful tool for process evaluations and optimizations in the future. / Den här studien presenterar en metod för att mäta fördelning av fiberbindning i mekaniska massor. Metoden hoppas kunna användas industriellt, där i dagsläget enbart medelvärden används för att mäta fiberbindnings-fördelning, trots råvarans (fibrernas) morfologiska skillnader.  Fem mekaniska massor (Massa A-E) från olika massaprocesser men från samma råvara, norsk gran (Picea Abies), har fraktionerats i hydrocykloner med avseende på fiberbindningsförmåga. Från hydrocyklon-fraktioneringen bildades fem strömmar, Ström 1-5. Varje ström plus injektet (Ström 0) fraktionerades också med avseende på fiberlängd i en Bauer McNett för att kunna jämföra fibrerna vid samma fiberlängd (Bauer McNett silplåtarna 16, 30, 50 och 100 mesh användes). Fiberbindingsförmåga i den här studien härrör till fiberns flexibilitet och förmåga att skapa stora kontaktytor med andra fibrer, vilket bidrar till papprets yt- och styrkeegenskaper. Ström 1 visade sig ha den högsta fiberbindningsförmågan, utvärderat som dragstyrka och densitet av långfiberark, samt yttre fibrillering och kollaps resistans index mätt i den optiska analysatorn FiberLabTM. Akustisk emission och tvärsnittsanalyser visade samma resultat. Ström 5 visade sig ha den lägsta fiberbindningsförmågan, med en avtagande skala från Ström 1 till Ström 5. Andelen fibrer från injektet som gick ut med varje hydrocyklon-ström ansågs också vara ett mått på fibrernas bindningsförmåga i varje massa. Genom att kombinera fiberegenskaperna kollaps resistans och yttre fibrillering från den optiska mätningen på varje fiber genom linjär regression, kunde Bindnings Indikator (BIN) predikteras. Medelvärdet av Bindnings Indikator för varje hydrocyklon-ström korrelerar med dragstyrka för långfiber-labark.  Det visade sig att predikterad Bindnings Indikator inte bara fungerade för Massa A och Massa B P16/R30 fraktionen, som var de fraktioner som användes i den linjära regressionen, utan även för Massa C-E, P16/R30, och Massa A-E P30/R50 som också visade goda korrelationer med långfiber-dragstyrka när de sattes in i BIN-formeln. BIN-formeln användes sedan för varje enskild fiber, i den rådata som levererats från FiberLabTM. Detta gjorde det möjligt att få en BIN-distribution av fibrerna, d.v.s. en fördelning av fiberbindningsförmåga. Den här rapporten visar också hur det går att få BIN-distributioner också från mätningar på hela massan, för valbara fiberlängder, utan att först mekaniskt separera massan efter fiberlängd. Det är viktigt, då metoden är tänkt att användas som en industriell metod, och eventuellt som en online-metod. Förhoppningsvis kommer BIN-metoden att bli ett användbart verktyg för processutveckling- och optimering i framtiden. / <p>FSCN – Fibre Science and Communication Network</p> / Bonding ability distribution of fibers in mechanical pulp furnishes

Att minska plastavfall och uppmuntra återvinning har fått hög prioritet i många affärsverksamheter och olika typer av regleringar implementeras för att minska den negativa påverkan av plastanvändningen. Papper och kartong består i huvudsak av cellulosa som har många egenskaper som är essentiella för en hållbar ekonomi (t.ex. förnyelsebar, återvinningsbar och bionedbrytbar) och pappersprodukter kan ersätta plast i många applikationer. Återvinningsgraden för pappersförpackningar är i vissa områden redan hög men det finns fortfarande begränsningar i att använda återvunna fibrer i vissa applikationer. Återvunna fibrer kan innehålla mineraloljor som kan migrera och ansamlas i mat som lagras i förpackningarna. Utvecklingen av barriärer för papper och kartong är nödvändig för att öka graden av användningsområden för förpackningar. Laminering är en traditionell teknik som används för bestrykningar, dock kan metoden leda till lägre återvinningsgrad.  Dispersionsbarriärer är en typ av barriär där en emulsionspolymer stelnar till en icke porös film på pappersytan. Dispersionsbarriärer är enkla att separera från pappret under återvinningsprocesser och bra barriäregenskaper kan uppnås redan för låga ytvikter.  I denna masteruppsats testas tre olika pigment (kaolin, talk och kalciumkarbonat) i olika koncentrationer i styrenakrylat latex och effekten på barriäregenskaper utvärderas. Dispersionerna beströks på papper med hjälp av bänkbestrykning. Viskositeten mättes med en reometer och pigmenten tenderade att sänka viskositeten under lägre skjuvhastigheter. Mineraloljebarriäregenskaper testades genom att mäta migrationen av ett flyktigt kolväte (n-heptan) genom barriären. Oljeresistens testades med palmkärnoljemetoden och ingen oljemigration observerades efter 24 timmar. Vikt oljeresistens testades också för alla prover. Kaolin tenderade att ge sämre fettbarriär efter viktning, jämfört med talk. Detta förklarades genom att kaolin har en högre modul än talk vilket kan skapa sprickbildning i barriären under vikning. Vatten och vattenångbarriär testades med Cobb och WVTR. Testen visade bättre barriäregenskaper för tillsatt kaolin, liknande eller sämre för talk, och sämre för kalciumkarbonat. Försämringen av egenskaper förklarades genom sprickbildning orsakad i toppbestrykningen för de prover som innehöll kalciumkarbonat. Kaolin gav generellt sett mer stabila förbättringar i barriäregenskaper, vilket förklarades av de bättre dispergerade och mindre partiklarna jämfört med talk, samt den höga formfaktorn. Delaminering av barriären från pappret förekom i alla prover, utom för talk i högre koncentrationer. Svepelektronmikroskop användes för att studera ytråhet, pinholes, vätning, barriärens tjocklek och struktur, pigmentens form och orientering samt sprickbildning efter vikning.  Resultaten visade på en barriär med få eller inga pinholes. Diskformade pigment tenderade att orientera sig parallellt med papperets yta. Ingen direkt skada på barriären eller sprickbildning kunde observeras i vecken efter vikning. FTIR användes för att studera interaktioner i gränsytan mellan matris och filler. Det fanns ingen indikation för nya kemiska bindningar i något av proverna. Återvinningstest utfördes också vilka visade att barriären enkelt kan separeras från pappret och en hög grad fibrer kan utvinnas under återvinning. / Reducing plastic littering and encouraging recycling have become top priorities for many businesses, and regulatory actions are taken around the world to target the adverse effects of plastic materials. Paper and paperboards mainly consist of cellulose which has many properties that are essential for a sustainable economy (e.g., renewable, recyclable and biodegradable), and paper products can be an alternative for plastics in many applications. Although the recycling rate for paper and cardboard in some areas is already relatively high, there are still some concerns about using recirculated fibres in some applications. Recycled cardboard can contain mineral oil hydrocarbons which could migrate and accumulate in food during storage.  Developing coatings for paperboards is necessary to increase the range of usage for paper products in packaging applications. A traditional way of coating paper is by lamination, but this technique tends to lead to lower recycling rates. Dispersion coating is a type of barrier where an emulsion polymer is applied and solidified to a non-porous protective film on the paper surface.  Dispersion coatings are readily removed from the paper during recycling, and proper barrier functions can be achieved already at low coat weights.  In this thesis, three different types of pigments (kaolin, talc, and calcium carbonate) were tested in different concentrations in a styrene acrylate copolymer latex, and the effect on barrier properties was evaluated. The dispersions were coated onto papers by rod coating. Viscosity tests were done by using a rheometer. The pigments tended to decrease viscosity at low shear rates. Mineral oil barrier properties were tested by measuring the migration of a volatile hydrocarbon (n-heptane) through the barrier. Grease resistance was tested with the palm kernel oil test, and no oil migration was observed in any of the samples after 24h. The effect of folding on barrier properties depending on the pigment type and concentration was also evaluated as a part of testing grease resistance. Reduced barrier performance was seen after folding for kaolin compared to talc which was explained by the higher modulus of kaolin which may cause crack formation in the coating. Water and water vapour barrier properties were tested through the Cobb test, and by a Water Vapour Transmission Rate (WVTR) analyser. The results showed an increased barrier performance with kaolin in higher concentrations and a reduction with calcium carbonate. This behaviour was explained by crackelations in the top-coating layers for the samples containing calcium carbonate. Kaolin seemed to give a more stable improvement of barrier performance, and this was explained by a better dispersion of smaller particles with a high aspect ratio. Adhesive strength and delamination were measured by heat seal tests. Delamination of the barrier was seen in all samples except for talc in higher concentrations. Scanning Electron Microscope (SEM) was used to evaluate surface roughness, voids, wetting of particles, barrier thickness and integrity, pigment shape and orientation, and crack formation after folding.  The results showed a barrier with good integrity and few voids, and platy particles tended to orient parallel to the paper surface. No clear visual damage was observed after folding, and no crack formation could be seen at the creases. Fourier Transform Infrared Spectroscopy – Attenuated Total Reflectance (FTIR–ATR) was used to study matrix/filler interactions, and bond formation during consolidation. No indication of additional bond formation was seen in any of the samples. Recyclability tests were also performed which showed that the coatings are readily removable, and a large fibre fraction is available during the recycling of the fibres.