No description available.

No description available.

Abstract The old corrugated container (OCC) recycling process produces pulp suspension from recovered packaging material with sufficient strength and cleanliness to meet regulatory requirements for produced packaging material. Pulping is the first unit operation in the OCC recycling process and the most energy-intensive unit operation, accounting for 20–30% of the total energy used in the process, if dispersion is not used. From the viewpoint of improving the energy efficiency of the OCC recycling process, the pulping stage is an important research target. The approach of this thesis work was to experimentally study practical possibilities to decrease the energy requirements of the OCC pulping process by understanding disintegration mechanisms and pulping fundamentals. The pulping process was conceptually divided into three separate phases: wetting, bulk disintegration, and residual disintegration. The aim was to elucidate the effect of each phase on disintegration kinetics and specific energy consumption of pulping, and to discuss how those phases could be intensified to minimize energy consumption. The results suggest that forced wetting of OCC material by mechanical pressing increases the disintegration rate owing to thorough impregnation of water into the OCC material, which efficiently reduces the material’s wet strength by cutting hydrogen bonds. The method can potentially reduce the energy requirement of the pulping process by about 30%. Bulk disintegration by falling the material in high-consistency drum pulping was emulated in a specially designed device. The results reveal that the energy needed for material disintegration depends significantly on the material’s wet strength. Pulping energy consumption can be lowered in the residual disintegration phase by separating the easily disintegrated weaker materials in an early stage from the drum and continuing pulping of the remaining non-disintegrated material (Fractional pulping). This setup led to estimated energy savings of around 20%. During the thesis work, the authors developed an analysis device that photographs flakes separated from the pulp and determines flake size distribution by image analysis. The device revealed the difference between the low- and medium-consistency OCC pulping mechanisms. / Tiivistelmä Pahvin kierrätysprosessissa kerätyistä pakkausmateriaaleista valmistetaan uusiomassaa, joka käytetään uuden pahvin valmistukseen. Kierrätysprosessin ensimmäinen yksikköoperaatio on pulpperointi eli pahviraaka-aineen kuiduttaminen sulpuksi. Pulpperointi on usein koko kierrätysprosessin energiankulutukseltaan suurin yksikköprosessi, joka voi viedä jopa 20 – 30 % koko prosessin energiankulutuksesta. Tämän vuoksi pulpperoinnin energiankulutuksen pienentämiseen tähtäävä tutkimus on erittäin tärkeää. Työn tarkoituksena oli tutkia kokeellisin menetelmin mahdollisuuksia vähentää pulpperoinnin energiankulutusta. Tavoitteena oli saada ymmärrystä pulpperoinnin hajotusmekanismeista ja pulpperointiin vaikuttavista tekijöistä. Tässä työssä pulpperointi jaettiin kolmeen vaiheeseen: pahvin vettymiseen, varsinaiseen bulkkihajotukseen ja jälkihajotukseen. Tarkoituksena oli havainnollistaa jokaisen vaiheen vaikutusta materiaalin hajotuskinetiikkaan ja pulpperoinnin energiankulutukseen. Lisäksi tavoitteena oli pohtia mahdollisia tapoja tehostaa jokaista vaihetta ja näin minimoida energiankulutusta. Tulosten perusteella pahvin pakotettu kostuttaminen mekaanisella puristuksella kasvattaa hajotusnopeutta johtuen vedestä, joka kastelee materiaalin läpikotaisin. Tämä pienentää materiaalin märkälujuutta katkomalla kuitujen välisiä vetysidoksia. Menetelmän avulla pulpperoinnin energiankulutusta pystytään vähentämään jopa 30 %. Rumpupulpperin bulkkihajotusta jäljiteltiin tarkoitukseen suunnitellulla pudotuslaitteella. Tulokset paljastivat, että energiatarve materiaalin hajottamiseen on verrannollinen materiaalin märkälujuuteen. Pulpperoinnin energiankulutusta jälkihajotuksessa voidaan pienentää ns. fraktioivalla pulpperoinnilla, jossa pulpperin kuormaa kevennetään poistamalla nopeasti hajoava heikkolujuuksinen materiaali mahdollisimman aikaisin, jonka jälkeen pulpperointia jatketaan hajoamattomalla materiaalilla. Tällaisella menetelmällä voidaan parhaimmillaan säästää 20 % rumpupulpperoinnin energiankulutuksesta. Työn aikana kehiteltiin myös kuvantamiseen perustuva analyysimenetelmä, jolla voidaan analysoida hajoamattoman materiaalin kokojakaumaa. Analyysimenetelmä paljasti hajotusmekanismieron matala- ja keskisakeuspulpperoinnin välillä.

During paper manufacturing, coating and adhesives are added to paper and cardboard to improve quality and durability. When the paper is later recycled or becoming new paper, the coatings may pollute the water used in the recycling process. Thus, it is important to know in which fraction these coatings finish during the process. In this study, laboratory made samples that mimic the repulping and paper making process is used. The different fractions of the processes were analyzed for a clay as well as a polymer coating. Metal content from clay coating is analyzed using inductively coupled plasma-mass spectrometry and microwave plasma-atomic emission spectrometry. For analyzing polymer coating, gas chromatography-mass spectrometry was used. From the result of the analysis the Reject sample, which was collected with a bigger mesh sieve in a repulping system, contained the highest amount of both clay and polymer coating. The other sample fractions from the repulping process and paper making process, did not contain as high mass content of either clay nor polymer coating.

Användningen av pappersförpackningar ökar drastiskt världen över, vilket gör förmågan att återvinna dessa material mycket viktig. I detta examensarbete testades återvinningen av en ny biobaserad förpackningslösning, där papper är en del av barriären och barriärerna appliceras på utsidan av förpackningen. För att bedöma återvinningsbarheten testades materialen med olika barriärer: baspapper 1, baspapper 1 med vattenbarriär, baspapper 1 med syrebarriär, baspapper 1 med både vatten- och syrebarriärer samt ett tätskikt, samt baspapper 2 med samma barriärer, men inklusive ett extra material bestående av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer utan förseglings skikt. Alla material slogs upp enligt första steget i CEPI-metoden d.v.s. med 30 000 varv (NoR) och 40 °C, justeringar av dessa parametrar gjordes vid den utökade studien. Efter uppslagning silades materialen och utbytet beräknades. Det observerades att baspapper 1 med eller utan barriärer inte uppnådde det 80% utbyte som krävs enligt CEPI -metoden. Trots justeringar av parametrarna nådde utbytet aldrig 80%, så fokus skiftade till prov med baspapper 2, vilka konsekvent gav ett utbyte över 80%. Baspapper 2 ensam uppnådde ett utbyte på 85%, medan baspapper 2 med barriärer nådde cirka 100%.  Den kompletta CEPI-metoden, med alla dess komponenter, dvs även vidhäftningstest och test för visuella orenheter tillämpades på två material: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, samt baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer och försegligsskikt. Vidhäftningstestet och bedömningen av visuella föroreningar var godkänt för båda materialen d.v.s. ingen betydande vidhäftning eller visuella föroreningar i form av polymer- eller fiberklumpar noterades.  Fibertester visade skillnader mellan baspapper 2 ensam och baspapper 2 med barriärer. Fibrerna i baspapper 2 var längre, bredare och rakare än i materialen med barriär.  Den kompletta CEPI-metoden, med alla dess komponenter, tillämpades på två material: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, samt baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer och tätskikt. Vid häftningstester och bedömningar av visuella föroreningar visade godkänd vidhäftning för båda materialen och inga betydande visuella föroreningar i form av polymer- eller fiberklumpar. Dragtester genomfördes på baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, både före och efter uppslagning, och jämförde färdiga ark och labb-tillverkade ark. Resultaten jämfördes för tre färdiga ark: baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer, baspapper 2 ensam och baspapper 2 med syrebarriären. Färdiga ark av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer jämfördes också med labb-tillverkade ark av samma material. Resultaten visade att när det gäller dragstyrka och styvhet hade baspapper 2 med syrebarriären högst värde, baspapper 2 utan barriär hade högst brottöjningsvärde och baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer hade högst TEA. När färdiga ark jämfördes med labb-tillverkade ark hade de färdiga arken högre värden för dragstyrka och styvhet, medan de labb-tillverkade arken hade högre brottöjningsvärde och TEA. Detta visar som förväntat att tillverkningsprocessen har stor betydelse för de mekaniska egenskaperna hos ett pappersark. Att fibrerna i det ena fallet även är återvunna spelar också in. I detta test var det inte möjligt att separera effekten från de två bidragande faktorerna.  Luftpermeabilitetstester genomfördes också på de färdiga och labb-tillverkade arken av baspapper 2 med vatten- och syrebarriärer för att mäta porositeten hos materialen. De färdiga arken var så täta att de låg utanför instrumentets mätningsområde, vilket indikerade att de var mer ogenomträngliga än de labb-tillverkade arken. / recycle these materials crucial. In this thesis, the recyclability of a new bio-based packaging solution is tested, where paper is part of the barrier, and the barriers are applied on the outside of the packaging. To assess recyclability, two different base papers in combination with oxygen and/or water barriers were tested: base paper 1, base paper 1 with a water barrier, base paper 1 with an oxygen barrier, base paper 1 with both water and oxygen barriers plus a sealing layer, and base paper 2 with the same combinations as base paper 1, but also with water and oxygen barriers without a sealing layer. All materials were subjected to the first step in the CEPI-method i.e. pulped using 30,000 revolutions (NoR) at 40 °C, with adjustments to these parameters in some extended studies. After pulping, the materials were screened, and the yield was calculated. It was observed that base paper 1 with or without the barriers did not achieve the 80% yield required for acceptable recyclability. Despite adjusting the NoR and/or temperature, the yield never reached 80%, so the focus shifted to base paper 2, which consistently yielded above 80%. Base paper 2 alone achieved an 85% yield, while base paper 2 with other barriers reached approximately 100%. The complete CEPI method, with all its components, sheet forming, adhesion test and visual impurity assessments, was applied to two materials: base paper 2 with water and oxygen barriers, and base paper 2 with water and oxygen barriers plus a sealing layer. Adhesion tests and visual impurity assessments showed low to no adhesion for both materials and no significant visual impurities in the form of polymer or fiber clumps.  Fiber tests revealed differences between base paper 2 alone and base paper 2 with barrier coating. The fibers from base paper 2 alone were longer, wider, and straighter than those from the coated paper.  Tensile tests were conducted on base paper 2 with water and oxygen barriers, both before and after pulping, comparing finished sheets and lab-manufactured sheets. The results were compared for three finished sheets: base paper 2 with water and oxygen barriers, base paper 2 alone, and base paper 2 with the oxygen barrier. Finished sheets of base paper 2 with water and oxygen barriers were also compared to lab-manufactured sheets of the same material. Results showed that base paper 2 with the oxygen barrier had the highest tensile strength and stiffness, base paper 2 alone had the highest breaking elongation, and base paper 2 with water and oxygen barriers had the highest TEA. When comparing finished sheets to lab-manufactured sheets, the finished sheets had higher tensile strength and stiffness, while the lab-manufactured sheets had higher breaking elongation and TEA. This shows, as expected, that the manufacturing process together with the use of virgin or recycled fibers has a great effect on the mechanical properties of a paper sheet. From the presented data it was not possible to separate the impact from those two different factors.  Air permeability tests were also conducted on the finished and lab-manufactured sheets of base paper 2 with water and oxygen barriers to measure the porosity of the different samples. The finished sheets were so dense that they were beyond the instrument's measurement range, indicating that they were more impermeable than the lab-manufactured sheets.