Undersökning av stabilitet hos AKD-lim i olika processbetingelser vid papperstillverkning

(1)

Undersökning av stabilitet hos AKD-lim i

olika processbetingelser vid

papperstillverkning

Gabriella Thun Salguero

Civilingenjör, Industriell miljö- och processteknik 2020

Luleå tekniska universitet

(2)

Förord

Denna rapport är ett resultat av ett examensarbete utfört vid BillerudKorsnäs Gävle

motsvarande 30 högskolepoäng. Arbetet är utfört under vinter/vår 2019–2020 och utfördes inom programmet Industriell miljö- och processteknik med inriktning Förnybara produkter och bränslen vid Luleå tekniska universitet.

Jag vill tillägna ett stort tack till mina handledare Emelie Norström och Gilbert Carlsson på BillerudKorsnäs som hjälpt och väglett mig genom detta arbete.

(3)

Sammanfattning

Ett vanligt återkommande problem inom pappersindustrin är fläckar på den färdiga produkten. BillerudKorsnäs Gävle har genom undersökningar kommit fram till att en del fläckar som just nu uppkommer till stor del består av Alkyl keten dimer, AKD. AKD är ett lim som tillsätts i mälden för att öka hydrofobiciteten hos pappret eller kartongen. AKD partikeln skyddas av ett hölje bestående av katjonisk polymer för att partikeln lättare ska fästa på träfibrerna i

processen. Om detta hölje blir instabilt ökar risken för bildning av agglomerat och en sämre retention på pappersmaskinen vilket i sin tur kan orsaka fläckar på den färdiga kartongen. Detta arbete för att undersöka stabiliteten hos AKD har därför gjorts.

(4)

Abstract

A recurring problem in the paper industry is spots on the finished product. Through previous studies, Billerudkorsnäs Gävle has detected one of the sources of these stains to be Alkyl keten dimer (AKD). AKD is a glue that is added to the ground pulp to increase the hydrophobicity of the paper or cardboard. The AKD particle is protected by a cationic polymer to make it easier for the particle to attach to the fibers in the process. If the polymer becomes instable, the risk of the AKD particles forming agglomerate increases and the retention in the paper machine decrease, which can lead to stains on the finished cardboard. This work with the aim of investigation of the stability of AKD has therefore been done. To investigate the stability of AKD, the impact of different process parameters on the AKD particle has been studied. Test has been done with two different AKD, and the process parameters tested in this work were temperature, pH and salinity. Samples from the process has also been studied to investigate if the pure AKD samples could be related to the process. All the samples were analyzed in a flow cytometry to detect the degree of hydrophobicity of the particles in the samples.

The result showed that the tested temperature range did not affect the stability of the AKD particles. The experiments where the pH were changed showed that the stability of the particles were affected. This means that AKD in the process is affected, and that the

(5)

Innehållsförteckning

1. Introduktion ... 2

1.1 Problematik ... 2

1.2 Syfte och arbetsmetodik ... 2

2. Teori ... 3

2.1 BillerudKorsnäs ... 3

2.3 AKD ... 8

2.4 Z- potential ... 9

2.5 Stabilitet i kolloidala dispersioner ... 10

2.6 Flödescytometri ... 10

3. Metod ... 12

3.1 Förberedande studie ... 12

3.2 AKD A och B ... 12

3.3 Utvärdering av provmetodens spridning ... 13

3.4 Provuttag för processprover ... 13

4. Försök ... 14

4.1 Material ... 14

4.2 Provförberedning ... 14

5. Resultat och diskussion ... 16

5.1 Förberedande studie ... 16

5.2 Stabilitet över tid ... 18

5.3 Jämförande av olika AKD ... 19

5.4 Inverkan av pH på AKD:s stabilitet ... 21

5.5 Inverkan av temperatur hos AKD:s stabilitet ... 27

5.6 Inverkan av salthalt hos AKD:s stabilitet ... 30

6. Slutsatser ... 41

7. Fortsatt arbete ... 42

8. Litteraturförteckning ... 43

Appendix - förberedande studie ... 45

Appendix - spridning av provmetod ... 47

Appendix – stabilitet över tid ... 51

Appendix - pH ... 57

(6)

(7)

1

Ordförklaring

AKD – Alkyl keten dimer

ASA – Alkylbärnstensyraanhydrid BK – Bakvatten

(8)

2

1. Introduktion

1.1 Problematik

Inom papperstillverkningen är ett återkommande problem fläckar på den färdiga produkten. Fläckarna kan uppkomma av olika anledningar men resulterar ofta i reklamationer från kunder, vilket medför extra kostnader för företaget. Om fläckarna upptäcks på plats kan produkten ofta räddas genom omrullning av pappersrullen, där fläcken manuellt tas bort. Om den befläckade rullen redan hunnit skickas till kund behöver kunden ersättas ekonomiskt. Fläckarna kan bestå av olika ämnen som till exempel harts, lim eller stärkelse. Fläckarna kan uppkomma i de olika skikten, men de fläckar som uppvisas som mörka fläckar på det blekta toppskiktet är mest kritiska för tryckmöjligheten hos kunden.

De mörka fläckarna som för tillfället skapar problem hos BillerudKorsnäs Gävle har visat sig bestå av främst AKD-lim, stärkelse och hartslim.

Det har även upptäckts avsättningar bestående av samma beståndsdelar på valsar, viror och filtar i pappersmaskinen.

1.2 Syfte och arbetsmetodik 1.2.1 Syfte

Syftet med detta arbete var att undersöka stabiliteten hos AKD partikeln under förändring av olika processparametrar.

1.2.2 Frågeställningar

• Inom vilka intervall är AKD dispersionen stabil och vad händer när den inte är stabil? • Går det att relatera AKD dispersioner mot processprover?

• Vilka parameterförändringar påverkar AKD partiklarna och hur påverkas de? • Hur påverkas AKD dispersioner över tid?

1.2.3 Avgränsningar

Provtagning kommer endast ske på pappersmaskin 4 (PM4).

Analysen omfattar endast två typer av AKD lim, AKD A och AKD B, från samma företag. De enda parametrarna som undersöks är temperatur, pH och salthalt.

(9)

3

2. Teori

2.1 BillerudKorsnäs

År 1855 grundades Korsnäs AB med syfte att starta ett sågverk i Dalarna. År 1858 gick starten och det sågade virket fraktades till Gävle för export via järnväg. För att underlätta transport flyttades Korsnäs sågverk till Gävle mellan 1897-1899, vilket fortfarande är

Sveriges största industriflytt. För att kunna ta vara på sågspillet som skapades startades 1910 en sulfitfabrik. 1915 startades även en sulfatfabrik för att tillverka pappersmassa. År 1925 investerades det i den allra första pappersmaskinen på bruket. Denna maskin tillverkade oblekt sulfitpapper. PM 4 köptes in i mitten på 60-talet och 1976 tillkom PM5 (Back, 2016). Korsnäs köpte upp Assidomäns bruk i Frövi 2006, och strax därefter även Rockhammar bruk. 2012 bildades BillerudKorsnäs då Billerud och Korsnäs gick samman till ett bolag (Back, 2016).

BillerudKorsnäs Gävle har idag cirka 900 anställda, en produktionskapacitet på 740 000 ton/år och tillverkar främst vätskekartong. Vätskekartong är smak- och luktfri och används till vätskeförpackningar som till exempel mjölkpaket (Billerudkorsnäs, u.d.).

2.2 Gävle bruk

För att tillverka papper används idag olika typer av träd, barr- och lövträd. Första steget i tillverkningsprocessen är att förbehandla trädet. Det görs genom barkning och flisning som sker i renseriet. Flisen sållas därefter och transporteras till kokarna där den kokas tillsammans med kemikalier, för att ta bort oönskade beståndsdelar. Därefter tvättas och silas den kokade flisen och en del bleks till önskad ljushet. Massan pumpas sedan vidare till massabruket, i detta fall ett integrerat sådant, där mäldberedning sker genom att vatten och fibrer blandas och mals. Malningen görs för att göra fibrerna mer hydrofila och öka ytarean så att de lättare kan binda till varandra. I mälden tillsätts även kemikalier och fyllnadsämnen (Persson,

Papperstillverkning, 1996).

Mälden silas för att få bort oönskade delar, och späds sedan med bakvatten från viragropen. Mälden går ut på pappersmaskinen genom inloppslådan och ut på en eller flera viror beroende på pappersmaskinens utformning. Fler viror resulterar i fler skikt i den färdiga produkten. Arket avvattnas genom viran och går sedan ihop med de andra skikten i sammanguskningen. Arket fortsätter att avvattnas, men nu genom pressning mellan valsar i presspartiet. Därefter går pappersbanan in i torkpartiet där den torkas genom att den går mellan ånguppvärmda cylindrar (Persson, Papperstillverkning, 1996).

För att få en jämn yta pressas pappret ytterligare och om önskas, ytbehandlas det sedan i bestrykningen. Detta sker genom en påstrykning av en smet bestående av bindemedel och pigment. Det färdiga pappret rullas sedan upp på stora valsar, tambourer, för att sedan beskäras till rullar av önskad storlek i rullmaskinen. Rullarna paketeras och fraktas sedan till kund (SkogsSverige, 2017).

(10)

4

Figur 1- Processöversikt vid Gävle bruk (Billerudkorsnäs).

BillerudKorsnäs i Gävle har två pappersmaskiner. Pappersmaskin 4 (PM 4) är en

pappersmaskin utformad för att tillverka papper i två skikt; toppskiktet, som alltid består av blekt massa från både barr- och lövfibrer, och bottenskiktet som består av oblekt barrmassa. Pappersmaskin 5 (PM 5) som används för att tillverka papper i tre skikt; blekt toppskikt bestående av barr- och lövmassa, oblekt mellan- och bottenskikt bestående av barrmassa.

2.2.1 Den korta cirkulationen

En stor del vatten i ett pappersbruk återanvänds och vattnet som har varit i kontakt med massan kallas bakvatten när det återcirkuleras (Bristow, et al., 1992).

Med den korta cirkulationen menas de bakvatten som cirkulerar mellan spädning av tjockmassa och viragropen. Figur 2 nedan illustrerar den korta cirkulationen av bakvatten i pappersprocessen.

(11)

5

Figur 2 - Illustration av den korta cirkulationen (Bristow, et al., 1992).

2.2.2 Retention

Retention är ett begrepp som syftar på en andel av något ämne som tillsätts vid en specifik punkt i processen och som sedan återfinns senare i processen. Retentionen kan beräknas på olika sätt, men då det inte är möjligt att få ett representativt koncentrationsvärde vid

industriell papperstillverkning brukar retentionen uppskattas för den korta och den långa cirkulationen. Den långa cirkulationen kommer inte att beaktas i denna rapport.

Retentionen i den korta cirkulationen beräknas genom R_" =$%&%'$(&(

$%&% (1)

där RK är retentionen för den korta cirkulationen, Q1 är totalflödet in i inloppslådan, c1 är koncentrationen av ett specifikt ämne in i inloppslådan. Q2 är det totala flödet i bakvattnet och c2 är koncentrationen av samma specifika ämne i bakvattnet (Bristow, et al., 1992).

En låg retention innebär en ökad halt av ett specifikt ämne som cirkulerar i maskinen och kan öka risken för bildning av agglomerat vilket i sin tur kan leda till fläckar i den färdiga

kartongen (Mattson, 2002). Utifrån ett hållbarhetsperspektiv vill man ha en hög retention så att den mängd som ansetts nödvändig för bästa resultat också förbrukas och att större mängder inte behöver tillsättas.

2.2.3 Hydrofobering

Hydrofobering är ett processteg som påverkar papprets hydrofobicitet. Hydrofobiciteten kan variera mellan olika papper och kartong där exempelvis hushållspapper har nästintill ingen hydrofobicitet eftersom det är skapat för att absorbera så mycket vätska som möjligt medan ett papper eller kartong som används för tryck måste vara mer hydrofobt för att tryckvätskan inte ska spridas ut i arket vid tryckning (Bristow, et al., 1992).

Ett papper är uppbyggt av fibrer, men består även av porer. Porerna finns mellan fibrerna och innehåller luft. Fibrer är normalt hygroskopiska, vilket betyder att de gärna tar upp vatten och vid tillsättning av vatten kommer vattnet fylla både porerna och fibrerna. Vattnet tränger in i fibrerna via diffusion av vattenånga, men denna process är långsam till skillnad från

(12)

6 Enligt Laplaces ekvation ska vattnet strömma tillbaka till droppen om trycket innanför den konvexa ytan i vattendroppen är högre än trycket utanför. Detta gör att den hydrofoberade sidan av arket som har en kontaktvinkel på > 90° inte får någon inträngning av vattnet. I figuren bortses gravitationskrafter (Bristow, et al., 1992).

Figur 3- Illustration av uppsugning av vattendroppe hos pappersark (Bristow, et al., 1992).

För att förhindra vatteninträngning i arkets kapillärer bör fiberytan ges en låg ytenergi. Naturligt har cellulosafibern hög ytenergi och för att sänka denna tillsätts ett ämne med låg ytenergi på fibern, dessa ämnen är framförallt kolväten. I papperssammanhang kallas processteget där hydrofoberingen utförs för limning. Historiskt sett tillsattes lim på

pappersytan för att täppa till porerna i arket och på så sätt minimera inträngningen av vatten. Detta används även idag, men då för att ge högre ytstyrka, då denna metod inte minskar ytenergin väsentligt. Det finns två olika typer av limningsprocesser, ytlimning och

mäldlimning. Ytlimning sker genom att arket går genom en limningspress och ytan täcks av en stärkelselösning. Vid mäldlimning görs arket hydrofobt som beskrivet i detta avsnitt, och limmet tillsätts redan i mälden (Bristow, et al., 1992).

2.2.4 Hartslim

Om hartslimning ska användas måste pappersmaskinen köras vid låga pH-värden.

Harslimningen består av två aktiva komponenter där en är alun och den andra en dispersion av hartssyror som exempelvis innehåller abietinsyra. Dessa syror finns i veden, men avlägsnas ur massan för att sedan under kontrollerade former tillsättas i önskade papperskvaliteter. Ett mer effektivt hartslim, ett så kallat förstärk hartslim, fås genom att man låter abietinsyra reagera i en Diels-Alder reaktion med exempelvis maleinsyraanhydrid. Alun, som är den andra aktiva komponenten i hartslimning, genererar en positivt laddad fällning,

aluminiumhydroxid, vid tillsättning i vattenlösning vid pH 5 (Bristow, et al., 1992). Hartslimningen sker i tre steg. Först tillsätts alun till mälden och de positivt laddade partiklarna i fällningen söker sig till fibrerna som har en negativ ytladdning. Hartslimmet tillsätts därefter och dropparna med hartssyror attraheras av fibrerna på grund av deras nu positivt laddade yta. Retentionsmedel tillsätts också får att få en rimlig retention vid högre hastigheter på maskinen. När pappersbanan passerar torkpartiet och vattnet i

(13)

7 Ett annat sätt att hartslimma är genom att använda förtvålat hartslim. Då sker istället en

reaktion mellan hartset och alun vilket resulterar i en positiv fällning som binds till fibrerna vid limning. Denna fällning har en högre smältpunkt och ingen större omfördelning av limmet sker i torkpartiet av pappersmaskinen som i den tidigare nämnda hartslimningsmetoden. Denna metod används sällan i Sverige då fiber-fiber bindningarna lätt kan störas eftersom hartsflockarna finns på fibrerna redan vid uppbyggnaden av arket. En annan nackdel med förtvålad hartslimning är att den ger lägre styrka hos arket (Bristow, et al., 1992).

Hartslimning kan idag användas vid högre pH-värden, men man kan inte gå tillväga på samma sätt som vid lägre pH. Positiva aluminiumkomplex måste användas för att stabilisera hartslimmet redan vid produktionen av limmet. Alternativet är att man precis innan

tillsättning i processen blandar hartslim och alun. Detta leder till lägre kontakttid mellan mäld och spädning vilket resulterar i att aluminiumjonerna inte hinner laddas om (Persson, 1996).

2.2.5 Neutrallim

Neutrallim eller syntetiska lim används vid neutrala pH. Molekylerna som används reagerar med cellulosafibern (Bristow, et al., 1992). Dessa molekyler doseras i dispersion innehållande droppar omslutna av positivt laddade polymerer och binder därför direkt till de negativt laddade fibrerna (Persson, 1996). Vanligen används alkylbärnstensyraanhydrid (ASA) eller AKD och dessa används i dispersionsform. Den kemiska strukturen för respektive ämne kan ses i Figur 4.

Figur 4- Kemisk struktur av AKD och ASA (Bristow, et al., 1992).

(14)

8

Figur 5- AKD stegvis reaktion med fibern (Bristow, et al., 1992).

OH-grupperna i cellulosamolekylen blir mer reaktiv vid högre pH och ett högre pH-värde gynnar därför reaktionen. Reaktionen mellan AKD och cellulosa kan katalyseras med en vätekarbonatjon, troligtvis då denna jon är en amfolyt vilket betyder att den både kan ta upp och avge en proton. Även polyaminer är amfolyter och kan användas för att påskynda reaktionen mellan AKD och cellulosa (Bristow, et al., 1992).

Ett problem med neutrallim är att de lätt hydrolyseras i kontakt med vatten. Detta resulterar i overksamma produkter som kan ge upphov till föroreningar i arken. För att minska risken för detta problem minskas kontakttiden mellan limmet och vattnet genom att öka viraretentionen och därmed minskas finmaterial innehållande lim i bakvattencirkulationen. Man kan också minska kontakttiden genom att påskynda torkningen (Persson, 1996).

Vid neutrallimning i Sverige används främst AKD medan USA föredrar ASA. När man tillverkar vätskekartong måste arket hydrofoberas. Detta sker främst med hjälp av AKD för att få en hållbar limning. Syror som citronsyra och mjölksyra, som finns i de varor som paketeras i vätskekartongen, föredrar att binda till aluminium före abietinsyra vilket kan resultera i problem med smak och lukt från kartongen om hartslimning används (Bristow, et al., 1992).

2.3 AKD

2.3.1 Framställning

AKD är ett vaxliknande fast ämne som inte är lösbart i vatten. AKD tillverkas och prepareras som en blandning tillsammans med en katjonisk polymer, vanligtvis en katjonisk stärkelse. Emulsionen kan också innehålla små mängder reaktions- och retentionsmedel. Den katjoniska polymeren tillsätts för att öka retentionen hos AKD vid kontakt med fibrer. Polymeren lägger sig som ett skydd runt AKD partikeln. Då polymeren är katjonisk och fibern anjonisk ökar möjligheten för AKD partiklarna att fästa på fibern. Utan den katjoniska polymeren runt AKD partikeln ökar risken för partiklarna att slås ihop och bilda agglomerat. Polymeren bidrar därför till en stabilare partikel (Roberts, 1991).

(15)

9 AKD. Partikelstorleksfördelningen ligger mellan 1–5 µm. Vid tester med blekt kraftmassa visas att neutralt pH mellan 6 och 9, ger den optimala retentionen (Roberts, 1991).

2.3.2 Reaktivitet hos AKD

AKD brukar tillsättas i processen med en solid halt på 0,1–0,2 % baserad på torr massa. Retentionen av AKD är generellt låg och brukar ligga mellan 30–50 %. Detta beräknat på mängden AKD i färdigt papper dividerat med mängden AKD tillsatt. Höga halter av olösta eller kolloidala ämnen som exempelvis hemicellulosa och lignin kan ändra laddningen hos AKD partiklarna vilket i sin tur leder till att dessa inte fastnar på fibern. Detta resulterar i en låg retention av AKD där risken för agglomerat ökar. Detta medför risk för sämre fördelning av AKD i arket samt fläckar i det färdiga pappret (Mattson, 2002). Utifrån ett

hållbarhetsperspektiv är det önskvärt att AKD-partiklarna är stabila så att retentionen blir hög och mängden AKD nödvändig för önskat resultat minskar.

2.3.3 AKD stabilitet

Arbeten har tidigare gjorts där stabilitet hos AKD dispersioner undersökts. Det har undersökts hur stabiliteten påverkas av bland annat skjuvning och salthalt. Testerna gjordes vid pH 7 och med en koncentration av 75 mg/l. Försöken visade att AKD tålde en skjuvning på upp till 2000 rpm under en kortare tid innan agglomerat bildades. Testerna utfördes i ett

konduktivitetsspann på 0,020–10,2 mS/cm (Mattson, 2002).

En studie om stabilitet hos AKD med MSG -modifierad laponit som tillsats till AKD dispersionen påvisade ökad stabilitet hos AKD genom att konduktiviteten och den negativa Zeta-potentialen ökade hos dispersionen. (Chen, et al., 2017)

2.4 Zeta- potential

Zeta- potential är ett sätt att bestämma laddningen hos kolloidala partiklar i en vätska. För att bestämma Zeta- potentialen utsätts en laddad partikel för ett elektriskt fält och förflyttningen av partikeln observeras. Partikelns hastighet vid förflyttningen beror på potentialen i

skjuvplanet mellan vätskan och partikeln, och denna potential är den så kallade Zeta- potentialen. Zeta- potentialen mäts i Volt (V) eller milivolt (mV). (Bristow, et al., 1992) Den isoelektriska punkten hos en molekyl infinner sig vid det pH värde där molekylens nettoladdning är noll. Då salt tillsätts sjunker Zeta- potentialen, se Figur 6. Detta betyder att salthalten påverkar laddningen hos de kolloidala partiklarna. (Carlsson, 2019)

(16)

10 2.5 Stabilitet i kolloidala dispersioner

Det elektriska dubbelskiktet beskriver variationen hos den elektriska potentialen vid en partikels yta i en vätska. Detta består av två skikt; Stern skiktet som ligger närmast partikelns yta, och diffusionsskiktet som ligger strax utanför. Sternskiktet består av joner med motsatt laddning med avseende på partikelns ytladdning. Diffusionsskiktets joner fördelas beroende på elektriska krafter och termisk rörelse (Shah, 2016), se Figur 7.

Figur 7- Elektrisk dubbelskikt (Shah, 2016).

Partiklar med samma laddning repellerar varandra genom elektrostatisk repulsion vid korta avstånd. De kan även genom Van der Waals krafter attrahera varandra på längre avstånd. Sambandet mellan dessa krafter och distansen mellan partiklarna kan ses i Figur 8.

Figur 8- Repulsion och attraktion mellan partiklar med lika laddning (Carlsson, 2019).

Hög ytladdning hos partikeln och låg salthalt ger ett stabilt system där jämn fördelning mellan den elektriska repulsionen och Van der Waals attraktion finns. Vid ökning av salthalt i

dispersionen, eller en sänkning i ytladdning hos partikeln kommer partiklarna att flockulera, det vill säga slå ihop sig med varandra. Detta sker på grund av att den ökade

saltkoncentrationen eller den minskade ytladdningen bidrar till en ökning i Van der Waals attraktion mellan partiklarna, medan den elektriska repulsionen minskar. Om repulsionen minskar tillräckligt mycket så kommer partiklarna att koagulera, vilket innebär att dessa blir svåra att separera (Carlsson, 2019).

2.6 Flödescytometri

Flödescytometern (FCM) är en relativt ny metod för analys inom pappersindustrin. Den har bland annat använts för att analysera bakterier i processen (Torres, et al., 2012) och

(17)

11 FCM mäter ljusspridningen i en lösning. Med hjälp av detta kan hydrofobiciteten hos enskilda partiklar mätas. För att kunna mäta detta tillsätts ett färgämne, Nile red. Nile red är en florofor som till största del adsorberas på ytan hos den hydrofoba partikeln (Strand, et al., 2018). Nile red är stabilt mellan pH 4,5–8,5 (Sackett & Wolff, 1987).

FCM kan mäta ljusspridningen på två sätt, ett där ljuset sprids rakt, och ett där ljuset sprids i sidled. Ljusspridning där ljuset sprids rakt används främst för att ta reda på partikelstorlek. Ljuset skickas rakt framåt och fångas upp av en sensor rakt framför ljuskällan. Ljuset som sprids rakt när det bryts av den analyserade partikeln mäts där (Robinson & Pellenz, 2013), se Figur 9.

Ljuset som reflekteras på sidorna om partikeln kallas sidospritt ljus och fångas upp av sensorer som är vinkelräta mot ljuskällan. Denna metod används främst för att bestämma granularitet hos partikeln (Robinson & Pellenz, 2013), se Figur 10.

Figur 9 – Illustration av mätning med ljusspridning rakt framåt (Robinson & Pellenz, 2013).

(18)

12

3. Metod

Eftersom kunskapen om hur FCM kan användas som analysmetod i den här typen av applicering är väldigt begränsad behövde en förberedande studie göras för att ta reda på hur den skulle användas och hur resultaten från den skulle tolkas.

3.1 Förberedande studie

För att undersöka hur förberedandet av proverna påverkade resultatet i FCM- analysen gjordes en studie. Vattenprover från bakvattnet på PM4 togs ut och förberedelser av proverna varierades för att se om och hur detta påverkade resultaten.

Först förbereddes fem prover som referensprover genom att vätskan filtrerades genom ett och samma filter med storlek 30 µm. Därefter tillsattes en droppe av Nile red, som gör att

maskinen detekterar de olika partikelstorlekarna, i varje prov. Till sist vändes provet försiktigt upp och ned tre gånger precis innan FCM- analysen.

Vid nästa set av prover förbereddes dessa genom att vätskan filtrerades genom att ett nytt filter användes för varje prov. En droppe Nile red tillsattes därefter i var och en av proverna och till sist vändes provet försiktigt upp och ned tre gånger precis innan FCM- analysen. Nya prover förbereddes, denna gång filtrerades alla med samma filter, men två droppar Nile red tillsattes i varje prov. Provet vändes därefter försiktigt upp och ned tre gånger precis innan det sattes in i FCM.

Slutligen förändrades blandningen av provet genom att de nu skakades för hand ordentligt fram och tillbaka under tre sekunder innan FCM- analysen. Provet hade innan dess filtrerats genom ett och samma filter och en droppe Nile red hade tillsats till varje prov.

Denna studie visade att mängden Nile red och variationen i blandning av provet innan analys påverkade resultatet av mätningen. En rutin för tillvägagångssätt vid provförberedning togs fram för att minska variationen. Rutinen bestod av att proverna (endast processproverna) filtrerades genom ett och samma filter, en droppe Nile red tillsattes till alla prov och till sist vändes provet försiktigt upp och ned tre gånger innan det analysterades.

3.2 AKD A och B

De två olika AKD- limmen undersökta i detta arbete är i stort sett uppbyggda på samma sätt, båda innehåller syntetisk katjonisk polymer och AKD. Det som skiljer dessa två AKD sorter åt är skillnaden i en stabiliseringskomponent. Denna skillnad gör AKD B till ett

(19)

13 3.3 Utvärdering av provmetodens spridning

För att få en bättre inblick i FCM behövde spridningen i provmetoden först undersökas. Detta gjordes för att besluta antalet prover som ska tas för varje analys. Försöken gjordes genom att tio prover togs från samma spädning av AKD vid samma tillfälle. Dessa försök har gjorts vid tre olika tillfällen och på två olika AKD sorter, A och B. Företaget som äger FCM har själva som standard att ta tre prover vid varje analys. Resultatet av provmetoden visade en stor spridning mellan proverna och denna information tillsammans med FCM ägares arbetssätt resulterade i att antalet prover begränsades till fem stycken per analys.

3.4 Provuttag för processprover

(20)

14

4. Försök

4.1 Material

För de olika analyserna där utspädd AKD analyserats har två olika AKD-lim använts. AKD A och AKD B, båda från kemikalieleverantören Solenis. Vid spädning av dessa AKD varierade pH mellan pH 3 och 4. De processprover som analyserats innehåller AKD från en annan leverantör än den ovannämnda.

För pH-reglering har natriumhydroxid (NaOH) och saltsyra (HCl) använts. Värmeplatta med omrörare är av märket IKA RCT basic och FCM av märket CyFLow cube 6. Till denna används även en färgindikator kallad Nile red. De filter som använts för att filtrera processprover har en storlek på 30 µm. För reglering av salthalt användes natriumklorid (NaCl). Även en pH- och en konduktivitetsmätare användes.

4.2 Provförberedning

Inför varje provtagning förbereddes en lösning på totalt 500 ml, bestående av 67,5 ml AKD och 432,5 ml destillerat vatten, vilket ungefär motsvarar en koncentration på 135 mg/l AKD. Denna mängd valdes för att den motsvarar AKD doseringen i inloppslådan. Provet placerades i en glasbägare med låg konstant omrörning under några minuter. En pipett användes för att förflytta vätska från glasbägaren till provrör tillhörande FCM. I varje provrör tillsattes sedan en droppe Nile red och provet vändes upp och ned tre gånger för blandning precis innan analys. Tiden de olika proverna stod med Nile red tillsatt blev därför svagt ökande för varje prov. Provet placerades sedan i FCM och mätningen startades. Alla prov där

temperaturpåverkan inte analyserades hade en konstant temperatur vid rumstemperatur, cirka 22 °C. Alla prov hade en konstant omrörning på 270 rpm. Alla prov där ingen pH-reglering gjordes hade ett pH på ungefär mellan 3 och 4.

4.2.1 pH

Vid pH-justering tillsattes syra/bas till den spädda lösningen under omrörning och pH mättes med en pH- mätare. Därefter togs prover ut med start från tid 0 och därefter var 30:e minut under totalt 90 minuter. Provet var hela tiden under konstant omrörning, temperatur och pH. De pH som testades var pH 5, 7, 8 och 10 där pH 5 och 10 ligger under och över AKD:s stabilitetsområde, och pH 7 och 8 inom.

4.2.2 Temperatur

Vid temperaturreglering reglerades den spädda lösningen under omrörning till önskad temperatur. Därefter togs fem prover ut vid fyra olika tillfällen, med start från tid 0 och därefter var 30:e minut under totalt 90 minuter. Provet var hela tiden under konstant

omrörning, temperatur och pH. De temperaturer som testades var 40 °C, 50 °C och 60 °C där AKD:s smältpunkt ligger runt 50 °C.

4.2.3 Salthalt

(21)

15 motsvarar ungefär 0,001 M. Dessa halter testades vid pH 7 på grund av att de enligt teorin bör visa effekt på stabiliteten hos AKD partikeln.

4.2.4 Processprover

(22)

16

5. Resultat och diskussion

Nedan presenterade försök gjordes med syfte att undersöka stabiliteten hos AKD vid förändring av olika processparametrar.

I figurerna nedan kommer resultatet att vara uppdelat i fyra olika grupperingar på grund av att FCM definierar partiklarna enligt detta. Dessa är Q1- Lågt hydrofoba agglomerat, Q2- Högt hydrofoba agglomerat, Q3 – Högt hydrofoba kolloider och Q4- Lågt hydrofoba kolloider. Gällande tolkning av resultaten från FCM kommer klassningen endast ske i form av lågt- eller högt hydrofoba partiklar. Detta då informationen om utrustningens sätt att definiera skillnad på kolloider och agglomerat inte gått att erhålla.

Resultatet från dessa försök visar även att när AKD är stabilt detekterar FCM partiklarna som lågt hydrofoba. All diskussion kommer därför att vara skriven med detta som utgångspunkt. AKD A som använts i försöken kommer från tre olika batcher, alltså från tre olika

tillverkningar. Vilken batch som använts för respektive försök nämns i resultatet. 5.1 Förberedande studie

Vid dessa försök studerades hur de olika parametrarna för provberedning (filter, mängd Nile red och tillvägagångssätt vid blandning av proverna) påverkade resultatet av analysen i FCM. Proverna är gjorda från processprov tagna från bakvattnet. Ytterligare figurer specificerade för de olika hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i Appendix - förberedande studie. Figur 11 visar referensproverna där provförberedelserna skett genom att alla proverna filtrerats genom ett och samma filter. X-axeln visar de olika proverna och Y-axeln visar det totala antalet partiklar i provet, fördelat i olika hydrofoba grupper Q1-Q4.

Figur 11- Referensprov förberedande studie processprov.

Figur 12 visar tre set med fem prover där en parameter för varje set har varierats under förberedningen av proverna. Vid försöket som benämns Filter har nytt filter använts för varje prov. Proverna som benämns Färg innehåller två droppar Nile red. Proverna som benämns Skak har blandats genom att de skakats kraftigt under tre sekunder. X-axeln visar de olika proverna och Y-axeln visar det totala antalet partiklar i provet, fördelat i olika hydrofoba grupper Q1-Q4. 0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

Ref. 1 Ref. 2 Ref. 3 Ref. 4 Ref. 5

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(23)

17

Figur 12- Totalt antal partiklar vid olika förberedelser av prov.

Resultatet påvisar en låg spridning totalt antal partiklar mellan referensen och försöken där ett nytt filter använts för varje prov. Även mängden partiklar inom de olika hydrofoba områdena påvisar låg variation. Filtreringen kan inte påvisas ha någon stor påverkan på resultatet vid jämförelse med referensproverna.

Spridningen visar sig däremot vara högre där mängden Nile red tillsatt varierats, både i totalt antal partiklar och i de olika hydrofoba områdena. Antalet detekterade partiklar är något färre än vid referensprovet, men inte heller mängden Nile red påvisar någon påtaglig påverkan på resultatet.

Från försöken med variation i blandning av proverna utläses en sänkning i totalt antal

partiklar, bortsett från det första provet. Även en betydlig minskning i lågt hydrofoba partiklar kan utläsas. Detta visar på att sättet att blanda provet påverkar resultatet. Detta kan bero på att den katjoniska polymeren som sitter runt AKD partikeln blir instabil vid för kraftfull

blandning av provet. Då kan i sin tur färgindikatorn Nile red komma in till den rena AKD partikeln vilken visar sig som högt hydrofob i FCM. Minskningen i antalet partiklar kan också hänga ihop med detta då en ren AKD partikel är mer instabil och lättare bildar agglomerat med andra AKD partiklar. FCM kommer då rimligtvis detektera färre partiklar. Detta betyder även i praktiken att stabiliteten hos AKD bör påverkas av skjuvkrafterna i pappersmaskinen. Om agglomerat bildas i dessa prov vid kraftig blandning bör ökningen av agglomerat och minskningen av antalet fria partiklar i pappersprocessen rimligtvis vara ännu större. Detta i sin tur bör resultera i en sämre retention, vilket medför risk för avlagringar i maskinen och i slutändan mer fläckar i den färdiga kartongen.

Det höga värdet för högt hydrofoba agglomerat i prov 1 från försöket med variation i skakning kan ses som ett avvikande mätresultat. Även det höga värdet för lågt hydrofoba agglomerat i prov 1 vid förändring i mängd Nile red kan anses som avvikande. Detta då dessa värden skiljer sig markant från de andra mätningarna i samma försök.

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 Filter

1 Filter2 Filter3 Filter4 Filter5 Färg 1 Färg 2 Färg 3 Färg 4 Färg 5Skak 1Skak 2Skak 3Skak 4Skak 5

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(24)

18 5.2 Stabilitet över tid

Vid detta försök testades samma spädning av AKD, först vid spädningstillfället och sedan 60 dagar senare. Detta för att se hur spädningen påverkar stabiliteten av AKD över tid.

Ytterligare figurer specificerade för de olika hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i Appendix - spridning av provmetod.

Figur 13 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i tio prov tagna från samma spädning av AKD A, från batch 1, och destillerat vatten vid dag 0. X-axeln visar de olika proverna och Y-axeln visar det totala antalet partiklar i provet, fördelat i olika hydrofoba grupper Q1-Q4.

Figur 13- Totalt antal partiklar, AKD A, batch 1, dag 0.

Figur 14 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i tio prov tagna från samma spädning av AKD A och destillerat vatten som ovan vid dag 60. X-axeln visar de olika proverna och Y-axeln visar det totala antalet partiklar i provet, fördelat i olika hydrofoba grupper Q1-Q4. 0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0

Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4 Prov 5 Prov 6 Prov 7 Prov 8 Prov 9 Prov 10

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(25)

19

Figur 14- Totalt antal partiklar, AKD A, batch 1, dag 60. .

Tabell 1 redovisar medelvärden för det totala antalet detekterade partiklar, för de högt- och för de lågt hydrofoba partiklarna.

Tabell 1- Medelvärden för totalt antal detekterade partiklar avrundat till närmsta hundratal.

Medelvärde partiklar Dag 0 Dag 60

Totalt 257 500 224 400

Högt hydrofoba 3 700 20 400 Lågt hydrofoba 253 800 204 000

Proverna tagna från AKD A vid dag 0 visar en mindre variation i både totalt antal detekterade partiklar och i fördelningen av lågt- och högt hydrofoba partiklar än proverna efter 60 dagar. Detta kan ses vid jämförande av Figur 13 och Figur 14. Andelen högt hydrofoba partiklarna har ökat efter 60 dagar vilket tyder på att stabiliteten i det skyddande lagret av katjonisk polymer runt AKD partikeln har påverkats. Minskningen i totalt antal partiklar kan bero på att agglomerat börjat bildas till följd av instabiliteten hos polymeren. Utifrån dessa resultat kan man se att AKD partikeln inte är helt stabil över tid vid utspätt tillstånd. Dock kan man anta att 60 dagar inte har någon betydande inverkan på partikelns stabilitet.

5.3 Jämförande av olika AKD

Vid detta försök testades spädningar av två olika AKD för att se om någon skillnad i stabilitet kunde urskiljas mellan de två sorterna. Ytterligare figurer specificerade för de olika hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i Appendix – stabilitet över tid.

Figur 15 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i tio prov tagna från samma spädning av AKD A, från batch 2, och destillerat vatten.

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(26)

20

Figur 15- Totalt antal partiklar, AKD A, batch 2.

Blandningen av AKD A påvisar ingen större spridning mellan de 10 proverna. Därför kan det antas att AKD A, batch 2, anses som stabil under dessa förutsättningar.

Figur 16 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i tio prov tagna från samma spädning av AKD A, batch 3, och destillerat vatten.

Figur 16- Totalt antal partiklar, AKD A, batch 3.

Utifrån dessa resultat påvisas ingen stabilitet hos AKD A, batch 3, vid dessa förutsättningar. Detta resultat påvisar en högre andel högt hydrofoba partiklar vilket resultatet från det första försöket inte gör. Även AKD A, batch 1, se Figur 13, visar att AKD A kan antas vara stabil vid dessa förutsättningar.

Förutsättningarna för båda provtillfällena har varit likvärdiga och proverna har förberetts på likartat sätt. Proverna har testats under likvärdigt pH, temperatur, spädning och omrörning.

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

Q3 [högt hydrofoba kolloider] Q2 [högt hydrofoba agglomerat] Q4 [lågt hydrofoba kolloider] Q1 [lågt hydrofoba agglomerat]

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(27)

21 Alla försök vid jämförande av AKD har gjorts så fort den nya batchen levererats, och AKD:n kommer färsk från leverantör, så lagringstid ska inte kunnat påverka resultaten. Eftersom AKD A, batch 3 påvisat en instabilitet hos partiklarna redan vid start så har resterande resultat från försök där batch 3 använts påverkats. Detta har gjort det svårt att reda ut om instabiliteten hos dessa resultat berott på försöken eller på AKD:n.

Figur 17 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i tio prov tagna från samma spädning av AKD B och destillerat vatten.

Figur 17- Totalt antal partiklar, AKD B.

En spridning hos dessa prov kan avläsas, både i totalt antal partiklar, men också i fördelningen hos de olika hydrofoba grupperna.

Eftersom det första resultatet av AKD A, från batch 1 och 2, ansågs som stabilare än AKD B, så har de flesta försök under arbetets gång gjorts med AKD A.

5.4 Inverkan av pH på AKD:s stabilitet

Vid dessa försök varierades pH för att undersöka hur stabil AKD:n är vid valda pH. Försöken gjordes under 90 minuter för att se om pH påverkade stabiliteten över kortare tid. Då

informationen om Nile reds begränsning för pH > 8,5 framkom först efter försöken så har även försök vid pH 10 inkluderats. Ytterligare figurer specificerade för de olika hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i Appendix - pH.

5.4.1 pH 5

Figur 18 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma

spädning av AKD A, batch 2, och destillerat vatten, reglerat till pH 5. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min.

0,0 100,0 200,0 300,0 400,0 500,0 600,0 700,0 800,0

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(28)

22

Figur 18 - Totalt antal partiklar, AKD A, batch 2, pH5.

Diagrammen visar en relativ stabilitet vid pH 5 över tiden 90 min med några utstickare som kan ses som felaktiga mätvärden. Främst Prov 1 vid 30- och 60 min. En liten ökning i antalet detekterade partiklar kan ses över tid, och en förklaring kan vara att små agglomerat

separerats vid omrörning. Detta skulle då innebära en högre detektion av partiklar i FCM. Övriga variationer mellan proverna kan bero på mätmetoden. AKD A kan antas vara stabil under dessa förhållanden.

5.4.2 pH 7

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Prov 1 Prov 2 Prov 3 Prov 4 Prov 5

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml] Tid 0 minuter 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(29)

23

Här kan en större variation i både antalet detekterade partiklar och partiklarnas hydrofobicitet ses. Enligt teorin bör AKD partiklarna vara mest stabila vid detta pH, men dessa resultat visar att så inte behöver vara fallet. Ett nytt försök med AKD A och pH 7 gjordes, denna gång med AKD A batch 3, för att undersöka om resultatet var felaktigt eller om stabiliteten kunde ifrågasättas.

0 100 200 300 400 500 600 700

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(30)

24

Figur 20 - Totalt antal partiklar, AKD A, batch 3, pH 7.

Det nya provet visar även det en större spridning mellan provuttagen. Mer högt hydrofoba partiklar med tiden kan i samband med en minskning i antalet detekterade partiklar tyda på att något händer med AKD partiklarna och att de bildar agglomerat. AKD A från batch 2, som visade på ett mer stabilt referensprov, visar en tydligare ökning i högt hydrofoba partiklar med tiden. Eftersom AKD A från batch 3 anses som mindre stabilt från början kan detta komma att påverka resultatet. Här kan ett större innehåll av högt hydrofoba partiklar vid tid 0 avläsas, jämfört med batch 2. Detta kan bero på att den lägre stabiliteten i AKD A från batch 3 redan kan ha orsakat en förändring hos partikeln, och då förändringen påbörjats tidigare kan skillnaden med provtiden ses som lägre.

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml] Tid 0 minuter 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(31)

25

5.4.3 pH 8

spädning av AKD A, batch 3, och destillerat vatten, reglerat till pH 8. Proverna är uttagna vid tid 0 min– 90min.

Bortsett från Prov 1 syns ett tydligt samband i partiklarnas hydrofobicitet vid alla tidpunkter. Proverna påvisar att partiklarna vid detta pH är högt hydrofoba. Här kan även ett samband i form av en ökning i antalet detekterade partiklar från prov 2 till prov 5 ses. Skillnaden mellan prov 1 och resterande prov kan bero på att färgämnet Nile red kan behöva lite mer tid för att diffundera in genom det katjoniska skiktet. Därför kan prov 1, och delvis prov 2, visa på lågt hydrofoba partiklar trots att resterande visar på motsatsen. Detta kan ses som sannolikt då den enda parametern som skiljer prov 1 - 5 åt är tiden provet stått med Nile red tillsatt. Eftersom partiklarna visas som högt hydrofoba tyder det på att pH 8 påverkar stabiliteten i det

katjoniska skiktet och att FCM detekterar AKD partikeln. AKD A antas vara instabil under

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml] Tid 0 minuter 0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(32)

26 dessa förutsättningar. Vidare kan de instabila partiklarna bilda agglomerat. Detta kan i

pappersprocessen skapa avsättningar på maskinen, minska retentionen och till slut orsaka fläckar i den färdiga kartongen.

5.4.4 pH 10

Figur 22 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD A, batch 2, och destillerat vatten, reglerat till pH 10. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min.

Även här skiljer sig Prov 1 för alla provtider sig från resterande resultat. Detta kan, precis som för pH 8, bero på att Nile red behöver tid på sig att diffundera in genom den katjoniska

polymeren som omsluter AKD partikeln. Resultaten visar att proverna till största del består av högt hydrofoba partiklar. Det kan därför vara sannolikt att ett högt pH påverkar stabiliteten hos polymeren och att själva AKD partikeln detekteras av FCM. Dessa prov kan dock inte tas

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(33)

27 med i beräkning vid uppskattning av stabilitet hos AKD då färgindikator Nile red visat sig ostabil vid detta höga pH. Denna information erhölls först efter att testerna gjorts.

Figur 23 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD B och destillerat vatten, reglerat till pH 10. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min.

Figur 23 – Totalt antal partiklar, AKD B, pH10.

Ett likartat mönster kan ses vid pH 10 även för AKD B. Av samma anledning som för AKD A vid pH 10 kan dessa prov också vara felaktiga eftersom Nile red är ostabilt vid pH 10.

5.5 Inverkan av temperatur hos AKD:s stabilitet

Vid dessa försök varierades provernas temperatur för att undersöka hur stabil AKD är vid de valda temperaturerna. Försöken gjordes även här under 90 minuter för att se om temperaturen

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(34)

28 påverkade stabiliteten över kortare tid. Ytterligare Figurer specificerade för de olika

hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i Appendix - temperatur. 5.5.1 40 °C

Figur 24 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD A, batch 2, och destillerat vatten, uppvärmt till 40 °C. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min.

Figur 24 - Totalt antal partiklar, AKD A, batch 2, temperatur 40 °C.

Ett stabilt resultat kan avläsas, med en låg variation mellan proverna i antalet partiklar detekterade. Proverna består så gott som endast av lågt hydrofoba partiklar. En liten ökning i antalet detekterade partiklar kan avläsas med tiden. Detta kan bero på att små agglomerat slås sönder under omrörning och att fler partiklar då kan detekteras. Det kan antas att AKD partiklar är stabila vid dessa förutsättningar.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(35)

29 5.5.2 50 °C

Här kan en lite större variation i antalet detekterade partiklar över tid avläsas. I övrigt pekar resultatet även här på att AKD partiklarna är stabila vid dessa förutsättningar. Enligt teorin ligger smältpunkten hos AKD runt 50 °C, men ingen påverkan av detta kan avläsas från resultatet.

5.5.3 60 °C

0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tuse

nt

al

Totalt antal partiklar [x/ml] Tid 0 minuter 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(36)

30

Även här kan proverna anses som stabila. En liten ökning i antalet detekterade partiklar över tid kan avläsas. Detta kan bero på att små agglomerat slås isär vid konstant omrörning. Utifrån de erhållna resultaten kan slutsatsen dras att det testade temperaturintervallet inte påverkar stabiliteten hos AKD.

5.6 Inverkan av salthalt hos AKD:s stabilitet

Vid dessa försök varierades salthalten hos spädningarna för att undersöka hur stabil AKD är vid olika salthalt. För samtliga försök reglerades pH till 7 då AKD enligt teorin är stabil vid detta pH. Försöken gjordes även här under 90 minuter för att se om salthalten påverkade stabiliteten över kortare tid. Instabiliteten hos AKD A, batch 3 vid pH 7 framkom först efter dessa försök gjorts. Ytterligare figurer specificerade för de olika hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i Appendix - salthalt.

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Totala antalet partiklar [x/ml] Tid 0 minuter 0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(37)

31

5.6.1 0,06 g/L

Figur 27 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD A, batch 3, och destillerat vatten, med en salthalt på 0,06 g/L, reglerat till pH 7. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min. Konduktiviteten vid detta försök uppmättes till 2,543 mS/cm.

Figur 27 - Totalt antal partiklar, AKD A, batch 3, salthalt 0,06 g/L.

En stor variation i innehåll och i detekterade partiklar kan avläsas och inget samband kan ses. Då AKD A, batch 3, anses som ostabilt redan vid referensprovet, och försöket för pH 7 inte kunde påvisa någon stabilitet är det svårt att veta om variationen beror på pH- regleringen eller salthalten.

Figur 28 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD B och destillerat vatten, med en salthalt på 0,06 g/L, reglerat till pH 7.

0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(38)

32 Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min. Konduktiviteten vid detta försök uppmättes till 2,634 mS/cm.

Figur 28 - Totalt antal partiklar, AKD B salthalt 0,06 g/L.

Här påvisas ett tydligare mönster där mängden högt hydrofoba partiklar ökar genom proverna. Detta kan som tidigare nämnts bero på att Nile red behöver mer tid att ta sig igenom

polymerens hölje och komma åt AKD partikeln. I sin tur bör det betyda att den katjoniska polymeren inte är stabil under dessa förutsättningar och då inte heller AKD partikeln.

Eftersom inverkan av pH 7 på AKD B inte testats kan dock ingen slutsats dras. Instabiliteten hos polymeren kan både bero på pH- regleringen och på salthalten.

5.6.2 0,6 g/L

spädning av AKD A, batch 3, och destillerat vatten, med en salthalt på 0,6 g/L, reglerat till pH

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(39)

33 7. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min. Konduktiviteten vid detta försök uppmättes till 2,929 mS/cm.

Figur 29 - Totalt antal partiklar, AKD A, batch 3, salthalt 0,6 g/L.

Här visas först en ökning i detekterade partiklar fram till tid 60 min, som sedan minskar igen. Inget tydligt samband i förändringen i hydrofobicitet hos partiklarna kan ses. Enligt teorin borde antalet partiklar minska med högre salthalt, då ökad salthalt bidrar till fler agglomerat, vilket har skett enligt alla resultat utom för tid 60 min. Dock borde en ökning i högt hydrofoba partiklar detekterats då den katjoniska polymeren borde blivit instabil av saltet, och de rena AKD partiklarna borde detekterats i större utsträckning än påvisat. Eftersom referensprovet för AKD A, batch 3, påvisade stora variationer kan inte heller det här resultatet förklaras utifrån salthalt, då även pH-regleringen och instabiliteten hos själva AKD- limmet kan ha påverkat resultatet. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(40)

34 Figur 30 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma

spädning av AKD B och destillerat vatten, med en salthalt på 0,6 g/L, reglerat till pH 7. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min. Konduktiviteten vid detta försök uppmättes till 3,025 mS/cm.

Här ser de lågt hydrofoba partiklarna ut att öka med tiden medan de högt hydrofoba minskar. Antalet detekterade partiklar ökar något, för att sedan minska igen. Enligt teorin borde antalet partiklar minska i och med salthaltens påverkan på agglomeratbildning. Detta borde även medföra en ökning i högt hydrofoba partiklar då polymeren blir instabil. Inget av detta kan påvisas i detta resultat. Ökad salthalt bör dessutom ge ett mer instabilt prov och effekterna borde blivit tydligare än för salthalten på 0,06 g/L. Vid jämförelse kan det tydligt ses att så inte är fallet. Detta kan bero på hur AKD B tillsammans med salthalten reagerar vid reglering till pH 7. Inga ytterligare slutsatser kan dras då AKD B:s beteende vid pH 7 är okänt.

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(41)

35 5.6.3 5,8 g/L

Figur 31 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD A, batch 3, och destillerat vatten, med en salthalt på 0,06 g/L, reglerat till pH 7. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min. Konduktiviteten vid detta försök uppmättes till 12,017 mS/cm.

Figur 31 - Totalt antal partiklar, AKD A salthalt 5,8 g/L.

Även här påvisas en stor variation i resultatet och inte heller här kan någon effekt av ökad salthalt avläsas. Variationen är för stor och referensprovet för AKD A, batch 3, för ostabilt för att påvisa vad som påverkat försöket.

Figur 32 visar fördelningen av det totala antalet partiklar i fem prov tagna från samma spädning av AKD B och destillerat vatten, med en salthalt på 5,8 g/L, reglerat till pH 7. Proverna är uttagna vid tid 0 min – 90 min. Konduktiviteten vid detta försök uppmättes till 12,224 mS/cm. 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(42)

36

Variationen hos resultatet är stor försöket igenom. Inte heller här kan det avgöras vad förändringen beror på. Inget samband med teorin kan heller ses vid detta försök.

5.7 Processprov

Vid dessa försök togs prover ut från olika steg i processen för att dels undersöka variationen i hydrofoba partiklar vid olika processteg, och för att se om dessa kunde korreleras mot rena AKD-limmen. Vid det första uttaget var bakvattensystemet nyligen rengjort, dessa prover benämns med uttagspunkt och A. Vid nästa uttag hade systemet gått några veckor utan att rengöras. Dessa prov benämns med uttagspunkt och B. Vid det sista uttaget hade mängden retentionspolymer ökats och proverna från detta tillfälle benämns med uttagspunkt och C. Vid rengöring av bakvattensystemet berörs endast uttagspunkt BV, och vid ökning av

retentionspolymeren endast IL och BV. Notera skillnaden i Y-axel hos de olika figurerna.

0 200 400 600 800 1000 1200

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

Tuse

nt

al

(43)

37 Ytterligare figurer specificerade för de olika hydrofoba grupperna Q1- Q4 kan hittas i

Appendix - processprov.

Den stora skillnaden i antal detekterade partiklar över de olika provpunkterna beror rimligtvis på att spädningen i processen ser olika ut. Provuttagen i början på processen har en betydligt högre koncentration än proverna uttagna vid pappersmaskinen. Detta gör att avsevärt fler partiklar kommer med i proverna där spädningen är låg, än i de prov där spädningen är hög. Då vilka typer av partiklar som detekterats inte kan fastställas med denna metod går det inte att säga något om hur AKD beter sig i processen. De lågt hydrofoba partiklarna behöver rimligtvis inte vara AKD utan kan bestå av andra tillsatser, eftersom de även detekterats vid provuttag innan tillsättning av AKD skett.

Figur 33 visar processprov för LF uttagna vid tre olika tillfällen.

Figur 33- Totalt antal partiklar, processprover LF.

Här kan en variation mellan proverna utläsas. En liten sänkning i antalet detekterade partiklar kan ses vid provtillfälle B. En minskning i antalet lågt hydrofoba partiklar kan ses vid

provtillfälle C. De prover som tagits ut här består av kokta barrfibrer, eventuellt tillsammans

med extraktionsämnen som harts. Fasta partiklar >30µm har filtrerats bort så resultatet är

baserat på harts och andra ämnen från trädet och kokningen. Dessa ämnen visar sig som högt hydrofoba i FCM. Då skillnaden i systemet vid de olika provtillfällena inte påverkar den delen av processen där dessa prover tagits ut kan ingen förklaring till variationerna ges. Figur 34 visar processprov för KF uttagna vid tre olika tillfällen.

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 LF -A -1 LF -A -2 LF -A -3 LF -A -4 LF -A -5 LF -B -1 LF -B -2 LF -B -3 LF -B -4 LF -B -5 LF -C -1 LF -C -2 LF -C -3 LF -C -4 LF -C -5 Tuse nt al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(44)

38

Figur 34- Totalt antal partiklar, processprover KF.

Även här avläses en variation mellan proverna, men ett liknande mönster kan urskiljas mellan de olika provtillfällena. Innehållet i proverna anses stabilt genom studien. Proverna uttagna från lövfibrer påvisar ingen förändring beroende av de olika systemförändringarna vid de olika provtillfällena. Partiklarna i proverna kan även här bestå av harts vilka visar sig som högt hydrofoba partiklar i FCM. Då skillnaden i systemet vid de olika provtillfällena inte påverkar den delen av processen där dessa prover tagits ut kan ingen förklaring till variationerna ges.

Figur 35 visar processprov för MK uttagna vid tre olika tillfällen.

Figur 35- Totalt antal partiklar, processprover MK.

Här kan en tydlig variation mellan provtillfällena ses. Antalet detekterade partiklar minskar för att sedan öka igen vid nästa provtillfälle. Då skillnaden i systemet vid de olika

provtillfällena inte påverkar den delen av processen där dessa prover tagits ut kan ingen förklaring till variationerna ges. Här kan även en variation i partiklar med olika hydrofobicitet

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 350,0 400,0 450,0 KF -A -1 KF -A -2 KF -A -3 KF -A -4 KF -A -5 KF -B -1 KF -B -2 KF -B -3 KF -B -4 KF -B -5 KF -C -1 KF -C -2 KF -C -3 KF -C -4 KF -C -5 Tuse nt al

Totalt antal partiklar [x/ml]

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0 250,0 300,0 MK -A -1 MK -A -2 MK -A -3 MK -A -4 MK -A -5 MK -B -1 MK -B -2 MK -B -3 MK -B -4 MK -B -5 MK -C -1 MK -C -2 MK -C -3 MK -C -4 MK -C -5 Tuse nt al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(45)

39 utläsas. Detta påvisar att massan vid denna provpunkt innehåller något annat än AKD som klassas som lågt hydrofobt.

Figur 36 visar processprov för E.AKD uttagna vid tre olika tillfällen.

Figur 36- Totalt antal partiklar, processprover E.AKD.

Här kan en minskning i antalet detekterade partiklar ses mellan provtillfällena. Även en minskning i lågt hydrofoba partiklar kan avläsas, bortsett från prov C-1. Här har AKD

tillsatts, men ingen ökning i lågt hydrofoba partiklar kan ses vid detta processteg jämfört med MK där mängden lågt hydrofoba partiklar var högre. Detta visar på att andra partiklar i processen som enligt FCM klassas som lågt hydrofoba detekteras.

Då skillnaden i systemet vid de olika provtillfällena inte påverkar den delen av processen där dessa prover tagits ut kan ingen förklaring till variationerna ges.

Figur 37 visar processprov för IL uttagna vid tre olika tillfällen.

Figur 37- Totalt antal partiklar, processprover IL. 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 E. AK D- A-1 E. AK D- A-2 E. AK D- A-3 E. AK D- A-4 E. AK D- A-5 E. AK D- B-1 E. AK D- B-2 E. AK D- B-3 E. AK D- B-4 E. AK D- B-5 E. AK D- C-1 E. AK D- C-2 E. AK D- C-3 E. AK D- C-4 E. AK D- C-5 Tuse nt al

Totalt antal partiklar [x/ml]

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 IL -A -1 IL -A -2 IL -A -3 IL -A -4 IL -A -5 IL -B -1 IL -B -2 IL -B -3 IL -B -4 IL -B -5 IL -C -1 IL -C -2 IL -C -3 IL -C -4 IL -C -5 Tuse nt al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(46)

40 Figuren visar en ökning i mängden lågt hydrofoba partiklar under provtillfälle B och C. Även en ökning i antalet detekterade partiklar under dessa provtillfällen kan avläsas. Detta motsäger sig den önskade effekten av ökning av retentionspolymeren. Den enda skillnad som gjorts mellan tillfälle B och C är att retentionspolymeren ökats. Därför bör sannolikt ökningen av partiklar bero på den. Möjligen kan retentionspolymeren bidra till att fler avlagringar släpper och fler partiklar därmed frigörs.

Figur 38 visar processprov för BV uttagna vid tre olika tillfällen.

Figur 38- Totalt antal partiklar, processprover BV.

Här kan en ökning i totalt antal detekterade partiklar ses från provtillfälle A till C. Proverna för varje provtillfälle ses som stabila. Då tillfälle A representerar ett rent system och

innehåller lägst antal partiklar tyder på att avlagringar i systemet byggs upp under drift vilket resulterar i att dessa sedan släpper. Det i sin tur bidrar till att fler partiklar cirkulerar i

processen. Att en ökning mellan provtillfälle B och C sker talar emot teorin bakom ökningen av retentionspolymeren, då färre partiklar borde finnas kvar i bakvattnet efter förändringen. Även här kan möjligen retentionspolymeren ha bidragit till ökningen av partiklar då ökningen av polymeren kan ha bidragit till att fler avlagringar släpper.

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0 90,0 100,0 BV -A -1 BV -A -2 BV -A -3 BV -A -4 BV -A -5 BV -B -1 BV -B -2 BV -B -3 BV -B -4 BV -B -5 BV -C -1 BV -C -2 BV -C -3 BV -C -4 BV -C -5 Tuse nt al

Totalt antal partiklar [x/ml]

(47)

41

Undersökning av stabilitet hos AKD-lim i olika processbetingelser vid papperstillverkning