Flocculation/deflocculation of cellulosic materials and mineral particles by polyelectrolyte complexes and nanocelluloses

Tässä työssä tutkittiin flokkaantumista, uudelleenflokkaantumista ja deflokkaantumista erilaisilla kemikaalikonsepteilla. Täyteaineiden flokkaantumista ja uudelleenflokkaantumista ja flokkien kestävyyttä tutkittiin polyelektrolyyttikomplekseilla. Työssä testattiin useita erilaisia kationisten ja anionisten polyakryyliamidien kombinaatioita. Työssä tutkittiin myös eri nanoselluloosien vaikutusta täyteaineiden flokkaantumiseen ja niiden retentioon. Kokeita tehtiin yksittäisillä nanoselluloosilla sekä yhdistämällä niitä polyelektrolyyttien kanssa. Deflokkauskokeet tehtiin korkeasakeuksisissa kuitususpensioissa, joihin lisättiin korkean molekyylipainon anionisia polyakryyliamideja (APAM). Flokkauskokeet tehtiin Turbiscan Online laitteella, retentiokokeet Dynamic Drainage Jar laitteella (DDJ) ja deflokkauskokeet Focused Beam Reflectance Measurement laitteella (FBRM). Näiden lisäksi mittauksissa käytettiin QCM-D (Quartz Crystal Microbalance) laitetta, DDA (Dynamic Drainage Analyzer) laitetta sekä reometriä.Tulokset osoittavat, että polyelektrolyyttikompleksit parantavat huomattavasti flokkaustehokkuutta ja niiden tehokas konsentraatioalue on huomattavasti laajempi kuin yksikomponenttijärjestelmissä. Uudelleenflokkaantuvuus on myös selkeästi parempi. Polyelektrolyyttikompleksien komponenteilla on suuri vaikutus niiden tehokkuuteen. Työssä havaittiin, että toisen komponentin pitää olla molekyylipainoltaan korkea, jotta sillanmuodostus täyteainepartikkelien välillä olisi riittävän suuri. Nanoselluloosilla voidaan myös merkittävästi parantaa täyteaineiden flokkaantuvuutta ja retentiota. Niitä voidaan käyttää yksin tai yhdessä polyelektrolyyttien kanssa, mutta niiden pitää olla kemiallisesti muokattuja, jotta niissä olisi tarpeeksi varattuja ryhmiä riittävän elektrostaattisen vuorovaikutuksen takaamiseksi. Uudelleenflokkaantuvuuden havaittiin olevan myös erittäin hyvä nanoselluilla, mikä on tavallisesti poikkeuksellista yksikomponenttisysteemeille. Deflokkauskokeissa havaittiin, että APAM:ien vaikutus heikkenee nopeasti leikkausvoimien vaikutuksesta, joten paras deflokkausvaikutus saadaan mahdollisimman lyhyellä kontaktiajalla. Kokeissa havaittiin myös, että korkeampi molekyylipaino on hyödyllistä deflokkaukselle ja, että deflokkulanteilla on optimaalinen annostaso, jonka jälkeen niiden vaikutus heikkenee. APAM:lla on huomattava vedenpoistoa heikentävä vaikutus, joka on erittäin paljon riippuvainen kontaktiajasta APAM:n ja kuitususpension välillä. Tämä työ esittelee uusia flokkaus- ja retentioaineyhdistelmiä, sekä antaa uutta tietoa polyelektrolyyttikompleksien, nanoselluloosien sekä APAM:ien flokkaus, uudelleenflokkaus sekä deflokkauskinetiikasta, josta voi tulevaisuudessa olla hyötyä paperinvalmistuksessa sekä muilla teollisuuden aloilla, kuten esimerkiksi vedenkäsittelyssä.