Pakkausmateriaalin kuidutus. Kokeellinen tutkimus energiankulutuksen pienentämiseksi

Pakkausmateriaalin hajotusta kierrätysprosessissa kutsutaan teollisuudessa pulpperoinniksi. Pulpperointi on kierrätysprosessin ensimmäinen vaihe ja energiankulutukseltaan suurin vaihe kierrätysprosessissa. Aikaisempi tutkimus aiheesta on hyvin hajanaista ja keskittynyt pääasiassa painopapereiden pulpperointiin. Tästä syystä aihealue oli haastava, mutta samalla myös täynnä mahdollisuuksia uusille innovatiivisille ratkaisuille. Työn tavoitteena oli laskea energiankulutusta pahvin pulpperointiprosessissa merkittävästi.

Pahvimateriaalin hajoaminen voidaan jakaa kolmeen vaiheeseen. Pahvimateriaalin tehokas hajoaminen on yksi niistä. Jotta pahvimateriaali voisi hajota tehokkaasti, on kuitujen kastuttava tätä ennen eli tapahtuu materiaalin vettyminen. Kolmannesta vaiheesta voidaan käyttää nimitystä jälkihajotus joka on energiatehokkuudeltaan ongelmallinen, sillä jo kuituuntunut materiaali hidastaa materiaalien hajoamista.

Väitöskirjan tulosten perusteella pahvin pakotettu kostuttaminen mekaanisella puristuksella tehostaa materiaalin hajoamista johtuen vedestä, joka kastelee materiaalin läpikotaisin. Tämä pienentää materiaalin märkälujuutta katkomalla kuitujen välisiä vetysidoksia. Menetelmän avulla pulpperoinnin energiankulutusta pystytään vähentämään jopa 30 %.

Rumpupulpperin tehokasta hajotusvaihetta jäljiteltiin tarkoitukseen suunnitellulla pudotuslaitteella. Tulokset paljastivat, että energiantarve 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 kahden eri pulpperointitavan välillä.