Optimization of an alkaline peroxide interstage treatment of jack pine (Pinus banksiana lamb.) using a D-optimal design

Authors

  • R. Lanouette,

    Corresponding author
    1. Centre de Recherche en Pǎtes et Papiers, Université du Québec à Trois-Riviéres, P.O. Box 500, Trois-Riviéres, Québec, Canada G9A 5H7
    • Centre de Recherche en Pǎtes et Papiers, Université du Québec à Trois-Riviéres, P.O. Box 500, Trois-Riviéres, Québec, Canada G9A 5H7.
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  • J. L. Valade,

    1. Centre de Recherche en Pǎtes et Papiers, Université du Québec à Trois-Riviéres, P.O. Box 500, Trois-Riviéres, Québec, Canada G9A 5H7
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  • J. Thibault

    1. Departement de Génie Chimique, Université Laval, Québec, Québec, Canada G1K 7P4
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Abstract

For many decades, the utilization of jack pine in the pulp and paper industry has attracted considerable interest but without any major breakthrough. However, in the past few years the emergence of new technologies has provided hope for its potential use. One of these technologies consists in the addition of hydrogen peroxide within the thermomechanical pulping process. To study the influence of numerous process parameters on the interstage treatment of jack pine and to optimize this complex process, a D-optimal experimental design was conducted. A total of 7 variables were considered.

It was found that to maximize the properties of the fibres and the resulting paper, a temperature of 115°C with a narrow plate gap at the first refining stage and a high consistency at the second stage had to prevail. A sodium hydroxide treatment radically improved the fibre bonding properties without affecting the tear strength but at the expense of a loss of 4,6 points in ISO brightness. Validation trials allow to draw some conclusions on the advantages and shortcomings of this type of experimental design. This design is efficient, provided sufficient information is available to target likely interactions. Otherwise, a screening design would be required thus increasing the total cost of the study.

Abstract

L'utilisation du pin gris dans l'industrie des pâtes et papiers suscite un grand intért depuis de nombreuses décennies. Ces dernières années, l'émergence de nouvelles technologies apporte un regain d'espoir pour le futur. Une de ces technologies consiste à utiliser du peroxyde d'hydrogène lors du procédé de mise en pâte thermomécanique. Un plan d'essais D-Optimal a été utilisé pour étudier l'influence de plusieurs paramètres de ce procédé. Ce type de plan d'expérimentation permet de traiter un nombre important de variables simultanément tout en requérant peu d'essais, même lorsque 7 variables sont mises en cause.

Pour le pin gris, l'utilisation d'une température de 115°C accompagnée d'un faible entrefer lors du premier stade de raffinage ainsi que d'une consistance élevée au deuxième stade, permet de développer au maximum les propriétés des fibres et du papier produit. Un traitement intermédiaire à la soude augmente radicalement les propriétés de liaison interfibres sans affecter l'indice de déchirure mais fait, par ailleurs, chuter la blancheur de 4,6 points. Des essais de confirmation permettent de discuter des lacunes et des avantages de ce type de plan d'essais. Ce plan est efficace à la condition de connaître assez le procédé pour pouvoir cibler les interactions d'intérêt. Sinon, un plan de tri serait nécessaire, ce qui augmenterait le co-t global de l'étude.

Ancillary