ΠΕ3 /Παραδοτέο Π3.1 RF-CORRUG_ Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση ινών (κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά, μέθοδοι πολτοποίησης)

Transcript

1 ΠΕ3 /Παραδοτέο Π3.1 RF-CORRUG_ Ποιοτική και ποσοτική ανάλυση ινών (κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά, μέθοδοι πολτοποίησης) Δρ. Στέργιος Αδαμόπουλος, Αναπληρωτής Καθηγητής ΙΔΡΥΜΑ / ΤΜΗΜΑ ΤΕΙ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ / ΤΜΗΜΑ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΥ & ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ ΞΥΛΟΥ ΚΑΙ ΕΠΙΠΛΟΥ ΣΥΝΕΙΣΦΕΡΟΝΤΕΣ ΒΟΥΛΓΑΡΙΔΗΣ, Η., ΠΑΣΙΑΛΗΣ Κ., MILITZ, H., ΜΑΜΑΛΗ X. ΜΠΙΡΜΠΙΛΗΣ, Δ. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ ΑΡΧΕΙΟ ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ ΠΑΡΑΔΟΣΗΣ 24/01/2014 ΙΝΕΣ ΞΥΛΟΥ, ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΗ ΙΝΩΝ ΞΥΛΟΥ, ΠΟΣΟΣΤΑ ΚΑΤΑ ΒΑΡΟΣ ΙΝΩΝ RF-CORRUG_PE 3_PARADOTEO 3.1.DOC

2 Περίληψη Το παραδοτέο παρουσιάζει αποτελέσματα ανάλυσης ινών με βάση τις διεθνές προδιαγραφές ISO /7: 1990 για τα χαρτιά που επιλέχθηκαν στο Πακέτο Εργασίας 2. Η ανάλυση ήταν ποιοτική (κατηγορία ινών: κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά, μέθοδος πολτοποίησης: χημική και υποκατηγορίες, ημι-χημική, μηχανική) και ποσοτική (ποσοστά κατά βάρος κάθε κατηγορίας της ποιοτικής ανάλυσης), και πραγματοποιήθηκε με μικροσκοπικές μεθόδους και κατάλληλες χρωστικές στο εργαστήριο. Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 2 από 19

3 Περιεχόμενα 1. Εισαγωγή Υλικά και μέθοδοι Κατηγορίες χαρτιών Προετοιμασία πολτού Ποιοτική ανάλυση ινών Αναγνώριση ινών Κατηγορίες πολτών Ποσοτική ανάλυση ινών Αποτελέσματα Αναγνώριση ινών Ποσοστά κατά βάρος Βιβλιογραφία Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 3 από 19

4 1. Εισαγωγή Οι περιορισμοί στη διαθεσιμότητα παρθένων πρώτων υλών από τα δάση [1] σε συνδυασμό με περιβαλλοντικές πολιτικές ευνοϊκές προς την ανακύκλωση χαρτιού [2] έχουν οδηγήσει τις επιχειρήσεις κυματοειδούς χαρτονιού να στραφούν σε ανακτώμενο χαρτί και άλλες πηγές ινών όπως μη ξυλώδη φυτά και υπολείμματα γεωργικών εκμεταλλεύσεων [3-6]. Το ποσοστό ανακυκλωμένου χαρτιού αναμένεται να αυξηθεί σημαντικά τα επόμενα χρόνια [7] με αποτέλεσμα να υπάρξει μια μεταβολή σε ετερογενείς, πολυάριθμες και μικρότερες πηγές ινών για την συσκευασία κυματοειδούς χαρτονιού. Οι πολτοί που παράγονται από ανακυκλωμένο χαρτί προέρχονται από ένα μίγμα διαφόρων τύπων χαρτιών και ποικίλουν σε σύνθεση από πηγή σε πηγή ακόμα και από την ίδια πηγή χρονικά [8]. Οι περισσότεροι χαρτοπολτοί εμπορίου παράγονται γνωρίζοντας περίπου τα είδη ξύλου ή τις ομάδες ειδών που χρησιμοποιήθηκαν. Στη βιβλιογραφία υπάρχουν πολλές μελέτες που εξηγούν τις σχέσεις ανάμεσα στα χαρακτηριστικά των ινών και τις ιδιότητες των χαρτιών [9-13]. Αυτά φυσικά δεν ισχύει για τους χαρτοπολτούς που παράγονται από ανακυκλωμένο χαρτί, οι οποίοι περιέχουν ένα μίγμα ινών από πολλά είδη ξύλου και που έχουν παραχθεί με διάφορες μεθόδους πολτοποίησης. Η δυσκολία πρόβλεψης των ιδιοτήτων χαρτιού και προϊόντων χαρτιού από ανακτώμενους χαρτοπολτούς βάζει πολλούς περιορισμούς στην αποτελεσματική χρησιμοποίησή τους [14]. Σήμερα, οι τύποι χαρτιών που χρησιμοποιούνται στη συσκευασία κυματοειδούς χαρτονιού περιέχουν % ανακτώμενες ίνες. Μαζί με την καθαρότητα του χαρτοπολτού, οι μορφολογικές ιδιότητες των ανακτώμενων ινών αποτελούν τα μεγαλύτερα ερωτήματα στην ανακύκλωση χαρτιού [15-16]. Οι ανακτώμενες ίνες τείνουν να είναι σπασμένες ή κατεστραμμένες και έχουν διαφορετικές ιδιότητες απ ότι οι παρθένες ίνες (τα μικροϊνίδια στην επιφάνεια των τοιχωμάτων τους τείνουν να έχουν καταρρεύσει) κάτι που έχει σαν αποτέλεσμα ασθενέστερους δεσμούς ανάμεσα στις ίνες και κατά συνέπεια μειωμένη μηχανική αντοχή χαρτιού [17-21]. Η χρήση μοντέρνας τεχνολογίας (μηχανικό ραφινάρισμα, επικαλύψεις, απομελάνωση, πρόσθετα και συγκολλητικές ουσίες, κλπ.), κάτι που συνεπάγεται επιπλέον κόστος, είναι απαραίτητη προκειμένου να βελτιωθεί η ποιότητα των ανακτώμενων ινών. Οι επιχειρήσεις κυματοειδούς χαρτονιού βρίσκονται συνεχώς μπροστά στην πρόκληση να εξασφαλίζουν ικανοιητική συμπεριφορά και αντοχή των προϊόντων συσκευασίας τους πάρα τη συνεχόμενη αύξηση του ακακυκλωμένου χαρτιού σαν βασική πρώτη ύλη ινών. Με βάση τα παραπάνω, υπάρχει η δυνατότητα για μείωση του κόστους μέσω μιας επιλογής των κατάλληλων και οικονομικότερων τύπων χαρτιών για συγκεκριμένες χρήσεις συσκευασίας. Ένα πολύ σημαντικό βήμα προς αυτή τη κατεύθυνση μπορεί να γίνει μέσω της ανάδειξης των επιδράσεων των διαφόρων τύπων ινών και των μορφολογικών τους χαρακτηριστικών στην ποιότητα των χαρτιών συσκευασίας. Οι σχέσεις αυτές έχουν μελετηθεί πολύ λίγο [22]. Στο παραδοτέο αυτό παρουσιάζονται αποτελέσματα ανάλυσης ινών (ποιοτική, ποσοτικής) χαρτιών κατηγορίας κυματοειδούς συσκευασίας της Ελληνικής αγοράς. Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 4 από 19

5 2. Υλικά και μέθοδοι 2.1. Κατηγορίες χαρτιών Χρησιμοποιήθηκαν τα τριάντα δύο (32) χαρτιά, 16 της κατηγορίας επίπεδα (liners) και 16 της κατηγορίας κυματοειδές μέσο (Flutings-medium) που επιλέχθηκαν στο Πακέτο Εργασίας 2. Τα χαρτιά αυτά αντιπροσωπεύουν όλες τις δυνατές κατηγορίες χαρτιών που παράγονται στις ελληνικές επιχειρήσεις παραγωγής ανακυκλωμένου χαρτιού αλλά και που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή κυματοειδούς χαρτονιού στην Ελλάδα. Τα χαρακτηριστικά των χαρτιών εμφανίζονται στον Πίνακα 1. Πίνακας 1. Υλικό έρευνας (χαρτιά για παραγωγή κυματοειδούς χαρτονιού συσκευασίας) Α/α Βάρος - Grammage (g/m 2 ) Προέλευση Κατηγορία* Liners Επίπεδα χαρτιά KL1 180 Ελβετία Brown kraftliner Καφέ kraftliner: Κυρίως από KL2 190 Νορβηγία παρθένο πολτό kraft KL3 140 Αγγλία KL4 170 Νορβηγία KL5 190 Πορτογαλία KL6 170 Αμερική KL7 125 Αμερική KL8 140 Γαλία TL1 120 Ελλάδα Testliner: Κυρίως από ανακυκλωμένες ίνες, με TL2 120 Ελλάδα βάρος ίσο η μεγαλύτερο από 120 g/m 2 TL3 120 Τουρκία TL4 160 Ισπανία TL5 120 Ρουμανία TL6 170 Ισπανία TL7 170 Ισπανία TL8 160 Πορτογαλία Flutings-medium Κυματοειδές μέσο SC1 140 Φιλανδία Semi chemical fluting Ημιχημικό κυματοειδές SC2 150 Σουηδία μέσο: Κυρίως από ημιχημικό παρθένο πολτό SC3 110 Βουλγαρία SC4 160 Ελβετία SC5 120 Κροατία SC6 110 Ρουμανία SC7 150 Ισπανία SC8 130 Ισπανία RF1 120 Ελλάδα Recycled fluting medium Ανακυκυκλωμένο κυματοειδές μέσο: Κυρίως από ανακυκλωμένες ίνες, με βάρος ίσο η μεγαλύτερο από 100 g/m 2 RF2 110 Ελλάδα RF3 120 Ελλάδα RF4 100 Τουρκία RF5 130 Τουρκία RF6 115 Ισπανία RF7 95 Ισπανία RF8 110 Πορτογαλία * με βάση την κατηγοριοποίηση του CEPI Containerboard (2012) 2.2. Προετοιμασία πολτού Η ανάλυση ινών σε χαρτί και χαρτόνι πραγματοποιείται με τη βοήθεια μικροσκοπίου και κατάλληλων χρωστικών με σκοπό τον χαρακτηρισμό τους ποσοτικά και ποιοτικά. Η Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 5 από 19

6 ποιοτική ανάλυση περιλαμβάνει την αναγνώριση των μεθόδων πολτοποιήσεως (χημικός, ημιχημικός, μηχανικός πολτός, κλπ.) και της προέλευσης των ινών (κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά). Η ποσοτική ανάλυση γίνεται μετρώντας τον αριθμό των ινών από κωνοφόρα, πλατύφυλλα και μη ξυλώδη φυτά σε μικροσκοπικά παρασκευάσματα για τον προσδιορισμό των ποσοστών τους κατά βάρος μετά από μετατροπή με κατάλληλους συντελεστές. Η μεθοδολογία περιγράφεται λεπτοιμερώς από το διεθνές πρότυπο ISO /7: 1990 [23]. Μια μικρή ποσότητα περίπου 0,25 g ελήφθη από διάφορα μέρη των χαρτιών της κάθε κατηγορίας. Η ποσότητα αυτή σχίστηκε σε μικρότερα κομμάτια και βράστηκε σε ένα μικρό ποτήρι ζέσεως με αποσταγμένο νερό μέχρι να μαλακώσει. Τα τεμάχια αφού μαλάκωσαν, τυλίχθηκαν με τα δάχτυλα σε μικρά σφαιρίδια και ανακινήθηκαν ζωηρά σε δοκιμαστικούς σωλήνες με ταυτόχρονη προσθήκη απεσταγμένου νερού μέχρι τα σφαιρίδια να αποϊνωθούν ολοκληρωτικά. Το αιώρημα ινών αραιώθηκε περαιτέρω με προσθήκη νερού περίπου σε 0,05% (βάρος/όγκος) Ποιοτική ανάλυση ινών Η ποιοτική ανάλυση των ινών περιελάμβανε αναγνώριση: Της προέλευσης των ινών (κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά) Των μεθόδων πολτοποίησης των ινών (χημικός, ημιχημικός, μηχανικός πολτός, κλπ.) Μικρές ποσότητες από το αιώρημα των ινών μεταφέρθηκαν με πιπέτα σε γυάλινες αντικειμενοφόρες πλάκες όπου και οι ίνες διανεμήθηκαν ομοιόμορφα με ανατομικές βελόνες. Κατόπιν, οι αντικειμενοφόρες πλάκες τοποθετήθηκαν πάνω σε θερμαντική πλάκες σε χαμηλή θερμοκρασία για να εξατμιστεί το νερό Αναγνώριση ινών Οι αντικειμενοφόρες πλάκες εξετάστηκαν κάτω από μικροσκόπιο Nikon 50i εφοδιασμένο με κάμερα και κατάλληλο λογισμικό για μετρήσεις μορφομετρικών χαρακτηριστικών (Εικόνα 1). Το εύρος μεγέθυνσης παρατήρησης ήταν μεταξύ 10 και 100. Σημειώνεται ότι η αναγνώριση ινών είναι μια δύσκολη εργασία καθώς πολλά από τα ανατομικά χαρακτηριστικά αλλοιώνονται ή δεν υπάρχουν πια μετά από επανειλημμένους κύκλους ανακύκλωσης. Στην αρχή καταγράφονται τα είδη ή γένη ξύλου που αναγνωρίζονται εύκολα, όμως απαιτείται αναθεώρηση καθώς προχωρεί η ανάλυση. Εξετάστηκαν τουλάχιστον δύο αντικειμενοφόρες πλάκες (περίπου 600 ίνες συνολικά) για κάθε χαρτί, ενώ σε άλλες περιπτώσεις απαιτήθηκε να ετοιμαστούν πολλές αντικειμενόφορες πλάκες προκειμένου να εντοπιστεί επαρκής αριθμός μελών αγγείων πλατυφύλλων για αναγνώριση. Τα κύτταρα αυτά είναι λιγότερα στον πολτό σε σχέση με τις ίνες αλλά τα μοναδικά που χρησιμεύουν στην αναγνώριση πλατυφύλλων. Η αναγνώριση των ινών έγινε με τη βοήθεια κλείδας κατά Ilvessalo-Pfäffli (1995) [24]. Η αναγνώριση ομάδων κωνοφόρων και γενών γίνεται με βάση τα βοθρία διασταυρώσεως στα τοιχώματα των αξονικών τραχεΐδων του πρώιμου ξύλου Πίνακας 2). Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 6 από 19

7 Εικόνα 1. Εργαστηριακό ερευνητικό μικροσκόπιο NIKON ECLIPSE 50i με ψηφιακή κάμερα και λογισμικό μορφομετρικών μετρήσεων Πίνακας 2. Αναγνώριση κωνοφόρων (Ilvessalo-Pfäffli 1995) [24] Α/α Ομάδες κωνοφόρων/ Είδη Βοθρία διασταυρώσεως 1 Ομάδα Strobus: Pinus strobus, Παραθυροειδή P. monticola, P. lambertiana Ομάδα Sylvestris: Pinus sylvestris, P. resinosa 2 Ομάδα Halepensis: Pinus halepensis Πευκοειδή Ομάδα Ponderosa: Pinus ponderosa, P. contorta, P. patula, P. radiata,p. pinaster Ομάδα Taeda: Southern pines (Pinus taeda, P. echinata, P. elliottii, P. palustris, P. rigida), P. caribaea, P. banksiana 3 Ομάδα Kesiya: Pinus kesiya, P. merkusii, P. densiflora, P. nigra Παραθυροειδή και πευκοειδή 4 Picea, Larix and Pseudotsuga Ερυθρελατοειδή (σπειροειδείς παχύνσεις μόνο στη Pseudotsuga) 5 Tsuga and Chamaecyparis Κυπαρισσοειδή 6 Abies, Cryptomeria, Thuja, Taxodium, Sequoia Ταξοδιοειδή Η αναγνώριση των ειδών ή γενών πλατυφύλλων βασίζεται στα χαρακτηριστικά των μελών αγγείων που εντοπίζονται (μέγεθος και σχήμα, διατρήσεις άκρων, παρουσία σπειροειδών παχύνσεων, τύποι βοθρίων ανάμεσα σε μέλη αγγείων, μέγεθος-σχήμα-διάταξη βορθίων με ακτινικό παρέγχυμα), όπως φαίνεται στον Πίνακα 3. Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 7 από 19

8 Πίνακας 3. Αναγνώριση πλατυφύλλων (Ilvessalo-Pfäffli 1995) Α/α Γένος / Είδος Ανατομικά χαρακτηριστικά των μελών αγγείων 1 Alnus, Betula, Nyssa sylvatica, Κλιμακωτή διάτρηση σε Liquidambar styraciflua, Liriodendron όλα τα αγγεία tulipifera, Magnolia grandiflora 2 Acer, Tilia, Carpinus, Magnolia grandiflora Σπειροειδείς παχύνσεις σε όλα τα αγγεία 3 Πλατύφυλλα εύκρατης ζώνης: Alnus, Betula, Fraxinus Τροπικά πλατύφυλλα: Acacia, Albizzia, Anthocephalus 4 Fraxinus, Ulmus, Carya, Castanea, Quercus Όλα τα βοθρία είναι μικρά ως πολύ μικρά Μεγάλα και πλατιά αγγεία (δακτυλιόπορα) 5 Τροπικά πλατύφυλλα: Gmelina, Acacia, Albizzia, Anthocephalus, Musanga, Shorea Υποτροπικά πλατύφυλλα: Eucalyptus Βαρελοειδή αγγεία με πολυάριθμα βοθρία 6 Populus, Salix Αρκετά μεγάλα βοθρία με απλές διάτρησεις και οβάλ βοθρία προς τις ακτίνες 7 Fagus Αρκετά μεγάλα βοθρία με απλές διάτρησεις και διάσπαρτα βοθρία Οι ίνες που δεν ανήκαν στις άλλες δύο κατηγορίες (κωνοφόρα, πλατύφυλλα) κατατάχθηκαν στην κατηγορία μη ξυλώδη φυτά. Η κατηγοριοποίηση βασίζεται στην παρουσία διαφόρων τύπων ινών και σε άλλα κύτταρα, όπως παρεγχυματικά, κύτταρα επιδερμίδας, μέλη αγγείων, κλπ. Οι μη ξυλώδη ίνες που χρησιμοποιούνται στην παραγωγή χαρτιού ανήκουν σε διάφορα φυτά. Λόγω αυτής της ευρείας ποικιλίας καθώς επίσης και στις δυσκολίες στην αναγνώριση μεμονωμένων ειδών λόγω της παρόμοιας μορφολογίας των κυττάρων τους, οι ίνες μη ξυλωδών φυτών κατατάχθηκαν στις κατηγορίες grasses, bast fibres, leaf fibres και fruit fibres σύμφωνα με την κλείδα αναγνώρισης Ilvessalo-Pfäffli (1995) [24] (Πίνακας 4). Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 8 από 19

9 Πίνακας 4. Αναγνώριση μη ξυλωδών φυτών (Ilvessalo-Pfäffli 1995) Α/α Ομάδες μη ξυλωδών φυτών/ Κοινή ονομασία 1 Grasses, papyrus και palms : wheat, corn, sugar cane, common reed, bamboo, sabai, rice, albartine, esparto, papyrus, oil palm, raphia 2 Bast fibres : flax, hemp, sunn, kenaf, jute, ramie, paper-mulberry, gambi, mitsumata Ανατομικά χαρακτηριστικά των κυττάρων Ίνες: μήκος και πλάτος (γενικά λεπτές, παχύτοιχες με αμβλεία ή αιχμηρά άκρα και δυσδιάκριτα βοθρία) Μέλη αγγείων: μέγεθος Παρεγχυματικά κύτταρα: μέγεθος, σχήμα, αφθονία Κύτταρα επιδερμίδας: μέγεθος και σχήμα σε επιμήκη κύτταρα, τύποι κρυστάλλων, type of silica bodies, εμφάνιση και σχήμα άλλων χαρακτηριστικών Ίνες: γενικό σχήμα, σημάδια στην επιφάνεια, σχήμα κοιλοτήτων, σχήμα των άκρων ινών, ακανονιστίες στα τοιχώματα, παρατυπίες σε τοίχους ινών, διαστάσεις (γενικά εύκαμπτες με εμφανή σημάδια στα τοιχώματα) Άλλα κύτταρα: κοντές ίνες με πολυάριθμα βοθρία, μέλη αγγείων με πολυάριθμα βοθρία, παρεγχυματικά κύτταρα, κύτταρα επιδερμίδας 3 Leaf fibres : abaca. sisal Ίνες: δύσκαμπτες και αρκετά ομαλές (λεπτότερες και με οξέα άκρα στην abaca) Άλλα κύτταρα cells : ορθογωνικά κύτταρα επιδερμίδας με τυπικά στόματα (abaca), μακριά και λεπτά μέλη αγγείων με αποχωριζόμενες σπείρες (sisal) 4 Fruit fibres : cotton, ceiba Ίνες: με συστροφές (cotton), χωρίς δομή, σωληνοειδείς με φυσαλίδες αέρα που περικλείονται στην κυτταρική κοιλότητα (ceiba) 2.5. Κατηγορίες πολτών Η αναγνώριση των μεθόδων πολτοποίησης των ανακτημένων ινών έγινε με τη μέθοδο χρώσης Herzberg σύμφωνα με το πρότυπο ISO : 1995 [25]. Η χρωστική Herzberg παρασκευάστηκε με ανάμιξη διαλύματος χλωριούχου ψευδαργύρου, νερού και διαλύματος. Το μίγμα φυλάχθηκε σε σκουρόχρωμη, γυάλινη φιάλη με πώμα και μετά την προσθήκη ενός φύλλου ιωδίου διατηρήθηκε σε σκοτάδι. Πριν από τη χρήση, η χρωστική ελέγχθηκε με ίνες βαμβακιού. Η χρώση των ινών έγινε με προσθήκη 2 ή 3 σταγόνων χρωστικής Herzberg πάνω σε αντικειμενοφόρες πλάκες και τοποθέτηση καλυπτρίδας με τρόπο ώστε να αποφεύγονται οι φυσαλίδες αέρα. Οι πλάκες αφέθηκαν 1-2 λεπτά και στη συνέχεια φέρνοντας τις πλατιές πλευρές τους σε επαφή με απορροφητικό χαρτί αποστραγγίχτηκε η περίσσεια της χρωστικής. Η αναγνώριση των μεθόδων πολτοποίησης έγινε με βάση τα χρώματα που πήραν οι ίνες όπως φαίνεται στον Πίνακα 5. Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 9 από 19

10 Πίνακας 5. Χρωματολόγιο Herzberg για την αναγνώριση των μεθόδων πολτοποίησης των ινών (ISO : 1990) [25] Κατηγορία πολτού Χρώμα Χημικός Μπλε, μπλε-βιολετί 1 Μηχανικός Κίτρινο Ράκη Βαθύ κόκκινο Ημι-χημικός και χημικο-μηχανικός Θαμπό γαλάζιο, θαμπό κίτρινο, στικτό μπλε και κίτρινο 1 ο ακατέργαστος πολτός kraft pulp με απόδοση περίπου 60% έχει σκοτεινό κίτρινο χρώμα 2.6. Ποσοτική ανάλυση ινών Για τον προσδιορισμό των ποσοστών βάρους των ινών απαιτείται μέτρηση του αριθμού κάθε κατηγορίας κάτω από το μικροσκόπιο. Οι αντικειμενοφόρες πλάκες σαρώθηκαν συστηματικά σε οριζόντιες γραμμές ανά 5 mm ξεκινώντας περίπου 2-3 mm από τη μία γωνία τους και καταμετρήθηκαν οι ίνες κάθε κατηγορίας που συναντούσε η νοητή γραμμή στο κέντρο του πεδίου παρατήρησης (οθόνης). Η καταμέτρηση ινών έγινε σε μεγέθυνση Χ100. Επαναλαμβανόμενες διελεύσεις κατά μήκος της ίδιας οριζόντιας γραμμής εξασφάλιζε τη σωστή καταμέτρηση των ινών σε συγκεκριμένες κατηγορίες (προέλευση, μέθοδοι πολτοποίησης). Η ίδια ίνα μπορούσε να καταμετρηθεί όσες φορές εμφανιζόταν στη νοητή οριζόντια γραμμή. Ίνες σε δέσμες ινών καταμετρήθηκαν χωριστά. Θραύσματα ινών μικρότερα από 0,1 mm αγνοήθηκαν όπως και παρεγχυματικά κύτταρα και ακτινικές τραχεΐδες κωνοφόρων. Μεγαλύτερα θραύσματα του ίδιου τύπου ινών μετρήθηκαν χωριστά ως κλάσματα (1/2, 2/3 του μήκους των ινών) και προστέθηκαν αργότερα στις αντίστοιχες κατηγορίες. Μετρήθηκαν τουλάχιστον 600 ίνες από κάθε δείγμα χαρτιού προκειμένου να επιτευχθεί το αποδεκτό επίπεδο ακρίβειας για προσδιορισμό ποσοστών βάρους όπως προβλέπεται στο πρότυπο ISO : 1990 [23]. Ως εκ τούτου, χρησιμοποιήθηκαν τουλάχιστον 2 αντικειμενοφόρες πλάκες για κάθε τύπο χαρτιού. Τα ποσοστά βάρους κάθε κατηγορίας ινών υπολογίστηκαν με βάση τον αριθμό τους και κατάλληλους συντελεστές βάρους (Πίνακας 6) που δίνονται στο πρότυπο ISO : 1990 [23] και στη βιβλιογραφία χρησιμοπιώντας τον ακόλουθο τύπο: όπου: Xi w ni k Xi = 100 w n i / Σ i=l i=k w n i το ποσοστό κατά βάρος κάθε κατηγορίας ινών συντελεστής βάρους κάθε κατηγορίας αριθμός ινών κάθε κατηγορίας ο αριθμός των κατηγοριών των ινών Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 10 από 19

11 Πίνακας 6. Προτεινόμενοι συντελεστές βάρους ινών κατά ISO : 1990 [23] Κατηγορία ινών Συντελεστής βάρους Χημικός πολτός Αξονικές τραχεΐδες κωνοφόρων 1.00 Ίνες πλατυφύλλων Με τα είδη sweet gum, black tupelo, tulip poplar στον πολτό 0.58 Χωρίς τα είδη sweet gum, black tupelo, tulip poplar στον πολτό 0.48 Ίνες μη ξυλωδών φυτών Με ίνες cotton στον πολτό 0.69 Χωρίς ίνες cotton στον πολτό 0.61 Ημι-χημικός και χημικο-μηχανικός πολτός Αξονικές τραχεΐδες κωνοφόρων 1.70 Ίνες πλατυφύλλων Με τα είδη sweet gum, black tupelo, tulip poplar στον πολτό 1.10 Χωρίς τα είδη sweet gum, black tupelo, tulip poplar στον πολτό 0.90 Ίνες μη ξυλωδών φυτών Με ίνες cotton στον πολτό 0.69 Χωρίς ίνες cotton στον πολτό 0.61 Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 11 από 19

12 3. Αποτελέσματα 3.1. Αναγνώριση ινών Η αναγνώριση των ινών σε ανακυκλωμένο πολτό είναι ένα πολύ δύσκολο έργο το οποίο έχει πολλούς περιορισμούς. Οι περιορισμοί προέρχονται από την απουσία των χαρακτηριστικών δομής που χρησιμοποιούνται στην αναγνώριση μασίφ ξύλου και την παρουσία παρόμοιων ειδών που συνδέονται στενά στη δομή τους στο μίγμα πολτού (Εικόνα 2). Α Β Εικόνα 2. Μικροσκοπική εμφάνιση ανακτημένων πολτών κάτω από το μικροσκόπιο που αναδεικνύουν τη δυσκολία της αναγνώρισης της προέλευσης των ινών. Α. Ημι-χημικός πολτός. Β. Πολτός Kraft Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 12 από 19

13 Επίσης, η υποβάθμιση των ινών και των κυτταρικών τους τοιχωμάτων με την επεξεργασία και την επαναλαμβανόμενη ανακύκλωση θέτει πρόσθετους περιορισμούς. Ως εκ τούτου, η αναγνώριση ινών περιορίστηκε σε λίγες μόνο κατηγορίες: κωνοφόρα, πλατύφυλλα και μη ξυλώδη φυτά. Παραδείγματα αναγνώρισης ινών διάφορων κατηγοριών δίνονται στις Εικόνες 3-4. Α Β Γ Δ Εικόνα 3. Αναγνώριση ινών κωνοφόρων. A. Ελάτη (Abies), B. Kωνοφόρο ομάδας Ponderosa (Pinus), Γ. Κωνοφόρο ομάδας Sylvestris (Pinus), Δ. Tsuga Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 13 από 19

14 Α B Γ Δ Ε Εικόνα 4. Αναγνώριση ινών πλατυφύλλων (Α-Δ) και μη ξυλωδών φυτών (Ε). Α. Fagus, B. Poplar, Γ. Eucalyptus, Δ. Betula, Ε. Κύτταρα μη ξυλωδών φυτών (βέλη) Όλες οι ποιότητες χαρτιού παρουσίασαν εξαιρετικά μεγάλη μεταβλητότητα και βρέθηκαν να περιέχουν διαφορετικούς τύπους ινών ξύλου (κωνοφόρα, πλατύφυλλα) και μη ξυλωδών φυτών (Πίνακας 7). Τα χαρτιά Brown kraftliner Καφέ kraftliner και Semi chemical fluting Ημιχημικό κυματοειδές μέσο παρασκευάζεται κυρίως από πρωτογενείς ίνες πολτού και ήταν λιγότερο μεταβλητά σε σύγκριση με τα ανακυκλωμένα χαρτιά Testliner και Flutings-medium Κυματοειδές μέσο. Ίνες κωνοφόρων Pinus και Larix ή Picea βρέθηκαν σε αφθονία σε όλα τα χαρτιά. Όλα τα άλλα γένη κωνοφόρων (Abies, Pseudotsuga, Tsuga) βρέθηκαν σε μικρές ποσότητες. Στα πλαυτύφυλλα βρέθηκαν να κυριαρχούν οι ίνες Betula ακολουθούμενες από Populus και Eucalyptus. Ίνες Fagus και Tilia παρατηρήθηκαν επίσης συχνά σε χαρτιά Testliner και Flutings-medium Κυματοειδές μέσο. Λόγω ανακύκλωσης, διάφορα άλλα γένη πλατυφύλλων όπως Acer, Alnus, Castanea, Nyssa, Liriodendron, Liquidambar, και Quercus εντοπίστηκαν στα χαρτιά αλλά σπανιότερα. Τέλος, όλα τα χαρτιά βρέθηκαν να περιέχουν ίνες μη ξυλωδών φυτών σε μικρές ποσότητες. Τα αποτελέσματα επιβεβαιώνουν παλιότερα δεδομένα χαρτιών συσκευασίας που χρησιμοποιούνται στην [26]. Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 14 από 19

15 Πίνακας 7. Εμφάνιση ινών κωνοφόρων, πλατυφύλλων και μη ξυλωδών φυτών στα χαρτιά 1 Κατηγορίες ινών/ Liners Επίπεδα χαρτιά Flutings-medium Κυματοειδές μέσο Γένη KL TL SC RF Κωνοφόρα Abies * * - * Picea or Larix ** ** ** ** Pinus ** ** ** ** Pseudotsuga * * * * Tsuga * * * * Πλατύφυλλα Acer * * * * Alnus - * * * Betula ** ** ** ** Castanea - * - - Eucalyptus * ** * ** Fagus * ** * * Nyssa * Liriodendron * * * * Liquidambar - * * * Populus * ** ** ** Tilia - * ** * Quercus * - - * Μη ξυλώδη φυτά Grasses, leaf, * * * * bast Cotton * * * * 1 βασίζεται σε οπτική εκτίμηση του σχετικού αριθμού των αξονικών τραχεΐδων για τα κωνοφόρα, των μελών αγγείων για τα πλατύφυλλα, και των ινών και άλλων τύπων κυττάρων για τα μη ξυλώδη φυτά ** συχνή εμφάνιση: μεγάλοι ή σχετικά μεγάλοι αριθμοί των διαφορετικών τύπων κυττάρων * λιγότερο συχνή εμφάνιση: μικροί ή σχετικά μικροί αριθμοί των διαφορετικών τύπων κυττάρων Τέλος, η κατάταξη των διαφόρων κατηγοριών των ινών (κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά) σε τύπους πολτού: χημικός ημι-χημικός και χημικο-μηχανικός μηχανικός πολτός ράκη έγινε με βάση τα χρώματα που έπαιρναν οι ίνες με τη χρωστική Herzberg stain (Εικόνα 5). Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 15 από 19

16 Χ ΗΜ Χ Χ Χ ΗΜ ΗΜ Χ Χ ΗΜ Εικόνα 5. Παραδείγματα κατάταξη των διαφόρων κατηγοριών των ινών (κωνοφόρα, πλατύφυλλα, μη ξυλώδη φυτά) σε τύπους πολτού. Χημικός (Χ), ημι-χημικός και χημικομηχανικός (ΗΜ) 3.2. Ποσοστά κατά βάρος Τα αποτελέσματα της ποσοτικής ανάλυσης των ινών αντανακλούν τις διαφορές στην ποιότητα μεταξύ των κατηγοριών των χαρτιών (Πίνακας 8). Τα χαρτιά Brown kraftliner Καφέ kraftliner, τα οποία αντιπροσωπεύουν την καλύτερη ποιότητα των linerboard σε σχέση με τα Τestliners και έχουν και την μεγαλύτερη αντοχή, είναι λιγότερο μεταβλητά και έχουν γενικά υψηλότερα ποσοστά κωνοφόρων και χημικού πολτού (Πίνακας 8). Η αποκλειστική χρήση ανακτημένων ινών στην παραγωγή της κατηγορίας Recycled fluting medium Ανακυκυκλωμένο κυματοειδές μέσο την καθιστούν ως την πιο μεταβλητή κατηγορία τόσο από ποιοτική (Πίνακας 7) και όσο και από ποσοτική άποψη (Πίνακας 8). Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 16 από 19

17 Πίνακας 8. Ποσοστά κατά βάρος των κατηγοριών των ινών στα χαρτιά 1 Κατηγορίες ινών Liners Επίπεδα χαρτιά Flutings-medium Κυματοειδές μέσο KL TL SC RF Προέλευση 2 Κωνοφόρα (14.63) (9.89) (12.76) (7.05) Πλατύφυλλα (13.93) (7.12) (12.18) (7.09) Μη ξυλώδη φυτά 4.80 (2.02) 5.12 (4.44) 3.38 (2.83) 8.58 (1.81) Τύποι πολτού 3 Χημικός (5.89) (20.18) (12.64) (3.64) Ημι-χημικός και χημικο-μηχανικός (5.89) (20.18) (12.64) (3.64) 1 μέσοι όροι και τυπικές αποκλίσεις μέσα σε παρένθεση 2 με βάση τα μορφολογικά χαρακτηριστικά των ινών 3 με βάση τα χρώματα που παίρνουν οι ίνες με τη χρωστική Herzberg stain. Ο μηχανικός πολτός και τα ράκη βρέθηκαν σε ίχνη (ποσοστά κατά βάρος < 2% σε όλα τα χαρτιά Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 17 από 19

18 Βιβλιογραφία 1. FAO (2001) Global Forest Resources Assessment 2000 Main Report, FAO Forestry Paper 140, Rome 2. European Commission (1994) Council Directive of 20 December 1994 on packaging and packaging waste, 94/62/EC, Official Journal of the European Communities L365, Mabee W.E. (1998) The importance of recovered fibres in global fibre supply, Unasylva, 49(193), Rowell R.M, Young R.A. and Rowell J.K. (1997) Paper and composites from agro-based resources, CRC Lewis Publishers, Boca Raton, FL 5. Skog K.E., Ince P.J. and Haynes R.W. (1998) Wood fiber supply and demand in the United States, Proc. of the Forest Products Society Annual Meeting, June 23, Merida, Yucatan,Mexico 6. Kramer J.D. (1998) Wood fibre supply enough to match pulp and paper demand?, Proc. Of the 1998 TAPPI Pulping Conference, TAPPI PRESS, Atlanta, p European Recovered Paper Council (2002) The European declaration on paper recovery,erpc Annual report, Brussels 8. Virtanen Y. and Nilson, S. (1993) Environmental impacts of waste paper recycling, International Institute for Applied System Analysis, Earthscan Publ. Ltd, London 9. Dinwoodie J.M. (1965) The relationship between fiber morphology and paper properties: A review of literature, TAPPI J., 48(8), Horn R.A. (1974) Morphology of wood pulp fiber from softwoods and influence on paper strength, USDA For. Serv. Res. Pap. FPL 242, For. Prod. Lab., Madison, WI 11. Horn R.A. (1978) Morphology of wood pulp fiber from hardwoods and influence on paper strength, USDA For. Serv. Res. Pap. FPL 312, For. Prod. Lab., Madison, WI 12. Paavilainen L. (1991) Influence of morphological properties of wood fibers on sulfate pulp fibers and paper properties, Proc. of 1991 IPPC, Kona, Hawaii, Hunt J.F. (1998) New Developments In Molded Pulp Process & Packaging II, Proc. Of IMPEPA, Chicago, Illinois 14. Abubakr S.M., Scott G.M. and Klungness J.H. (1995) Fiber fractionation as a method of improving handsheet properties after repeated recycling, TAPPI J., 78(5), Mckinney R.W.J. (1995) Technology of Paper Recycling, Glasgow, UK, Law K.N. and Valade J.L. (1995) Use of sulphonated reclaimed fibers from newspapers in the manufacture of newsprint, Conference Technologique Estivale, Quebec, Canada, May 31 June 2, Eastwood F.G. and Clarke B. (1978) Fibre-water interaction in papermaking, Proc. of the BPBIF Symposium, Vol. II, London, UK 18. Howard R.C. and Bichard W.J. (1992) The basic effects of recycling on pulp properties, J.Pulp Paper Sci., 18(4), Scallan A.M. and Tigerstrom A.C. (1992) Elasticity of the wet fiber wall: effects of pulping and recycling, J. Pulp Paper Sci., 18(5), Laivins G.V. and Scallan A.M. (1993) The mechanism of hornification of wood pulps, Proc. Of the 10th Fundamental Research Symposium, Oxford, UK, Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 18 από 19

19 21. Ince P.J. (2004) Fiber resources, In: Encyclopedia of Forest Sciences, Burley J., Evans J. And Youngquist J.A. (eds.), Elsevier Academic Press 22. Ashley C.R. and Hodgson K.T. (2003) Papermaking properties and morphology of cellulose fiber recovered from municipal solid waste, TAPPI J., 2(10), ISO ISO Standard Paper, board and pulps. Fibre furnish analysis. Part 1: General method. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland 24. Ilvessalo-Pfäffli, M-S Fiber atlas: Identification of papermaking fibres. Springer-Verlag, Berlin 25. ISO ISO Standard Paper, board and pulps. Fibre furnish analysis. Part 3: Herzberg staining test. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland 26. Adamopoulos, S., Passialis, C., Voulgaridis, E Fibre characteristics of papers used in European corrugated packaging industry. In Proceedings of the 5th CTP/PTS Packaging Paper and Board Recycling International Symposium, March 18-19, Grenoble, France. Paper No.12, 10 p Αρχιμήδης ΙΙΙ, RF-CORRUG Σελίδα 19 από 19