Paperin sirontaominaisuuksien mikroskooppinen tarkastelu
Pöyry, Annika (2016)
2016
Teknis-luonnontieteellinen koulutusohjelma
Luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2016-02-03
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201601211013
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tty-201601211013
Tiivistelmä
Paperia käytetään painotuotteissa, pakkausmateriaalina sekä hygieniatuotteissa. Painopaperin tärkeimpiä ominaisuuksia on sen ulkonäkö. Ulkonäköön vaikuttavat optiset ominaisuudet, kuten kiilto, vaaleus ja opasiteetti. Opasiteetti, eli paperin läpinäkymättömyys, on erityisen tärkeässä roolissa painopapereissa, jotta paino molemmille puolille ei haittaa toisen puolen tarkastelua. Valon sironta vaikuttaa opasiteettiin. Kasvavan digitalisaation myötä paperiteollisuus joutuu kehittämään uusia kustannustehokkaita painopaperilaatuja. Yksi kehityskohde on kevyt ja hyvin valoa sirottava paperi.
Aiemmin valon sirontaa paperissa on tutkittu makroskooppisten standardimittausten sekä erilaisten simulaatioiden avulla. Paperin rakennetta on tutkittu konfokaalimikroskopian, pyyhkäisyelektronimikroskopian sekä röntgendiffraktion avulla.
Työn tarkoituksena on tutkia eri täyteaineita sisältävien paperiarkkien valonsirontaa mikroskooppisella tasolla. Tavoitteena on selvittää, mitkä mikroskooppiset rakenteet paperiarkissa sirottavat valoa hyvin ja mitkä huonosti. Näytearkeille on ennen tutkimusta suoritettu optiset ja mekaaniset standardimittaukset, joten arkkien makroskooppiset valonsirontakertoimet sekä muut ominaisuudet tiedetään ennalta. Tutkittavia paperin täyteaineita on 5 erilaista, joista kaksi on kaupallisia mineraalitäyteaineita ja loput tutkimusta varten valmistettuja täyteaineita.
Tutkimus suoritettiin sirontamikroskoopin ja pyyhkäisyelektronimikroskoopin avulla. Sirottavat alueet selvitettiin sirontamikroskoopin avulla, ja rakenteiden yksityiskohtaisempi tarkastelu tehtiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Kuvankäsittelymenetelmien avulla luotiin syvyysterävyydeltään laajennettuja valomikroskooppikuvia, sekä rekisteröintikuvia, joissa sirontamikroskooppi- ja pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat asetettiin päällekkäin. Tulokset perustuvat mikroskooppikuvista tehtyyn kvalitatiiviseen analyysiin.
Tutkimus osoittaa, että lastumaisilla täyteaineilla saadaan hyvä valon sironta. Lastumaiset täyteaineet toimivat hyvin etenkin kalanteroiduissa näytteissä, sillä ne kestävät kalanteroinnin hyvin liimautumatta tasaiseksi pinnaksi. Pinnasta irtonaiset hienoaineet ja täyteaineet sirottavat valoa huomattavasti paremmin kuin pintaan sitoutuneet. Kaikissa näytteissä valon sironta syntyy pääasiassa partikkeleiden reunoista.
Aiemmin valon sirontaa paperissa on tutkittu makroskooppisten standardimittausten sekä erilaisten simulaatioiden avulla. Paperin rakennetta on tutkittu konfokaalimikroskopian, pyyhkäisyelektronimikroskopian sekä röntgendiffraktion avulla.
Työn tarkoituksena on tutkia eri täyteaineita sisältävien paperiarkkien valonsirontaa mikroskooppisella tasolla. Tavoitteena on selvittää, mitkä mikroskooppiset rakenteet paperiarkissa sirottavat valoa hyvin ja mitkä huonosti. Näytearkeille on ennen tutkimusta suoritettu optiset ja mekaaniset standardimittaukset, joten arkkien makroskooppiset valonsirontakertoimet sekä muut ominaisuudet tiedetään ennalta. Tutkittavia paperin täyteaineita on 5 erilaista, joista kaksi on kaupallisia mineraalitäyteaineita ja loput tutkimusta varten valmistettuja täyteaineita.
Tutkimus suoritettiin sirontamikroskoopin ja pyyhkäisyelektronimikroskoopin avulla. Sirottavat alueet selvitettiin sirontamikroskoopin avulla, ja rakenteiden yksityiskohtaisempi tarkastelu tehtiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Kuvankäsittelymenetelmien avulla luotiin syvyysterävyydeltään laajennettuja valomikroskooppikuvia, sekä rekisteröintikuvia, joissa sirontamikroskooppi- ja pyyhkäisyelektronimikroskooppikuvat asetettiin päällekkäin. Tulokset perustuvat mikroskooppikuvista tehtyyn kvalitatiiviseen analyysiin.
Tutkimus osoittaa, että lastumaisilla täyteaineilla saadaan hyvä valon sironta. Lastumaiset täyteaineet toimivat hyvin etenkin kalanteroiduissa näytteissä, sillä ne kestävät kalanteroinnin hyvin liimautumatta tasaiseksi pinnaksi. Pinnasta irtonaiset hienoaineet ja täyteaineet sirottavat valoa huomattavasti paremmin kuin pintaan sitoutuneet. Kaikissa näytteissä valon sironta syntyy pääasiassa partikkeleiden reunoista.