PCC-täyteaineen vaikutus hienopaperin lujuuskäyttäytymiseen nopeassa vetokuormituksessa

Raaka-ainekustannusten minimoimiseksi hienopaperin valmistajat pyrkivät jatkuvasti vähentämään massan havuselluosuutta ja lisäämään paperin täyteainepitoisuutta. PCC:n käyttö hienopaperin täyteaineena on kasvanut viimeisen kymmenen vuoden aikana voimakkaasti. PCC:n etuna on sen joustava valmistusprosessi, jonka olosuhteita säätelemällä voidaan valmistaa hyvin erilaisia tuotteita. PCC:n ominaisuudet, kuten partikkelikoko ja kidemuoto vaikuttavat merkittävästi paperin reologisiin ominaisuuksiin. Täyteaineen vaikutus paperin lujuusominaisuuksiin riippuu oleellisesti siitä, miten täyteaine sijoittuu kuituverkostossa. Lisäksi paperikoneen ajettavuuden turvaamiseksi täyteaineretention tulisi olla riittävän korkealla tasolla. Täyteaineen retentoituminen on hyvin riippuvainen kuitumateriaalin ja täyteaineen ominaisuuksista. Täyteainepitoisuuden lisääminen ja havusellun vähentäminen heikentävät hienopaperin reologisia ominaisuuksia ja vaikuttavat negatiivisesti paperikoneen ajettavuuteen. Varsinkin rainan siirto avoimella viennillä puristinosalta kuivatusosalle voi muodostua ajettavuuden kannalta kriittiseksi kohdaksi. Tämän vuoksi on tärkeää tuntea irrotustapahtumaan ja rainan kireyteen vaikuttavat tekijät. Märän rainan lujuuskäyttäytymistä voidaan tutkia esim. laboratorioarkeista tehtävillä vetolujuus- ja jännitysrelaksaatiomittauksilla. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahden erityyppisen PCC-täyteaineen vaikutusta hienopaperin vetolujuus- ja relaksaatiokäyttäytymiseen nopeassa vetokuormituksessa. Täyteainepitoisuuden kasvaessa sekä märän että kuivan paperin vetolujuus ja relaksaatiokireys heikkenivät voimakkaasti. Täyteaine myös vähensi havuselluosuuden vaikutusta näihin ominaisuuksiin. PCC:n ominaisuuksilla voitiin hieman vaikuttaa hienopaperin reologisiin ominaisuuksiin, joskin niiden kannalta edullisempi täyteaine antoi paperille huonommat optiset ominaisuudet. Kuiva-ainepitoisuuden kasvaessa paperin vetolujuus ja relaksaatiokireys paranivat eksponentiaalisesti. Tämän perusteella täyteainetyypin vaikutus vedenpoistoon on paperin reologisten ominaisuuksien kannalta tärkeä tekijä.

Cost-Efficiency of Birch Sprinkling in Kraft Pulping

Työn tavoitteena oli selvittää koivun kasteluvarastoinnin kannattavuus selluteollisuudessa. Lisäksi tutkittiin, kuinka kastelu vaikuttaa puuaineeseen varastoinnin aikana ja kuinka koivun kasteluvarastointi vaikuttaa puun kuorintaan ja haketukseen, keitettävyyteen, vaalenevuuteen sekä sellun laatuun. Enocellin puukentälle rakennettiin kasteluvarasto, jossa varastoitiin 40,000 m3sob koivua. Kastelu oli päällä huhtikuusta lokakuuhun asti. Kastelun vaikutusta puuaineen muutoksiin arvioitiin lahotutkimusten avulla. Tehdaskoeajoissa verrattiin tuoretta, kasteluvarastoitua ja kuivavarastoitua koivua. Puuaines säilyi lähes muuttumattomana yhden kesän kasteluvarastoinnissa. Kastellulla koivulla terveen puun osuus oli yli 85 % kesän lopussa, kun se oli alle 20 % kuivavarastoidulla koivulla. Kuorinnan puuhäviö laskee selvästi kastelukoivulla ja myös hakkeen laatu oli parempaa kuin kuivavarastoidulla koivulla. Kastelukoivulla hakkeen kuoripitoisuus oli vain 0.13 %. Kuoren kuiva-aine oli 12 prosenttiyksikköä alhaisempi kuin kuivalla koivulla, mutta kuoren lämpöarvossa ero oli vain 1 €/ADt. Varastointimenetelmällä ei ollut vaikutusta hakkeen keitettävyyteen, mutta tuoreella puulla keitettävyys oli parempi kuin varastoidulla puulla. Sellun asetoniuutepitoisuus oli samalla tasolla tuoreella ja kastellulla puulla. Kuivalla syyspuulla uutetaso oli korkeampi, vaikka hartsisaippuan annostusta nostettiin 10 kg/ADt. Betulinolitaso oli kastellulla puulla erittäin alhainen puun hyvän kuoriutuvuuden vuoksi. Kastellun ja tuoreen puun vaalenevuus oli parempi kuin kuivalla puulla. Aktiivikloorin kulutus oli 3 – 4 kg/ADt alhaisempi kuin kuivalla syyspuulla. Puun varastoinnilla ei ollut vaikutusta sellun laatuun. Koivun kasteluvarastoinnin kannattavuus on erittäin hyvä. Tuotantokustannukset määritettiin tuoreelle, kastellulle, kierrätetylle sekä kuivalle koivulle. Kasteluvarastointi laskee tuotantokustannuksia noin 10 €/ADt verrattuna kierrätettyyn koivuun. Kuivavarastoidun puun käyttö nostaa tuotantokustannuksia noin 5 €/ADt verrattuna kastelukoivuun. Kierrätetyn ja kuivavarastoidun puun kustannusero johtuu kierrätyskustannuksista. Kasteluvarastolle, jota käytettiin kesällä 2004, takaisinmaksuaika on vain 0.4 vuotta. Jos tavoiteltu takaisinmaksuaika olisi kaksi vuotta, niin perusinvestointi 80,000 m3sob varastolle voisi maksaa noin 370 k€.

Metsäteollisuuden kaatopaikkatoiminnan kehittäminen

Metsäteollisuuden kaatopaikoille läjitetään vuosittain jätteitä yli 400 000 kuiva-ainetonnia. Pääosa jätteestä on peräisin kemiallisen massan valmistuksesta sekä energiantuotannosta. Kaatopaikoille läjitetyn jätteen laatu on muuttunut huomattavasti vuosikymmenien kuluessa. Aikaisemmin kaatopaikoille on läjitetty runsain määrin bioperäistä jätettä, joka anaerobisesti hajotessaan aiheuttaa nykyisin huomattavia biokaasupäästöjä. Inerttien, biohajoamattomien ainesten osuus metsäteollisuuden kaatopaikoille läjitettävän jätteen määrästä on tällä hetkellä noin 75 % ja niiden osuus tullee kasvamaan edelleen. Metsäteollisuuden kaatopaikkakuormitusta pyritään tulevaisuudessa vähentämään prosesseja tehostamalla sivutuotteiden hyötykäyttömahdollisuuksia lisäämällä. Vuonna 1997 voimaan tulleen valtioneuvoston päätöksen mukaan kaatopaikoilla muodostuva biokaasu tulee kerätä ja käsitellä. Tämä koskee kaikkia kaatopaikkoja. Lainsäädäntö antaa kuitenkin mahdollisuuden toteuttaa nämä vaatimukset hieman eri tavoin kaatopaikkojen yksilölliset erot huomioiden. Tässä diplomityössä on kartoitettu voimassaolevaa kaatopaikkalainsäädäntöä ja siinä lähivuosina mahdollisesti tapahtuvia muutoksia. Työssä on esitelty metsäteollisuuden kaatopaikoilla syntyvien päästöjen syntymekanismit ja vertailtu päästöjen hallinnassa käytettäviä vaihtoehtoisia tekniikoita. Tässä työssä on erityisesti keskitytty kaatopaikoilla syntyviin kaasumaisiin päästöihin sekä vertailtu kaasumaisten päästöjen aktiivista ja passiivista käsittelyä. Biokaasun passiivisen käsittelyjärjestelmän aiheuttamat investointi- ja käyttökustannukset ovat vain murto-osa aktiivisen järjestelmän vastaavista kustannuksista. Diplomityön kokeellisessa osuudessa mitattiin erään passiivisen biokaasunkäsittelyjärjestelmän toimivuutta. Saatujen mittaustulosten mukaan biokaasun sisältämä metaani hapettui lähes täysin metrin paksuisessa kuorikerroksessa. Kaasunjakoa parantamalla voidaan kuoripatjan metaaninhapetustehokkuutta vielä hieman nostaa. Mittaustulosten mukaan biokaasun passiivinen käsittely toimii kyseisessä rakenteessa ja on siten varteenotettava vaihtoehto aktiivisille biokaasunkeräily- ja käsittelyjärjestelmille.

Raaka-aineiden hankinta Fescon Oy:ssä

Tämän tutkimuksen tavoitteena on selvittää raaka-aineiden hankintaa kuivatuotteita valmistavassa yrityksessä. Työ sisältää oikea-aikaiseen tilausrytmiin ja eräkoon määrittämisen liittyviä menetelmiä ja päätöksiä hankintojen tehostamiseksi. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan myös varastojen merkitystä ja materiaalinohjauksen keinoja sekä ostotoiminnan kannalta keskeisimpiä tehokkaaseen varastonohjaukseen liittyviä tunnuslukuja. Tutkimuksen teoriaosa on syntetisoiva kirjallisuustutkimus. Työn empiirisessä osassa analysoidaan aluksi case-yrityksen ostotoiminnan ja varastojenhallinnan nykytilaa. Tämän jälkeen selvitään kunkin nimikkeen hankintamäärät ja tehdään näille luokittelu ABC-analyysiin pohjautuen. Tämän jälkeen ostotoimintaa analysoidaan toimittajien osalta. Lopuksi laaditaan optimaalinen tilausrytmi ja tilausmäärät kullekin nimikkeelle sekä esitetään kehityskohteita. Työn empiirinen osa on case- eli tapaustutkimus sekä toimintatutkimus. ABC-analyysia voidaan hyödyntää määriteltäessä miten erilaisten nimikkeiden materiaalivirtoja tulisi ostotoiminnan kannalta ohjata. Analyysi perustuu resurssien keskittämiseen niihin luokkiin, jotka ovat rahalliselta arvoltaan suurimmat eli joihin sitoutuu eniten pääomaa. Tärkeimpänä tavoitteena on kokonaiskustannusten pienentäminen.

Quantitative elemental analysis of dry-ashed bark and wood samples of birch, spruce and pine from south-western Finland using PIXE

A total of over 200 different samples of bark and wood of Silver birch, Norway spruce and Scots pine were analysed. Samples were taken from several areas in western Finland, some with known sources of atmospheric heavy metal emission (Harjavalta, Ykspihlaja). Also analytical data for pine needles from some sites are reported. The chemical analyses were performed by thick-target particle-induced X-ray emission (PIXE) spectrometry after preconcentration by dry ashing of samples at 550oC. The following elements were quantified in most of the samples: P, S, K, Ca, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Rb, Sr, Cd, Ba and Pb. The ash percentage and the chemical composition of ashes of different wood materials were also obtained, as dry ashing was used in the analytical procedure. The variations in elemental concentrations in wood and bark of an individual tree, expressed as RSDs, were mostly in the range 10 – 20 %. For several trees of the same species sampled from small areas (< 1 ha), the variations in elemental concentrations were surprisingly high (RSDs 20 – 50 %). In the vicinity of metal plants, effects of strong atmospheric heavy metal pollution (pollution factor above 100) were observed in pine bark. The increase of heavy metal content in wood samples from the same sites was quite small. Elemental concentrations in ashes of bark and wood, from areas with no local source of atmospheric pollution, were relatively uniform. Based on this observation an alternative way of demonstrating atmospheric pollution of tree bark is discussed.

The high-speed induction motor: calculating the effects of solid-rotor material on machine characteristics

A method for the analysis of high-speed solid-rotor induction motors in presented. The analysis is based on a new combination of the three dimensional linear method and the transfer matrix method. Both saturation and finite length effects are taken into account. The active region of the solid rotor is divided into saturated and unsaturated parts. The time dependence is assumed to be sinusoidal and phasor quantities are used in the solution. The method is applied to the calculation of smooth solid rotors manufactured of different materials. Six rotor materials are tested: three construction steels, pure iron, a cobaltiron alloy and an aluminium alloy. The results obtained by the method agree fairly well with the measurement quantities.

Factors Affecting Filterability

In this thesis the factors affecting lime mud filterability were studied. In the literature part there is information about recausticizing process, lime mud properties and filterability, and general filtration theory. In the experimental part the properties of lime mud particles and the properties of lime mud filter cake were investigated and the behavior of lime mud precoat was studied. The experiments were also carried out with R-PCC (rhombohedral precipitated calcium carbonate). The filtration and precoat studies were performed with a laboratory scale pressure filter. The pressure differences used were between 0.25-1.50 bars. Six different lime mud samples with varying amount of impurities and two R-PCC samples were used in the experiments. The average specific cake resistance of different lime mud samples varied quite extensively. The most influential factor affecting the lime mud filterability and dry solids content was found to be silica content. As the lime mud contained silica, the average specific cake resistance was high and the lime mud dryness was low. If the lime mud samples containing silica were not taken into account, the smaller the mean particle size, the higher the average specific cake resistance of the lime mud. The R-PCC had also a high average specific cake resistance, which was because of small particle size. In addition, the pressure difference affected the average specific cake resistance of some lime mud samples. In those cases lime mud was compressible material. During the precoat experiments the lime mud samples having the largest mean particle sizes, compressed. However, the average specific cake resistances of the filtration and precoat part were approximately the same magnitude. A brief displacement by air did not affect the behavior of the precoat. Instead, vibration and a brief but relatively great change in pressure difference had a slight influence.

Fiber-reinforced Composite as Oral Implant Material. Experimental studies of glass fiber and bioactive glass in vitro and in vivo

Fiber-reinforced composite as oral implant material: Experimental studies of glass fiber and bioactive glass in vitro and in vivo Department of Prosthetic Dentistry and Biomaterials Science, Institute of Dentistry, University of Turku, Turku, Finland 2008. Biocompatibility and mechanical properties are important variables that need to be determined when new materials are considered for medical implants. Special emphasis was placed on these characteristics in the present work, which aimed to investigate the potential of fiber-reinforced composite (FRC) material as an oral implant. Furthermore, the purpose of this study was to explore the effect of bioactive glass (BAG) on osseointegration of FRC implants. The biocompatibility and mechanical properties of FRC implants were studied both in vitro and in vivo. The mechanical properties of the bulk FRC implant were tested with a cantilever bending test, torsional test and push-out test. The biocompatibility was first evaluated with osteoblast cells cultured on FRC substrates. Bone bonding was determined with the mechanical push-out test and histological as well as histomorplanimetric evaluation. Implant surface was characterized with SEM and EDS analysis. The results of these studies showed that FRC implants can withstand the static load values comparably to titanium. Threaded FRC implants had significantly higher push-out strength than the threaded titanium implants. Cell culture study revealed no cytotoxic effect of FRC materials on the osteoblast-like-cells. Addition of BAG particles enhanced cell proliferation and mineralization of the FRC substrates The in vivo study showed that FRC implants can withstand static loading until failure without fracture. The results also suggest that the FRC implant is biocompatible in bone. The biological behavior of FRC was comparable to that of titanium after 4 and 12 weeks of implantation. Furthermore, addition of BAG to FRC implant increases peri-implant osteogenesis and bone maturation.

Dry toilet compost and separated urine as fertilisers for cabbage and potato – a case study from Finland.

Konferenssijulkaisu

Paperboard cup with a window

Packaging has to fulfill a lot of demands and the main purpose is to be able to protect the foodstuff packed inside. Typically requirements set on packaging materials reflect the consumer needs. Based on the consumer studies the importance of product visibility is considered as an important property among consumers. However, making the package more transparent the actual shelf life of the product might be reduced. It might have an effect on sensitive foods which contain ingredients vulnerable to light and start to deteriorate more rapidly. The aim for this Masters of Science Thesis was to develop a paperboard cup with a plastic window where different kind of fatty/dry foodstuffs could be stored. The main target was to be able to create an instruction manual how this kind of cup with a window had to be produced without decreasing air tightness and other barrier properties of cupboard material used as a base board. The focus in this work was on designing a shape of the window and finding critical limits for the size, shape and location of the window in the final paperboard cup. Windows were made by cutting holes with different sizes and shapes to different places in the cup blank by using a model cutter. For the windows one plastic film type was selected due to its low oxygen and water vapour transmission properties. The window film was attached to the cup blank by using hot bar and laser seaming methods. Cup manufacturing was done at Stora Enso InnoCentre, Imatra. As a result critical limits for the place, size and shape of the window could be found. The sealing method had a significant effect on the tightness of the cups. Windows didn’t decrease the grip stiffness of the cup. The cup itself gave better light protection than the plastic film used in the windows. The bigger the window, the less the cup could protect the possible foodstuff. Bursting strength was lower in the windows compared to the cup material itself. From environmental point of view DSD licence fees have to be paid due to the amount of used plastic.When using bigger windows the ratio of plastic to fibres increase. This would raise the DSD fee. However, the amount of material is overall reduced which lowers the fee.

Non-resorbable glass fibre-reinforced composite with porous surface as bone substitute material: Experimental studies in vitro and in vivo focused on bone-implant interface

The development of load-bearing osseous implant with desired mechanical and surface properties in order to promote incorporation with bone and to eliminate risk of bone resorption and implant failure is a very challenging task. Bone formation and resoption processes depend on the mechanical environment. Certain stress/strain conditions are required to promote new bone growth and to prevent bone mass loss. Conventional metallic implants with high stiffness carry most of the load and the surrounding bone becomes virtually unloaded and inactive. Fibre-reinforced composites offer an interesting alternative to metallic implants, because their mechanical properties can be tailored to be equal to those of bone, by the careful selection of matrix polymer, type of fibres, fibre volume fraction, orientation and length. Successful load transfer at bone-implant interface requires proper fixation between the bone and implant. One promising method to promote fixation is to prepare implants with porous surface. Bone ingrowth into porous surface structure stabilises the system and improves clinical success of the implant. The experimental part of this work was focused on polymethyl methacrylate (PMMA) -based composites with dense load-bearing core and porous surface. Three-dimensionally randomly orientated chopped glass fibres were used to reinforce the composite. A method to fabricate those composites was developed by a solvent treatment technique and some characterisations concerning the functionality of the surface structure were made in vitro and in vivo. Scanning electron microscope observations revealed that the pore size and interconnective porous architecture of the surface layer of the fibre-reinforced composite (FRC) could be optimal for bone ingrowth. Microhardness measurements showed that the solvent treatment did not have an effect on the mechanical properties of the load-bearing core. A push-out test, using dental stone as a bone model material, revealed that short glass fibre-reinforced porous surface layer is strong enough to carry load. Unreacted monomers can cause the chemical necrosis of the tissue, but the levels of leachable resisidual monomers were considerably lower than those found in chemically cured fibre-reinforced dentures and in modified acrylic bone cements. Animal experiments proved that surface porous FRC implant can enhance fixation between bone and FRC. New bone ingrowth into the pores was detected and strong interlocking between bone and the implant was achieved.

Hemicellulose extracted Kraft pulp as a raw material of paper

The transformation of a traditional pulp mill into an integrated forest biorefinery utilizing wood-derived biomass presents a promising opportunity for enterprise revival of the pulp and paper industry by offering new sources of revenue and significantly improved industry profitability. One proposed next generation process step for an integrated forest biorefinery is the extraction of hemicelluloses, allowing the co-production of pulp and ethanol or chemicals. The extraction of hemicelluloses, however, will likely have downstream effects on pulp quality. In the literature survey an overview of the integrated forest biorefinery and possible next generation technologies implementable in such facility were reviewed. Moreover, some hemicellulose extraction methods suitable for the co-production of pulp and hemicellulose products were looked into in more detail. Also, an overview on the significance of pulp’s hemicellulose content on papermaking properties of pulp fibers was made. In the literature it is stated that the hemicellulose content of pulp affects on many papermaking properties of pulp fibers, hornification and paper strength properties in particular. In the experimental part the goal was to investigate what effects alkaline hemicellulose extraction after bleaching has on the papermaking properties of birch Kraft pulp. It was discovered that tested pulps, normal and hemi-poor birch Kraft pulp, were different in many ways regarding to pulp properties. Differences were observed in both physical and chemical characteristics. Furthermore, clear distinctions were seen in tested paper properties, especially in strength properties, between the handsheets made from hemi-poor or normal birch Kraft pulp. Hemi-poor and normal birch Kraft pulps were also compared as a raw material of laboratory made copy paper. Based on this comparison, usage of hemi-poor birch pulp as the raw material of copy paper does not drastically deteriorate its quality.

Homogeneous Assays for Simplified Screening of HLA-conferred Genetic Disease Risk

The increasing incidence of type 1 diabetes has led researchers on a quest to find the reason behind this phenomenon. The rate of increase is too great to be caused simply by changes in the genetic component, and many environmental factors are under investigation for their possible contribution. These studies require, however, the participation of those individuals most likely to develop the disease, and the approach chosen by many is to screen vast populations to find persons with increased genetic risk factors. The participating individuals are then followed for signs of disease development, and their exposure to suspected environmental factors is studied. The main purpose of this study was to find a suitable tool for easy and inexpensive screening of certain genetic risk markers for type 1 diabetes. The method should be applicable to using whole blood dried on sample collection cards as sample material, since the shipping and storage of samples in this format is preferred. However, the screening of vast sample libraries of extracted genomic DNA should also be possible, if such a need should arise, for example, when studying the effect of newly discovered genetic risk markers. The method developed in this study is based on homogeneous assay chemistry and an asymmetrical polymerase chain reaction (PCR). The generated singlestranded PCR product is probed by lanthanide-labelled, LNA (locked nucleic acid)-spiked, short oligonucleotides with exact complementary sequences. In the case of a perfect match, the probe is hybridised to the product. However, if even a single nucleotide difference occurs, the probe is bound instead of the PCR product to a complementary quencher-oligonucleotide labelled with a dabcyl-moiety, causing the signal of the lanthanide label to be quenched. The method was applied to the screening of the well-known type 1 diabetes risk alleles of the HLA-DQB1 gene. The method was shown to be suitable as an initial screening step including thousands of samples in the scheme used in the TEDDY (The Environmental Determinants of Diabetes in the Young) study to identify those individuals at increased genetic risk. The method was further developed into dry-reagent form to allow an even simpler approach to screening. The reagents needed in the assay were in dry format in the reaction vessel, and performing the assay required only the addition of the sample and, if necessary, water to rehydrate the reagents. This allows the assay to be successfully executed even by a person with minimal laboratory experience.