Topochemistry of physical and chemical pretreatments of biomass as investigated by FE-SEM, XPS and ToF-SIMS

Surface chemistry is of great importance in plant biomass engineering and applications. The surface chemical composition of biomass which includes lignin, carbohydrates and extractives influences its interactions with chemical agents, such as pulp processing/papermaking chemicals, or enzymes for different purposes. In this thesis, the changes in the surface chemical composition of lignocellulosic biomass after physical modification for the improvement of resulting paper properties and chemical treatment for the enhancement of enzymatic hydrolysis were investigated. Low consistency (LC) refining was used as physical treatment of bleached softwood and hardwood pulp samples, and the surface chemistry of refined samples was investigated. The refined pulp was analysed as whole pulp while the fines-free fibre samples were characterized separately. The fines produced in LCrefining contributed to an enlarged surface specific area as well as the change of surface coverage by lignin and extractives, as investigated by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The surface coverage by lignin of the whole pulp decreased after refining while the surface coverage by extractives increased both for pine and eucalyptus. In the case of pine, the removal of fines resulted in reduction of the surface coverage by extractives, while the surface coverage by lignin increased on fibre sample (without fines). In the case of eucalyptus, the surface coverage by lignin of fibre samples decreased after the removal of fines. In addition, the surface distribution of carbohydrates, lignin and extractives of pine and eucalyptus samples was determined by Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry (ToF-SIMS). LC-refining increased the amounts of pentose, hexose and extractives on the surface of pine samples. ToF-SIMS also gave clear evidence about xylan deposition and reduction of surface lignin distribution on the fibre of eucalyptus. However, the changes in the surface chemical composition during the physical treatment has led to an increase in the adsorption of fluorescent whitening agents (FWAs) on fibres due to a combination of electro-static forces, specific surface area of fibres and hydrophobic interactions. Various physicochemical pretreatments were conducted on wood and non-wood biomass for enhancing enzymatic hydrolysis of polysaccharides, and the surface chemistry of the pretreated and enzymatically hydrolysed samples was investigated by field emission scanning electron microscopy (FE-SEM), XPS and ToF-SIMS. A hydrotrope was used as a relatively novel pretreatment technology both in the case of wood and non-wood biomass. For comparison, ionic liquid and hydrothermal pretreatments were applied on softwood and hardwood as well. Thus, XPS analysis showed that the surface lignin was more efficiently removed by hydrotropic pretreatment compared to ionic liquid or hydrothermal pretreatments. SEM analysis also found that already at room temperature the ionic liquid pretreatments were more effective in swelling the fibres compared with hydrotropic pretreatment at elevated temperatures. The enzymatic hydrolysis yield of hardwood was enhanced due to the decrease in surface coverage of lignin, which was induced by hydrotropic treatment. However, hydrotropic pretreatment was not appropriate for softwood because of the predominance of guaiacyl lignin structure in this material. In addition, the reduction of surface lignin and xylan during pretreatment and subsequent increase in cellulose hydrolysis by enzyme could be observed from ToF-SIMS results. The characterisation of the non-wood biomass (e.g. sugarcane bagasse and common reed) treated by hydrotropic method, alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatments were carried out by XPS and ToF-SIMS. According to the results, the action for the removal of the surface lignin of non-wood biomass by hydrotropic pretreatment was more significant compared to alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatments, although a higher total amount of lignin could be removed by alkaline and alkaline hydrogen peroxide pretreatment. Furthermore, xylan could be remarkably more efficiently removed by hydrotropic method. Therefore, the glucan yield achieved from hydrotropic treated sample was higher than that from samples treated with alkaline or alkaline hydrogen peroxide. Through the use of ToF-SIMS, the distribution and localization of lignin and carbohydrates on the surface of ignocelluloses during pretreatment and enzymatic hydrolysis could be detected, and xylan degradation during enzymatic hydrolysis could also be assessed. Thus, based on the results from XPS and ToF-SIMS, the mechanism of the hydrotropic pretreatment in improving the accessibility of enzymes to fibre and further ameliorating of the enzymatic saccharification could be better elucidated.

Effect of physico-chemical conditions and operating parameters on flux and retention of different components in ultrafiltration and nanofiltration fractionation of sweet whey

Tässä väitöstutkimuksessa tutkittiin fysikaaliskemiallisten olosuhteiden ja toimintaparametrien vaikutusta juustoheran fraktiointiin. Kirjallisuusosassa on käsitelty heran ympäristövaikutusta, heran hyödyntämistä ja heran käsittelyä kalvotekniikalla. Kokeellinen osa on jaettu kahteen osaan, joista ensimmäinen käsittelee ultrasuodatusta ja toinen nanosuodatusta juustoheran fraktioinnissa. Ultrasuodatuskalvon valinta tehtiin perustuen kalvon cut-off lukuun, joka oli määritetty polyetyleeniglykoliliuoksilla olosuhteissa, joissa konsentraatiopolariosaatioei häiritse mittausta. Kriittisen vuon konseptia käytettiin sopivan proteiinikonsentraation löytämiseksi ultrasuodatuskokeisiin, koska heraproteiinit ovat tunnetusti kalvoa likaavia aineita. Ultrasuodatuskokeissa tutkittiin heran eri komponenttien suodattumista kalvon läpi ja siihen vaikuttavia ominaisuuksia. Herapermeaattien peptidifraktiot analysoitiin kokoekskluusiokromatografialla ja MALDI-TOF massaspektrometrillä. Kokeissa käytettävien nanosuodatuskalvojen keskimääräinen huokoskoko analysoitiin neutraaleilla liukoisilla aineilla ja zeta-potentiaalit virtauspotentiaalimittauksilla. Aminohappoja käytettiin malliaineina tutkittaessa huokoskoon ja varauksen merkitystä erotuksessa. Aminohappojen retentioon vaikuttivat pH ja liuoksen ionivahvuus sekä molekyylien väliset vuorovaikutukset. Heran ultrasuodatuksessa tuotettu permeaatti, joka sisälsi pieniä peptidejä, laktoosia ja suoloja, nanosuodatettiin happamassa ja emäksisessä pH:ssa. Emäksisissä oloissa tehdyssä nanosuodatuksessa foulaantumista tapahtui vähemmän ja permeaattivuo oli parempi. Emäksisissä oloissa myös selektiivisyys laktoosin erotuksessa peptideistä oli parempi verrattuna selektiivisyyteen happamissa oloissa.

LANGATTOMAN MITTAUS- JA VALVONTAJÄRJESTELMÄN PROTOKOLLAKEHITYS

Tässä diplomityössä esitellään langattoman mittaus- ja valvontajärjestelmän protokollakehitys. Työssä selvitetään protokollakehityksessä huomioon otettavat asiat ja esitetään langattoman tilavalvontaan perustuvan pilottijärjestelmän toteutus. Pilottijärjestelmänä käytetään Ensto Busch-Jaeger Oy:n Jussi-kosteusvahtijärjestelmää, joka muutetaan langattomaksi. Järjestelmän tiedonsiirto on yksisuuntaista ja tapahtuu radioyhteydellä. Käytetty taajuus on 433,92 MHz. Tavoitteena työssä oli kehittää yksinkertainen, mutta luotettava signalointijärjestelmä. Siihen toteutettu protokolla koodaa lähetettävän datan NRZ-L -koodauksen tapaisesti. Virheenkorjaus tehdään pariteettibittiä ja Hamming-etäisyyttä hyväksi käyttäen. Lisäksi tiedonsiirron yhteyskäytäntöön on lisätty rinnakkaisuutta yksisuuntaisen tiedonsiirron varmistamiseksi. Kehitetylle protokollalle tehdyt testit osoittavat sen olevan luotettava valitussa tiedonsiirtoympäristössä.

Uusien rajapintojen vaikutus Nokia TETRA –rajapintapalvelimen arkkitehtuuriin

Nokia TETRA –järjestelmä on digitaaliseen tekniikkaan pohjautuva radiopuhelinjärjestelmä, joka on tarkoitettu erityisvaatimuksia omaavien organisaatioiden ammattikäyttöön. Sen tyypillisiä käyttäjiä ovat erilaiset viranomaiset, kuten poliisi, palo- ja pelastuslaitos sekä rajavartiolaitos. Se perustuu avoimeen TETRA-standardiin, joka määrittelee tärkeimmät palvelut ja rajapinnat tiettyjen verkkoelementtien välillä. TETRA-järjestelmän käyttöpaikkatyöasemat ja palvelimet perustuvat kaikki samaan Nokia TETRA –rajapintapalvelimen arkkitehtuuriin. Käyttöpaikat tarjoavat tehokkaat toiminnot verkon operatiiviseen käyttöön ja hallintaan. Palvelimet puolestaan tarjoavat ohjelmointirajapintansa kautta kolmansille osapuolille mahdollisuuden luoda TETRA-järjestelmän palveluita käyttäviä sovelluksia. Työn tavoitteena oli tutkia uusien rajapintojen soveltuvuutta sekä selvittää niiden vaikutusta Nokia TETRA –rajapintapalvelimen arkkitehtuuriin. Ensin kartoitettiin nykyisen arkkitehtuurin ongelmat ja puutteet äänikommunikaatioon käytetyssä tiedonsiirrossa, ja äänikommunikaatiossa käyttäjään päin. Näiden ratkaisemiseksi tutkittiin uusia rajapinta-vaihtoehtoja. Parhaiten soveltuvista vaihtoehdoista muodostettiin ratkaisu, jonka vaikutus uuden sukupolven arkkitehtuuriin selvitettiin.

Eettinen virkamiespätevyys suomalaisessa turvallisuuspolitiikassa : esimerkkinä poliisi ja rajavartiolaitos

Abstract: Ethical competence of civil servants in Finnish security politics. The Finnish police and the border guard as examples

Surface Studies of Thiolate Adsorbates on Some Metals

The results and discussions in this thesis are based on my studies about selfassembled thiol layers on gold, platinum, silver and copper surfaces. These kinds of layers are two-dimensional, one molecule thick and covalently organized at the surface. They are an easy way to modify surface properties. Self-assembly is today an intensive research field because of the promise it holds for producing new technology at nanoscale, the scale of atoms and molecules. These kinds of films have applications for example, in the fields of physics, biology, engineering, chemistry and computer science. Compared to the extensive literature concerning self-assembled monolayers (SAMs) on gold, little is known about the structure and properties of thiolbased SAMs on other metals. In this thesis I have focused on thiol layers on gold, platinum, silver and copper substrates. These studies can be regarded as a basic study of SAMs. Nevertheless, an understanding of the physical and chemical nature of SAMs allows the correlation between atomic structure and macroscopic properties. The results can be used as a starting point for many practical applications. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and synchrotron radiation excited high resolution photoelectron spectroscopy (HR-XPS) together with time-offlight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) were applied to investigate thin organic films formed by the spontaneous adsorption of molecules on metal surfaces. Photoelectron spectroscopy was the main method used in these studies. In photoelectron spectroscopy, the sample is irradiated with photons and emitted photoelectrons are energy-analyzed. The obtained spectra give information about the atomic composition of the surface and about the chemical state of the detected elements. It is widely used in the study of thin layers and is a very powerful tool for this purpose. Some XPS results were complemented with ToF-SIMS measurements. It provides information on the chemical composition and molecular structure of the samples. Thiol (1-Dodecanethiol, CH3(CH2)11SH) solution was used to create SAMs on metal substrates. Uniform layers were formed on most of the studied metal surfaces. On platinum, surface aligned molecules were also detected in investigations by XPS and ToF-SIMS. The influence of radiation on the layer structure was studied, leading to the conclusion that parts of the hydrocarbon chains break off due to radiation and the rest of the layer is deformed. The results obtained showed differences depending on the substrate material. The influence of oxygen on layer formation was also studied. Thiol molecules were found to replace some of the oxygen from the metal surfaces.

Rikostutkinta Kaakkois-Suomen rajavartiostossa ja siihen liittyvä erityispiirteet

Tutkielmassa tarkastellaan Kaakkois-Suomen rajavartioston näkökulmasta rajavartiolaitoksen esitutkintaan liittyviä toimivaltuuksia sekä esitutkinnan ja ulkomaalaislain mukaisten toimenpiteiden vaikutuksia rikosprosessiin. Lisäksi selvitetään uuden hallituksen esityksen vaikutuksia rajavartiointia koskevan lainsäädännön muuttamisesta. Tutkielma täydentää aikaisempia tutkimuksia tuomalla esiin systemaattiseen tarkasteluun koko rikosprosessin vaiheet nykyisen esitutkinnan aloittamisesta aina ulkomaalain mukaisiin hallinnollisiin toimenpiteisiin saakka. Luonteeltaan tutkielma on rikosoikeustieteellinen. Tutkielmassa käytetty tutkimusmenetelmä on lainoppi. Tutkielmaa varten haastateltiin yhteistyöviranomaisten edustajia Kaakkois-Suomen rajavartioston koko rikosprosessin toimittamiseen liittyen. Työn tuloksissa esitetään keskeiset esitutkintatoimintaan ja rikosprosessiin vaikuttavat tekijät, tutkintaan liittyvät eri-tyispiirteet ja yhteistyöviranomaisten näkemys Kaakkois-Suomen rajavartioston tutkintatoiminnasta.

Virkavastuu. Määräaikainen virantoimituksesta erottaminen rajavartiomiehen, ammattisotilaan ja poliisin erityisenä kurinpitorangaistuksena.

Tutkielman tavoitteena on oikeudellisten lähteiden systematisoinnilla tuottaa johdonmukainen kuvaus poliisin, rajavartiomiehen sekä ammattisotilaan virkavelvollisuuksista, oikeudellisesta vastuusta ja virkarikosten rangaistavuudesta. Päähuomio kohdistuu virkamiehen määräaikaiseen virantoimituksesta erottamiseen. Oikeudellisella argumentaatiolla pyritään esittämään lainmukainen ja hyväksyttävä tulkintakannanotto siihen, miten kyseistä säädöstä tulisi tulkita. Tutkimusmetodi työssä on oikeusdogmatiikka. Ensisijaisena aineistona tutkielmassa on voimassa oleva lainsäädäntö valmisteluaineistoineen. Toissijaisina lähteinä käytetään kirjallisuutta, viranomaisten kurinpitopäätöksiä ja haastatteluja. Määräaikainen erottaminen voidaan määrätä virkamiehelle, joka toimii vastoin virkavelvollisuuksiaan tai laiminlyö niitä. Säädös on tulkittavissa laajentavasti siten, että myös muut kuin selkeästi viranomaisen valvontavastuulle kuuluvat teot voidaan katsoa virkatehtävien vastaiseksi. Erityisen käyttäytymisvelvoitteen johdosta menettely on rangaistavaa myös vapaa-ajalla. Määräaikainen erottaminen sijoittuu rangaistusasteikossa varoituksen ja irtisanomisen väliin. Rangaistus ei edellytä erityisen painavia perusteita, joita vaaditaan virkamiehen irtisanomiseen. Uuden säädöksen myötä irtisanomisten määrä on vähentynyt Rajavartiolaitoksessa. Säädöksestä on muotoutunut kurinpidollinen lisärangaistus, joka on määrätty virkamiehelle hallinnollisella päätöksellä yleensä rikostuomion jälkeen. Säädös on kuitenkin tarkoitettu ja se mahdollistaa myös puuttumisen varsinaisten virkatehtävien laiminlyönteihin. Lainsäädännön selkeyttämiseksi määräaikaisen erottamisen säädös tulisi poistaa eri viranomaisten erityislainsäädännöstä ja liittää suoraan virkamieslakiin. Säädöksen soveltaminen tulisi ulottaa koskemaan myös muita virkamiehiä, jotka palvelevat kyseisissä viranomaisissa. Tutkimuksen kohteena oleva virkamiesryhmä alistuu virkamiesoikeudessa blankkorangaistusuhan alle. Virkamiehen on vaikea hahmottaa kaikkea rangaistavaa toimintaa, ja virantoimittamisvelvollisuus on usein täsmentymätön ja tulkinnanvarainen. Kokonaisharkinnassa korostuvat myös muut kuin oikeudelliset lähteet (esimerkiksi moraalikäsitykset, etiikka, ohjeet, virkamiehen elämäntilanne). Sotilaiden ja poliisin oikeudenhoito poikkeaa monilta osin muiden virkamiesten oikeudenhoitomenettelystä. Rajavartiolaitoksessa sotilasoikeudenhoidon määräykset ja ohjeet ovat selkeästi puutteelliset. Rajavartiolaitoksen tehtäväkentän ja toimivaltuudet huomioiden tulisi kurinpito- ja virkarikosten tutkinnoissa lähentyä poliisin mallia sekä hyödyntää rikostorjuntahenkilöstön ammattitaitoa oman henkilökunnan esitutkinnoissa. Erityisen turvallisuusviranomaisten virkarikoksiin erikoistuneen tutkintaorganisaation perustaminen voisi tehostaa ja parantaa esitutkintojen tasoa sekä lisätä oikeusvarmuutta.

Studies on Neuromuscular Blocking Agents and Their Antagonists During Anaesthesia

Neuromuscular blocking agents (NMBAs) are widely used in clinical anaesthesia and emergency medicine. Main objectives are to facilitate endotracheal intubation and to allow surgery by reducing muscle tone and eliminating sudden movements, which may otherwise lead to trauma and complications. The most commonly used NMBAs are non-depolarizing agents with a medium duration of action, such as rocuronium and cisatracurium. They bind to the acetylcholine receptors in the neuromuscular junction, thus inhibiting the depolarization of the postsynaptic (muscular) membrane, which is a prerequisite for muscle contraction to take place. Previously, it has been assumed that nitrous oxide (N2O), which is commonly used in combination with volatile or intravenous anaesthetics during general anaesthesia, has no effect on NMBAs. Several studies have since claimed that N2O in fact does increase the effect of NMBAs when using bolus administration of the relaxant. The effect of N2O on the infusion requirements of two NMBAs (rocuronium and cisatracurium) with completely different molecular structure and pharmacological properties was assessed. A closed-loop feedback controlled infusion of NMBA with duration of at least 90 minutes at a 90% level of neuromuscular block was used. All patients received total intravenous anaesthesia (TIVA) with propofol and remifentanil. In both studies the study group (n=35) received N2O/Oxygen and the control group (n=35) Air/Oxygen. There were no significant differences in the mean steady state infusion requirements of NMBA (rocuronium in Study I; cisatracurium in Study II) between the groups in either study. In Study III the duration of the unsafe period of recovery after reversal of rocuronium-induced neuromuscular block by using neostigmine or sugammadex as a reversal agent was analyzed. The unsafe period of recovery was defined as the time elapsed from the moment of no clinical (visual) fade in the train-of-four (TOF) sequence until an objectively measured TOF-ratio of 0.90 was achieved. The duration of these periods were 10.3 ± 5.5 and 0.3 ± 0.3 min after neostigmine and sugammadex, respectively (P < 0.001). Study IV investigated the possible effect of reversal of a rocuronium NMB by sugammadex on depth of anaesthesia as indicated by the bispectral index and entropy levels in thirty patients. Sugammadex did not affect the level of anaesthesia as determined by EEG-derived indices of anaesthetic depth such as the bispectral index and entropy.

Toiminnan kehittäminen joukko-osastossa

Tutkimuksen päätavoite on tuottaa toiminnan kehittämismalli Kaartin Jääkärirykmentille, joka on yksi maavoimien joukko-osastoista. Tutkimuksen osatavoitteina on luoda yleinen malli joukko-osaston toiminnan kehittämisen osa-alueista, muodostaa luodun mallin perusteella kyselylomake kehityskohteiden kartoittamiseksi sekä laaditulla lomakkeella selvittää joukko-osaston toiminnan kehitystarpeita. Toiminnan kehittäminen nähdään tutkimuksessa toimintojen tai toimintatapojen kehittämisenä, ja sitä tarkastellaan laatujohtamisen näkökulmasta. Tutkimus on luonteeltaan laadullinen empiirinen tutkimus, jolla pyritään uuden mallin luomiseen. Tiedonkeruumenetelminä olivat kirjallisuuskatsaus, puolistrukturoidut haastattelut ja kyselytutkimus. Kirjallisuuskatsausta edusti perehtyminen laatujohtamisen teoriaan. Laatujohtamisen teoriaa täydennettiin kahdella asiantuntijahaastattelulla, joista toinen tehtiin laatujohtamisen teorian asiantuntijalle ja toinen käytännön asiantuntijalle. Lisäksi tutkimuksessa perehdyttiin puolustusvoimien laadunhallinnan ja toiminnan kehittämisen ohjeistukseen. Puolustusvoimien ohjeistusta edustivat Pääesikunnan ja Maavoimien Esikunnan ohjeasiakirjat sekä yhden esimerkkijoukko-osaston ohjeistus. Laatujohtamisen teorian ja puolustusvoimien ohjeistuksen perusteella muodostettiin yleinen malli joukko-osaston toiminnan kehittämisen osa-alueista. Malli oli samalla tutkimuksen ensimmäinen osatavoite. Mallin perusteella toiminnan kehittäminen koostuu: toiminnan vakioinnista, toiminnan arvioinnista, toiminnan jatkuvasta parantamisesta ja innovatiivisuudesta. Näiden neljän kokonaisuuden perusteella luotiin kyselylomake, siten, että samalla kyselylomakkeella pystyttiin kartoittamaan Kaartin Jääkärirykmentin nykyisen toiminnan mahdollisia kehitystarpeita ja myöhemmässä vaiheessa mittamaan toiminnan kehittymistä. Kyselylomakkeen muodostaminen oli samalla tutkimuksen toinen osatavoite. Kyselylomakkeen avulla toteutettiin kyselytutkimus kehitystarpeiden selvittämiseksi. Tämä oli tutkimuksen kolmas osatavoite. Kyselytutkimuksen tulosten perusteella eniten kehitettävää oli toiminnan jatkuvassa parantamisessa. Tulosten perusteella muodostettiin vuosisuunnittelurytmiin sidottu, itsearviointiin ja yhteen jatkuvan parantamisen malliin pohjautuva, toiminnan kehittämisen malli Kaartin Jääkärirykmentille.

Scheduling of guarded command based models

Formal methods provide a means of reasoning about computer programs in order to prove correctness criteria. One subtype of formal methods is based on the weakest precondition predicate transformer semantics and uses guarded commands as the basic modelling construct. Examples of such formalisms are Action Systems and Event-B. Guarded commands can intuitively be understood as actions that may be triggered when an associated guard condition holds. Guarded commands whose guards hold are nondeterministically chosen for execution, but no further control flow is present by default. Such a modelling approach is convenient for proving correctness, and the Refinement Calculus allows for a stepwise development method. It also has a parallel interpretation facilitating development of concurrent software, and it is suitable for describing event-driven scenarios. However, for many application areas, the execution paradigm traditionally used comprises more explicit control flow, which constitutes an obstacle for using the above mentioned formal methods. In this thesis, we study how guarded command based modelling approaches can be conveniently and efficiently scheduled in different scenarios. We first focus on the modelling of trust for transactions in a social networking setting. Due to the event-based nature of the scenario, the use of guarded commands turns out to be relatively straightforward. We continue by studying modelling of concurrent software, with particular focus on compute-intensive scenarios. We go from theoretical considerations to the feasibility of implementation by evaluating the performance and scalability of executing a case study model in parallel using automatic scheduling performed by a dedicated scheduler. Finally, we propose a more explicit and non-centralised approach in which the flow of each task is controlled by a schedule of its own. The schedules are expressed in a dedicated scheduling language, and patterns assist the developer in proving correctness of the scheduled model with respect to the original one.

Ohutseinämäisten putkien hitsauksen robotisointi

Tämän diplomityön tavoitteena on ollut selvittää, kuinka robotisoitua hitsausta on mahdollista hyödyntää teollisuuskaiteiden valmistuksessa. Tutkimusmenetelminä käytettiin kirjallisuusselvitystä, hitsauskokeita ja makrohietutkimuksia. Työssä keskityttiin robottihitsauksen menetelmiin ja työstä on rajattu pois kaikki kustannuslaskelmat sekä alumiinin hitsaus. Hitsattavat materiaalit olivat rakenneteräs ja ruostumaton teräs. Rakenneteräsputken koko oli 42,4 x 2,6 mm ja ruostumattoman putken koko 42,4 x 2,0 mm. Käytetyt liitosmuodot olivat T-liitoksia, joista suorassa T-liitoksessa putkien välinen kulma oli 90 astetta ja vinossa T-liitoksessa noin 45 astetta. Tehdyn selvitystyön ja hitsauskokeiden perusteella voidaan sanoa, että kaiteissa käytettävien materiaalipaksuuksien ja liitosmuotojen hitsaaminen robotilla on mahdollista. Hitsauksen lopputulos riippuu hitsausasennosta ja paras tulos saavutetaan, kun kappaletta pyöritetään hitsauksen aikana siten, että hitsaus tapahtuu koko ajan jalkoasennossa.

Regioselective modification of galactose-containing polysaccharides in aqueous media

Biorefining is defined as sustainable conversion of biomass into marketable products and energy. Forests cover almost one third of earth’s land area, and account for approximately 40% of the total annual biomass production. In forest biorefining, the wood components are, in addition to the traditional paper and board products, converted into chemicals and biofuels. The major components in wood are cellulose, hemicelluloses, and lignin. The main hemicellulose in softwoods, which are of interest especially for the Nordic forest industry, is O-acetyl galactoglucomannan (GGM). GGM can be isolated in industrial scale from the waste waters of the mechanical pulping process, but is not yet today industrially utilized. In order to attain desired properties of GGM for specific end-uses, chemical and enzymatic modifications can be performed. Regioselective modifications of GGM, and other galactose-containing polysaccharides were done by oxidations, and by combining oxidations with subsequent derivatizations of the formed carbonyl or carboxyl groups. Two different pathways were investigated: activation of the C-6 positions in different sugar units by TEMPO-mediated oxidation, and activation of C-6 position in only galactose-units by oxidation catalyzed by the enzyme galactose oxidase. The activated sites were further selectively derivatized; TEMPO-oxidized GGM by a carbodiimide-mediated reaction forming amides, and GO-oxidized GGM by indium-mediated allylation introducing double or triple bonds to the molecule. In order to better understand the reaction, and to develop a MALDI-TOF-MS method for characterization of regioselectively allylated GGM, α-D-galactopyranoside and raffinose were used as model compounds. All reactions were done in aqueous media. To investigate the applicability of the modified polysaccharides for, e.g., cellulose surface functionalization, their sorption onto pulp fibres was studied. Carboxylation affects the sorption tendency significantly; a higher degree of oxidation leads to lower sorption. By controlling the degree of oxidation of the polysaccharides and the ionic strength of the sorption media, high degrees of sorption of carboxylated polysaccharides onto cellulose could, however, be obtained. Anionic polysaccharides were used as templates during laccase-catalyzed polymerization of aniline, offering a green, chemo-enzymatic route for synthesis of conducting polyaniline (PANI) composite materials. Different polysaccharide templates, such as, native GGM, TEMPO-oxidized GGM, naturally anionic κ-carrageenan, and nanofibrillated cellulose produced by TEMPO-oxidation, were assessed. The conductivity of the synthesized polysaccharide/PANI biocomposites varies depending on the polysaccharide template; κ-CGN, the anionic polysaccharide with the lowest pKa value, produces the polysaccharide/PANI biocomposites with the highest conductivity. The presented derivatization, sorption, and polymerization procedures open new application windows for polysaccharides, such as spruce GGM. The modified polysaccharides and the conducting biocomposites produced provide potential applications in biosensors, electronic devices, and tissue engineering.

Valtatie 1 liikenneturvallisuustarkastus : Tarkastusraportti

Tämän työn tavoitteena oli tarkastella liikenneturvallisuuden kehittymistä moottoritien rakentamisen jälkeen valtatiellä 1 Varsinais-Suomen ja Uudenmaan ELY-keskusten alueilla välillä Turku – Lohja. Laadittu tarkastus perustui onnettomuustietoihin, tierekisteritietoihin sekä maastokäynteihin. Valtatien 1 liikenneturvallisuustaso on lähtökohtaisesti hyvä ja liikenneympäristön turvallisuusriskit ovat pienet. Liikenneturvallisuustilanne on parantunut merkittävästi moottoritieksi rakentamisen jälkeen. Valtatiellä 1 tapahtuneet henkilövahinkoon johtaneet onnettomuudet ovat vähentyneet 60 - 80 % moottoritien rakentamisen jälkeen, mikä tarkoittaa lähes 40 henkilövahinko-onnettomuutta vähemmän vuosittain. Kuolemaan johtaneiden onnettomuuksien vähenemä oli 2-3 onnettomuutta vuosittain. Moottoritiellä tapahtuneista henkilövahinkoon johtaneista onnettomuuksista yleisimpiä ovat yksittäisonnettomuudet ja peräänajo-onnettomuudet. Henkilövahinko-onnettomuuksista noin 60 % johtuu tieltä suistumisista. Onnettomuusrekisteritietojen mukaan henkilövahinkoon johtaneita kohtaamisonnettomuuksia ei tapahtunut vuosina 2007– 2011, vaikka väärään suuntaan ajamisesta johtuvat kuolonkolarit on aikaisemmin todettu vakiintuneeksi onnettomuustyypiksi moottoriteillä. Tehdyn onnettomuusanalyysin sekä maastokäyntien perusteella etenkin vanhempien moottoritieosuuksien liikenneturvallisuuden tilaa voidaan ja tulee kuitenkin edelleen parantaa ja liikenneturvallisuustasoa nostaa. Yksittäisonnettomuuksia voidaan estää ja niiden seurauksia merkittävästi lieventää reunaympäristöä kehittämällä. On kuitenkin huomattava, että kaikkia onnettomuuksia ei voida estää tieteknisin keinoin ja liikennejärjestelmää kehittämällä. Maastokäynneillä silmämääräisesti todettuihin puutteisiin pohdittiin parantamistoimenpiteitä Varsinais-Suomen ELY-keskuksen alueelle. Toimenpiteissä erityishuomiota on kiinnitetty tieympäristön törmäysturvallisuuteen ja väärään suuntaan ajamisen riskin estämiseen ramppiliittymissä. Tieympäristön törmäysturvallisuutta on esitetty parannettavaksi pääasiassa puuston raivauksella ja kaiteiden lisäämisellä. Kaiteiden lisäämisen sijasta on mahdollista parantaa törmäysturvallisuutta maatäytöllä niissä kohdissa, jossa ulkoluiska on liian matala kallioleikkauksen kohdalla. Ramppiliittymissä väärään suuntaan ajamisen riskiä pyritään taas estämään mm. lisäämällä kielletyn ajosuunnan liikennemerkkejä.

Surface characterization of chemically modified fiber, wood and paper

Inorganic-organic sol-gel hybrid coatings can be used for improving and modifying properties of wood-based materials. By selecting a proper precursor, wood can be made water repellent, decay-, moisture- or UV-resistant. However, to control the barrier properties of sol-gel coatings on wood substrates against moisture uptake and weathering, an understanding of the surface morphology and chemistry of the deposited sol-gel coatings on wood substrates is needed. Mechanical pulp is used in production of wood-containing printing papers. The physical and chemical fiber surface characteristics, as created in the chosen mechanical pulp manufacturing process, play a key role in controlling the properties of the end-use product. A detailed understanding of how process parameters influence fiber surfaces can help improving cost-effectiveness of pulp and paper production. The current work focuses on physico-chemical characterization of modified wood-based materials with surface sensitive analytical tools. The overall objectives were, through advanced microscopy and chemical analysis techniques, (i) to collect versatile information about the surface structures of Norway spruce thermomechanical pulp fiber walls and understand how they are influenced by the selected chemical treatments, and (ii) to clarify the effect of various sol-gel coatings on surface structural and chemical properties of wood-based substrates. A special emphasis was on understanding the effect of sol-gel coatings on the water repellency of modified wood and paper surfaces. In the first part of the work, effects of chemical treatment on micro- and nano-scale surface structure of 1st stage TMP latewood fibers from Norway spruce were investigated. The chemicals applied were buffered sodium oxalate and hydrochloric acid. The outer and the inner fiber wall layers of the untreated and chemically treated fibers were separately analyzed by light microscopy, atomic force microscopy and field-emission scanning electron microscopy. The selected characterization methods enabled the demonstration of the effect of different treatments on the fiber surface structure, both visually and quantitatively. The outer fiber wall areas appeared as intact bands surrounding the fiber and they were clearly rougher than areas of exposed inner fiber wall. The roughness of the outer fiber wall areas increased most in the sodium oxalate treatment. The results indicated formation of more surface pores on the exposed inner fiber wall areas than on the corresponding outer fiber wall areas as a result of the chemical treatments. The hydrochloric acid treatment seemed to increase the surface porosity of the inner wall areas. In the second part of the work, three silane-based sol-gel hybrid coatings were selected in order to improve moisture resistance of wood and paper substrates. The coatings differed from each other in terms of having different alkyl (CH3–, CH3-(CH2)7–) and fluorocarbon (CF3–) chains attached to the trialkoxysilane sol-gel precursor. The sol-gel coatings were deposited by a wet coating method, i.e. spraying or spreading by brush. The effect of solgel coatings on surface structural and chemical properties of wood-based substrates was studied by using advanced surface analyzing tools: atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy and time-of-flight secondary ion spectroscopy. The results show that the applied sol-gel coatings, deposited as thin films or particulate coatings, have different effects on surface characteristics of wood and wood-based materials. The coating which has a long hydrocarbon chain (CH3-(CH2)7–) attached to the silane backbone (octyltriethoxysilane) produced the highest hydrophobicity for wood and wood-based materials.