Model-Free Reconstruction of Excitatory Neuronal Connectivity from Calcium Imaging Signals

A systematic assessment of global neural network connectivity through direct electrophysiological assays has remained technically infeasible, even in simpler systems like dissociated neuronal cultures. We introduce an improved algorithmic approach based on Transfer Entropy to reconstruct structural connectivity from network activity monitored through calcium imaging. We focus in this study on the inference of excitatory synaptic links. Based on information theory, our method requires no prior assumptions on the statistics of neuronal firing and neuronal connections. The performance of our algorithm is benchmarked on surrogate time series of calcium fluorescence generated by the simulated dynamics of a network with known ground-truth topology. We find that the functional network topology revealed by Transfer Entropy depends qualitatively on the time-dependent dynamic state of the network (bursting or non-bursting). Thus by conditioning with respect to the global mean activity, we improve the performance of our method. This allows us to focus the analysis to specific dynamical regimes of the network in which the inferred functional connectivity is shaped by monosynaptic excitatory connections, rather than by collective synchrony. Our method can discriminate between actual causal influences between neurons and spurious non-causal correlations due to light scattering artifacts, which inherently affect the quality of fluorescence imaging. Compared to other reconstruction strategies such as cross-correlation or Granger Causality methods, our method based on improved Transfer Entropy is remarkably more accurate. In particular, it provides a good estimation of the excitatory network clustering coefficient, allowing for discrimination between weakly and strongly clustered topologies. Finally, we demonstrate the applicability of our method to analyses of real recordings of in vitro disinhibited cortical cultures where we suggest that excitatory connections are characterized by an elevated level of clustering compared to a random graph (although not extreme) and can be markedly non-local.

Surface characterization techniques for determining the root-mean-square roughness and power spectral densities of optical components

Surface topography and light scattering were measured on 15 samples ranging from those having smooth surfaces to others with ground surfaces. The measurement techniques included an atomic force microscope, mechanical and optical profilers, confocal laser scanning microscope, angle-resolved scattering, and total scattering. The samples included polished and ground fused silica, silicon carbide, sapphire, electroplated gold, and diamond-turned brass. The measurement instruments and techniques had different surface spatial wavelength band limits, so the measured roughnesses were not directly comparable. Two-dimensional power spectral density (PSD) functions were calculated from the digitized measurement data, and we obtained rms roughnesses by integrating areas under the PSD curves between fixed upper and lower band limits. In this way, roughnesses measured with different instruments and techniques could be directly compared. Although smaller differences between measurement techniques remained in the calculated roughnesses, these could be explained mostly by surface topographical features such as isolated particles that affected the instruments in different ways.

A new class of isothiocyanate-based irreversible inhibitors of macrophage migration inhibitory factor.

Macrophage migration inhibitory factor (MIF) is a homotrimeric multifunctional proinflammatory cytokine that has been implicated in the pathogenesis of several inflammatory and autoimmune diseases. Current therapeutic strategies for targeting MIF focus on developing inhibitors of its tautomerase activity or modulating its biological activities using anti-MIF neutralizing antibodies. Herein we report a new class of isothiocyanate (ITC)-based irreversible inhibitors of MIF. Modification by benzyl isothiocyanate (BITC) and related analogues occurred at the N-terminal catalytic proline residue without any effect on the oligomerization state of MIF. Different alkyl and arylalkyl ITCs modified MIF with nearly the same efficiency as BITC. To elucidate the mechanism of action, we performed detailed biochemical, biophysical, and structural studies to determine the effect of BITC and its analogues on the conformational state, quaternary structure, catalytic activity, receptor binding, and biological activity of MIF. Light scattering, analytical ultracentrifugation, and NMR studies on unmodified and ITC-modified MIF demonstrated that modification of Pro1 alters the tertiary, but not the secondary or quaternary, structure of the trimer without affecting its thermodynamic stability. BITC induced drastic effects on the tertiary structure of MIF, in particular residues that cluster around Pro1 and constitute the tautomerase active site. These changes in tertiary structure and the loss of catalytic activity translated into a reduction in MIF receptor binding activity, MIF-mediated glucocorticoid overriding, and MIF-induced Akt phosphorylation. Together, these findings highlight the role of tertiary structure in modulating the biochemical and biological activities of MIF and present new opportunities for modulating MIF biological activities in vivo.

Aggregation of liposomes induced by calcium: A structural and kinetic study

In this work, the calcium-induced aggregation of phosphatidylserine liposomes is probed by means of the analysis of the kinetics of such process as well as the aggregate morphology. This novel characterization of liposome aggregation involves the use of static and dynamic light-scattering techniques to obtain kinetic exponents and fractal dimensions. For salt concentrations larger than 5 mM, a diffusion-limited aggregation regime is observed and the Brownian kernel properly describes the time evolution of the diffusion coefficient. For slow kinetics, a slightly modified multiple contact kernel is required. In any case, a time evolution model based on the numerical resolution of Smoluchowski's equation is proposed in order to establish a theoretical description for the aggregating system. Such a model provides an alternative procedure to determine the dimerization constant, which might supply valuable information about interaction mechanisms between phospholipid vesicles.

Formation of virus-like clusters is an intrinsic property of the tumor necrosis factor family member BAFF (B cell activating factor).

The oligomeric state of BAFF (B cell activing factor), a tumor necrosis factor (TNF) family cytokine that plays a critical role in B cell development and survival, has been the subject of recent debate. Myc-tagged BAFF starting at residue Gln136 was previously reported to crystallize as trimers at pH 4.5, whereas a histidine-tagged construct of BAFF, starting at residue Ala134, formed a virus-like cluster containing 60 monomers when crystallized at pH 9.0. The formation of the BAFF 60-mer was pH dependent, requiring pH >or= 7.0. More recently, 60-mer formation was suggested to be artificially induced by the histidine tag, and it was proposed that BAFF, like all other TNF family members, is trimeric. We report here that a construct of BAFF with no amino-terminal tag (Ala134-BAFF) can form a 60-mer in solution. Using size exclusion chromatography and static light scattering to monitor trimer to 60-mer ratios in BAFF preparations, we find that 60-mer formation is pH-dependent and requires histidine 218 within the DE loop of BAFF. Biacore measurements established that the affinity of Ala134-BAFF for the BAFF receptor BAFFR/BR3 is similar to that of myc-Gln136-BAFF, which is exclusively trimeric in solution. However, Ala134-BAFF is more efficacious than myc-Gln136-BAFF in inducing B cell proliferation in vitro. We additionally show that BAFF that is processed and secreted by 293T cells transfected with full-length BAFF, or by a histiocytic lymphoma cell line (U937) that expresses BAFF endogenously, forms a pH-dependent 60-mer in solution. Our results indicate that the formation of the 60-mer in solution by the BAFF extracellular domain is an intrinsic property of the protein, and therefore that this more active form of BAFF may be physiologically relevant.

The use of micro-XRD for the study of glaze color decorations

The compounds responsible for the colours and decorations in glass and glazed ceramics include: colouring agents (transition metal ions), pigments (micro-and nano-precipitates of compounds that either do not dissolve or recrystallize in the glassy matrix) and opacifiers (microcrystalline compounds with high light scattering capability). Their composition, structure and range of stability are highly dependent not only on the composition but also on the procedures followed to obtain them. Chemical composition of the colorants and crystallites may be obtained by means of SEM-EDX and WDX. Synchrotron Radiation micro-X-ray Diffraction has a small beam size adequate (10 to 50 microns footprint size) to obtain the structural information of crystalline compounds and high brilliance, optimal for determining the crystallites even when present in low amounts. In addition, in glass decorations the crystallites often appear forming thin layers (from 10 to 100 micrometers thick) and they show a depth dependent composition and crystal structure. Their nature and distribution across the glass/glazes decorations gives direct information on the technology of production and stability and may be related to the color and appearance. A selection of glass and glaze coloring agents and decorations are studied by means of SR-micro- XRD and SEM-EDX including: manganese brown, antimony yellow, red copper lusters and cobalt blue. The selection includes Medieval (Islamic, and Hispano Moresque) and renaissance tin glazed ceramics from the 10th to the 17th century AD.

Exhaled breath condensate as a matrix for combustion-based nanoparticle exposure and health effect evaluation

Health assessment and medical surveillance of workers exposed to combustion nanoparticles are challenging. The aim was to evaluate the feasibility of using exhaled breath condensate (EBC) from healthy volunteers for (1) assessing the lung deposited dose of combustion nanoparticles and (2) determining the resulting oxidative stress by measuring hydrogen peroxide (H2O2) and malondialdehyde (MDA). Methods: Fifteen healthy nonsmoker volunteers were exposed to three different levels of sidestream cigarette smoke under controlled conditions. EBC was repeatedly collected before, during, and 1 and 2 hr after exposure. Exposure variables were measured by direct reading instruments and by active sampling. The different EBC samples were analyzed for particle number concentration (light-scattering-based method) and for selected compounds considered oxidative stress markers. Results: Subjects were exposed to an average airborne concentration up to 4.3×10(5) particles/cm(3) (average geometric size ∼60-80 nm). Up to 10×10(8) particles/mL could be measured in the collected EBC with a broad size distribution (50(th) percentile ∼160 nm), but these biological concentrations were not related to the exposure level of cigarette smoke particles. Although H2O2 and MDA concentrations in EBC increased during exposure, only H2O2 showed a transient normalization 1 hr after exposure and increased afterward. In contrast, MDA levels stayed elevated during the 2 hr post exposure. Conclusions: The use of diffusion light scattering for particle counting proved to be sufficiently sensitive to detect objects in EBC, but lacked the specificity for carbonaceous tobacco smoke particles. Our results suggest two phases of oxidation markers in EBC: first, the initial deposition of particles and gases in the lung lining liquid, and later the start of oxidative stress with associated cell membrane damage. Future studies should extend the follow-up time and should remove gases or particles from the air to allow differentiation between the different sources of H2O2 and MDA.

Retentiopolymeerin optimointi täyteaineiden yhtäaikaisannostelussa

Kirjallisuusosassa perehdyttiin retentioaineisiin ja täyteaineisiin sekä retentioaineiden ja rainanmuodostusolosuhteiden vaikutukseen retentioon, vedenpoistoon ja paperin ominaisuuksiin. Tarkemmin kirjallisuusosassa keskityttiin täyteaineiden esiflokkaukseen, retentiopolymeerin adsorptioon sekä retentiopolymeerien ja täyteaineiden annostelutapoihin. Kokeellisessa osassa tutkittiin sarjaa retentiopolymeerejä, joiden varaustiheys ja moolimassa muuttuivat. Yksi polymeereistä oli kahdesta polymeeristävalmistettu suoladispersio ja yksi modifioitu kationinen PAM. Näillä polymeereillä käytiin läpi koesarjoja, joissa muutettiin täyteaineen annosteluaikaa retentiopolymeerin annosteluajan pysyessä vakiona. Lähinnä vertailtiin keskenään perinteistä annostelua, jossa täyteaine annosteltiin paljon ennen retentiopolymeeriä,ja yhtäaikaista annostelua, jossa molemmat annosteltiin yhtä aikaa lähellä perälaatikkoa. Kokeet tehtiin MBF-laitteella, jolla pystytään paperikonetta vastaaviin pulsaatiotaajuuksiin ja sillä voidaan valmistaa tasoviirakoneella valmistetunpaperin kaltaisia laboratorioarkkeja. Valmistetuista arkeista tutkittiin retentioita ja paperiteknisiä ominaisuuksia. Laboratoriokokeiden perusteella yhtäaikainen annostelu antoi paremmat täyteaineretentiot verrattaessa perinteiseen annosteluun lähes kaikissa koesarjoissa. Varsinkin lyhytketjuiset polymeerit näyttivättoimivan hyvin yhtäaikaisannostelulla, mikä saattaisi johtua siitä, että lyhyt reagointiaika sulpun kanssa on lyhytketjuisille polymeereille edullinen, sillä silloin polymeeriketjun konformaatio ei ehdi asettua liian alhaiseksi ja ketjun toimintakyky säilyy parempana. Polymeerin varaustiheyden kasvaessa riittävästi laski täyteaineretentio seuraavissa tapauksissa: SC-massa + kaoliini ja SC-massa +GCC kummallakin annostelulla sekä SC-massa + PCC A perinteisellä annostelulla. Hienopaperimassalla samaa trendiä noudatti täyteaine GCC kummallakin annostelulla, kun taas PCC H:ta käytettäessä paranivat täyteaineretentiot molemmilla annosteluilla. Retentiopolymeerin moolimassan kasvaessa riittävästi kääntyi täyteaineretentio laskuun täyteaineilla GCC ja kaoliini, kun käytettiin SC-massaa. Hienopaperimassalla GCC noudatti tätä samaa taipumusta. Sen sijaan SC-massalla PCC A:takäytettäessä täyteaineretentio puolestaan nousi hieman moolimassan kasvaessa. Näin kävi myös hienopaperimassalla, kun täyteaineena käytettiin PCC H:ta. Käytettäessä SC-massaa, perinteisellä annostelulla saatiin parempi tai yhtä hyvä valonsironta kuin yhtäaikaisella annostelulla kaikilla täyteaineilla. Tämä saattaisi johtua siitä, että yhtäaikaisannostelulla on muodostunut suurempia täyteaineflokkeja, mikä on alentanut valoa sirottavia pintoja. Täyteaineista korkeimmat valonsirontakertoimet antoi PCC A ja alhaisimmat kaoliini. PCC A:lla oli kapein partikkelikokojakauma, mikä korottaa paperin valonsirontaa. Hienopaperimassalla valonsirontakerroin ja opasiteetti suurenivat GCC-pitoisuuden kasvaessa kummallakin annostelulla, mikä voisi johtua täyteainepartikkelien antamasta paremmasta sironnasta. Yhtäaikaisella annostelulla saavutettiin huomattavasti paremmat valonsironnan arvot perinteiseen annosteluun verrattuna. PCC H-pitoisuuden kasvaessa suurenivat myös valonsirontakerroin ja opasiteetti kummallakin annostelulla. PCC H antoi korkeammat valonsirontakertoimet kuin GCC. PCC omaa suuremman valonheijastusluvun kuin GCC, minkä vuoksi se antaa paremmat valonsirontakertoimen arvot. PCC H:n partikkelikokojakauma oli myös kapeampi kuin GCC:n, mikä mahdollisti paremman valonsironnan ja opasiteetin saavuttamisen.

Optimal Mechanical PulpingProcesses for Eucalyptus, Acacia and Birch

Tässä diplomityössä tutkittiin ja vertailtiin eukalyptuksen, akaasian ja koivun kemimekaanista kuiduttamista ja valkaisua. Yleensä näitä puulajeja käytetään sellun keittoon. Puulajit eroavat toisistaan kasvupaikan ja kuiturakenteen osalta. Eukalyptus ja akaasia ovat niin sanottuja trooppisia lehtipuita, kun taas koivu kasvaa pohjoisilla vyöhykkeillä. Koivulla on kookkaimmat kuidut ja akaasialla pienimmät kuidut. Myös näiden lajien putkilot eroavat toisistaan. Koivun putkilot ovat pitkiä ja kapeita, kun taas eukalyptuksen ja akaasian putkilot ovat lyhyitä ja leveitä. Prosessiksi valittiin kaksivaiheinen APMP-prosessi. Koeajot tehtiinKeskuslaboratorio Oy:ssä. Massoille asetettiin seuraavat tavoitteet: freeness 150-200 ml ja vaaleus 80 %ISO. Eukalyptukselle ja koivulle tehtiin kaksi erilaista impregnointisarjaa, mutta akaasialle vain yksi. Jauhatuksen viimeisessä vaiheessa kokeiltiin myös jauhinvalkaisua. Jauhatuksen energiankulutus oli korkea varsinkin eukalyptuksella ja akaasialla. Jotta energiankulutus saataisiin pienemmäksi, tulisi käyttää enemmän lipeää, mutta se johtaa alkalitummumiseen. Lopuksi massat valkaistiin laboratoriossa. Eukalyptus ja koivu pystyttiin valkaisemaan vaaleuteen 80 %ISO, mutta eukalyptuksen valkaisu vaati enemmän peroksidia kuin koivun valkaisu. Akaasian lähtövaaleus oli niin alhainen, ettei siinä päästy tavoitevaaleuteen. Eukalyptuksella on parempi valonsironta ja paremmat lujuusominaisuudet kuin koivulla. Kemimekaanista massaa voidaan käyttää hienopaperissa parantamassa jäykkyyttä, bulkkia ja valonsirontaa, mutta usein ongelmana on alhainen vaaleus ja huono vaaleuden pysyvyys. Kemimekaanista massaa voidaankäyttää missä tahansa mekaanisissa painopapereissa. Mekaanisissa painopapereissa kemimekaanisella lehtipuumassalla voidaan korvata mekaanista havupuumassaa. Akaasia on niin tummaa, ettei sitä voida käyttää korkeavaaleuksisiin papereihin. Eukalyptus ja koivu ovat vaaleampia ja helpompia valkaista kuin akaasia, mutta myös niillä on niin huono vaaleudenpysyvyys että käyttö hienopapereissa on rajoittunutta. Mekaanisille eukalyptus ja koivumassoille hienopaperia parempi käyttökohde on mekaaniset painopaperit, kuten MWC-paperi.

Metal surface and subsurface inspection using nondestructive optical methods

This thesis considers nondestructive optical methods for metal surface and subsurface inspection. The main purpose of this thesis was to study some optical methods in order to find out their applicability to industrial measurements. In laboratory testing the simplest light scattering approach, measurement of specular reflectance, was used for surface roughness evaluation. Surface roughness, curvature and finishing process of metal sheets were determined by specular reflectance measurements. Using a fixed angleof incidence, the specular reflectance method might be automated for industrialinspection. For defect detection holographic interferometry and thermography were compared. Using either holographic interferometry or thermography, relativelysmall-size defects in metal plates could be revealed. Holographic techniques have some limitations for industrial measurements. On the contrary, thermography has excellent prospects for on-line inspection, especially with scanning techniques.

Paper Surface Image Processing for Roughness Quality Measurement

Diplomityössä on käsitelty paperin pinnankarkeuden mittausta, joka on keskeisimpiä ongelmia paperimateriaalien tutkimuksessa. Paperiteollisuudessa käytettävät mittausmenetelmät sisältävät monia haittapuolia kuten esimerkiksi epätarkkuus ja yhteensopimattomuus sileiden papereiden mittauksissa, sekä suuret vaatimukset laboratorio-olosuhteille ja menetelmien hitaus. Työssä on tutkittu optiseen sirontaan perustuvia menetelmiä pinnankarkeuden määrittämisessä. Konenäköä ja kuvan-käsittelytekniikoita tutkittiin karkeilla paperipinnoilla. Tutkimuksessa käytetyt algoritmit on tehty Matlab® ohjelmalle. Saadut tulokset osoittavat mahdollisuuden pinnankarkeuden mittaamiseen kuvauksen avulla. Parhaimman tuloksen perinteisen ja kuvausmenetelmän välillä antoi fraktaaliulottuvuuteen perustuva menetelmä.

Hienopaperimassojen lujuusominaisuudet nopeassa vetokuormituksessa

Työssä verrattiin koivu-, akaasia- ja eucalyptussellujen käyttökelpoisuutta hienopapereiden kuituraaka-aineena. Kirjallisuusosassa todettiin radan hallinnan paperikoneiden avoimissa vienneissä riippuvan käytetyn geometrian lisäksi lujuus- ja relaksaatio-ominaisuuksista. Kuituverkoston käyttäytymiseen jännityksen alaisena vaikuttavat kuitudimensiot, kosteus ja lämpötila sekä kuituverkostoon kohdistetun jännityksen nopeus ja määrä. Relaksaationopeus ja vetolujuus kasvavat kuivilla papereilla vetonopeuden lisääntyessä. Kosteuspitoisuuden kasvattaminen alentaa puukuiduissa olevien polymeerien lasisiirtymälämpötilaa, jonka seurauksena vetolujuus ja relaksaatiokireys laskevat voimakkaasti. Kosteuspitoisuuden kasvaessa murtovenymä kasvaa lähes lineaarisesti ja repäisylujuus sekä murtotyö saavuttavat maksiminsa tietyssä kosteuspitoisuudessa. Kokeellisessa osassa keskityttiin hienopaperimassojen lujuus- ja relaksaatiokäyttäytymisen selvittämiseen nopeassa vetokuormituksessa. Lisäksi määritettiin laatu-, massa- ja rakenneominaisuuksia valituille koepisteille. Muuttujina kokeissa olivat massojen kuiva-ainepitoisuudet ja jauhatusolosuhteet sekä havusellun osuus hienopaperimassoissa.CSF-tasoon 350 ml jauhetuista näytteistä parhaat lujuus ja relaksaatio-ominaisuudet olivat koivulla ja heikoimmat akaasialla. Erot koepisteiden välillä korostuivat pienellä havusellun määrällä, mutta kaventuivat huomattavasti havusellun määrää lisättäessä. Samaan vetolujuuteen jauhettaessa massojen erot poistuvat kokonaan. Kuivilla näytteillä löydettiin erinomainen korrelaatio myötölujuuden ja relaksaatiokireyden välille. Puristinkuivien näytteiden relaksaatiokireyksiä voidaan kokeiden valossa ennustaa parhaiten kuivien näytteiden vetolujuuksista. Myös elastisten venymien osuuksille ja kuituseinämien paksuuksille löydettiin selvä yhteys.Eucalyptus- ja akaasiamassojen erinomaisuus hienopapereiden raaka-aineena korostui niiden optisissa ominaisuuksissa, erityisesti korkeana valonsirontana. Verrattaessa samassa vetolujuudessa ja relaksaatiokireydessä valonsirontakertoimien arvoja havaittiin akaasian olevan paras koivun jäädessä heikoimmaksi. Lisäksi akaasian ja eucalyptuksen kapeat kuitujakaumat ovat edullisia painokoneessa värin tasaisen imeytymisen kannalta. Akaasian pienet ja taipuisat kuidut antavat paperille tasaisen pinnan ja siten painatuksessa tasaisen painoalustan.

Kuivumiskutistuman yhteys massaseosten ominaisuuksien synergiseen käyttäytymiseen

Diplomityön tavoitteena oli selvittää kuivumiskutistuman yhteyttä massojen synergiseen käyttäytymiseen. Kirjallisuusosassa on pohdittu kuitujen, kuitujen koostumuksen ja massaseosten ominaisuuksien vaikutusta kuivumiskutistumiseen. Lisäksi on pohdittu erilaisten kuivatustapojen vaikutusta kuivumiskutistuman suuruuteen ja SC-paperin mekaanisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osassa valmistettiin kiertovedellä seosarkkeja. Massoina seoksissa käytettiin hioketta, TMP:tä ja kahta eri valmistajan sellua, jotka molemmat koostuivat kuusesta ja männystä. Seosarkkeja kuivattiin vapaasti, estetysti ja siten, että arkkia vedettiin konesuunnassa 2 % ja siten, että arkin annettiin kutistua konesuunnassa 2 %. Vapaasti kutistuneista arkeista mitattiin kuivumiskutistuma, käyttäen mahdollisimman tarkkaa menetelmää, jotta saatiin selville kunkin massaseoksen ja puhtaan massan kutistumapotentiaali. Kokeellisen osan mittaustulosten perusteella työssä pohdittiin kuivumiskutistumisen yhteyttä massojen synergiseen käyttäytymiseen. Tuloksista käy ilmi, että kuivumiskutistumalla on yhteys massaseosten synergiseen käyttäytymiseen. Kuivumiskutistuma vaikuttaa eniten selluilla, joilla on suurin kutistumispotentiaali. Arkin kuivuessa, kuitujen kutistuessa, rikkoutuu arkissa jo syntyneitä sidoksia heikentäen mm. vetolujuutta. Sidoksien rikkoutuminen ilmenee selvästi valonsironnan kasvamisena, mutta myös palstautumislujuuden huonontumisena, joka kertoo sidosten vähentymisestä. Selluosuuden kasvattaminen vaikuttaa useimpien arkin ominaisuuksia huonontaen ja siis synergiaa huonontaen. Puhtaita massoja vertaillessa puhtailla selluilla on useimpien ominaisuuksien kohdalla huonoimmat suhteellisesti saavutetut lujuudet, joten selluista ei saada kaikkea lujuuspotentiaalia, mikä taas näkyy selvästi selluosuuden kasvaessa suurempana poikkeamina additiivisesti lasketuista lujuuksista. Mekaanisilla massoilla, joilla on pienempi kuivumiskutistuma, ei vaikutus ole niin voimakas kuin selluilla ja puhtaat mekaaniset massat säilyttävätkin ominaisuutensa paremmin kuin sellut.

The Optimization of Flotation Process Parameters in the Deinking Plant

Tämän diplomityön tavoitteena oli sekundäärisen esiflotaation optimointi Stora Enso Sachsen GmbH:n tehtaalla. Optimoinnin muuttujana käytettiin vaahdon määrää ja optimointiparametreinä ISO-vaaleutta, saantoja sekä tuhkapitoisuutta. Lisäksi tutkittiin flotaatiosakeuden vaikutusta myös muihin tehtaan flotaatioprosesseihin. Kirjallisuusosassa tarkasteltiin flotaatiotapahtumaa, poistettavien partikkeleiden ja ilmakuplien kontaktia, vaahdon muodostumista sekä tärkeimpiä käytössä olevia siistausflotaattoreiden laiteratkaisuja. Kokeellisessa osassa tutkittiin flotaatiosakeuden pienetämisen vaikutuksia tehtaan flotaatioprosesseihin tuhkapitoisuuden, ISO-vaaleuden, valon sironta- ja valon absorpiokerrointen kannalta. Sekundäärisen esiflotaation optimonti suoritettiin muuttamalla vaahdon määrää kolmella erilaisella injektorin koolla, (8 mm, 10 mm ja 13 mm), joista keskimmäinen kasvattaa 30 % massan tilavuusvirtaa ilmapitoisuuden muodossa. Optimonnin tarkoituksena oli kasvattaa hyväksytyn massajakeen ISO-vaaleutta, sekä kasvattaa kuitu- ja kokonaissaantoa sekundäärisessä esiflotaatiossa. Flotaatiosakeuden pienentämisellä oli edullisia vaikutuksia ISO-vaaleuteen ja valon sirontakertoimeen kussakin flotaatiossa. Tuhkapitoisuus pieneni sekundäärisissä flotaatioissa enemmän sakeuden ollessa pienempi, kun taas primäärisissä flotaatiossa vaikutus oli päinvastainen. Valon absorptiokerroin parani jälkiflotaatioissa alhaisemmalla sakeudella, kun taas esiflotaatioissa vaikutus oli päinvastainen. Sekundäärisen esiflotaation optimoinnin tuloksena oli lähes 5 % parempi ISO-vaaleus hyväksytyssä massajakeessa. Kokonaissaanto parani optimoinnin myötä 5 % ja kuitusaanto 2 %. Saantojen nousu tuottaa vuosittaisia säästöjä siistauslaitoksen tuotantokapasiteetin noustessa 0,5 %. Tämän lisäksi sekundäärisessä esiflotaatiossa rejektoituvan massavirran pienentyminen tuottaa lisäsäästöjä tehtaan voimalaitoksella.

Brightness of multilayer boards

A good appearance of a package enhances the sale of the product. The packing gives information about the content and instructions for the usage. In this master’s thesis, the optical properties of multilayer packaging board is studied. Especially means of increasing brightness of the multilayer board are evaluated. In the literature part, the effect of different factors on optical properties of a multilayer board are evaluated with the help of light scattering and absorption coefficients. The Kubelka-Munk theory can be used also in modelling brightness of the multilayer board. A large variety of different process factors, chemical aids and machine variables affect optical properties of board. In the experimental part, different methods to increase brightness of a 3-layer board were evaluated. It was discovered that brightness variation of broke (30 % share of the center layer pulp) have only minor influence on brightness of the board. The brightness variation must be high, roughly 9 % in order to alter brightness of the board by 1 %. Higher brightness can be achieved by bleaching the pulp, which holds the largest share of the center layer pulp. Here, 2,6 % increase in brightness of the pulp (60 % share of the center layer pulp) increased brightness of the board by 1 %. In a trial run at a board machine, there was no indication of decreased bulk of the board due to extended bleaching of the pulp. With pulp dyeing appearance and optical properties of a multilayer board can be influenced. By using bluish dyes the natural yellowness of pulps can be decreased and impression of whiteness is then increased. Brightness may deteriorate though, because of increasing light absorption of the dyed pulps. When the yellowness comes from the center layer pulp, the dye should be introduced there. Then the brightness decreasing effect of the dye decreases brightness of the board less. It was noticed that it is more important to maintain brightness of the top layer than brightness of the center layer, because the top layer pulp affects on brightness of the board the most. By introducing fillers into the top layer of a multilayer board it is possible to increase brightness of the board. Fillers with the highest light scattering increased the brightness of the board the most. Increasing light scattering increases brightness and also opacity. Higher opacity in the top layer decreases also the darkening effect of the center layer. Calcinated kaolin and PCC was found to increase the light scattering of the top layer the most at the filler comparison. Introducing fillers into the top layer of multilayer board may decrease bulk and modulus of elasticity of the top layer. This could lead to deteriorated bending stiffness.