LWC-paperin opasiteetin parantaminen

LWC-syväpainopaperilta vaaditaan hyvän ajettavuuden, kiillon ja sileyden ohella hyvää opasiteettia. Tämä on asettanut haasteita LWC-paperin valmistajille paperin neliömassojen laskiessa. Tässä diplomityössä etsittiin keinoja parantaa kevyiden LWC-syväpainolajien opasiteettia heikentämättä oleellisesti muita tärkeitä paperin ominaisuuksia. Tavoitteena oli nostaa CR48-lajin opasiteetti tavoitearvoon 90 %. Työn kirjallisuusosassa perehdyttiin paperin optisten ominaisuuksien teoriaan sekä raaka-aineisiin ja prosessin osiin, joilla on vaikutusta paperin opasiteettiin. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin olemassa olevan aineiston perusteella tekijöitä, joilla uskottiin olevan vaikutusta CR48-lajin opasiteettiin. Tutkimuksen ja kirjallisuuden perusteella ajettiin tehdaskoeajoa, joiden avulla pyrittiin parantamaan paperin opasiteettia. CR48-lajin opasiteettitavoite saavutettiin kolmella eri tavalla. Opasiteettitavoite saavutettiin, kun paperin vaaleus säädettiin tavoitearvoon pigmenttivärin avulla tumman hierteen sijasta. Tällöin väripigmentin määrää päällystyspastassa nostettiin 0,01 osaa ja valkaistun hierteen osuus kokonaishierteen määrästä oli 100 %. Vaaleuden säätö pastavärillä oli käytännössä hidasta ja hankalaa. Opasiteettitavoite saavutettiin myös, kun hierre jauhettiin täysin koeterillä. Koeterillä tapahtuva jauhatus oli rajumpaa ja katkovampaa kuin perinteisillä terillä, joten hienoaineen lisääntyminen ja kuidun lyheneminen paransivat paperin opasiteettia, mutta lujuudet huononivat. Lisäksi tavoiteopasiteetti saavutettiin, kun sellun osuutta vähennettiin 8 %-yksikköä. Lujuuden säilymisen kannalta sellun vähennys oli parempi keino opasiteetin parantamiseksi kuin hierteen jauhaminen koeterillä. Koeajojen perusteella pohjapaperin tuhkapitoisuuden nostolla ja hierteen CSF-luvun alentamisella ei ollut vaikutusta paperin opasiteettiin. Lisäksi 100 %:nen koeterillä jauhettu sahahakehierre antoi paperille huonomman opasiteetin kuin hierre, josta puolet oli jauhettu koeterillä ja raaka-aineesta 25 % oli sahahaketta.

Paperin ominaisuuksiin vaikuttaminen kuitulajeilla ja valmistuksen osaprosesseilla

Työn tarkastellaan massalaatujen valmistusmenetelmiä ja paperinvalmistuksen osaprosesseja pitäen silmällä massalaadun ja jälkikäsittelyn vaikutusta paperin optisiin ja reologisiin ominaisuuksiin. Pääpaino oli käytössä olevilla prosesseilla, mutta myös muutaman viimeisen vuosikymmenen aikaisiin valmistusmenetelmiin tutustuttiin suppeasti. Koska asiakkaat ja kuluttajat vaativat yhä vaaleampia, kestävämpiä ja lujempia papereita, on tärkeää kyetä tunnistamaan eri osa-prosessit, joilla voidaan vaikuttaa näihin ominaisuuksiin. Asiakaslähtöisyyden ohella prosessien pitää nykyisten tiukkojen päästömääräysten vuoksi pyrkiä ympäristöystävälliseen liiketoimintaan. Myös keräyspaperin käytöstä on säädetty asetus, jonka mukaan keräyspaperin pitää päätyä ensisijaisesti uusiopaperin raaka-aineeksi. Ympäristövaatimukset ja kierrätyskuidun käyttö antavatkin omat haasteensa hyvien optisten ja reologisten ominaisuuksien saavuttamisessa.

Monte Carlo simulation of x-ray spectra generated by kilo-electron-volt electrons

We present a general algorithm for the simulation of x-ray spectra emitted from targets of arbitrary composition bombarded with kilovolt electron beams. Electron and photon transport is simulated by means of the general-purpose Monte Carlo code PENELOPE, using the standard, detailed simulation scheme. Bremsstrahlung emission is described by using a recently proposed algorithm, in which the energy of emitted photons is sampled from numerical cross-section tables, while the angular distribution of the photons is represented by an analytical expression with parameters determined by fitting benchmark shape functions obtained from partial-wave calculations. Ionization of K and L shells by electron impact is accounted for by means of ionization cross sections calculated from the distorted-wave Born approximation. The relaxation of the excited atoms following the ionization of an inner shell, which proceeds through emission of characteristic x rays and Auger electrons, is simulated until all vacancies have migrated to M and outer shells. For comparison, measurements of x-ray emission spectra generated by 20 keV electrons impinging normally on multiple bulk targets of pure elements, which span the periodic system, have been performed using an electron microprobe. Simulation results are shown to be in close agreement with these measurements.

Decomposição de precursores metalorgânicos: uma técnica química de obtenção de filmes finos

This review focus the more relevant foundations and applications of the Metallo-Organic Decomposition (MOD) technique, mainly within the last decade. The technique has grown significantly, mainly due to the good results concerning the preparation of multicomponent oxide systems with composition, structural and morphologic control, in a relatively simple way. This opened new opportunities to obtain materials with well-defined electrical and optical properties.

Fundamentals and applications of spectroscopic ellipsometry

This paper describes the use of ellipsometry as a precise and accurate technique for characterizing substrates and overlayers. A brief historical development of ellipsometry and the basic principles necessary to understand how an ellipsometer works are presented. There are many examples of studies performed in addressing materials science issues, and several are presented here: measurements of thickness, optical properties, and modeling of surface roughness. These selected results obtained in our laboratory for substrates, Si/SiO2 interfaces, and polymers provide evidence that ellipsometry can play a critical role in characterizing different types of materials.

Formação e caracterização óptica de filmes automontados de POMA/PPV

A study is presented of the formation and optical properties of polymeric heterostructures from poly(p-phenylene vinylene) (PPV) and poly(o-methoxyaniline) (POMA) produced via the self-assembly technique. POMA layers were obtained in a non self-limiting process from its emeraldine salt, semiconducting form in HCl solution. Thermal conversion of PPV was performed at low temperatures with the substitution of the counter-ion Cl in the PPV precursor by a long sulfonic chain, the dodecylbenzenesulfonate (DBS) ion. The optical properties of PPV films converted in this way are not affected by POMA, which can be used as transparent electrode of PPV luminescent devices.

The Impact of Aspen and Alder on the Quality of NHBK

The purpose of this work was to study the effect of aspen and alder on birch cooking and the quality of the pulp produced. Three different birch kraft pulps were studied. As a reference, pure aspen and alder were included. The laboratory trials were done at the UPM Research Centre in Lappeenranta, Finland. The materials used were birch, aspen and alder mill chips that were collected around the area of South-Carelia in Finland. The chips used in the study were pulped using a standard kraft process. The pulps including birch fibres were ECF-bleached at laboratory scale to a target brightness of 85 %. The bleached pulps were beaten at low consistency by a laboratory Voith Sulzer refiner and tested for optical and physical properties. The theoretical part is a study of hardwoods that takes into accounts the differences between birch, aspen and alder. Major sub-areas were fibre and paper-technical properties as well as chemical composition and their influence on the different properties. The pulp properties of birch, aspen and alder found in previous studies were reported. Russian hardwood forest resources were also investigated. The fundamentals of kraft pulping and bleaching were studied at the end of theoretical part. The major effect of replacing birch with aspen and alder was the deterioration (lowering) of tensile and tear strengths. In other words, addition of aspen and alder to a birch furnish reduced strength properties. The reinforcement ability of the tested pulps was the following: 100 % birch > 80 % birch, 20 % aspen > 70 % birch, 20 % aspen, 10 % alder. The second thing noted was that blending of birch together with aspen and alder give better smoothness, optical properties and also formation. It can be concluded, that replacement of birch with alder during cooking by more than 10 % can negatively affect on the paper-technical properties of birch pulp. Mixing pure birch and aspen pulps would be more beneficial when producing printing paper made from chemical pulp.

Preparação de nanopartículas de prata e ouro: um método simples para a introdução da nanociência em laboratório de ensino

A new practical experiment involving silver and gold nanoparticle syntheses was introduced in an inorganic chemistry laboratory course for undergraduate students at the Institute of Chemistry, UNICAMP. The nanoparticles were synthesized by the reduction of silver nitrate and tetrachloroauric acid with sodium borohydride and sodium citrate in an aqueous medium. Stabilities of the suspensions were tested using several different reactants including sodium chloride, polyvinylpyrrolidone, polyvinyl alcohol and cistamine. Changes in optical properties were observed by electronic spectra and also by transmission electronic microscopy, which also yielded data for estimating particle size.

Influência dos precursores de prata no crescimento de nanopartículas metálicas em vidros óxidos de metais pesados

In this work we report a systematic study on the influence of the chemical nature of silver precursors on the formation of glass-ceramics from oxide glasses. Thermal, structural and optical properties were analyzed as a function of the glass composition. Controlled crystallization was achieved by thermal treatment of the samples above glass transition. The influence of time of treatment on both nanoparticle growth and optical properties of the samples was studied by transmission electron microscopy and UV-Vis spectroscopy, respectively. Results showed that only glasses containing AgCl and AgNO3 led to glass-ceramics growth after thermal treatment.

INFLUÊNCIA DO CONTEÚDO DE XILANAS NA BRANQUEABILIDADE, PROPRIEDADES HIGROSCÓPICAS, FISICO-MECÂNICAS E ÓPTICA DE POLPAS BRANQUEADAS DE EUCALIPTO

Bleached eucalypt kraft pulps are widely used in print and writing (P&W) and tissue paper manufacture. Among the quality requirements of pulp for these papers, xylan content has been controversial. The objective of this study was to evaluate the influence of xylan content on bleachability, hygroscopic, physic-mechanical and optical properties of the pulp. In this study industrial unbleached eucalyptus kraft pulp (15.6% xylans) treated with different NaOH loads to change its xylan content was used. Subsequently, pulps were bleached by the ODHT(EP)D sequence to achieve 90% ISO of brightness, then refined and submitted to hygroscopic, physicomechanical and optical tests. NaOH treatments decreased the xylan content to 14.5-5.9% using NaOH loads of 10-70 g L-1. Pulp bleachability was not significantly affected by xylan content decrease. The decrease in xylan content negatively affected the water retention value and Klemm capillarity of the pulp, while water absorption capacity was positively affected. Tensile and tear index were negatively influenced by the reduction in xylan content, whereas bulk and light scattering coefficient increased.

PREPARAÇÃO DE PONTOS DE CARBONO E SUA CARACTERIZAÇÃO ÓPTICA: UM EXPERIMENTO PARA INTRODUZIR NANOCIÊNCIA NA GRADUAÇÃO

Carbon dots (CDs) constitute a new class of carbon-based nanomaterials that measure less than 10 nm and display attractive physical and chemical features such as fluorescence. CDs have been considered the new “power” carbon nanomaterials since their accidental discovery in 2004. This study reports a simple, easy, and accessible experiment for undergraduate courses. The experiment involves the preparation of CDs by pyrolysis using commercial gelatin as a low cost precursor as well as CD purification and optical characterization. The optical properties of CDs such as absorption and emission properties make them a promising material for teaching the basic concepts and techniques used for characterization of nanomaterials. Also, the reactants and final product are suitable for undergraduate courses since they are non-toxic materials. The prepared CDs can be used in such applications as bioimaging, solar cells, and photocatalysis.

MATERIAIS VÍTREOS E LUZ: PARTE 2

In this second part it will be discussed some photonic applications of glassy and glass ceramic thin films which can be used as planar waveguides. Some photonic applications require certain specifications of glass, which can be quantified by studying the nonlinear optical properties of the materials. Therefore, a brief introduction of these phenomena is discussed, as well as the use of femtosecond lasers to manipulate the composition or for the preparation of waveguides into glasses. Finally, the article will address a brief introduction on microstructured optical fibers and commercial application prospects for these devices.

Taivekartongin sävytys ja jälkikellertyminen

Taivekartongilta vaaditaan nykyisin korkealaatuista ja tasaista ulkonäköä. Pakkauksen tehtävänä on parantaa myyntiä hyvällä ulkonäöllä ja siisteydellä sekä antaa informaatiota ja käyttöohjeita. Tässä diplomityössä tutkittiin taivekartongin sävyttämistä, optisia ominaisuuksia sekä vaaleuden ja sävyjen pysyvyyttä. Kirjallisuusosassa käsiteltiin paperin ja kartongin optisia ominaisuuksia sekä esiteltiin Kubelka-Munkin teoria. Teoriaa voidaan käyttää mm. monikerroskartongin vaaleuden ja sävyjen mallintamisessa. Esillä oli paljon eri prosessitekijöitä, massoja ja kemikaaleja, jotka vaikuttavat kartongin vaaleuteen ja sävyyn. Työssä kärsiteltiin myös keinoja vaikuttaa kartongin sävyyn sävytyksellä ja sävytyksen eri tapoja. Toisaalta vaaleuden ja sävyn pysyvyyteen vaikuttaa kartongin jälkikellertyminen. Työssä tarkasteltiin jälkikellertymisen mekanismeja ja siihen vaikuttavia tekijöitä sekä esitettiin keinoja ennalta ehkäistä ja estää kellertymistä. Kokeellisessa osassa käsiteltiin massan ja päällystyspastan värjäyksen vaikutuksia ulkonäköön ja optisiin ominaisuuksiin. Sinertävillä tai violeteilla sävyväreillä voidaan pienentää mekaanisten massojen luonnollista kellertyvyyttä, jolloin valkoisuuden vaikutelma lisääntyy. Värien lisääminen heikentää vaaleutta, koska värien lisäys nostaa valon absorptiota. Tämän takia on tärkeää lisätä väri mielellään siihen kerrokseen, jossa kellertävä massa on, joka on tyypillisesti kartongin keskikerros. Pintakerrokset ovat valkaistua sellua ja niillä on tärkeä merkitys kartongin vaaleudelle, joten värin lisäys pintaan alentaisi vielä merkittävämmin kartongin kokonaisvaaleutta. Pastan värjäyksellä saadaan tasaisuutta värjäykseen, mutta sävyn säätö on tehtävä edelleen massavärjäyksellä. Pigmenttivärien käytöllä pystytään lisäämään mm. valonkestoa kartongille. Kartongin ja paperituotteiden valonkeston tutkimiseen ei ole olemassa standardia. Työssä tutkittiin laboratorio-olosuhteissa ja huonevalossa vanhentuneiden kartonkinäytteiden vertailtavuutta. Materiaalivalinnoilla pystytään vaikuttamaan valon-kestoon. Siihen vaikuttavat mm. massan laatu, lateksivalinta sekä pigmenttivärin käyttö. Mekaanista massaa sisältävät tuotteet kellertyvät pääasiassa ligniinin takia. Ligniini sisältää paljon UV-säteilyyn reagoivia ryhmiä, jotka muuttuvat värilliseksi lisäten kellertymistä. Valkaistujen sellujen vanhentuminen on suhteessa mekaaniseen massaan erittäin vähäistä. SA-lateksin havaittiin suojaavan vaaleuden menetykseltä ja lisäävän sävyn pysyvyyttä paremmin kuin SB-lateksi.

Täyteaineen dispergoinnin vaikutus paperin ominaisuuksiin

Kuljetettaessa täyteainetta pidempiä matkoja voidaan aikaan saada säästöjä, mikäli täyteaineliete valmistetaan korkeaan kuiva-ainepitoisuuteen. Dispergointiaineen avulla täyteainelietteen kuiva-ainepitoisuutta voidaan nostaa ilman, että menetetään täyteainelietteen virtausominaisuuksia. Dispergointiaineen tehtävänä on stabiloida täyteaineliete niin, että täyteainepartikkelit pysyvät lietteessä erillään, jolloin lietteen kuiva-ainepitoisuuden kasvattaminen on mahdollista. Täyteainepartikkelien agglomeroituminen estyy, kun dispergointiaine kiinnittyy täyteainepartikkelin pinnalle lisäten partikkelin sähkövarausta ja vahvistaen näin partikkeleiden välisiä repulsiovoimia. Dispergointi on mahdollista tehdä myös steerisellä stabiloinnilla. Yleisimmät käytössä olevat dispergointiaineet ovat polyakryylaatteja. Työssä tutkittiin MBF- laitteella valmistettujen arkkien avulla dispergoinnin vaikutusta täyteaineiden käyttäytymiseen ja paperin ominaisuuksiin. Dispergointiaineen todettiin heikentävän täyteaineen retentiota paperiin, sillä dispergointiaineen aiheuttama täyteaineen anionisuuden kasvu lisää kuidun ja täyteaineen välistä repulsiota. Dispergoitujen täyteaineiden käyttö vaatii retentioaineannoksen kasvattamista, mikä voi johtaa puolestaan formaation heikkenemiseen. Dispergointiaineen todettiin alentavan hienopaperin bulkkia, sillä paksuutta lisääviä agglomeraatteja esiintyi todennäköisesti vähemmän. Lisäksi dispergointiaineen havaittiin heikentävän hienopaperin ja TMP:stä valmistetun paperin optisia ominaisuuksia. Hienopaperilla dispergointiaineen käyttö puolestaan paransi paperin lujuusominaisuuksia. TMP- arkeilla bulkki ja lujuusominaisuudet muuttuivat dispergointiaineannostuksen myötä. 5 ‰:n dispergointiaineannostuksella päästiin samaan bulkkiin sekä lujuusominaisuuksiin kuin ei-dispergoidulla täyteaineella.

Rasvankestävät paperit ja kartongit

Rasvankestävyydellä tarkoitetaan sitä, että materiaali hylkii tai kestää rasvaa tietyn ajan läpäisemättä sen pintaa. Rasvankestäviä papereita ja kartonkeja löytyy kaikkialta. Erilaiset ruuanvalmistuspaperit, kuten esimerkiksi leivinpaperi ja voipaperi, ovat rasvankestäviä. Myös pakkauksissa käytetään paljon rasvankestäviä papereita ja kartonkeja. Rasvankestäviltä tuotteilta vaaditaan erilaisia ominaisuuksia riippuen niiden käyttötarkoituksesta. Pakkausmateriaaleilta vaaditaan esimerkiksi lujuutta ja kestävyyttä fyysistä rasitusta, valoa, hajuja ja mikrobeja vastaan. Ruuanvalmistusmateriaaleilta vaaditaan puolestaan lujuutta ja kestävyyttä lämpöä, kosteutta ja fyysistä rasitusta vastaan. Rasvankestäviltä papereilta vaaditaan rasvankestävyyden lisäksi hyvää vetolujuutta, märkälujuutta ja hyviä optisia ominaisuuksia. Neliömassan tulee asettua 20─80 g/m2 välille ja metallipitoisuudet eivät saa olla liian korkeat. Myös tuotteiden kierrätettävyys on nostanut asemaansa viimeaikoina. Tuotteen tuotannon ja itse tuotteen ympäristöystävällisyys ovat todella arvostettuja kuluttajan, tuottajan, Suomen, EU:n ja koko maailman näkökulmista. Jotta tuotteesta saadaan rasvankestävää, vaaditaan siltä erilaisia barrier-ominaisuuksia. Rasvankestävällä paperilla vaaditaan hyviä barrier-ominaisuuksia esimerkiksi rasvan, ilman, veden, vesihöyryn sekä hapen läpäisevyyksissä. Rasvankestäviä papereita ja kartonkeja voidaan valmistaa kemiallisilla ja mekaanisilla tavoilla. Happokäsittely ja fluorokemikaalien lisääminen ovat kemiallisia tapoja, kun taas sellun jauhaminen pitkään matalassa lämpötilassa on mekaaninen tapa valmistaa rasvankestävää paperia. Näiden tapojen lisäksi rasvankestäviä papereita voidaan tehdä erilaisten pinnoitusten avulla. Erilaiset muovit ovat yleisemmin käytettyjä pinnoitemateriaaleja. Esimerkiksi PE- ja PET-päällysteet ovat käytettyjä rasvankestävissä tuotteissa. Viime aikoina on kehitetty paljon erilaisia biomateriaaleja, joista voidaan tehdä rasvankestävä pinnoite. Lipideistä, hydrokolloideista ja erilaisista komposiiteista voidaan luoda uusien tekniikoiden avulla rasvankestäviä pinnoitteita. Rasvankestävyydestä voidaan saada jonkinlainen käsitys WVTR-asteen, Cobb-arvon ja kontaktikulman mittausten avulla. Rasvankestävyyttä voidaan myös mitata erilaisten standarditestien avulla. TAPPI:lla, ISO:lla ja ASTM:llä on useita erilaisia standardeja. Lähes kaikissa rasvankestävyysstandardeissa tuloksen saaminen perustuu visuaaliseen havaintoon, mikä aiheuttaa välillä hankaluuksia tulosten luotettavuuteen, koska tuloksen määrittää ihmissilmä, ja kaikilla testin tekijöillä on erilainen silmä, joka aistii eri tavalla.