New elasticity measurement technique for swollen fibre material
No Thumbnail Available
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Diplomityö
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Authors
Date
2008
Department
Major/Subject
Paperi- ja painatustekniikka
Mcode
Puu-21
Degree programme
Language
en
Pages
101 s. + liitt. 11
Series
Abstract
Diplomityön tavoitteena oli kehittää mittaustekniikka, jonka avulla voidaan määrittää tarkasti turvonneen kuitumateriaalin isotrooppinen kimmokerroin. Kuidun saturaatiopiste (FSP) määritettiin solute exclusion -tekniikalla, jossa kuitumateriaali sekoitetaan polymeeriliuoksen kanssa. Se perustuu polymeeriliuoksen laimenemiseen kuidun turvotessa. Polymeeriliuoksen osmoottista painetta vaihdeltiin ja vastaavat FSP-muutokset määritettiin. Kimmokerroin laskettiin osmottisen paineen muutoksesta suhteessa FSP:n suhteelliseen muutokseen. Sen uskottiin olevan informatiivisempi kuidun yhdenmukaisuuden ja sitoutumisen mittari kuin FSP. Kirjallisuusosa keskittyi kuidun turpoamiseen ja viskoelastisuuteen, polymeeriominaisuuksiin ja polymeeri-kuitu - vuorovaikutuksiin. Siinä tarkasteltiin myös aiemmin kehitettyjä tekniikoita, joita käytetään mitattaessa elastisuutta yksittäisistä kuiduista, kuituverkostoista ja päällystyspastoista. Kokeellinen osa aloitettiin dekstraanipolymeerin ultrasuodatuksella, jonka tarkoituksena oli poistaa polymeeriliuoksesta pienet molekyylit ja täten estää niiden penetroituminen kuidun huokosiin. FSP-mittauksia tehtiin kemiallisilla ja mekaanisilla massoilla, puuvillalintterillä ja piilaseilla, joilla on tietty huokoskoko ja jotka eivät turpoa nesteessä. Ultrasuodatus ei erotellut pienempiä dekstraanimolekyylejä liuoksesta. Se poisti myös isompia molekyylejä antaen hyvin alhaisen saannon eikä sitä enää käytetty myöhemmin. Kemialliset massat antoivat korkeampia FSP-arvoja kuin mekaaniset massat. Jauhatus kasvatti kemiallisten massojen FSP-arvoja johtuen muun muassa kuitujen sisäisestä fibrillaatiosta. Kuivatus laski kemiallisten massojen FSP-arvoja, koska se aiheuttaa kuitujen sarveistumista. Puuvillalintterin FSP-arvot olivat pienempiä kuin kemiallisten massojen, mutta hieman suurempia kuin mekaanisten massojen. Piilaseista CPG 3000 Å:n FSP-arvot olivat lähellä nollaa, koska dekstraanimolekyylit penetroituivat sen suuriin huokosiin. Zeoliitilla oli pienin huokoskoko ja hyvin alhaiset FSP-arvot. CPG 10-75 Å:lla oli hieman suuremmat FSP-arvot kuin zeoliitilla. Herkkyysanalyysi osoitti, että FSP-mittausten luotettavuus laski jos mittaukset tehtiin alhaisessa osmoottisessa paineessa. Osmoottisen paineen laskiessa lähes kaikkien materiaalien FSP-arvot kasvoivat aluksi lineaarisesti, mutta tietyssä pisteessä ne kääntyivät laskuun. Kimmokertoimet laskettiin kuvaajien lineaarisesta osasta. Puuvillalintterillä ja jauhamattomalla, kuivatulla kemiallisella massalla oli selvästi suurimmat kimmokertoimet, mikä tarkoittaa hyvin jäykkiä ja huonosti turpoavia kuituja. Kuivaamattoman kemiallisen massan kimmokerroin laski hieman jauhatuksen edetessä. Jauhatus myös kompensoi kuivauksen vaikutusta antaen lähes saman kimmokertoimen kuivaamattomalle ja kuivatulle kemialliselle massalle. Mekaanisten massojen kimmokerroin oli lähes sama kuin kemiallisten massojen. Virherajat olivat hyvin suuret varsinkin jos itse kimmokerroin oli suuri. Kirjallisuusarvot olivat moninkertaisia mitattuihin kimmokertoimiin verrattuna. Tulokset osoittavat, että kuidun turpoaminen on monimutkainen ilmiö ja solute exclusion -tekniikka soveltumaton isotrooppisen kimmokertoimen määrittämiseen. Jatkossa olisi tärkeää selvittää syy FSP-arvojen laskuun alhaisessa osmoottisessa paineessa. Vaikka dekstraani on neutraali polymeeri, on mahdollista, että sen vuorovaikutus kuidun pinnan kanssa häiritsee FSP-mittauksia. Myös syy ultrasuodatuksen epäonnistumiseen pitäisi selvittää ja tutkia voisiko dekstraanimolekyylejä erotella jollain muulla tekniikalla. Jos kimmokerrointa tutkitaan solute exclusion -tekniikalla, koepisteitä tulisi tehdä lisää sillä osmoottisen paineen alueella, jolla FSP-arvot käyttäytyvät lineaarisesti. Tällöin tulosten luotettavuus parantaisi ja virherajat saattaisivat pienentyä.Description
Supervisor
Paulapuro, HannuThesis advisor
Maloney, ThadKeywords
fibre swelling, kuidun turpoaminen, FSP, FSP, elasticity, elastisuus, solute exclusion, osmoottinen paine, osmotic pressure, dekstraani, dextran