Kuitutuotteen huokoisuuden tarkastelu

Abstract

Tämä opinnäytetyö tehtiin Paptic Oy:n toimeksiantona. Paptic kehittää uudenlaisia kuitutuotteita, joilla pyritään korvaamaan muoveja monissa pakkausalan sovelluksissa. Tässä työssä tavoitteena oli varioida laboratoriomittakaavassa materiaalin huokoskokoa, sekä samalla kehittää huokoskoon mittaamiseen yksinkertaista, toimeksiantajalle sopivaa menetelmää.

Työssä valmistettiin kolme erilaista näytesarjaa. Sarjassa A huokoisuutta pyrittiin maksimoimaan ja sarjoissa B ja C sitä pyrittiin minimoimaan resepti- ja valmistusvalinnoilla. Sarja A koostuu kolmesta eri määrän aineyhdistettä X sisältävästä näytteestä, ja se eroaa referenssinä käytetystä näytteestä aineyhdisteen X määrän osalta. B- ja C-sarjat koostuvat kumpikin neljästä eri määriä aineyhdistettä Y sisältävästä näytteestä ja ne käsiteltiin eri tavalla kuin referenssi ja sarja A. Huokoskoon mittaamisen menetelmäksi valittiin huokosten halkaisijan valomikroskopia-analyysi yhdistettynä ilmanläpäisevyysmittaukseen. Lisäksi valmistetuista näytteistä mitattiin myös lujuusominaisuuksia.

Huokoisuustuloksista pääteltiin aineyhdisteiden X ja Y nostavan huokosten kokoa. A:n resepteillä vaikutti tulevan isompihuokosta materiaalia ja B:n resepteillä taas pienempihuokosta materiaalia kuin referenssi. C:ssä osa näytteistä antoi pienempiä, osa samankokoisia ja osa isompia huokoskokoja kuin referenssi. Ilmanläpäisevyystuloksissa aineyhdistelmä X yllättäen pienensi ilmanläpäisevyyttä. Elektronimikroskooppikuvista nähtiin osan X:stä jäävän kuitujen väliin ollen liian pientä näkyäkseen valomikroskoopilla. Sarjojen B ja C ilmanläpäisevyystulokset olivat linjassa huokoskoon kanssa eli aineyhdistelmä Y nosti hieman ilmanläpäisevyyttä. Ilmanläpäisevyydet olivat kuitenkin pienempiä kuin referenssillä. Vetolujuusmittauksissa saatiin tulokseksi, että aineyhdistelmä X ja Y molemmat nostavat lujuutta. Eniten vetolujuuteen kuitenkin vaikuttanee näytteiden käsittelytapa, joka B:ssä ja C:ssä nosti vetolujuuden korkeammaksi kuin referenssillä. Repäisytuloksissa aineyhdistelmä X laski lujuutta, aineyhdistelmä Y nosti sitä. Repäisytulokset olivat A:ssa referenssin kanssa samaa luokkaa, B:ssä ja C:ssä referenssiä pienempiä. Taivutusjäykkyys näytti mahdollisesti pienenevän huokoisuuden kasvaessa.

Kehitetty huokoskoon mittausmenetelmä antoi johdonmukaisia tuloksia ja on lupaava, mutta sitä pitää vielä kehittää lisää. Kaiken kaikkiaan työn tavoitteet saavutettiin suhteellisen hyvin.

This study was commissioned by Paptic Oy. Paptic develops innovative new fiber based products which aim to replace plastic in many applications in the packaging industry. In this thesis, the porosity of Paptic’s material was studied with the aim of varying the pore size of the material in the laboratory scale while simultaneously constructing a suitable, yet simple method for the company to measure it.

During this work, three series of samples were made. Series A and Series B and C aimed to maximize and minimize, respectively, the pore size by varying the recipe and the manufacturing process. Series A consists of three samples with different amounts of substance mix X, otherwise similar to a sample used as the reference. Both series B and C consist of four different samples containing varying amounts of substance mix Y and they were processed differently than series A and the reference. Visible light microscopy combined with air permeability measurement was chosen as the pore size determination method. Some strength properties of the samples were also measured.

From the pore size analysis, it could be concluded that substance mixes X and Y increased the pore sizes. The recipes used for series A and series B resulted in bigger and smaller pore sizes than the reference, respectively. For series C, both larger and smaller pores and also similar-sized pores compared to the reference were observed in different samples. Substance mix X, surprisingly, decreased the air permeability. Scanning electron micrographs revealed that part of substance mix X is too small to be detected with light microscope, but binds itself between the fibers. Air permeability results of series B and C were in line with pore size measurements, i.e., substance mix Y slightly raised air permeability. However, the results were smaller than for the reference. In tensile testing the results showed that substance mixes X and Y raise the tensile strength. However, the different processing method probably affects the strength more, as seen in higher strength in series B and C compared to the reference. X and Y decrease and increase, respectively, the tear strength. The results of A are similar or smaller than the reference, B and C have smaller numbers than the reference. Bending stiffness seemed to decrease as the pore size increased.

The pore size analysis method gave consistent results and seems promising, but needs to be developed further. All in all, the goals of this thesis were satisfactorily achieved.