Biohiilen pigmenttiominaisuudet

Abstract

Tämän opinnäytetyön tavoitteena oli selvittää biohiilen valmistuksen sivutuotteena syntyvän biohiilijauheen partikkelikokojakauma ja arvioida sen soveltuvuutta pigmenttikomponenteiksi erilaisissa pinnoitteissa, kuten maaleissa, lakoissa ynnä muissa. Työ toteutettiin osana HAMKin (Hämeen ammattikorkeakoulu) ”Kestävät biopigmentit ja sideaineet” Biopigment-hanketta, jonka päämääränä on edistää fossiilisten raaka-aineiden korvaamista uusiutuvilla vaihtoehdoilla. Biohiilen ominaisuudet, erityisesti partikkelikoko, vaikuttavat merkittävästi pigmentin peittävyyteen, värin tasaisuuteen ja kiiltoon. Biohiili on hiilipitoinen materiaali, joka valmistetaan biomassasta pyrolyysin avulla. Prosessissa orgaaninen raaka-aine, esimerkiksi puu tai elintarvikejäte, kuumennetaan hapettomissa olosuhteissa 300–800 °C lämpötilaan, jolloin syntyy biohiilen lisäksi myös kaasuja ja pyrolyysiöljyjä. Biohiili on huokoista, kemiallisesti stabiilia ja sisältää runsaasti hiiltä. Väriltään biohiili on mustaa tai tumman harmaata. Biohiiltä hyödynnetään muun muassa maaperän parannusaineena, vedenpuhdistuksessa sekä erilaisissa teollisissa sovelluksissa, kuten täyteaineena ja pigmenttinä. Tutkimuksessa hyödynnettiin dynaamista valonsirontaa (DLS), mikroskooppikuvausta ja kuvankäsittelyä (ImageJ.Js) partikkelikokojakauman määrittämiseksi. Lisäksi suoritettiin pinnoitetestit, jossa mitattiin kiilto- ja väriarvot, sekä arvioitiin biohiilipitoisuuden vaikutusta pinnoitteen optisiin ominaisuuksiin. Tulokset osoittivat, että biohiili on pääosin hienojakoista, mutta sen jakauma on heterogeeninen ja sisältää agglomeraatioita. Pinnoitetestissä havaittiin, että biohiilipitoisuuden kasvu vähentää kiiltoa ja parantaa peittävyyttä. Kiiltomittaukset osoittivat suuria eroja näytteiden välillä, sillä matalat biohiilipitoisuudet tuottivat kiiltäviä ja epätasaisia pintoja, kun taas korkeat pitoisuudet johtivat mattaisiin ja tasaisempiin pinnoitteisiin. Työn tietopohjassa on käytetty monipuolisesti lähteitä, joihin sisältyi tieteellisiä artikkeleita, tutkimusraportteja sekä aiempia opinnäytetöitä. Näiden avulla muodostettiin kokonaiskuva biohiilen valmistusmenetelmistä, ominaisuuksista sekä soveltuvuudesta pigmenttikäyttöön. Johtopäätöksenä todettakoon biohiilellä olevan merkittävästi potentiaalia pigmenttikomponenttina, mutta sen prosessointia tulee kehittää. Työ tarjoaa pohjan biohiilen jatkokehittämiselle ja soveltamiselle kestävissä pinnoiteratkaisuissa.