Esikäsittelymenetelmien vertaileminen prosessoidun puukuidun morfologisten ominaisuuksien tutkimista varten valo- ja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla
Kiuru, Aleksi (2018)
Kandidaatintyö
Kiuru, Aleksi
2018
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018052124290
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2018052124290
Tiivistelmä
Digitalisaatio on viimeisien vuosikymmenien aikana pakottanut perinteiset paperinvalmistajat uudistumaan radikaalisti ja kehittämään uusia tuotteita. Samalla kun painopaperin kysyntä on laskenut, esimerkiksi sellun eli paperimassan kysyntä maailmanlaajuisesti kasvaa. Sellu on pohjana puun tulevaisuuden tuotteiden kehityksessä, joten sen puukuitujen pinnan yksityiskohtaisia rakenteita on pystyttävä tutkimaan nopeasti ja helposti teollisessa ympäristössä.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin eri esikäsittelymenetelmien soveltuvuutta puukuitujen pinnan rakenteen tarkasteluun valo- ja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. SEM:iä varten olemassa olevia esikäsittelymenetelmiä selvitettiin kirjallisuudesta. Valittuja menetelmiä, jotka olivat ilmakuivaus, alipainekuivaus, pakastekuivaus, propaanikuivaus, HMDS -kuivaus ja ionisella nesteellä käsittely, sovellettiin kahden eri tyyppisen koivusellun tarkasteluun SEM:llä. Esikäsittelymenetelmien tuottamia SEM -kuvia vertailtiin toisiinsa. Valomikroskoopilla puukuituja tutkittiin vain hieman laimennettuina ilman esikäsittelyä.
Tutkimuksen tuloksena alipainekuivaus ja pakastekuivaus tuottivat yksityiskohtaisimmat kuvat puukuidun pinnan rakenteesta. Tuloksena oli ilmava ja lyyhistymätön kuitusolukko, jonka mikrofibrillirakenteet erottuivat yksityiskohtaisimmin kuitujen pinnalta, kinkeistä ja mutkista. Kahdesta menetelmästä alipainekuivaus oli parempi sen nopeuden ja helppouden ansiosta. Sen sijaan ilmakuivatut ja propaanikuivatut kuidut olivat lyyhistyneitä ja pakkautuneita toistensa päälle, eikä kuitujen pinnoilta erottunut ollenkaan mikrofibrillirakenteita. HMDS -kuivaus ja ionisella nesteellä käsittely eivät myöskään tuottaneet alipaine- ja pakastekuivauksen tasoisia kuvia, mutta esittivät potentiaalia. HMDS -kuivatut kuidut olivat osittain yksityiskohtaisia, mutta käytettyä menetelmää pitäisi huomattavasti kehittää. Ionisella nesteellä käsitellyissä kuidussa pinnan yksityiskohdat eivät näkyneet, mutta kuitu säilytti parhaimmin muotonsa. Digitalization has driven radical change in traditional paper makers and forced innovation of future products. While the demand of printing paper has declined in the past few decades, markets for pulp are constantly expanding. Pulp is the basis of various future wood products; hence quick and simple observation of surface features of pulp wood fibres is critical in industrial environments.
This research compared the feasibility of different preparation methods in investigating surface features of wood fibres using light and scanning electron microscopy. Pre-existing preparation methods were researched first. Chosen methods, which were air drying, vacuum drying, freeze drying, propane drying, HMDS -drying and ionic liquid treatment, were applied to imaging two kinds of spruce pulp and the results compared. No sample preparation was needed for imaging with light microscope.
Vacuum drying and freeze drying produced the most detailed images of the wood fibre surface features. The wood fibres were fluffy and non-collapsed, and had detailed microfibril structures on the surfaces, bends and twists. Vacuum drying was the superior method of the two due to its fast and simple execution. In contrast, air dried and propane dried wood fibres were collapsed and glued to each other. No microfibril structures were seen on the wood fibre surfaces. HMDS -drying and ionic liquid drying did not produce images equal to vacuum and freeze drying yet showed potential. HMDS -dried fibres were occasionally detailed, but the method requires plenty of development still. Ionic liquid treatment produced little surface detail but maintained the natural fibre structure best.
Tässä tutkimuksessa selvitettiin eri esikäsittelymenetelmien soveltuvuutta puukuitujen pinnan rakenteen tarkasteluun valo- ja pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. SEM:iä varten olemassa olevia esikäsittelymenetelmiä selvitettiin kirjallisuudesta. Valittuja menetelmiä, jotka olivat ilmakuivaus, alipainekuivaus, pakastekuivaus, propaanikuivaus, HMDS -kuivaus ja ionisella nesteellä käsittely, sovellettiin kahden eri tyyppisen koivusellun tarkasteluun SEM:llä. Esikäsittelymenetelmien tuottamia SEM -kuvia vertailtiin toisiinsa. Valomikroskoopilla puukuituja tutkittiin vain hieman laimennettuina ilman esikäsittelyä.
Tutkimuksen tuloksena alipainekuivaus ja pakastekuivaus tuottivat yksityiskohtaisimmat kuvat puukuidun pinnan rakenteesta. Tuloksena oli ilmava ja lyyhistymätön kuitusolukko, jonka mikrofibrillirakenteet erottuivat yksityiskohtaisimmin kuitujen pinnalta, kinkeistä ja mutkista. Kahdesta menetelmästä alipainekuivaus oli parempi sen nopeuden ja helppouden ansiosta. Sen sijaan ilmakuivatut ja propaanikuivatut kuidut olivat lyyhistyneitä ja pakkautuneita toistensa päälle, eikä kuitujen pinnoilta erottunut ollenkaan mikrofibrillirakenteita. HMDS -kuivaus ja ionisella nesteellä käsittely eivät myöskään tuottaneet alipaine- ja pakastekuivauksen tasoisia kuvia, mutta esittivät potentiaalia. HMDS -kuivatut kuidut olivat osittain yksityiskohtaisia, mutta käytettyä menetelmää pitäisi huomattavasti kehittää. Ionisella nesteellä käsitellyissä kuidussa pinnan yksityiskohdat eivät näkyneet, mutta kuitu säilytti parhaimmin muotonsa.
This research compared the feasibility of different preparation methods in investigating surface features of wood fibres using light and scanning electron microscopy. Pre-existing preparation methods were researched first. Chosen methods, which were air drying, vacuum drying, freeze drying, propane drying, HMDS -drying and ionic liquid treatment, were applied to imaging two kinds of spruce pulp and the results compared. No sample preparation was needed for imaging with light microscope.
Vacuum drying and freeze drying produced the most detailed images of the wood fibre surface features. The wood fibres were fluffy and non-collapsed, and had detailed microfibril structures on the surfaces, bends and twists. Vacuum drying was the superior method of the two due to its fast and simple execution. In contrast, air dried and propane dried wood fibres were collapsed and glued to each other. No microfibril structures were seen on the wood fibre surfaces. HMDS -drying and ionic liquid drying did not produce images equal to vacuum and freeze drying yet showed potential. HMDS -dried fibres were occasionally detailed, but the method requires plenty of development still. Ionic liquid treatment produced little surface detail but maintained the natural fibre structure best.