Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin ominaisuuksiin

Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin ominaisuuksiin Karim Tarek Mohi Hafez Opinnäytetyö Kesäkuu 2011 Paperitekniikan koulutusohjelma Paperitekniikan suuntautumisvaihtoehto Tampereen ammattikorkeakoulu

2 TIIVISTELMÄ Tampereen ammattikorkeakoulu Paperitekniikan koulutusohjelma Paperitekniikan suuntautumisvaihtoehto HAFEZ, KARIM TAREK MOHI: Kosteuden ja lämpötilan vaikutus paperin kriittisiin ominaisuuksiin Opinnäytetyö 41 s., liitteet 11 s. Kesäkuu 2011 Tässä opinnäytetyössä tutkittiin, kuinka paperin ominaisuudet muuttuvat lämpötilan ja kosteuden sekä niiden muuttumisen vaikutuksesta. Työhön valittiin kolme paperilajia: päällystetty mekaanisesta massasta valmistettu paperi (Medium Weight Coated, MWC), päällystetty sellusta valmistettu paperi (Wood Free Coated, WFC) ja SC-paperi (Super Calendered, SC). Näytekappaleet ilmastoitiin eri olosuhteissa Espec-merkkisessä olosuhdekaapissa. Näytteet altistettiin kolmelle erilaiselle ilmastolle, joista yhdessä tapahtuisi radikaali ilmastonmuutos. Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen. Näytteistä mitattiin vetolujuus, murtositkeys, venymä, repäisylujuus, z- suuntainen lujuus, sileys ja jäykkyys. Olosuhteiden tarkoituksena oli verrata miten radikaali ilmaston muutos, lämpötila ja kosteus vaikuttavat paperin ominaisuuksiin, yhdessä sekä erikseen. Olosuhteet valittiin myös realistisuuden mukaan, jotta tuloksia voitaisiin hyödyntää käytännössä. Lämmin ja kostea ilma aiheutti merkittäviä muutoksia jokaiselle paperilajille ja lähestulkoon kaikissa mitatuissa suureissa. Pelkän lämpötilan vaikutus paperin ominaisuuksiin ei ollut merkittävä, mutta joissain tapauksissa suuntaa antava. Myöskään radikaalilla ilmaston muutoksella ei ollut merkittäviä vaikutuksia ominaisuuksiin verrattuna lämpimän ja kostean ilmaston muutoksiin. Radikaali ilmastonmuutos heikensi suuntaa antavasti paperilajien poikkisuuntaista venymää sekä merkitsevästi MWC-paperin sileyttä verrattuna kosteuden ja lämpötilan aiheuttamiin muutoksiin. Saatujen tulosten perusteella voidaan todeta, että kylmästä varastosta tuotu paperi voidaan ajaa normaalisti jatkojalostusprosessin läpi, kunhan paperi on saanut ilmastoitua vähintään kolme tuntia. Suhteellinen ilmankosteus on tärkein muuttuja, joka pitää tutkimuksen mukaan ottaa huomioon jatkojalostus prosessissa. Lämpötilan muutoksilla ei ollut yleisesti merkittävää vaikutusta. Avainsanat: kosteus, lämpötila, lujuusominaisuudet, olosuhdemuutos, ilmaston

3 ABSTRACT Tampereen ammattikorkeakoulu Tampere University of Applied Sciences Degree Program in Paper Technology Option of Paper Technology HAFEZ, KARIM TAREK MOHI: The Impact of Humidity and Temperature on Important Paper Properties Bachelor s thesis 41 pages, appendixes 11 pages. June 2011 The purpose of this thesis was to study how moisture, temperature and radical climate changes affect the critical paper properties. Tests were conducted on three different kinds of paper grades: Coated mechanical pulp paper (Middle Weight Coated, MWC), coated wood free paper (Wood Free Coated, WFC) and super calendared paper (Super Calendared, SC). Samples were conditioned to three different atmospheres in Espec Temperature and Humidity Chamber. One of these atmospheres would consist of a radical climate change. Samples were tested after three and four hours of exposure. The tested parameters were tensile strength, tear strength, elongation, fracture toughness, stiffness, smoothness, and z-directional strength. The purpose of the atmospheres was to compare how the radical climate change, temperature and humidity would affect the paper properties together and separately. Climate conditions were also selected according to realism, so that the results could be used in practice. Warm and humid climate resulted in significant properties changes for each paper grades in almost all of the measured parameters. The mere effect of temperature on paper properties was not significant but in some cases it illustrated what would happen if temperature would raise more. Likewise the radical climate change did not have a significant effect on the paper properties, when it was compare to the changes that humidity and temperature caused together. The radical climate change weakened the cross dimensional elongation of paper grades considerably and weakened the smoothness of the MWC-paper grade significantly, when compared to the changes made by temperature and humidity. Based on the result it can be seen that paper that is brought from the cold storage can be run normally through the refining process, as long as the paper has been at least three hours in the process climate. Relative humidity is the most important variable that needs to be taken in consideration when planning the refining process. Temperature changes had no significant overall effect on the paper properties. Key words: Moisture, humidity, temperature, paper properties, climate change

4 SISÄLLYS 1 JOHDANTO... 5 2 TUTKITTAVAT PAPERILAJIT... 6 2.2 MWC... 6 2.3 SC... 6 2.4 WFC... 7 3. PAPERIN OMINAISUUDET... 9 3.1 Kuidun vaikutus paperin ominaisuuksiin... 9 3.2 Neliömassa... 9 3.3 Kosteus... 11 3.4 Repäisylujuus... 16 3.5 Vetolujuus, murtositkeys ja venymä... 17 4.6 Sileys... 19 3.7 Z-Lujuus... 20 3.8 Kuituorientaatio... 21 3.9 Jäykkyys... 22 4 MITTAUSTULOKSET JA NIIDEN KÄSITTELY... 24 4.1 Aika ja kosteustesti... 24 5.2 Vetolujuus, murtosikeys ja venymä... 26 4.3 Repäisylujuus... 32 4.4 Jäykkyys... 34 4.5 Sileys... 36 4.6 Z-suuntainen lujuus... 38 5 PÄÄTELMÄT... 40 LÄHTEET... 42 LIITE... 43

5 1 JOHDANTO Tämän opinnäytetyön tarkoituksena oli tutkia, kuinka lämpötila ja kosteusvaihtelu vaikuttavat paperin ominaisuuksiin. Työtä varten valittiin kolme olosuhdetta, jotka poikkesivat vakio-olosuhteista huomattavasti, mutta olivat kuitenkin realistisia. Yksi valituista olosuhteista sisälsi radikaaliin lämpötilan muuttumisen: paperi pakastetaan aluksi, jonka jälkeen paperi siirtyy trooppiseen ilmastoon. Koska paperin jatkojalostaminen ei yleisesti tapahdu pakkasen puolella, mittauksia ei suoritettu paperin ollessa kylmä. Ensimmäinen mittaus suoritettiin pakastamalla paperia aluksi kaksi tuntia -20 C:ssa (ilman suhteellinen kosteus 40 %), jonka jälkeen ilmasto muuttui kahden minuutin sisällä 40 asteiseksi (ilman suhteellinen kosteus 80 %). Toisena olosuhteena oli 40 C:n (ilman suhteellinen kosteus 80 %) ilmasto, jonka avulla voidaan todeta pakkasesta siirtymisen vaikutukset. Tutkimuksessa verrataan ensimmäistä ja toista mittaus olosuhdetta keskenään, jolloin huomataan pakastamisen vaikutus. Kolmanneksi olosuhteeksi valittiin 23 C:n (ilman suhteellinen kosteus 80 %) lämpötila. Tutkimuksessa verrataan toista ja kolmatta olosuhdetta keskenään, minkä avulla voidaan todeta lämmön vaikutus ominaisuuksiin. Vertaamalla kolmatta olosuhdetta vakio-olosuhteesta (23 C ja ilman suhteellinen kosteus 50 %) saatuihin mittaustuloksiin voidaan huomata pelkän kosteuden vaikutus ominaisuuksiin. Opinnäytetyössä tutkittiin seuraavia papereita: UPM Finesse (WFC), UPM Star g (MWC) ja MY GOLD gravure (SC). Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen. Näytteistä mitattiin neliömassa, vetolujuus, murtositkeys, venymä, sileys, jäykkyys ja repäisylujuus. Useat suureet mitattiin sekä kone- että poikkisuuntaan.

6 2 TUTKITTAVAT PAPERILAJIT 2.2 MWC MWC eli Medium Weight Coated paperi on keskiraskaasti päällystettyä paperia, joka sisältää pääosin mekaanista massaa. MWC on kaksoispäällystetty eli sillä on erittäin homogeeninen ja tiivis pintarakenne, joka mahdollistaa erittäin vaativan 4- väripainatuksen. Paperin neliömassa vaihtelee 70 130 g/m 2 josta päällystettä on 12 24 g/m 2 per puoli. Pääraaka-aineena käytetty mekaaninen massa kattaa 45 80 % osuuden paperin kuiduista ja pitkäkuituinen havupuusellu kattaa 15 45 % osuuden. (VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 66) Kaksoispäällystetty paperi on myös huomattavasti vaaleampaa kuin SC-paperi ja sen vaaleutta on helppo parantaa. Yleensä esipäällysteenä (sisempi kerros) käytetään kalsiumkarbonaattia, joka auttaa pintapäällystettä ankkuroitumaan paremmin ja lisää paperin vaaleutta. (Häggblom-Ahnger, Komulainen 2005, 66) Suuri pigmenttimäärä ja kohonnut tiheys heikentävät paperin jäykkyyttä, mikä on erittäin kriittinen arkkipainatuksessa. Myös paperin lujuusominaisuuksilla ja venymällä on tärkeä rooli, koska päällystyksessä paperi kostuu ja kuivuu useita kertoja. 2.3 SC SC-paperi eli Super Calandered on päällystämätöntä ja superkalanteroitua puupitoista aikakauslehtipaperia. Superkalanterointi tekee paperista tiiviimpää ja kiiltävämpää. Verrattuna sanomalehtipapereihin SC-paperi on myös vaaleampaa, mikä johtuu hienojakoisemmasta massasta. SC-paperin yleinen neliömassa alue vaihtelee 40 80 g/m 2. Raaka-aineena käytetään yleensä mekaanisia massoja, jotka muodostavat 70 90 % paperin kuiduista. SC-papereissa käytetään myös paljon täyteaineita (20 30 %), joilla parannetaan painettavuusominaisuuksia. Sellun osuus kuiduista vaihtelee välillä 15 30 %, sellulla pyritään vain parantamaan paperin lujuusominaisuuksia. Koska sellu on kal-

7 lis raaka-aine, sen käyttöä pyritään minimoimaan. (Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 63) SC-paperi viimeistellään kalanteroimalla, kalanteroinnilla on merkittävä vaikutus SCpaperin ominaisuuksiin. Kalanteroinnilla saadaan paperille korkealaatuinen pinta, joka mahdollistaa hyvälaatuisen painatuksen. SC-paperin ajettavuuden kannalta tärkeitä ominaisuuksia ovat hyvärepäisy- ja vetolujuus, jotka mahdollistavat katkottoman ajon painokoneella. Myös hyvällä sileydellä ja kokoonpuristuvuudella on suuri merkitys syväpainokoneilla. (Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 63) 2.4 WFC WFC on päällystettyä puuvapaata paperia (Wood Free Coated), joka päällystetään joko suoraan paperikoneella tai erillisellä päällystyskoneella. WFC-paperi on tarkoitettu vaativiin painatuksiin. Paperin ominaisuudet vaihtelevat käyttötarkoituksen mukaan. Yleisesti paperi on joko kerran tai kaksi kertaa päällystetty ja päällystemäärä voi olla jopa yli 40 g/m 2. Laji voidaan myös kalanteroida ja näin parantaa pintaominaisuuksia lisää. (VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 66) Paperi koostuu lähes kokonaan kemiallisesta massasta eli sellusta eikä se sisällä ligniiniä. Tämän vuoksi paperi ei kellastu UV-valossa. Massaseos sisältää tyypillisesti 30 70 % valkaistua havupuusellua ja 30 70 % valkaistua lehtipuusellua. Mekaanista massaa ei joko käytetä ollenkaan tai sen osuus on kaikissa tapauksissa alle 10 %. Täyteaineina käytetään yleisesti kaoliinia tai kalsiumkarbonaattia. Neliömassa vaihtelee 80 180 g/m 2 :ssa ja neliömassa riippuu suuresti käyttötarkoituksesta. Päällystetyn kopiopaperin neliömassa on yleensä noin 100 g/m 2. (VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 66) Puuvapaat paperit eivät saisi olla kovin hydrofiilisiä, eli ne eivät saisi vettyä helposti joutuessaan kosketuksiin nesteen kanssa. Paperista tehdään hydrofobista lisäämällä hydrofobiliimaa massasulpun sekaan ennen paperin muodostusvaihetta. Käytettyjä liimoja ovat AKD-liima (Alkyyli-Keteenidimeeri), ASA-liima (Alkenyl Succinic Anhydride) ja

8 hartsiliima, jota käytetään happamissa vesikierroissa. (VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 66)

9 3. PAPERIN OMINAISUUDET Paperin ominaisuudet ovat riippuvaisia käytettyjen partikkelien ominaisuuksista ja lukuisista eri paperinvalmistusolosuhteista. Kuidut, hienoaineet ja täyteaineet ovat yleisimmät paperinvalmistuksen raaka-aineet. Kuidut ovat paperin pääraaka-aine ja tämän takia myös tärkein osa paperin valmistusta. Myös kuitusidokset esittävät erittäin tärkeää roolia, koska ilman sidoksia ei olisi kuituverkkoa. Täytyy kuitenkin muistaa, että yksittäisten kuitujen ominaisuudet eivät vastaa valmiin paperin kuidun ominaisuuksia. 3.1 Kuidun vaikutus paperin ominaisuuksiin Raaka-aineena käytettyjen kuitujen ominaisuudet ovat tärkeitä, koska ne määräävät paperin formaation ja paperin ominaisuudet. Pääraaka-aineena yleisesti käytetään joko sellua tai mekaanista massaa. Molemmilla raaka-aineilla on hyvin erilainen vaikutus paperin ominaisuuksiin. Sellussa ei ole ligniiniä, joten kuidut pystyvät muodostamaan enemmän sidoksia keskenään, ja näin yleisesti sellusta valmistettu paperi on kestävämpää. (Ek & Gellerstedt & Henriksson 2009, 15 39) 3.2 Neliömassa Puhuttaessa paperin neliömassasta tarkoitetaan paperin massaa grammoina neliömetriä kohti (g/m 2 ). Neliömassaan sisältyy sekä paperin kuiva-aines että paperin sisältämä neste. Tästä voidaan nopeasti päätellä, että paperin kosteuden muuttuessa myös paperin neliömassa tulee muuttumaan. Normaalisti paperin neliömassa vaihtelee 30 150 g/m 2 :ssa, neliömassa määräytyy yleisesti paperilajin mukaan. (VTT 2010; Häggblom- Ahnger & Komulainen 2005, 78) Paperin kuivan neliömassan vaihtelu vaikuttaa lähestulkoon kaikkiin paperin ominaisuuksin ja näin se on yksi tärkeimmistä suureista, mitä paperista mitataan. Neliömassan kasvaessa paperin lujuudet, tiiveys ja opasiteetti kasvavat, mutta samalla myös paperin raaka-ainekustannukset nousevat.

10 Paperin neliömassa mitattiin leikkaamalla kymmenen näytekappaletta, joiden grammapaino mitattiin. Näistä laskettiin tulosten keskiarvo. Näytekappaleet leikattiin käyttämällä Lorentzen & Wettre:n valmistamaa pyöreän arkin leikkuria. Pyöreiden arkkien pintaala oli 100 cm 2. Kuviossa 1 on esitetty leikkaukseen käytetty leikkuri ja kuviossa 2 on esitetty grammapainon mittaamiseen käytetty vaaka. KUVIO 1. Neliömassanäytteiden leikkuri KUVIO 2. Neliömassamittauksissa käytetty vaaka

11 3.3 Kosteus Paperi ja sen raaka-aineena olevat puukuidut ovat hydroskooppisia: ne pyrkivät kosteustasapainoon ympäröivän ilman kanssa. Ympäröivän ilman suhteellisen kosteuden muutokset vaikuttavat paperiin merkittävästi, ja siksi se olisi tärkeää ottaa huomioon suunniteltaessa tiloja, joissa paperia varastoidaan, käytetään raaka-aineena tuotannossa tai muuten käsitellään. Kun paperin kuidut imevät itseensä vettä kosteasta ilmasta tai luovuttavat sitä kuivaan ilmaan, muutoksia tapahtuu, kunnes tasapainotila on saavutettu. Tätä kutsutaan paperin tasapainokosteudeksi. Jos paperi tuodaan tilaan kylmemmistä olosuhteista, se jäähdyttää ympärillään olevaa ilmaa ja siten nostaa sen suhteellista ilmankosteutta. Sen vuoksi se saattaa absorboida vettä myös ilmasta, joka on alun perin ollut suhteelliselta kosteudeltaan alle tasapainokosteuden. (Kettle 2008, 266 294; VTT 2010; Häggblom-Ahnger & Komulainen 2005, 80) Jos paperin lämpötila on alle kastepisteen, se aiheuttaa veden tiivistymistä paperin pintaan, mikä pahentaa merkittävästi paperin kostumista. Siksi olisi tärkeää säilyttää paperit paketeissaan, kunnes ne ovat lämmenneet vastaamaan vallitsevia olosuhteita. (Pope & Tamara 1999, 289) SUHTEELLINEN ILMANKOSTEUS Suhteellisella ilmankosteudella tarkoitetaan tietynlämpöisessä ilmassa olevan vesihöyryn määrän suhdetta siihen vesimäärään, joka siinä lämpötilassa on mahdollista ilmaan höyrystää. Suhteellinen ilmankosteus ilmoitetaan prosenttilukuna. Suhteellinen ilmankosteus voidaan laskea seuraavalla kaavalla (VTT 2010): AH RH = 100% (1) SH jossa AH on senhetkinen absoluuttinen ilmankosteus ja SH on samassa lämpötilassa vesihöyrystä kylläisen ilman kosteus.

12 Ilman lämpötilan kasvaessa kasvaa myös sen kyky varastoida höyryä. Kuviossa 3 on esitetty suhteellisen ilmankosteuden riippuvuus lämpötilasta ja kosteuden höyrypaineesta. KUVIO 3. Suhteellisen ilmankosteuden, lämpötilan ja kosteuden höyrynpaineen välinen yhteys (Kettle 2008, 267) ABSOLUUTTINEN KOSTEUS Absoluuttisella ilmankosteudella tarkoitetaan sitä vesimäärää, joka ilmassa on höyrystyneenä. Absoluuttisen ilmankosteuden yksikkönä käytetään g/m 3. Absoluuttinen ilmankosteus ei ole riippuvainen lämpötilasta. Kosteus voidaan laskea seuraavalla kaavalla: mv AH = (2) V jossa m v on veden massa ja V on ilman tilavuus, johon vesi on höyrystetty. Paperin kosteudella tarkoitetaan paperin sisältämän nesteen prosentuaalista määrää näytteen massasta. Paperin kosteus mitattiin kuviossa 4 esitetyllä laitteella.

13 KUVIO 4. Paperin kosteuden mittaamiseen käytetty laite Paperin kosteus on myös historia-riippuvainen. Tällä tarkoitetaan paperin kosteuden riippuvuutta aikaisemmasta paperin kosteudesta. Tapahtumaa kutsutaan hystereesiksi. Hystereesissä paperin tasapainokosteus on eri, kun se tuodaan tiettyyn kosteuteen eri olosuhteista. Kuviossa 5 on esitetty kosteus ero desorption ja adsorption välillä. KUVIO 5. Adsorption ja desorption aiheuttama ero massan kosteudessa. (Kettle 2008, 268)

14 Ilman vesimolekyylit sitoutuvat herkimmin hemiselluloosan ja selluloosan hydroksyyliryhmiin vetysidosten avulla. Molekyylien tarttuessa puukuituihin puukuidut turpoavat. Turpoamista tapahtuu huomattavasti enemmän poikkisuunnassa kuin pituussuunnassa. Puukuitu saattaa paksuuntua jopa 15 20-kertaisesti niin paljon kuin pituussuunnassa. Koska paperi on yksittäisten kuitujen muodostama verkko, on tällä mittamuutoksella huomattavia vaikutuksia paperin ominaisuuksiin. Turpoaminen myös heikentää paperin jäykkyyttä huomattavasti, mikä on tietyissä jatkojalostusprosesseissa erittäin tärkeä ominaisuus. Kosteuden tarttuessa hydroksyyliryhmiin vähentää kosteus myös kuitujen välisiä vetysidoksia, jotka pitävät paperin koossa, ja -heikentää van der Waals -voimia. Sidosten vähentymisellä on suora vaikutus paperin lujuusominaisuuksien heikkenemiselle. Suhteellisen ilmankosteuden kasvaessa paperin repäisylujuus kasvaa ja sekä vetolujuus että jäykkyys heikkenevät. Repäisylujuus ei kasva loputtomiin, vaan noin 90 % suhteellisessa kosteudessa paperin repäisylujuus alkaa huonontua nopeasti. Kuviossa 6 on esitetty kuvaajalla ominaisuuksien suhteellinen muutos. KUVIO 6. Kosteuden vaikutus paperin lujuusominaisuuksiin (VTT 2010) Kosteuden poistuessa paperista kuitujen väliset sidokset palautuvat ja paperin ominaisuudet palautuvat lähestulkoon normaaliksi. On kuitenkin huomioitava, että tämä trendi ei jatku loputtomiin, kuten John Bogaard ja Paul M. Whitmore todistivat tutkimukses-

15 saan. He totesivat paperin lujuusominaisuuksien heikkenevän, mitä useammin paperi altistettiin kosteusmuutoksille. Tutkimuksen tulokset on esitetty kuviossa 7. (Bogaard & Whitmore 2002, 11 15) KUVIO 7. Paperin vetolujuuden heikkeneminen jatkuvan kosteusvaihtelun suhteen. (Bogaard & Whitmore 2002, 13) Ilman kosteuden muuttuessa paperin kosteus muuttuu jo ensimmäisten minuuttien aikana merkittävästi, mutta täydellisen kosteustasapainon saavuttamiseen menee huomattavasti enemmän aikaa. Kuviossa 8 on esitetty, kuinka sellukuitujen kosteus muuttuu ajan suhteen, adsorptiossa ja desorptiossa. KUVIO 8. Sellukuitujen kosteuden muuttuminen ajan suhteen. A: Näyte siirretään 35 % kosteudesta 85 % kosteuteen. B: Näyte siirretään 85 % kosteudesta 35 % kosteuteen (William 1995, 113)

16 Tässä työssä näytteiden ilmastointiin käytetty kaappi (Espec Corp. malli PL-4KPH) on esitetty kuviossa 9. KUVIO 9. Näytteiden ilmastointikaappi 3.4 Repäisylujuus Repäisylujuudella tarkoitetaan tietyn mittaisen repeämän aikaansaamiseen tarvittavaa työtä. (VTT 2010) Repäisylujuutta käytetään yleisesti viansietokyvyn arvioimiseen. Paperirainassa olevat epäpuhtaudet tai reunaviat aiheuttavat helposti poikkisuuntaisen repeämän, joten paperilla pitää olla riittävä kyky vastustaa repeämien syntymistä. Repäisylujuuteen vaikuttaa kaksi eri komponenttia. Paperia revittäessä osa kuiduista katkeaa ja osa säilyy ehjinä. Ehjänä säilyneiden kuitujen aiheuttama vastustus koostuu kuitujen välisten sidosten murtamisesta ja kuitujen ulosvetämisestä johtuvasta kitkasta. Molemmissa tapauksissa työhön vaikuttaa kuitujen pituus ja paksuus. Revittäessä kat-

17 kenneet kuidut ovat niin vahvasti sitoutuneet toisiinsa, että kuidut katkeavat helpommin kuin tulevat vedetyiksi ulos. (VTT 2010) Yleisin tapa mitata repäisylujuutta on repäistä paperi valmiiksi leikatusta alkurepeämästä. Tämä on yleisin tapa, koska se kuvastaa paremmin reunavian aiheuttamaa katkoa. Koe suoritetaan yleisesti heilurimaisella koneella, jossa paperin toinen reuna on kiinni koneen rungossa ja toinen osa on kiinni heilurissa. Mittauksissa käytettiin Lorentzen & Wettre tearing tester (Lorentzen & Wettre, tyyppi: 979726) -laitetta. Käytetty laite on esitetty kuviossa 10. KUVIO 10. Repäisylujuuden mittaamiseen käytetty laite 3.5 Vetolujuus, murtositkeys ja venymä Vetolujuudella tarkoitetaan suurinta kuormitusta, minkä paperiliuska pystyy kestämään ennen sen repeämistä, kun sitä vedetään pinnan suuntaisesti. Vetolujuudella on suuri merkitys painopaperilla, jotta painatuksessa ei tapahtuisi katkoja. Vetolujuus on helppo mitata ja ymmärtää, mutta sillä ei ole suoraa suurta merkitystä, koska paperi harvoin katkeaa vetolujuuden heikkouden takia. Usein katkon aiheuttaa jokin reunavika tai muu epäpuhtaus, joka on heikentänyt paperin lujuusominaisuuksia. Murtositkeys ja murtotyö sopivat huomattavasti paremmin tällaisiin tilanteisiin. Murtovoimia mitattaessa paperi liuskan keskelle tehdään alku viilto, jonka jälkeen paperia venytetään repeämiseen

18 saakka. Paperin repäisyyn tarvittava voima on huomattavasti pienempi kuin vetolujuutta mitattaessa. (Alava & Niskanen 2008, 205) Tällaiset epäpuhtaudet ovat huomattavasti yleisempiä mekaanisesta massasta valmistetuissa paperilajeissa kuin kemiallisesta massasta valmistetuissa lajeissa. Vetolujuuteen vaikuttavat samat kaksi komponenttia kuin repäisylujuuteen. Vetolujuuden, murtositkeyden ja repäisylujuuden suuruus vaihtelee kone- ja poikkisuunnassa. Tämä on suoraan verrannollinen paperin kuituorientaatioon. Koska yleisesti kuituja on asettunut enemmän konesuuntaisesti kuin poikkisuuntaisesti, on konesuuntainen vetolujuus huomattavasti suurempi. Myös käytetyllä massalla ja valmistusprosessilla on suuri vaikutus, koska se määrää, miten paljon ja minkälaisia sidoksia kuidut muodostavat toistensa ja täyteaineiden välillä. Mittauksiin käytetty Lorentzen & Wettre tensile tester-laitteisto (Lorentzen & Wettre, tyyppi: 962489) on esitetty kuviossa 11. KUVIO 11. Murtositkeyden, vetolujuuden ja venymän mittaamiseen käytetty laite Suhteellisen kosteuden kasvaessa myös paperin vesipitoisuus kasvaa. Tällöin plastinen eli palautumaton muodonmuutos tulee vallitsevaksi ja tämän johdosta vetolujuus alenee ja venymä kasvaa. Tiettyyn pisteeseen asti murtotyö kasvaa, jonka jälkeen se alkaa heikentyä. Vastaava ilmiö tapahtuu myös lämpötilan vaikutuksesta, eli paperin kimmokerroin alenee lämpötilan kasvaessa. Lämpötilan aiheuttamat muutokset ovat kuitenkin hyvin pieniä verrattuna kosteuden aiheuttamiin muutoksiin. (VTT 2010)

19 4.6 Sileys Paperin sileydellä on suuri vaikutus syväpainatuksen laatuun. Syväpainatuksessa paperin ja painovärin välillä pitää olla hyvä kontakti, siksi sileys vaikuttaa suoraan painojäljen tasaisuuteen eli puuttuviin pisteisiin. (VTT 2010) Päällystämättömän ja kalanteroimattoman paperin sileys määräytyy paperikoneella viiran, märkäpuristuksen ja formaation mukaan. Kalanteroimalla voidaan jopa kokonaan poistaa aikaisemman prosessin aiheuttamia epätasaisuuksia, mutta on myös epätasaisuutta, johon kalanterointi ei auta. Päällystyksellä voidaan parantaa kalanteroinnin tulosta ja poistaa tiettyjä epätasaisuuksia. Yleisin tapa mitata paperin pinnan sileyttä on mitata, miten nopeasti tai paljon ilmaa virtaa paperin ja sileäksi hiotun pinnan tai terän välistä. (VTT 2010) Mittauksiin käytetty laite (Messmer Büshner, malli 14590500) on esitetty kuviossa 12. KUVIO 12. Sileyden mittaamiseen käytetty laite

20 3.7 Z-Lujuus Z-lujuutta mitattaessa paperiin kohdistetaan vetokuormitus z-suuntaisesti eli kohtisuoraan pintaan nähden. Z-lujuudella on suuri merkitys tietyissä jatkojalostusmenetelmissä, joissa paperiin kohdistuu paljon paksuussuuntaista kuormitusta. Hyvänä esimerkkinä toimii offset-painatus, jossa painovärin tahmeus vetää paperia pintaa mukaansa. (VTT 2010) Paperin sisäisillä sidoksilla on suurin merkitys z-lujuuteen. Monesti lujuuksia parannetaan joko jauhamalla tai käyttämällä erilaisia liimoja sekä pinnassa että massassa. Z- lujuuteen vaikuttavat monet eri muuttujat. Muutamia niistä ovat puukuidun pituus ja ominaisuudet, massan jauhatusaste, massan koostumus, hieno- ja täyteaineksen määrä, kuituorientaatio, kuivatus, kalanterointi ja pintaliimaus. Paperien z-lujuus mitattiin Lorentzen ja Wettren laitteistolla. Mittauksessa paperia vedettiin kohtisuorasti kaksipuoleisen teipin välityksellä, molemmilta puolilta. Laitteen käyttämä yksikkö on kpa. Teippi saattaa vahvistaa neliömassaltaan alle 60 g/m 2 olevia näytteitä. Kuviossa 13 on esitetty yksittäisen mittauksen kulku ja kuviossa 14 on esitetty käytetty laitteisto (Lorentzen & Wettren, Tyyppi: 971925). KUVIO 13. Mittaustapahtuman kulku Lorentzen & Wettren z-suuntaiseessa lujuusmittarissa. ( Lorentzen & Wettre Oy. 2006)

21 KUVIO 14. Z-suuntaisen lujuuden mittaamiseen käytetty laite 3.8 Kuituorientaatio Kuituorientaatiolla tarkoitetaan kuitujen suuntajakauman epäsymmetrisyyttä. Paperikoneella valmistetussa paperissa kuituja on asettunut enemmän konesuuntaisesti kuin poikkisuuntaisesti. Paperin kuituorientaatio ilmaisee, mikä määrä kuidunpituutta (kuituja) osoittaa kuhunkin suuntaan. Se on siten paperin rakenteen tilastollinen ominaisuus, jota kuvaa tilastollinen jakaumafunktio. Koska kuitujen keskimääräinen pituus on suurempi kuin paperin paksuus, kuidut asettuvat melko tarkoin paperin tason suuntaisiksi. Siten kuituorientaatiota kuvaava tilastollinen jakaumafunktio (kuituorientaatiojakauma) ilmoittaa paperin tasossa eri suuntiin osoittavien kuitujen suhteellisen osuuden. Paperin tyypillinen kuituorientaatiojakauma on muodoltaan ellipsin muotoinen. (VTT 2010) Paperin kuituorientaatio vaikuttaa lähes kaikkiin paperin ominaisuuksiin, mutta erityisen paljon paperin lujuusominaisuuksiin. Lisäämällä suihkun ja viiran nopeuseroa voidaan kuituorientaation voimakkuutta eli paperin anisotropiaa kasvattaa. Tämä vaikuttaa puolestaan konesuuntaisten lujuusominaisuuksien paranemiseen. Samalla poikittaiset lujuusominaisuudet heikkenevät, samoin mittapysyvyys. Yleisesti paperilta vaaditaan enemmän kestävyyttä vain joko poikki- tai konesuunnassa, mikä valitaan paperin käyt-

22 tötarkoituksen mukaan. Tämä mahdollistaa haluttujen funktionaalisten ominaisuuksien saavuttamisen hallitsemalla paperin rakenteen anisotropiaa. (VTT 2010) 3.9 Jäykkyys Paperin jäykkyydellä tarkoitetaan paperin kykyä vastustaa taivutusta. Jäykkyyteen vaikuttavat paperin paksuus ja paperin neliömassa, myös paperin kuituorientaatiolla ja sidoksilla on merkitystä. Yleisesti paperin jäykkyydellä on suuria eroja poikki- ja konesuunnassa. (Okomori, Toshiharu & Fumihiko 1999, 121 132) Paperin jäykkyydellä on suuri merkitys tietyissä painatusprosesseissa. Arkkipainatuksessa kone saattaa mennä helposti tukkoon, jos paperin jäykkyys on liian pieni. Painetut paperit joilla on alhainen jäykkyys, ovat hankalia lukea, koska sivut saattavat lerpattaa ja tekevät lehdestä hankalasti luettavan. Tietyissä tapauksissa myös liiallinen jäykkyys aiheuttaa käsittelyongelmia. Käsittelyongelmiin vaikuttavat myös arkkien koko, kuituorientaatio ja paperin käyryys. Päällystetyn paperin pintakerroksella on suurempi merkitys kuin sisemmällä kerroksella, koska paperin pinta kokee huomattavasti enemmän rasitusta. (Niskanen 2008, 40 45 ) Paperin jäykkyys voidaan laskea seuraavalla yhtälöllä: d 2 w S = Q (3) 12 missä S on taivutusjäykkyys, Q on ominaiskimmokerroin, d on paksuus ja w on neliömassa. (VTT 2010) Jäykkyyden yhtälöstä huomaa, miten kosteuden aiheuttaman kimmokertoimen väheneminen alentaa jäykkyyttä. Vaikka paperin paksuuden ja neliömassan kasvu parantavat jäykkyyttä, eivät ne pysty kumoamaan kimmokertoimen laskun aiheuttama muutosta. Jäykkyydet mitattiin staattisella menetelmällä, jossa paperia taivutetaan kahdesta pisteestä ja mitataan taivuttamiseen käytetty voima. Suurimpana ongelmana paperin jäyk-

23 kyyden mittaamisessa on kevyiden papereiden huono mittaustarkkuus. Jäykkyysmittauksiin käytetty laite (Lorentzen & Wettner, tyyppi: 974995) on esitetty kuviossa 15. KUVIO 15. Jäykkyyden mittaamiseen käytetty laite

24 4 MITTAUSTULOKSET JA NIIDEN KÄSITTELY 4.1 Aika ja kosteustesti Opinnäytetyön alussa suoritettiin tutkimus, jossa määriteltiin, kuinka kauan paperi näytteitä pitää altistaa kosteuden ja lämmön vaikutuksille, ennen kuin muutosta ei enää tapahdu. Tutkimuksessa lämpötilaksi valittiin 35 C ja ilman suhteelliseksi kosteudeksi valittiin 75 %. Mittaukset suoritettiin 2 5 tunnin altistumisen jälkeen, tunnin välein. Mittaussuureiksi valittiin. repäisylujuus, vetolujuus, murtositkeys ja venymä. Mittauksista saadut tulokset on esitetty kuvioissa 16-21. 6,00 5,50 5,00 Vetolujuus, KS kn/m 4,50 4,00 3,50 WFC MWC SC 3,00 0 h 2 h 3 h 4 h 5 h 23 C 50 % 35 C 75 % KUVIO 16. Vetolujuuden muuttuminen ajan suhteen konesuunnassa Vetolujuus, PS 2,40 2,20 2,00 kn/m 1,80 1,60 1,40 1,20 WFC MWC SC 1,00 0 h 2 h 3 h 4 h 5 h 23 C 50 % 35 C 75 % KUVIO 17. Vetolujuuden muuttuminen ajan suhteen poikkisuunnassa

25 mm 2,00 1,90 1,80 1,70 1,60 1,50 1,40 1,30 1,20 1,10 1,00 Venymä, KS 0 h 2 h 3 h 4 h 5 h WFC MWC SC 23 C 50 % 35 C 75 % KUVIO 18. Venymän muuttuminen ajan suhteen konesuunnassa 5,00 Venymä, PS 4,50 4,00 mm 3,50 3,00 2,50 WFC MWC SC 2,00 0 h 2 h 3 h 4 h 5 h 23 C 50 % 35 C 75 % KUVIO 19. Venymän muuttuminen ajan suhteen poikkisuunnassa Murtositkeys, KS J/m 1,00 0,90 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 0 h 2 h 3 h 4 h 5 h WFC MWC SC 23 C 50 % 35 C 75 % KUVIO 20. Murtositkeyden muuttuminen ajan suhteen konesuunnassa

26 Murtositkeys, PS 1,20 1,00 J/m 0,80 0,60 0,40 0,20 WFC MWC SC 0,00 0 h 2 h 3 h 4 h 5 h 23 C 50 % 35 C 75 % KUVIO 21. Murtositkeyden muuttuminen ajan suhteen poikkisuunnassa Kuvioista 16 21 huomataan, miten kosteuden vaikutukset tasaantuvat 3 4 tunnin altistumisen jälkeen. Tämän tutkimuksen altistumisaikatulokset valittiin opinnäytetyön altistumisaika-arvoiksi. Näytteet mitattiin kolmen ja neljän tunnin ilmastoitumisen jälkeen. 5.2 Vetolujuus, murtositkeys ja venymä Tässä luvussa käydään läpi jokaisen näytteen vetolujuus, murtositkeys ja venymä mittauksista saadut tulokset. Aluksi käydään läpi vetolujuustulokset, jonka jälkeen siirrytään murtositkeystuloksiin ja lopuksi venymätuloksiin. Jokaisessa kuviossa on sekä konesuuntainen (KS) että poikkisuuntaisten (PS) näytteiden tulokset. Mittaukset suoritettiin kolmen ja neljän tunnin altistumisen jälkeen. Vetolujuus mitattiin käyttämällä ISO 1924-3-standardia ja mittauksia suoritettiin 10 kappaletta. Kuviosta 22 huomaa helposti, miten kosteus heikentää MWC-paperin vetolujuutta, mutta pakkasessa olleiden näytteiden tulokset eivät poikkea merkittävästi vertailu näytteistään. Myös lämpötilaerolla ei vaikuttanut olevan merkitystä heikkenemisen suuruuteen.

27 kn/m 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 20 C 40%, 2h 40 C 80%, 3 4 h MWC:n vetolujuus 40 C 80%, 3 4 h 23 C 80%, 3 4 h Vakio olosuhteissa mitattu keskiarvo (KS) Vetolujuus KS 3h Vetolujuus KS 4h Vetolujuus PS 3h Vetolujuus PS 4h Vakio olosuhteissa mitattu keskiarvo (PS) KUVIO 22. MWC:n vetolujuustulokset Kuviosta 23 voidaan todeta kosteudella olevan vaikutusta SC-paperin vetolujuuteen, mutta lämpötilalla tai sen vaihtelulla ei näytä olevan vaikutusta heikentymisen suuruuteen. Myös poikkisuuntainen vetolujuuden heikentyminen on erittäin vähäistä. Tämä voi johtua SC-paperin jo entuudestaan heikosta poikkisuuntaisesta vetolujuudesta. KUVIO 23. SC:n vetolujuustulokset

28 WFC-paperilla myös kosteus heikentää selvästi vetolujuutta, mutta sekä radikaalilla ilmaston muutoksella että lämpötilan muutoksella ei vaikuta olevan suurta merkitystä verrattuna kosteuden muutoksiin. Tulokset on esitetty kuviossa 24. KUVIO 24. WFC:n vetolujuustulokset Murtositkeys mitattiin käyttämällä SCAN-P 77:95-standardia ja mittauksia suoritettiin 10 kappaletta. Kuviosta 25 huomataan, miten kosteus parantaa MWC-paperin murtositkeyttä sekä kone- että poikkisuunnassa. Radikaalille ilmaston muutokselle altistetut näytteet olivat heikompia kuin lämmölle ja kosteudelle altistetut näytteet.

29 KUVIO 25. MWC:n murtositkeystulokset Kuviossa 26 on esitetty SC-paperin testauksista saadut tulokset. Kuviosta voidaan todeta, että kosteudella on myös murtositkeyttä parantava vaikutus. Pakkasen puolella sekä kosteassa ja lämpimässä olleet näytteet eivät osoita merkittävää muutosta verrattuna vakio-olosuhteissa tehtyihin mittauksiin, poikkisuuntaiset näytteet ovat palanneet vakioolosuhde mittausten tasolle. Lämpimässä ja kosteassa ilmastossa olleet konesuuntaiset näytekappaleet ovat heikompia kuin viileämmässä olleet näytteet (23 C, 80 %). SCpaperin murtositkeys on niin huono, että muutokset kosteuden vaikutuksesta ovat myös vähäiset. KUVIO 26. SC:n murtositkeystulokset

30 WFC-paperin murtositkeys paranee myös kosteuden kasvaessa, mutta tuloksista huomataan, miten eri olosuhdemuutoksilla ei ollut vaikutusta muutosten suuruuteen. Mittaustulokset on esitetty kuviossa 27. KUVIO 27. WFC:n murtositkeystulokset Kuviossa 28 on esitetty MWC-paperilajin mittauksista saadut tulokset. Kuviosta huomataan, miten paperin venymä kasvaa kosteuden kasvaessa, mutta pakkasessa olleiden näytteiden venymän kasvu ei ole yhtä suurta kuin kosteassa ja lämpimässä olleiden näytteiden kasvu. Tämä on huomattavassa paremmin poikkisuuntaisissa näytteissä kuin konesuuntaisissa. Lämpötilalla ei ollut merkitsevää vaikutusta venymämittauksissa.

31 KUVIO 28. MWC:n venymän tulokset Sama trendi jatkuu myös SC-paperin mittauksissa, mutta muutokset olosuhteiden välillä eivät ole niin suuria tai niitä ei ole. Tulokset on esitetty kuviossa 29. KUVIO 29. SC:n venymän tulokset WFC-paperilajin mittauksien tuloksista huomataan sen noudattavan samaa trendiä kuin muut paperilajit, mutta muutokset olosuhteiden välillä ovat käytännössä katsoen mitättömät. Tulokset on esitetty kuviossa 30.

32 KUVIO 30. WFC:n venymän tulokset Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 1 9. 4.3 Repäisylujuus Repäisylujuus mitattiin käyttämällä ISO 1974-standardia ja mittauksia suoritettiin 10 kappaletta. Repäisylujuus mitattiin vain konesuunnassa. Kuviossa 31 on esitetty MWC-paperilajin mittauksista saadut tulokset. Kuviosta huomataan, miten kosteus kasvattaa paperin repäisylujuutta selvästi. Lämpötilan kasvaminen näyttää heikentävän hiukan paperin repäisylujuutta verrattuna pelkän kosteuden vaikutukseen (23 C, 80 %). Pakkasessa olleiden näytteiden repäisylujuus on samalla tasolla kuin lämpimässä ja kosteassa olleiden näytteiden repäisylujuus. KUVIO 31. MWC:n konesuuntaisen repäisylujuuden tulokset

33 Kuviossa 32 on esitetty SC-paperin mittauksista saadut tulokset. Kuviota tarkkailemalla huomataan, miten tulokset noudattavat samaa trendiä kuin MWC-paperin mittauksista saadut tulokset. KUVIO 32. SC:n konesuuntaisen repäisylujuuden tulokset WFC-paperin mittaustulokset noudattavat samaa trendiä kuin muutkin paperilajit, mutta olosuhdekaapissa olleiden näytteiden erot ovat pienempiä. Tulokset on esitetty kuviossa 33. KUVIO 33. WFC:n konesuuntaisen repäisylujuuden tulokset Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 10 12.

34 4.4 Jäykkyys Jäykkyys mitattiin käyttämällä ISO 5628-standardia ja mittauksia suoritettiin 5 kappaletta. Kuviossa 34 on esitetty MWC-paperin jäykkyysmittauksista saadut tulokset. Tuloksista huomataan, miten kosteus huonontaa paperin jäykkyyttä. Poikkisuuntaiset näytteet heikentyivät hiukan enemmän kuin konesuuntaiset näytteet. Pakkasessa olleiden näytteiden tulokset vastasivat lämpimässä ja kosteassa olleiden näytteiden tuloksia, joten radikaalilla lämpötilamuutoksella ei ollut vaikutusta jäykkyyteen. Myöskään lämpimässä ja kosteassa olleet näytteet eivät poikkea merkittävästi pelkässä korkeassa kosteudessa olleista näytteistä (23 C, 80 %). KUVIO 34. MWC:n jäykkyyden tulokset SC-paperista saadut jäykkyyden mittaustulokset noudattavat samaa trendiä kuin MWCpaperin mittauksista saadut tulokset. Huomattava on vain se, että jäykkyys ei huonone yhtä paljon kuin MWC-paperissa. Tulokset on esitetty kuviossa 35.

35 KUVIO 35. SC:n jäykkyyden tulokset Kuviossa 36 on esitetty WFC-paperin jäykkyyden mittaustulokset. Kuviosta huomataan, miten kosteus heikentää WFC:n jäykkyyttä. Pakkasessa olleiden näytteiden jäykkyys ei huonone merkittävästi verrattuna lämpimässä ja kosteassa olleisiin näytteisiin. Myöskään lämpötilan muutoksella ei ollut vaikutusta jäykkyyteen verrattuna pelkän kosteuden vaikutukseen (23 C, 80 %). KUVIO 36. WFC:n jäykkyyden tulokset Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 13 15.

36 4.5 Sileys Sileys mitattiin käyttämällä ISO 8791-standardia ja mittauksia suoritettiin 10 kappaletta. Kuviossa 37 on esitetty MWC-paperin sileyden mittaustulokset. Tuloksista huomataan selkeästi, miten kosteus huonontaa sileyttä eli karheus kasvaa. Lämpötilan kasvaessa ilman kyky kantaa vettä kasvaa ja siksi ilmassa on enemmän kosteutta. Tämän huomaa hyvin verrattaessa saatuja tuloksia. Pakkasessa olleiden näytteiden sileys on huonontunut selkeästi enemmän kuin vertailunäytteiden sileys. KUVIO 37. MWC:n sileyden tulokset Kalanteroidulla SC-paperilla sileyden huonontumista tapahtuu myös kosteuden ja lämpötilan vaikutuksesta, mutta pakkasella ei vaikuta olevan suurta merkitystä. Tulokset on esitetty kuviossa 38.

37 KUVIO 38. SC:n sileyden tulokset WFC-paperin sileys huononee odotetusti kosteuden vaikutuksesta, mutta lämmöllä ei näytä olevan merkitystä sileyden huononemiselle. Myös pakkasessa olleiden näytteiden sileys ei eroa merkittävästi lämpimässä ja kosteassa olleista näytteistä. Tulokset on esitetty kuviossa 39. KUVIO 39. WFC:n sileyden tulokset Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 16 18.

38 4.6 Z-suuntainen lujuus Jäykkyys mitattiin käyttämällä ISO 15754-standardia ja mittauksia suoritettiin 5 kappaletta. Kuviossa 40 on esitetty MWC-paperin z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset. Kuviosta nähdään selvästi, miten kosteus heikentää z-suuntaista lujuutta, mutta muilla muuttujilla ei ole vaikutusta heikentymiseen. KUVIO 40. MWC:n z-suuntaisen lujuuden tulokset SC-paperin z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset noudattavat samaa trendiä MWCpaperin kanssa. Tulokset on esitetty kuviossa 41.

39 KUVIO 41. SC:n z-suuntaisen lujuuden tulokset Kuviossa 42 on esitetty WFC-paperin z-suuntaisen lujuuden mittaustulokset. Tuloksista nähdään, miten paperin lujuus heikkenee kosteuden vaikutuksesta. Trendi heikentymisessä on sama kuin muillakin paperilajeilla, mutta heikentyminen ei ole yhtä suurta kuin muilla paperilajeilla. Tämä voi johtua käytetystä päällystys- tai täyteaineista. Päällystetyssä sellupohjaisessa paperissa on yleisesti käytetty märkälujuutta lisääviä liimoja, jotka voivat olla syynä tähän. KUVIO 42. WFC:n z-suuntaisen lujuuden tulokset Mittaustulokset on esitetty liite taulukoissa 19 21.

40 5 PÄÄTELMÄT Teoriaosuudessa todettiin, miten kosteus joko selkeästi heikentää tai vahvistaa tiettyjä paperin lujuusominaisuuksia. Saadut mittaustulokset toteavat täysin saman asian. Vakio-olosuhteissa olleet näytteet olivat lujuusominaisuuksiltaan vahvempia, lukuun ottamatta repäisylujuutta ja venymää. Repäisylujuus ja venymä kasvoivat suhteellisen ilmankosteuden kasvaessa. Siirtymisellä kylmästä ilmastosta lämpimään ja kosteaan ilmastoon ei vaikuttanut olevan suurta merkitystä. Vain MWC-paperin sileysmittauksissa pakkasella oli merkitystä. Tuolloin paperin sileys huononi merkittävästi verrattuna pelkästään kosteuden ja lämmönvaikutuksesta. Seuraavissa taulukoissa 1 3 on esitetty, kuinka paperin ominaisuudet ovat muuttuneet olosuhteiden välillä. TAULUKKO 1. Kosteuden (23 C, 80 %) vaikutus paperin mitattuihin ominaisuuksiin. +:Parantava vaikutus, (+): suuntaa antavasti parantunut, -: Heikentävä vaikutus, (-): suuntaa antavasti heikentynyt ja X: ei vaikutusta Lämpötilan aiheuttamat muutokset eivät olleet niin suuria, että niitä voisi sanoa merkitseviksi. Murtositkeys Venymä Vetolujuus Jäykkyys Sileys Z suunt. Repäisylujuus KS PS KS PS KS PS KS PS Ylä Ala lujuus MWC + + + + + SC + (+) + + ( ) X + WFC + + X + +

41 TAULUKKO 2. Radikaalin ilmaston muutoksen (2 h -20 C 40 %, 40 C 80 %) vaikutus paperin mitattuihin ominaisuuksiin verrattuna lämmön ja kosteuden vaikutukseen (40 C, 80 %). +:Parantava vaikutus, (+): suuntaa antavasti parantunut, -: Heikentävä vaikutus, (-): suuntaa antavasti heikentynyt ja X: ei vaikutusta TAULUKKO 3. Lämpötilan (40 C 80 %) vaikutus paperin mitattuihin ominaisuuksiin verrattuna kosteuden (23 C, 80 %) vaikutukseen. +:Parantava vaikutus, (+): suuntaa antavasti parantunut, -: Heikentävä vaikutus, (-): suuntaa antavasti heikentynyt ja X: ei vaikutusta Murtositkeys Venymä Vetolujuus Jäykkyys Sileys Z suunt. Repäisylujuus KS PS KS PS KS PS KS PS Ylä Ala lujuus MWC ( ) ( ) X ( ) X X X X ( ) ( ) X X SC X X X X X X X X X X X X WFC X X X X X X X X X X X X Murtositkeys Venymä Vetolujuus Jäykkyys Sileys Z suunt. Repäisylujuus KS PS KS PS KS PS KS PS Ylä Ala lujuus MWC X X X X X X X X ( ) ( ) X ( ) SC X X X X X X X X X X X ( ) WFC X X X X X X X X X X X ( )

42 LÄHTEET Häggblom-Ahnger, U. & Komulainen, P. 2005. Paperin ja kartongin valmistus. 1.-3. Painos, Jyväskylä:opetushallitus VTT / Proledge Oy 2009. KnowPap Version 12.0 (12/2010). [online] Tulostettu 4.4.2011 File://///book/knowpap/suomi/knowpap_system/user_interface/paper_grades/quality.ht m Ek, M. Gellerstedt, G. Henriksson, G. 2009. Pulp and paper chemistry and theology. Berlin:Walter de Gruyter GmbH & CO. Z-lujuus. [powerpoint-esitys] Lorentzen & Wettre Oy. 2006 William E, S. Abbot, J, Trosset, S. 1995.Properties of paper: An introduction. Second edition. Atlanta: TAPPI PRESS. Koji Okomori, Toshiharu Enomae and Fumihiko Onabe. 1999. Proceedings of Tappi advanced coating fundamentals symposiu. Atlanta: TAPPI PRESS. 121 132. Bogaard, J. & Whitmore, P. 2002. Exploration of the role of humidity fluctuations in the deterioration of paper. Luettu 5.4.2011 http://www.cmu.edu/acrc/publications/humidity%20fluct%20in%20paper.pdf Kettle, J. 2008. Moisture and fluid transport. Teoksessa Niskanen, Kaarlo (toim.) Paper Physics, 2. Painos. Jyväskylä: Fabet Oy, 266 294 Alava, M. & Niskanen, K. 2008. In-plane tensile properties. Teoksessa Niskanen (toim.) Paper Physics, 2. Painos. Jyväskylä: Fabet Oy, 182 228 Niskanen, K. & Pakarinen, P. 2008. Paper structure. Teoksessa Niskanen (toim.) Paper Physics, 2. Painos. Jyväskylä: Fabet Oy, 12 58 Pope & Tamara, D. 1999. Printing Guide to Paper and Digital Printing. Charlottesville: INTEQUEST.

43 LIITE 1:1 (11) MITTAUSTULOKSET TAULUKKO 1. Vetolujuuden mittaustulokset MWC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 80% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 4,69 4,23 4,31 4,18 4,18 3,96 4,15 PS 1,58 1,59 1,64 1,54 1,48 1,4 1,46 S, % KS 2,57 3,71 4,808 7,28 4,85 3,54 4,71 PS 11,34 3,6 6,45 3,13 5,23 3,15 3,62 Maksimi, kn/m KS 4,87 4,47 4,62 4,64 4,48 4,17 4,44 PS 1,85 1,68 1,80 1,61 1,60 1,47 1,54 Minimi, kn/m KS 4,51 3,99 4,00 3,72 3,88 3,75 3,86 PS 1,31 1,50 1,48 1,47 1,36 1,33 1,38 TAULUKKO 2. Vetolujuuden mittaustulokset SC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 3,07 2,77 2,79 2,76 2,78 2,75 2,64 PS 1,07 0,97 0,99 0,92 0,96 0,97 0,95 S, % KS 4,69 2,62 3,43 4,69 3,33 3,74 3,5 PS 2,04 3,59 3,07 3,28 3,44 2,67 4,75 Maksimi, kn/m KS 3,29 2,82 2,85 2,9 2,85 2,82 2,75 PS 1,10 1,02 1,05 0,99 1,03 1,09 1,1 Minimi, kn/m KS 2,85 2,55 2,61 2,65 2,51 2,59 2,49 PS 1,04 0,9 0,85 0,83 0,86 0,91 0,85 TAULUKKO 3. Vetolujuuden mittaustulokset WFC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 5,80 4,85 4,99 5,00 5,08 5,11 5,40 PS 2,28 2,04 2,06 2,06 2,05 1,87 1,88 S, % KS 3,90 8,08 4,16 1,99 4,11 3,44 3,42 PS 3,89 6,45 3,14 2,32 5,42 5,27 4,20 Maksimi, kn/m KS 6,14 5,44 5,30 5,15 5,39 5,37 5,68 PS 2,41 2,24 2,16 2,13 2,22 2,02 2,00 Minimi, kn/m KS 5,46 4,26 4,68 4,85 4,77 4,85 5,12 PS 2,15 1,84 1,96 1,99 1,88 1,72 1,76 LIITE

44 LIITE 1:2 (11) TAULUKKO 4. Murtositkeyden mittaustulokset MWC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 0,66 0,67 0,68 0,77 0,75 0,77 0,76 PS 0,54 0,62 0,63 0,69 0,68 0,70 0,71 S, % KS 9,88 13,95 10,41 15,90 12,54 7,79 8,14 PS 16,60 23,68 20,08 23,17 19,49 18,26 15,80 Maksimi, kn/m KS 0,76 0,81 0,79 0,95 0,89 0,86 0,86 PS 0,68 0,84 0,82 0,93 0,87 0,89 0,88 Minimi, kn/m KS 0,57 0,53 0,58 0,58 0,61 0,68 0,67 PS 0,41 0,40 0,44 0,45 0,48 0,51 0,54 TAULUKKO 5. Murtositkeyden mittaustulokset SC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 0,33 0,36 0,36 0,36 0,38 0,40 0,40 PS 0,25 0,25 0,24 0,25 0,25 0,28 0,28 S, % KS 11,74 9,45 14,37 13,40 17,14 14,19 7,45 PS 14,64 14,68 19,43 10,19 16,17 8,59 19,68 Maksimi, kn/m KS 0,39 0,41 0,44 0,44 0,47 0,48 0,45 PS 0,30 0,30 0,31 0,28 0,31 0,31 0,36 Minimi, kn/m KS 0,27 0,31 0,28 0,29 0,28 0,31 0,36 PS 0,19 0,19 0,17 0,21 0,19 0,24 0,20 TAULUKKO 6. Murtositkeyden mittaustulokset WFC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 0,84 1,00 0,98 0,96 0,99 0,96 0,95 PS 0,73 0,94 0,93 0,96 0,97 0,98 0,98 S, % KS 8,41 8,57 10,41 13,49 16,64 15,38 11,45 PS 15,79 22,65 20,08 16,25 20,50 18,58 15,80 Maksimi, kn/m KS 0,95 1,13 1,14 1,15 1,23 1,19 1,11 PS 0,90 1,26 1,21 1,20 1,27 1,25 1,21 Minimi, kn/m KS 0,74 0,87 0,83 0,76 0,74 0,74 0,79 PS 0,55 0,62 0,65 0,73 0,67 0,71 0,75

45 LIITE 1:3 (11) TAULUKKO 7. Venymän mittaustulokset MWC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 1,44 1,63 1,82 1,67 1,78 1,76 1,79 PS 2,16 2,56 2,5 2,89 2,74 2,86 3,07 S, % KS 5,29 8,44 9,47 9,6 7,34 7,61 8,68 PS 12,95 9,88 9,56 9,48 12,26 9,89 11,17 Maksimi, kn/m KS 1,55 1,84 2,08 1,91 1,98 1,96 2,02 PS 2,58 2,94 2,86 3,30 3,24 3,28 3,58 Minimi, kn/m KS 1,33 1,42 1,56 1,43 1,58 1,56 1,56 PS 1,74 2,18 2,14 2,48 2,24 2,44 2,56 TAULUKKO 8. Venymän mittaustulokset SC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 1,13 1,30 1,30 1,30 1,32 1,23 1,25 PS 2,26 2,58 2,70 2,71 2,65 2,75 2,79 S, % KS 9,26 4,77 4,98 6,30 5,09 6,10 8,70 PS 6,54 12,32 9,31 6,26 9,19 7,31 10,97 Maksimi, kn/m KS 1,29 1,39 1,40 1,42 1,42 1,34 1,41 PS 2,48 3,06 3,08 2,96 3,02 3,05 3,25 Minimi, kn/m KS 0,97 1,21 1,20 1,18 1,22 1,12 1,09 PS 2,04 2,10 2,32 2,46 2,28 2,45 2,33 TAULUKKO 9. Venymän mittaustulokset WFC-paperille 23 C 50% 20 C 40% & 40 C 80% 40 C 80% 23 C 40% 3h 4h 3h 4h 3h 4h Keskiarvo, kn/m KS 1,74 1,97 1,82 2,08 2,06 2,10 2,21 PS 4,50 5,81 4,96 5,75 5,16 5,83 5,90 S, % KS 8,83 7,47 9,47 4,40 8,12 6,13 5,38 PS 10,44 7,00 13,56 6,54 9,30 11,05 8,63 Maksimi, kn/m KS 1,97 2,19 2,08 2,22 2,31 2,29 2,39 PS 5,20 6,42 5,97 6,31 5,88 6,80 6,66 Minimi, kn/m KS 1,51 1,75 1,56 1,94 1,81 1,91 2,03 PS 3,80 5,20 3,95 5,19 4,44 4,86 5,14

46 LIITE 1:4 (11) TAULUKKO 10. Repäisylujuuden vakiokosteus mittaustulokset MWC SC Finess Keskiarvo, mn 386 284 438 S, mn 9 10 17 Max, mn 396 302 438 Min, mn 373 271 410 TAULUKKO 11. Rapäisylujuuden mittaustulokset, 3h 2 h 20 C 40 % & 40 C 80 % 40 C 80 % 23 C 80 % MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, mn 456 310 502 449 313 503 472 319 511 S, mn 9 7 14 12 10 21 25 23 14 Max, mn 469 316 517 471 327 511 538 342 535 Min, mn 441 303 488 431 301 486 453 301 493 TAULUKKO 12. Repäisylujuuden mittaustulokset, 4h 2 h 20 C 40 % & 40 C 80 % 40 C 80 % 23 C 80 % MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, mn 455 311 499 449 310 497 467 316 512 S, mn 31 11 18 10 14 15 15 9 14 Max, mn 485 325 521 463 333 520 487 330 536 Min, mn 415 299 468 435 292 470 445 302 490 TAULUKKO 13. Jäykkyyden vakiokosteus mittaustulokset KS PS MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, mnm 0,14 0,13 0,22 0,09 0,05 0,14 S, mnm 0,01 0,01 0,01 0,01 0,01 0,11 Variaatio, % 5,77 7,45 4,02 5,33 16,46 8,07 Max, mnm 0,15 0,14 0,23 0,09 0,06 0,15 Min, mnm 0,13 0,11 0,21 0,08 0,04 0,12

47 LIITE 1:5 (11) TAULUKKO 14. Jäykkyyden mittaustulokset, 3h 2 h 20 C 40 % & 40 C 80 % 40 C 80 % 23 C 80 % KS PS KS PS KS PS MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, mnm 0,13 0,12 0,17 0,08 0,04 0,10 0,13 0,12 0,17 0,08 0,04 0,12 0,13 0,11 0,17 0,07 0,04 0,12 S, mnm 0,01 0,01 0,01 0,01 0,004 0,01 0,01 0,01 0,02 0,01 0,12 0,01 0,01 0,01 0,01 0,06 0,01 0,01 Variaatio, % 8,20 12,36 5,89 10,90 11,20 9,39 4,80 4,72 5,41 11,06 27,83 5,24 8,59 9,63 7,59 7,43 32,14 7,98 Max, mnm 0,14 0,13 0,19 0,09 0,04 0,11 0,14 0,12 0,18 0,08 0,06 0,13 0,14 0,12 0,19 0,08 0,06 0,13 Min, mnm 0,12 0,10 0,17 0,07 0,03 0,09 0,13 0,11 0,16 0,07 0,03 0,11 0,11 0,10 0,16 0,06 0,03 0,11 TAULUKKO 15. Jäykkyyden mittaustulokset, 4h 2 h 20 C 40 % & 40 C 80 % 40 C 80 % 23 C 80 % KS PS KS PS KS PS MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, mnm 0,13 0,12 0,16 0,08 0,04 0,10 0,13 0,13 0,16 0,08 0,05 0,11 0,13 0,10 0,17 0,07 0,04 0,12 S, mnm 0,01 0,01 0,01 0,01 0,004 0,01 0,02 0,02 0,03 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,01 0,01 0,01 0,01 Variaatio, % 10,10 17,14 4,95 12,74 9,17 8,33 13,71 15,57 14,80 15,08 16,05 11,90 11,57 14,80 3,74 18,37 23,19 5,06 Max, mnm 0,15 0,13 0,17 0,09 0,04 0,14 0,16 0,15 0,18 0,09 0,05 0,13 0,14 0,13 0,18 0,08 0,07 0,13 Min, mnm 0,11 0,09 0,15 0,06 0,04 0,09 0,11 0,10 0,13 0,06 0,03 0,10 0,10 0,09 0,17 0,07 0,03 0,11 TAULUKKO 16. Sileyden vakiokosteus mittaustulokset Yläpuoli Alapuoli MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, µm 0,95 1,26 1,11 0,62 1,17 0,96 S, µm 0,04 0,02 0,07 0,02 0,03 0,04 Variaatio, % 4,23 1,59 6,31 3,22 2,56 4,15 Max, µm 1,00 1,29 1,20 0,65 1,21 1,01 Min, µm 0,86 1,23 1,01 0,58 1,12 0,90 TAULUKKO 17. Sileyden mittaustulokset, 3h 2 h 20 C 40 % & 40 C 80 % 40 C 80 % 23 C 80 % Yläpuoli Alapuoli Yläpuoli Alapuoli Yläpuoli Alapuoli MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC MWC SC WFC Keskiarvo, µm 1,17 1,67 1,58 0,71 1,58 1,53 1,28 1,46 1,54 0,78 1,42 1,44 1,01 1,28 1,56 0,66 1,35 1,44 S, µm 0,07 0,05 0,05 0,02 0,06 0,05 0,08 0,04 0,05 0,03 0,04 0,04 0,04 0,09 0,05 0,04 0,10 0,04 Variaatio, % 6,28 2,99 3,12 2,82 3,80 4,37 5,60 2,74 3,26 2,45 2,82 2,78 3,98 7,03 3,20 6,02 7,40 2,73 Max, µm 1,21 1,78 1,61 0,75 1,65 1,59 1,36 1,53 1,58 0,91 1,51 1,50 1,06 1,46 1,65 0,75 1,59 1,48 Min, µm 1,10 1,59 1,55 0,66 1,48 1,47 1,19 1,40 1,44 0,62 1,38 1,38 0,95 1,21 1,50 0,62 1,26 1,40