Tissue-papper eller mjukpapper är material som används för hygienändamål och finns tillgängligt som toalettpapper, hushållspapper och näsdukar. Beroende på vilken typ av tissue-papper som tillverkas anpassas egenskaper genom bland annat val av fibrer och kemikalier. Problemet som finns idag är att vissa mjukpapper brister i kvalitet vilket exemplifieras med att de rivs sönder i längden och inte vid perforeringen. Mjukpapper kan även gå sönder efter toalettbesöket. Detta leder till ökat produktsvinn och miljöbelastning. Som en del i att försöka minska miljöbelastningen och optimera egenskaperna hos papper har en studie genomförts inom ramen för ett mekaniskt forskningsprojekt som drivs av forskargruppen ”Mechanics and materials” på Örebro universitet. I detta arbete har fyra olika typer av mjukpapper studerats. Under arbetet har de olika pappersprodukternas omslutningsförmåga, det vill säga deras kontaktvinkel, vid tryck undersökts och analyserats. Vidare har även nedböjningen vid belastning undersökts teoretiskt. Syftet med arbetet var att undersöka ifall det fanns en koncis metod för att mäta omslutningen med, som en del i det större forskningsprojektet. Som verktyg används en objektiv fingerliknande sensor för att se en möjlig korrelation med mätmetoden. Resultatet visade att metoden var koncis och hade en korrelation med den objektiva fingerliknande sensorns utslag. Till fortsatt arbete rekommenderas ytterligare tester på pappersprodukterna för att utföra en noggrann statistisk analys. Även ytterligare kopplingar till pappersprodukternas egenskaper kan ge en djupare förståelse av hur materialet böjer sig vid belastning. / Tissue paper or soft paper are materials used for hygiene purposes and are available as toilet paper, kitchen paper and handkerchiefs. Depending on the variety that is manufactured, properties are adapted based on, among other things, the choice of fibers and chemicals. The problem that exists today is that some tissues lack quality, which is exemplified by the fact that they are torn in the long run and not during the perforation. Tissue can also break after the toilet visit. This leads to increased product waste and environmental impact. As part of trying to reduce the environmental impact and optimize the properties of paper, this report is written within the constraints of a mechanical science project by the research group called “Mechanics and materials” on Orebro university. In this project, four different types of tissue have been studied. During the work, the enclosing ability of the various paper products, its contact angle, has been examined and analyzed under pressure. Furthermore, the deflection under load has also been investigated theoretically. The purpose of the work was to investigate whether there was a concise method to measure the coverage, as part of the larger research project. An objective finger-like sensor is used as a tool to see a possible correlation with the measurement method. The results showed that the method was consistent and had a correlation with the objective finger-like sensor result. For further work, further tests on the paper products are recommended to perform a thorough statistical analysis. Further connections to the properties of the paper products can also provide a deeper understanding of how the material bends under load.

Syftet med projektet var att utveckla och utvärdera vattenavvisande betongytor. Idén grundades på ett antagande om att nano-modifiering av betongytan i kombination med en hydrofob impregnering kan resultera i superhydrofob betong. Detta arbete genomfördes i sammarbete med CBI Betonginstitutet i Borås, där laboratorietester av ultrahögpresterande betong och effekterna av två olika hydrofoba medel, StoCryl HG200 och SILRES®BS1001, gällande vattenavstötning, undersöktes. För att framställa en textilmönstrad yta, har olika tekniker använts: att gjuta betong på textilytan och att framställa nya silikonformar med textilavtryck. Under tillverkningsprocessen valdes olika typer av textilier. Resultaten indikerade att olika textilier, med olika ytstruktur, kan påverka hydrofobicitet nivån hos betongytan. Silikonformen har visats sig vara mest effektiv i strukturen av betongytan och i kombination med impregnering, har flera superhydrofoba ytor uppnåtts. Silikon kan återanvändas och därmed bidrar till en hållbar och repeterbar teknik. De tester som använts för undersökning av hydrofobicitet var: roll-off och kontaktvinkeln. Hållbarheten på absorptionsförmågan av ytorna mot frost testades. Provningen följde ingen standardmetod men var anpassad till de vanliga klimatförhållanden som råder i Sverige.Användningen av ultrahögpresterande betong med superhydrofoba ytor kan skydda fasaden och isoleringen mot inträngning av fukt. Fasadskivans tjocklek på 10 mm kan med fördel ersätta ett tjockt fasadelement med stålarmering. Sammanfattningsvis är betongytan lättrengörande och på grund av dess långa livslängd, är det ekonomiskt fördelaktigt. / The focus of this study was to develop and evaluate hydrophobic surfaces of concrete. The idea was based on an assumption that nano-modification of concrete surface, in combination with a hydrophobic impregnation, can result in superhydrophobic concrete. The work was performed in cooperation with the CBI Betonginstitutet in Borås, where the laboratory tests of ultra-high performance concrete, and the effects of two different hydrophobic agents, StoCryl HG200 and SILRES®BS1001, on water repellency, were investigated. In order to produce a textured surface, different techniques were used: to cast concrete in the textile forms and to produce new forms of silicone with textile patterns. For the production process, different types of textile were selected. The results indicated that different textiles, of different surface structure, can influence the hydrophobicity level of the concrete surface. Silicone form has proven to be most efficient in the texturing of the concrete surface, and in combination with impregnation, several superhydrophobic surfaces were achieved. Silicone can be re-used, thus contributing to a sustainable and repeatable technique. The tests used for the examination of hydrophobicity were: roll-off and contact angle. The durability of the hydrophobicity level of the surfaces against freeze was tested. The test did not follow a standard method but was based to the regular climatic conditions that occur in Sweden,.The use of ultra-high performance concrete with super hydrophobic surfaces can protect the façade and the insulation against penetrating damp. The façade thickness of 10 mm could successfully exchange thick façade element with steel reinforcement. In conclusion, the concrete surface is easy to clean, and due to its long life spans, it is economically favorable.

I samarbete med Sherwin-Williams AB, utvecklades en metod med kontaktvinkelmätning för att teoretiskt uppskatta vätbarhet och vidhäftningsförmåga av industriella färger på stålsubstrat. Optisk tensiometer och Youngs ekvation kombinerat med OWRK beräkningsmodell användes för att bestämma ytenergier. Det föreslogs att kontaktvinkelmätning bör inkludera bestämning av ytenergi av det fasta substratet, ytspänning av färgen samt beräkning av polaritet och gränssnittsenergi mellan de två bindande ytorna, för att stämma bra överens med färgens praktiskt uppskattade vidhäftningsförmåga. Det konstaterades att kontaktvinkel är en nödvändig faktor för att få information om teoretisk bindningsstyrka mellan två bindande ytor, men stämde någorlunda bra med praktiskt uppskattad vidhäftningsförmåga från mekanisk testmetod. Vidare studier utfördes för att identifiera styrkor och svagheter med kontaktvinkelmätningen och förstå inverkan av olika huvudegenskaper av färger på dess vidhäftning. Fem olika lösningsmedelsbaserade färger av typen två-komponentsystem tillverkades i syfte att studera effekter från två olika vidhäftningsfrämjande additiv, ett epoxysilan och ett aminosilan samt två olika fyllnadsmedel, kieseldioxid (SiO2) pulver och CaCO3/BaSO4 pulverblandning. Det konstaterades att silan inte förbättrade vidhäftning av färgerna på metallsubstraten, på grund av den snabba exoteriska reaktion som sker mellan silan och isocyanat härdare komponent B, när det blandas med färgen (komponent A). Till följd fås hastig viskositets- och temperaturökning som ökade avdunstning av lösningsmedlet och orsakade försämrad utplaning och flöde av färgen på metallytan. Det konstaterades även att fyllnadsmedlet CaCO3/BaSO4 var bättre än kiseldioxid (SiO2), delvis på grund av lägre oljeabsorptionsvärde som resulterar i lägre viskositetökning och bättre flöde av färgen. Rekommendationer för framtida studier är att analysera effekter av silan i ett en-komponentsystem för att eliminera effekter av snabb avdunstning av lösningsmedel och härdningskinetik mellan färg (komponent A) och härdare (komponent B). Reologi studier med reometer kan användas för att få mer information om varför CaCO3/BaSO4 visades vara ett bättre fyllnadsmedel än kiseldioxid. / In collaboration with Sherwin-Williams AB, a method with contact angle technique was developed to theoretically predict wettability and adhesive bonding between industrial paint coatings and steel substrates. The technique used was optical tensiometer and Young’s equation combined with OWRK calculation model was used to determine surface and interfacial energetics. It was suggested that the contact angle measurements must include measurements of the surface energy of the solid, surface tension of the liquid paint and calculation of polarity and interfacial tension between the bonding surfaces, to best correlate with practically estimated adhesion property of the paint coatings. It was stated that though contact angle proved to be a prerequisite factor to acquire information about adhesive bonds between two bonding surfaces, it did not entirely correlate with the findings from practically estimated adhesion performance from pull-off investigations. Work was dedicated to identifying strengths and weaknesses with the contact angle measurements and understanding the impact of other key properties of the paint coatings on adhesion performance. Five different solvent-based, two-component paint systems were manufactured to be able to see the effects on adhesion performance from two adhesion promoting additives, an epoxysilane and an aminosilane, as well as two different filler packages: silicon dioxide SiO2 (silica) filler package and CaCO3/BaSO4 filler package, respectively. It was concluded that the silanes did not improve adhesion performance of the paint coatings because of fast exothermic reaction that takes place between silane and isocyanate hardener component B when added to the liquid paint component A. Rapid viscosity rise and temperature rise was observed, which increased the evaporation rate of the solvent and impaired the leveling and flowing of the paint coating to the steel substrates. It was also unexpectedly observed that the CaCO3/BaSO4 filler package outperformed the silica filler package, partly because of its lower oil absorbance, which resulted in lower viscosity rise and better flowing of the paint coating. For future studies, it was recommended to analyze effects of the silanes in a one-component paint system to eliminate unfavored effects from evaporation of the solvent and cure kinetics of paint component A and isocyanate hardener component B. The superior paint quality contributed from the CaCO3/BaSO4 filler package could be better understood by rheology investigations with rheometer.

Icing severely affects society, especially in the Nordic countries. Iceaccumulation can result in critical performance problems and safetyconcerns for instance in road, air and sea transportation, transmissionlines, marine and offshore structures, wind turbines and heat exchangers.Present active ice-combating approaches possess environmental,efficiency and cost drawbacks. Thus, fabricating icephobic surfaces orcoatings impeding ice formation (anti-icing), but facilitating ice removal(de-icing) is desired. However, different conditions in the environmentduring ice formation and growth add to the complexity of the problem.An icephobic surface that works for a certain application might not be agood candidate for another. These surfaces and the challenges are infocus in this thesis.Wetting properties are important for ice formation on surfaces fromthe liquid phase (often supercooled water), where the water repellency ofthe surfaces could enhance their anti-icing effect. Considering this,different hydrophobic and superhydrophobic surfaces with differentchemistry, morphology and roughness scale were prepared. Since anyinduced wetting state hysteresis on hydrophobic surfaces could influencetheir performance, the wetting stability was investigated. In particulardynamic wetting studies of the hydrophobic surfaces revealed whatsurface characteristics benefit a stable wetting performance. Further, theeffect of temperature, particularly sub-zero temperatures, on the wettingstate of flat and nanostructured hydrophobic surfaces was investigated.This was complemented with studies of the wetting stability of sessilewater droplets on flat to micro- and multi-scale (micro-nano) roughhydrophobic samples in a freeze-thaw cycle. To be consistent with mostapplications, all temperature-controlled experiments were performed inan environmental condition facilitating frost formation. Further, antiicingproperties of hydrophobic surfaces with different topography butsimilar chemistry were studied by freezing delay measurements.A dynamic wetting study using hydrophobic samples with similarchemistry but different topography revealed that multi-scale roughnesscould benefit the wetting stability. However, when these surfaces areutilized at low temperatures the wetting hysteresis observed during acooling/heating cycle is significant. Such a temperature-inducedhysteresis is also significant on superhydrophobic surfaces. I attributethis to condensation followed by frost formation facilitating spreading of  the supercooled water droplet. The freezing delay measurementsdemonstrate no significant effect of surface topography on anti-icingproperties of hydrophobic surfaces, however the flat surfaces showed thelongest delay. These findings are in agreement with heterogeneous icenucleation theory, suggesting preferential ice nucleation in concave sites,provided they are wetted.In the second part of this thesis, I consider the findings from theprevious part illustrating the limitations of (super)hydrophobic surfaces.The de-icing properties of hydrophilic surfaces with a hydration waterlayer, hypothesized to lubricate the interface with ice, were studied. Heretemperature-controlled shear ice adhesion measurements, down to -25oC, were performed on an adsorbed layer of a polymer, either bottle-brushstructured poly(ethylene oxide) or linear poly(ethylene oxide). The iceadhesion strength was reduced significantly on the bottle-brushstructured polymer layer, specifically at temperatures above -15 oC,whereas less adhesion reduction was observed on the layer formed by thelinear polymer. These findings are consistent with differential scanningcalorimetry (DSC) data, demonstrating that the hydration water, boundto the bottle-brush structured polymer, is in the liquid state at thetemperatures where de-icing benefit is observed. Further, continuingwith the hypothesis of the advantage of surfaces with a natural lubricantlayer for de-icing targets, I studied shear ice adhesion on the molecularlyflat basal plane of hydrophilic mica down to -35 oC. Interestingly, ultralowice adhesion strength was measured on this surface. I relate this to theproposed distinct structure of the first ice-like but fluid water layer onmica, with no free OH groups, followed by more bulk liquid-like layers.This combined with the molecularly smooth nature of mica results in aperfect plane for ice sliding. / Isbildning har en stark inverkan på samhället, speciellt i de nordiskaländerna. Isuppbyggnad kan resultera i kritiska prestandaproblem ochsäkerhetsrisker inom t.ex. väg-, luft-, och sjötransport, kraftledningar,marina- och offshorestrukturer, vindkraftverk och värmeväxlare.Nuvarande aktiva isbekämpningsmetoder uppvisar brister i avseende påmiljö, effektivitet och kostnad. Det finns därmed ett behov av attframställa ytor eller ytbeläggningar som förhindrar isbildning (antiisning)eller underlättar borttagandet av redan bildad is (avisning). Dockkompliceras problemet av de många olika förhållanden under vilka is kanbildas. En beläggning som fungerar för en viss tillämpning behöver intenödvändigtvis vara en bra kandidat för en annan. Dessa ytor ochutmaningar relaterade till dem är i fokus i denna avhandling.Vätningsegenskaper är viktiga för isbildning på ytor från vätskefas(ofta underkylt vatten), och det har visats att vattenavstötande ytor i vissasammanhang kan motverka isbildning. Med detta i åtanke framställdesolika hydrofoba och superhydrofoba ytor, med varierande kemi,morfologi och ytråhet. Eftersom en förändring i de hydrofoba ytornasvätningsegenskaper kan påverka deras funktion studerades vätningsstabilitetenför dessa ytor. I synnerhet dynamiska vätningsstudier av dehydrofoba ytorna avslöjade vilka ytegenskaper som är fördelaktiga förvätningsstabiliteten. Vidare studerades hur temperaturen, särskilt undernoll grader, påverkar vätningstillståndet på släta och nanostruktureradehydrofoba ytor. Arbetet kompletterades med studier av vätningsstabilitetenför vattendroppar på släta samt mikro- och multistrukturerade(mikro-nano) hydrofoba ytor under flera frysningsupptiningscykler.För att vara i linje med de flesta tillämpningar, utfördesalla temperaturkontrollerade mätningar i en miljö där frost kunde bildaspå ytorna. Anti-isegenskaperna hos de hydrofoba ytorna med varierandetopografi men samma kemi studerades vidare genom att studera hur långtid det dröjde innan en vattendroppe på ytan fryste vid en visstemperatur.De dynamiska vätningsstudierna på hydrofoba ytor med samma kemimen olika topografi avslöjade att en ytråhet på flera längdskalor kan haen positiv inverkan på vätningsstabiliteten. När dessa ytor är exponeradeför låga temperaturer är dock vätningshysteresen under en nedkylnings-/uppvärmnings-cykel significant. Den temperatur-inducerade hysteresenär också betydande för superhydrofoba ytor. Detta tillskriver jag  kondensation på ytan som följs av frostbildning, vilket i sin tur möjliggörspridning av den underkylda vattendroppen på ytan. Mätning avfördröjningen i frysningsförloppet påvisade ingen betydande effekt avyttopografin för hydrofoba ytor, men släta hydrofoba ytor uppvisade denlängsta fördröjningen. Dessa resultat är i överensstämmelse med rådandeheterogen iskärnbildningsteori, som visar på fördelaktig iskärnbildningpå konkava delar av ytan, förutsatt att dessa väts.I den andra delen av avhandlingen utnyttjar jag observationerna frånden första delen vilka illustrerade begränsningarna för superhydrofobaytor, och söker en annan lösning. Avisningsegenskaper för hydrofilastarkt hydratiserade ytor studerades, med hypotesen att hydratiseringkan smörja gränsskiktet med is. Temperatur-kontrolleradeisadhesionsmätningar ned till -25 °C utfördes på adsorberade skikt av enpolymer med många sidokedjor av polyetylenoxid (”bottle-brush”), såvälsom på ett skikt av linjär polyetylenoxid. Isadhesionen blev kraftigtreducerad på ”bottle-brush”-polymeren, speciellt vid temperaturer högreän -15°C. Däremot kunde knappast ingen minskad isadhesion observerasför den linjära polymeren. Dessa observationer överensstämmer meddifferentialskanningskalorimetri (DSC) data, som visar att dethydratiserade vattenskiktet, vilket är bundet till ”bottle-brush”-polymeren, är i vätskeform vid de temperaturer där avisningsfördelar ärobserverade. För att vidare undersöka hypotesen att det vore fördelaktigtmed ett naturligt smörjande skikt på ytan för att uppnå godaavisningsegenskaper, utförde jag isadhesionsmätningar på molekylärtsläta glimmerytor ner till -35 °C. Intressant nog uppmättes extremt lågisadhesion på denna yta. Detta relaterar jag till den föreslagna utprägladehydratiseringsstrukturen, bestående av ett första is-liknande vattenskiktutan fria OH-grupper, följt av ett mer bulkliknande skikt. Detta ikombination med den molekylärt släta naturen hos glimmer resulterar iett perfekt plan för isen att glida på. / <p>QC 20160504</p> / TopNano

Cold mix asphalt (CMA) emulsion technology could become an attractive option for the road industry as it offers lower startup and equipment installation costs, energy consumption and environmental impact than traditional alternatives. The adhesion between bitumen and aggregates is influenced by diverse parameters, such as changes in surface free energies of the binder and aggregates or the presence of moisture or dust on the surface of aggregates, mixing temperatures, surface textures (including open porosity), nature of the minerals present and their surface chemical composition, as well as additives in the binder phase. The performance of cold asphalt mixtures is strongly influenced by the wetting of bitumen on surfaces of the aggregates, which is governed by breaking and coalescence processes in bitumen emulsions. Better understanding of these processes is required. Thus, in the work this thesis is based upon, the surface free energies of both minerals/aggregates and binders were characterized using two approaches, based on contact angles and vapor sorption methods. The precise specific surface areas of four kinds of aggregates and seven minerals were determined using an approach based on BET (Brunauer, Emmett and Teller) theory, by measuring the physical adsorption of selected gas vapors on their surfaces and calculating the amount of adsorbed vapors corresponding to monolayer occupancy on the surfaces. Interfacial bond strengths between bitumen and aggregates were calculated based on measured surface free energy components of minerals/aggregates and binders, in both dry and wet conditions. In addition, a new experimental method has been developed to study bitumen coalescence by monitoring the shape relaxation of bitumen droplets in an emulsion environment. Using this method, the coalescence of spherical droplets of different bitumen grades has been correlated with neck growth, densification and changes in surface area during the coalescence process. The test protocol was designed to study the coalescence process in varied environmental conditions provided by a climate-controlled chamber. Presented results show that temperature and other variables influence kinetics of the relaxation process. They also show that the developed test procedure is repeatable and suitable for studying larger-scale coalescence processes. However, possible differences in measured parametric relationships between the bitumen emulsion scale and larger scales require further investigation. There are several different research directions that can be explored for the continuation of the research presented in this thesis. For instance, the rationale of the developed method for analyzing coalescence processes in bitumen emulsions rests on the assumption that the results are applicable to large-scale processes, which requires validation. A linear relationship between the scales is not essential, but it is important to be able to determine the scaling function. Even more importantly, qualitative effects of the investigated parameters require further confirmation. To overcome the laboratory limitations and assist in the determination of appropriate scaling functions further research could focus on the development of a three-dimensional multiphase model to study coalescence processes in more detail, including effects of surfactants, pH and other additives such as mineral fillers and salts. Additionally, better understanding of the breaking process and water-push out could help significantly to optimize CMA mix design. Different methods, both numerical and experimental could be explored for this. / Cold mix asphalt (CMA) eller kall asfaltbetong med hjälp av emulsionsteknik kan vara ett attraktivt alternativ för vägbyggnadsindustrin då det möjliggör lägre uppstart- och investeringskostnader, lägre energiförbrukning och mindre miljöpåverkan än traditionella alternativ. Adhesionen mellan bindemedel och stenpartiklarna påverkas av ett flertal parametrar, så som förändring i fri ytenergi hos både bindemedel och partiklar i närvaro av fukt eller damm på stenytorna, blandningstemperatur, yttextur (inklusive ytporositet), mineralegenskaper och ytornas kemiska sammansättning lika väl som tillsatsmedel i bindemedlen. Beteendet hos kall asfaltbetong är starkt påverkad av vätningsegenskaperna hos bindemedlet när det kommer i kontakt med stenmaterialet och detta i sin tur är beroende på bitumenemulsionens brytegenskaper och förmåga att blandas. Bättre förståelse av dessa processer är av största vikt. I detta arbete är avhandlingen baserad på fri ytenergi hos både mineraler/aggregat och bindemedel, baserat på kontaktvinkel och på ångabsorptionsmetoder. Den exakta specifika ytan hos fyra typer av aggregat och sju mineraler undersöktes med en metod baserad på BET (Brunauer, Emmett och Teller):s teorier genom att mäta den fysiska adsorptionen av utvalda gaser på ytorna och beräkna mängden adsorberad ånga som korresponderade mot ytlagret. Styrkan hos kontaktytornas bindning mellan bindemedlet och stenaggregaten beräknades baserat på mätningar av den fria ytenergin hos bägge ingående komponenterna, dels i torrhet dels i våta omgivningar. Som tillägg har en ny experimentell metod utvecklats för att studera bitumens blandbarhet genom att studera bitumendroppars relaxation i en emulsionsmiljö. Genom att använda denna metod har korelationen mellan sväriska droppar av bitumen undersökts mot förändringen i ytans area under blandningsprocessen. Testprotokollet utformades för att studera blandningsprocessen i varierande miljöer i en klimatkammare. Presenterade resultat visar att temperatur och andra variabler påverkar de kinetiska förhållandena vid relaxationsprocessen. De visar även att den utvecklade testmetoden är repeterbar och passar för studier av storskaliga blandningsprocesser. Det bör dock påpekas att vidare studier krävs för att påvisa skillnaderna mellan bitumenemulsionsskalan och större skalor. Framtida forskning kommer att koncentreras på utveckling av tredimensionella multifas­modeller för att studera blandningsförlopp på en mer detaljerad nivå, inkluderande effekter på ytaktiva ämnen, pH-värden och andra additativ så som mineralfiller och salt. Som tillägg kommer nyttan av nya karaktäriseringsmetoder att utvärderas, så som lågvikelspridning av neutroner eller kombinationer av röntgen, neutronradiologi och datortomografi, för att studera brytmekanismer hos bitumenemulsioner vid kontakt med mineraler och aggregat. / <p>QC 20160901</p>