AssiDomän tillverkar kartong till förpackningsindustrin. Inom detta område är vitheten på kartongytanen viktig parameter. För att höja intrycket av förpackningen samt skapa en skyddande yta lackas ofta förpackningen med UV-lack efter tryck. Efter lackning kan då otryckta lackade ytor uppfattas som mindre vita. För att ta reda på om bestrykningssammansättningen har betydelse har ett fem olika bestrykningar blandats. Pigmenten som använts i bestrykningarna är karbonat, kaolin och titandioxidi olika kombinationer. Kartong har sedan bestrukits med dessa och därefter lackerats med UV-lack. Lackningen har gjorts i tre olika lackmängder. Mätningar har sedan gjorts gällande framförallt vithet. Den samverkan som sker mellan ljus, materialet och dess struktur är av stor vikt för att skapa en yta med goda optiska egenskaper. Resultaten i detta försök visar att lacken påverkar de optiska egenskaperna och framförallt vitheten. De lackerade ytorna fick en gulton efter lackering vilket kan ha att göra med lackens egenskaper. Vitheten hade en något mindre minskning för den bestrykning som bestod av karbonat och titandioxid. Skillnaden var dock mycket liten då alla bestrykningar fick en sänkning av vitheten med cirka 11-13 procentenheter oberoende av utgångsvärdet i vithet för respektive bestrykning innan lackning. Positivt var att det kunde konstateras att den bestrykning som hade det högsta vithetsvärdet före lackning också hade det efter lackning med ett normalt lackpålägg vilket betyder att en hög vithet är av betydelse även om den bestrukna ytan ska lackas. Den sänkning av vitheten som sker kan ha flera tänkbara orsaker. En tänkbar orsak kan vara att lacken förstör den porösa struktur som ger den viktiga ljusspridningen i bestrykningsskiktet. Resultaten visar också att lackens egenskaper tycks vara av stor betydelse. Den gulton som framträdde efter lackning tyder på en ökad absorption av vissa ljusvåglängder. Något som också pekar på detta är att alla fem bestrykningarna fick en liknande sänkning av vitheten. För att säga exakt vad som är orsaken eller vilken kombination som påverkar vitheten mest krävs ytterliggare tester. Olika UV-lacker kan testas eftersom endast en UV-lack har använts i dessa försök. En närmare studie av gränsyta mellan UV-lacken och bestrykningsskiktet bör också göras för att se hur lacken påverkar bestrykningsskiktets struktur.

Lösligheten av xylaner utvunna från trä undersöktes med Dynamisk Ljusspridning i syfte att observera eventuella förändringar i hydrodynamisk volym och ζ-potential. Xylaner extraherade från bok, björk och gran användes, där alkalisk extraherad bok erhölls kommersiellt och prover från björk och gran extraherades i förhand med subkritiskt vatten och alkalisk extraktion. Proverna analyserades vid koncentrationerna 1 g/L respektive 20 g/L. Förändringar i pH observerades stegvis med titrering av 1 g/L prover och förändringar över tid vid konstant pH observerades upp till en vecka efter upplösning. 20 g/L proverna undersöktes över tid vid bestämda pH enligt samma process för 1 g/L för både filtrerade och ofiltrerade prover. En undersökning av utvalda filter genomfördes där stora variationer observerades mellan det olika arterna men även mellan filtrens porstorlek. Med dynamisk ljusspridning observerades att populationer av högsta molekylvikt avlägsnades, där inverkan var störst för proven med lägst total koncentration och för högre koncentration efter en vecka. SEC visade att även populationer med mindre molekylvikt avlägsnades som medför att aggregering av proven kan ha förekommit, vilket kan ha förhindrat passingering genom filtren. Med några få undantag, samtliga provers hydrodynamiska volym visades vara heterogena, med endast små ökningar vid ökning i koncentration och icke-signifikanta förändringar över tid och med varierande pH. ζ-potentialvärdena visade markanta förändringar och tydliga trender med ändringar i pH och koncentration, där minskande pH och ökande koncentrationer resulterade i minskad stabilitet i lösning. Över tid ökades absolut ζ-potentialen för de prover med högre koncentration för alla pH miljöer. Filtrering av 20 g/L proverna resulterade i högre initial ζ-potential men efter en vecka ökade stabiliteten för de ofiltrerade till något högre slut ζ-potential för ofiltrerade. / The solubility of wood xylans was investigated using Dynamic Light Scattering to calculate number-average size and ζ-potential of samples in aqueous solution. The sources of xylan were a commercial alkaline extracted beech glucuronoxylan as well as pre-prepared samples of birch glucuronoxylan and spruce arabinoxylan, extracted using subcritical water extraction and alkaline extraction. The samples were analysed at concentrations of 1 g/L and 20 g/L, where the lower concentration samples were analysed at varying pH using titration and set pH over the span of hours and finally up to a week after preparation. The higher concentration samples were observed at set pH following the same procedure as the lower concentration for both filtered and unfiltered samples. An analysis of the filtration of 1 g/L samples was conducted by freeze-drying and weighing the samples before and after using 0.2 μm and 1.2 μm filters. These were then compared to unfiltered samples to evaluate the loss of total mass after filtration. The results of this investigation found significant variance between the samples and filters selected. Comparisons of filtered and unfiltered samples consistently showed that the filtration removed higher molecular weight portions of the samples, the most significant differences being observed at lower concentrations and higher concentration after 1 week. SEC analysis showed that not only larger molecular weight fraction but all the observed populations were removed during filtration, indicating that aggregates could be present, inhibiting the smaller molecular weight fractions from passing through. The size measurements showed that the vast majority of samples were heterogeneous in nature and with a slight increase in number-average size with increasing concentration and little change when varying both pH and over time. ζ-potential measurements showed substantial changes in stability when varying pH, coinciding well with predicted pKa values and generally decreased stability at higher concentrations. For higher concentrations lower initial absolute ζ-potential values were observed for both filtered and unfiltered however over time the unfiltered samples showed slightly greater increases for all measured pH values.

Cellulosananofibriller (CNFs) hör till naturens mest fundamentala byggstenar och förser naturliga material, såsom den yttre cellväggen i trä, med en otrolig styrka och styvhet. Genom att imitera träets arkitektur öppnas möjligheter upp för tillverkning av nya, biobaserade och lättviktiga strukturella material med mekaniska egenskaper som överskrider de för glasfiber, metaller och legeringar. Den ingenjörsmässiga utmaningen ligger i att framgångsrikt lyckas överföra de önskade mekaniska egenskaperna hos CNFs till filament som kan användas i material för dagligt bruk. Vid flödesfokuserad spinning av extraherade CNFs påverkar många parametrar den slutgiltiga funktionaliteten och kvaliteten hos de resulterande filamenten. För att optimera dessa processparametrar är mätning av de spunna filamentens dimensioner ett viktigt moment. Av särskilt intresse är filamentbredden, eftersom den är avgörande för de mekaniska egenskaperna. Karakterisering av filamentbredden är i dagsläget en mycket tidskrävande process där varje filament mäts manuellt i optiskt mikroskop. Det huvudsakliga målet med detta projekt är att effektivisera den nuvarande mätprocessen med avseende på både hastighet och noggrannhet med hjälp av laserspridning. I denna rapport visar vi på minst en halvering av nuvarande mättid vid användandet av en 3D-printad laseruppställning istället för ett optiskt mikroskop vid mätning av filamentbredd. Våra resultat indikerar att mätsäkerheten generellt är högre för lasermetoden jämfört med mikroskopin. Genomsnittliga standardavvikelser för mätvärden på tunnaste bredden från mikroskopi samt de två olika kurvanpassningsmetoderna vid lasermätning rapporteras vara 1.62, 0.85 (Curve fit) respektive 1.59 (Minima matching). Standardavvikelserna för tunnaste bredd korrelerar dock inte direkt mot metodernas noggrannhet eftersom de spunna filamenten uppvisar en stor variation i bredd längs med längden. En närmare jämförelse mellan mätvärden för matchade punkter på ideala och defekta filament demonstrerar att icke-uniforma och defekta filament påverkar mätnoggrannheten för laserspridningen negativt. Sammantaget stödjer våra resultat det faktum att ett tunnare filament resulterar i bättre upplösning och mindre mätfel vid mätning med laserspridning. Våra resultat visar på den stora potentialen för laserspridning som en mer effektiv mätmetod vid karakterisering av cellulosafilamentbredd. / Cellulose nanofibrils (CNFs) are one of nature’s most fundamental building blocks, providing incredible strength and stiffness to natural materials, such as the outer cell wall layer in wood. By mimicking the architecture of wood, possibilities opens up for the fabrication of new, biobased, light-weight structural materials with mechanical properties exceeding that of glassfibers, metals and alloys. However, the engineering challenge lies in successfully managing to translate the desirable mechanical properties of the CNFs into filaments that can be used in everyday life materials. Throughout the process of spinning the extracted CNFs into filaments, many factors and parameters affect the ultimate functionality and performance of the resulting filaments. Measuring the dimensions of the spun filaments is a crucial step in further optimizing process parameters. The width of the filament especially, impacts its mechanical performance. The characterization of the cellulose filament width is currently very time-consuming as each filament is manually measured using optical microscopy. The primary goal of this project is to make the current characterization process more effective, with respect to both accuracy and speed of measurement, by using laser scattering. In this report, we demonstrate a reduction by more than a half in measurement time using a 3D-printed laser scattering setup instead of an optical microscope when measuring filament width. Our results indicate that the certainty in measurement is generally higher for lase rscattering compared to optical microscopy. The mean standard deviations (SD) for the smallest widths estimated with optical microscopy and the two curve fitting methods used for the laser measurements are reported to be 1.62, 0.85 (Curve fit) and 1.59 (Minima matching) respectively. However, standard deviations for the thinnest width does not correlate directly to the accuracy of the methods since the spun filaments show a large variation in width along the length. A closer comparison between measurement values for matched points at ideal and non-uniform filaments demonstrate that the accuracy of the laser measurements are dependent on the uniformity of the filaments, with non-uniform filaments negatively impacting the accuracy. Our overall results supports the fact that a thinner filament gives a better resolution and smaller error when measuring with laser. Our results provide evidence for the great potential of laser scattering as a more efficient method for cellulose filament width determination.

Optical scattering measurement devices are used to measure light reflection and light scattering from materials, to obtain data of the surface and bulk properties of materials. The measurement data are often used in research and development projects where material requirements are important, also for quality control in manufacturing processes, in different optical simulations and can be used for photorealistic rendering. In this master thesis project conducted at AFRY, a multifunctional team will develop an optical scattering measurement device that aims to collect data more accurately than current devices on the market. This thesis will focus on the mechanical design of the device which consists of the stability and movement of the components, the environment of the measurements and material selection with a focus on performance and sustainability. The optical model that will act as a basis for the development will be a gonioreflectometer consisting of a material sample, sample holder, light source, detector and an environment in which the measurements are conducted. Some of the physical, cognitive and emotional needs of the intended user are efficient use, low risk of misuse, reliable and high precision. A thorough requirement specification was made as a framework for the concept generation. The selected concept provides the movement of the optical components with an angular step enabling the desired optical scattering measurement. The selected stepper motor and gear ratio provides the flexibility of the movement, making it easy for the user to change angular steps of the optical components, enabling both fine and rough measurements. A separating screen was chosen for both concepts in order to avoid light contamination between measurements and the material sample holder resembles a frame that allows for mounting the material sample outside of the device. The mechanical system has a high stability and the material black anodized aluminum further contributes to the sturdiness of the construction. A physical prototype was created to validate the movement, since the movement of the detector and light source will be similar, only the detector movement was prototyped. The prototype showed that the movement of the detector worked in the desired way, hence the construction of the movement is approved. The scope was delimited in consensus with the project members and supervisors due to the time frame, hence there is future work on the device that should be accounted for. In conclusion, the purpose of the project was fulfilled after delimiting the goals and a conceptual solution was created that fulfilled the requirements of the project. / Optiska mätinstrument används för att mäta ljusreflektion och ljusspridning från material, för att erhålla data om materialets yt- och bulkegenskaper. Mätdata används ofta i forsknings- och utvecklingsprojekt där materialkrav är viktiga, även för kvalitetskontroll i tillverkningsprocesser, i olika optiska simuleringar och kan användas för fotorealistisk rendering. I detta examensarbete, genomfört på AFRY, kommer ett multifunktionellt team att utveckla en optisk spridningsmätningsenhet som syftar till att samla in data mer noggrant. Denna avhandling kommer att fokusera på den mekaniska designen av enheten som består av stabiliteten och rörelsen av komponenterna, mätmiljön och materialval med fokus på prestanda och hållbarhet. Den optiska modellen som kommer att ligga till grund för utvecklingen kommer att vara en gonioreflektometer bestående av ett materialprov, provhållare, ljuskälla, detektor och en miljö där mätningarna genomförs. Några av de fysiska, kognitiva och emotionella behoven hos den avsedda användaren är effektiv användning, låg risk för felanvändning, pålitlighet och hög precision. En noggrann kravspecifikation gjordes som en ram för konceptgenereringen. Det valda konceptet möjliggör rörelse av de optiska komponenterna med ett vinkelsteg som tillåter den önskade optiska spridningsmätningen. Den valda stegmotorn och utväxlingen ger flexibilitet i rörelsen, detta bidrar till att det är enkelt för användaren att ändra vinkelstegen för de optiska komponenterna, vilket tillåter både fina och grova mätningar. En avskiljningsskärm valdes för att undvika ljuskontaminering mellan mätningarna och materialprovhållaren liknar en ram där materialprovet monteras utanför enheten. Det mekaniska systemet har en hög stabilitet och materialet svart anodiserad aluminium bidrar till konstruktionens robusthet. En fysisk prototyp skapades för att validera rörelsen, eftersom rörelsen av detektorn och ljuskällan kommer att vara liknande, återskapades endast detektorns rörelse. Prototypen visade att detektorns rörelse fungerade på önskat sätt, därmed godkänns konstruktionen av rörelsen. Projektets mål avgränsades i samförstånd med projektmedlemmarna och handledarna på grund av tidsramen, därmed finns det framtida arbete för mätinstrumentet som bör beaktas. Sammanfattningsvis uppfylldes projektets syfte efter att målen avgränsats och en konceptuell lösning skapades som uppfyllde projektets krav.