Top Analytica auttaa paperi- ja kartonkiteollisuutta ratkaisemaan laatuongelmia, tunnistamaan kontaminaatioita sekä tutkimaan materiaalien ja pinnoitteiden kemiallista koostumusta. Käytössämme ovat SEM-EDS, XPS/ESCA, ToF-SIMS, Raman, FTIR ja muut edistyneet analyysimenetelmät.

Tyypillisiä tutkimuskohteita

Silikoniöljyn tunnistaminen paperissa

Silikoniöljy voi aiheuttaa painettavuusongelmia jo erittäin pieninä pitoisuuksina. ToF-SIMS- ja XPS-analyysien avulla voidaan paikallistaa kontaminaation lähde sekä määrittää sen kemiallinen koostumus.

Tahrojen kemiallinen tunnistaminen

Paperissa esiintyvät tahrat voivat koostua esimerkiksi

• hartseista
• liimoista
• polymeereistä
• öljyistä
• pigmenteistä

Näiden tunnistaminen onnistuu FTIR-, Raman- ja SEM-EDS-analyysien avulla.

Kartongin kerrosrakenteiden tutkimus

Kartonkien useat rajapinnat vaikuttavat

• adheesioon
• pinnoitteiden tarttumiseen
• kosteuskäyttäytymiseen
• lujuuteen

Rajapintojen tutkimuksessa hyödynnetään erityisesti XPS-, ToF-SIMS- ja elektronimikroskopiaa.

Käytettävät analyysimenetelmät

SEM-EDS: Materiaalin epäpuhtauksien ja hiukkasten tunnistaminen

Kun paperissa tai kartongissa esiintyy pisteitä, tahroja, pinnoitevirheitä tai muita laatupoikkeamia, ensimmäinen kysymys on usein: mitä tämä materiaali on?

SEM-EDS (Scanning Electron Microscopy with Energy Dispersive Spectroscopy) yhdistää elektronimikroskopian ja alkuaineanalyysin. Menetelmä paljastaa sekä epäpuhtauden mikrorakenteen että sen alkuainekoostumuksen. SEM-EDS soveltuu erityisesti pigmenttien, mineraalien, metallipartikkeleiden, täyteaineiden ja muiden epäorgaanisten kontaminaatioiden tunnistamiseen.

Paperi- ja kartonkiteollisuudessa SEM-EDS on yksi tärkeimmistä menetelmistä reklamaatioiden, prosessiongelmien ja materiaalipoikkeamien juurisyyanalyysissä.

FTIR: Orgaanisten kontaminaatioiden kemiallinen tunnistaminen

Monet paperin laatuongelmat johtuvat orgaanisista materiaaleista, kuten liimoista, hartseista, öljyistä, polymeereistä tai erilaisista stickies-kontaminaatioista.

FTIR-spektroskopia tunnistaa materiaalien kemialliset sidokset nopeasti ja rikkomattomasti. Menetelmä soveltuu erityisesti orgaanisten yhdisteiden tunnistamiseen sekä eri materiaalien vertailuun.

FTIR-analyysi auttaa selvittämään esimerkiksi mistä paperissa oleva tahra koostuu, onko pinnoitemateriaalissa tapahtunut muutoksia tai poikkeaako uusi raaka-aine aiemmin käytetystä materiaalista.

Raman-spektroskopia: Materiaalien kemiallinen sormenjälki

Raman-spektroskopia tarjoaa nopean ja rikkomattoman tavan tunnistaa materiaalien kemiallinen koostumus.

Paperi- ja kartonkiteollisuudessa Raman-analyysiä hyödynnetään erityisesti pinnoitteiden, pigmenttien, polymeerien, kuitujen ja erilaisten epäpuhtauksien tutkimisessa. Menetelmä täydentää FTIR-analyysiä erityisesti silloin, kun halutaan erottaa toisistaan kemiallisesti samankaltaisia materiaaleja tai tutkia hyvin pieniä yksityiskohtia.

Raman soveltuu erinomaisesti myös tuotekehitykseen, jossa halutaan vertailla materiaalien koostumusta ilman näytteen vaurioittamista.

ToF-SIMS: Äärimmäisen herkkä kontaminaatioanalyysi

Kun kontaminaatiota ei löydy tavanomaisilla analyysimenetelmillä, ratkaisu löytyy usein ToF-SIMS-analyysistä.

ToF-SIMS (Time-of-Flight Secondary Ion Mass Spectrometry) on yksi maailman herkimmistä pinta-analyysimenetelmistä. Se tunnistaa materiaalin pinnalta kemiallisia yhdisteitä erittäin pieninä pitoisuuksina ja mahdollistaa myös syvyysprofiloinnin.

Paperi- ja kartonkiteollisuudessa ToF-SIMS on erityisen tehokas silikonikontaminaatioiden, öljyjäämien, lisäaineiden, pinnoitteiden ja muiden pintaan rikastuneiden epäpuhtauksien tutkimuksessa. Menetelmä auttaa paikallistamaan ongelman lähteen myös silloin, kun kontaminaatiota esiintyy vain hyvin pieniä määriä.

XPS / ESCA: Mitä materiaalin pinnalla todella tapahtuu?

Useimmat paperin toiminnalliset ominaisuudet määräytyvät aivan materiaalin pinnassa.

XPS (ESCA) analysoi materiaalin uloimpien atomikerrosten kemiallisen koostumuksen ja sidostilat. Menetelmä soveltuu erinomaisesti pinnoitteiden, rajapintojen, pintakemian sekä erilaisten kontaminaatioiden tutkimiseen.

XPS-analyysillä voidaan esimerkiksi selvittää, miksi pinnoite ei tartu odotetusti, miksi painoväri käyttäytyy poikkeavasti tai miksi materiaalin pintaominaisuudet muuttuvat valmistusprosessin aikana. Menetelmä on tärkeä työkalu myös uusien kartonki- ja pakkausmateriaalien kehittämisessä.

Kastumiskulmamittaus: Miten neste käyttäytyy pinnalla

Paperin pintaominaisuudet vaikuttavat ratkaisevasti painettavuuteen, pinnoitettavuuteen, liimattavuuteen ja nesteiden imeytymiseen.

Kastumiskulmamittauksella arvioidaan, kuinka hyvin neste kostuttaa materiaalin pinnan. Mittaus antaa tietoa pinnan energiasta, puhtaudesta sekä mahdollisista pintakäsittelyjen vaikutuksista.

Paperi- ja kartonkiteollisuudessa kastumiskulmamittausta käytetään esimerkiksi uusien pinnoitteiden kehityksessä, liimattavuuden arvioinnissa, painoprosessien optimoinnissa sekä silloin, kun epäillään silikonin tai muiden kontaminaatioiden muuttaneen materiaalin pintaominaisuuksia.

FAQ

Miten paperin tahra voidaan tunnistaa?

Tahra voidaan tunnistaa analysoimalla sen kemiallinen koostumus FTIR-, Raman-, SEM-EDS- tai ToF-SIMS-menetelmillä. Sopiva analyysimenetelmä riippuu siitä, onko kyse orgaanisesta vai epäorgaanisesta materiaalista sekä siitä, kuinka pieni kontaminaatio on.

Mistä paperin mustat pisteet johtuvat?

Mustat pisteet voivat johtua esimerkiksi hiilipartikkeleista, metallihiukkasista, hartsikokkareista, palaneesta kuidusta tai prosessissa syntyneistä epäpuhtauksista. Mikroanalytiikan avulla voidaan tunnistaa niiden kemiallinen koostumus.

Kuinka silikonikontaminaatio havaitaan?

Silikonikontaminaatio havaitaan parhaiten ToF-SIMS- ja XPS-analyyseillä. Menetelmät pystyvät tunnistamaan silikonia erittäin pieninä pitoisuuksina myös aivan materiaalin pinnasta.

Mikä analyysi soveltuu paperin kontaminaatioiden tutkimiseen?

Useimmiten käytetään

• FTIR
• Raman
• SEM-EDS
• ToF-SIMS
• XPS

Menetelmä valitaan kontaminaation koon ja kemiallisen koostumuksen perusteella.

Miten selvitetään paperin laatuongelman juurisyy?

Juurisyyanalyysissä tutkitaan

• kontaminaatiot
• kuiturakenne
• pinnoitteet
• rajapinnat
• kemiallinen koostumus

Näin voidaan selvittää, johtuuko ongelma raaka-aineesta, prosessista vai jälkikäsittelystä.

Voiko raaka-ainetoimittajan vaihtuminen vaikuttaa paperin laatuun?

Kyllä. Kuidun ominaisuudet, täyteaineet, kemikaalit ja pinnoitteet voivat muuttua toimittajan vaihtuessa. Mikroanalytiikalla voidaan vertailla materiaalien kemiallista koostumusta ja tunnistaa erot.

Milloin kannattaa käyttää ToF-SIMS-analyysiä paperiteollisuudessa?

Kun tutkitaan

• erittäin pieniä kontaminaatioita
• silikonia
• rajapintoja
• pinnoitteita
• syvyysprofiileja

Mitä hyötyä SEM-EDS:stä on paperiteollisuudessa?

SEM näyttää materiaalin mikrorakenteen ja EDS kertoo alkuainekoostumuksen. Menetelmä soveltuu esimerkiksi pigmenttien, mineraalien ja metallipartikkeleiden tunnistamiseen.

Miten analysoidaan kartongin kerrosrakennetta?

Kerrosrakenteita voidaan tutkia elektronimikroskopialla, XPS:llä, ToF-SIMS:llä ja Raman-spektroskopialla. Näin saadaan tietoa rajapinnoista, pinnoitteista ja kemiallisesta koostumuksesta.

Epäiletkö materiaalivikaa, kontaminaatiota tai valmistusprosessin aiheuttamaa laatuongelmaa? Ota yhteyttä asiantuntijoihimme. Autamme valitsemaan oikean analyysimenetelmän ja selvittämään ongelman juurisyyn.

Esimerkkejä tutkimussovelluksista

Laadunvarmistus

• Tahra- ja pistevirheanalyysit
• Kontaminaatioiden tunnistaminen
• Reklamaatioiden juurisyyanalyysit
• Raaka-aineiden vertailu

Tuotekehitys

• Pinnoitteiden karakterisointi
• Rajapintojen tutkimus
• Pintaenergian määritys
• Materiaalien kemiallinen analyysi

Materiaalitutkimus

• Materiaalitutkimus
• Täyteaineet ja pigmentit
• Paperikuitujen mikrorakenne
• Poikkileikkausanalyysit
• Kerrosrakenteiden tutkimus