Paperin syvyyskosteusjakauman mittaaminen lähi-infrapunaspektroskopian ja kiiltomittauksen avulla: Diplomityö

Tässä työssä kehitettiin infrapuna-absorptioon perustuva mittausmenetelmä, jolla pystytään mittaamaan paperin syvyyskosteusjakauma. Paperin syvyyskosteusjakauman tunteminen on oleellista tutkittaessa veden liikkumista paperissa päällystysprosessin aikana. Syvyyskosteusjakauman ohella tavoitteena oli kyetä selvittämään paperin päällysteen jähmettymisen vaiheet ensimmäisen ja toisen kriittisen pisteen mittauksen avulla. Kriittiset pisteet määritellään siten, että ensimmäisessä kriittisessä pisteessä päällysteen kiilto alkaa laskea ja toisessa kriittisessä pisteessä kiillon lasku pysähtyy. Kehitetty menetelmä perustuu ylä- ja alapuolisten heijastus- ja transmissiospektrien mittaamiseen ja niistä laskettuihin veden 1450 nm absorptioihin. Spektrien lisäksi paperin päällystetyltä puolelta mitataan kiiltoa. Spektrien mittauksessa käytettiin kuituvalaisua ja -keräystä. Spektrometreinä käytettiin InGaAs-tekniikkaan perustuvaa rivispektrometriä sekä HgCdTe-tekniikkaan perustuvaa spektrikameraa. Spektrien mittausalue rivispektrometrillä on 1200-2300 nm ja spektrikameralla 1000-2400 nm. Heijastusmittausten avulla pystytään määrittämään paperin ylä- ja alapintoihin painottunut kosteus ja transmission avulla paperin keskimääräinen kosteus. Kiiltomittauksella pystytään määrittämään päällysteen jähmettymisen toisen kriittisen pisteen ajankohta. Ensimmäisen kriittisen pisteen ajankohtaa ei menetelmän avulla pystytty kiistattomasti määrittämään. Menetelmän etuja ovat mittauksen suuri nopeus, mahdollisuus käyttää menetelmää online-ympäristössä sekä mahdollisuus tutkia ohuempia paperilaatuja kuin muilla vastaavilla menetelmillä. Tutkittujen paperien neliömassa vaihteli 40,7 - 146,5 g/m2 välillä ja papereista koottiin neliömassaltaan 40,7 - 773,3 g/m2 pinoja. Heijastusmittauksen tunkeutumissyvyydeksi mitattiin käytetyillä paperilaaduilla 300 µm. Heijastusmittauksen kalibrointi tasaisesti kostealle paperille tehtiin punnitukseen perustuvan kosteusmittauksen avulla. Eri mittausgeometrioiden signaalikohinasuhteet paperia mitattaessa laskettiin ja ne vaihtelivat kiiltomittauksen 82:sta heijastusmittauksen 275:een.