Liuoksen virtausdynamiikka ja polymeerien diffuusio mustesuihkuvärin asettumisessa huokoisiin päällysterakenteisiin

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

    Abstrakti

    Väitöskirjatyön tavoitteena on selvittää vuorovaikutusilmiöiden, sekä fysikaalisten että kemiallisten, aikaskaaloja liukoisen mustesuihku- eli inkjet-värin asettumisessa kalsiumkarbonaattipigmentti-päällysteissä (CaCO3). Vertailuja tehdään perinteisen offset- (GCC) ja inkjet-laadun CaCO3 välillä. Inkjet-puolella on tutkittu sekä modifioitua (MCC) että saostettua (PCC) CaCO3:a, ja sideaineina on käytetty turpoavaa diffuusioherkkää tai ei-turpoavaan diffuusio-inerttiä sideainetta. Pigmentit on valittu siten, että päällystekerroksen muuttujiksi on saatu sekä huokostilavuus, -kokojakauma että -rakenne. Tämä on toteutettu muutamissa päällysteissä siten, että päällysteessä on käytetty nanohuokosia sisältäviä pigmenttipartikkeleita. Tällöin lopullisissa päällysteissä esiintyy bimodaalinen huokoskokojakauma, jossa on sekä partikkelien välisiä että sisäisiä huokosia. Diffuusioherkkänä sideaineena käytetään polyvinyylialkoholia (PVOH) ja diffuusio-inerttinä styreeni-akrylaatti-lateksia (SA). Päällystekerroksen rakenteen vaihtelulla ja erilaisten diffuusioherkkien sideaineiden käytöllä tutkitaan kapillaari- ja permeaatiovirtauksia sekä lyhyen että pitkän aikaskaalan nesteen imeytymisessä. Kostutusvoimat päällysteen pienissä kapillaareissa ajavat inkjet-väriä huokoisen rakenteen sisään, kun taas viskoottinen voima vastustaa liuoksen liikkumista. Inkjet-värin liuotinosan absorptio alkaa nanokoon kapillaareista, tosin inkjet-pisaran aiheuttamaa iskeytymispainetta ei pidä unohtaa tässä yhteydessä. Seuraavassa vaiheessa hydrofiilinen sideaine turpoaa, sulkee pienimmät huokoset ja pienentää jäljellä olevien huokosten halkaisijoita. Kokonaishuokostilavuuden pieneneminen kilpailee alkuperäisten kapillaari-ilmiöiden kanssa hidastaen absorptionopeutta. Työssä osoitetaan, että diffuusiolla on merkittävä vaikutus polaarisen liuoksen absorptionopeuksiin PVOH:ta sisältävissä päällysteisissä. Turpoaminen aukaisee polymeerimatriisia siten, että värin väriaineosa mahtuu sideainerakenteeseen ja voi joko sitoutua vetysidoksilla polymeeriin tai jäädä polymeerimatriisin sisään sen kuivuttua. PVOH- ja SA-lateksi-filmin veden diffuusiokerroin on samaa suuruusluokkaa, tosin PVOH:n yhteydessä on kyse massadiffuusiosta ja SA-lateksilla pintadiffuusiosta. Väriaineen kiinnittymistä päällysteen pintaan voidaan parantaa ionisilla vuorovaikutuksilla. Anioninen väriaine sitoutuu kromatografisen erkanemisen aikana päällystekerroksen kationisiin komponentteihin. Tulokset osoittavat, että on löydettävissä optimaalinen värin absorptionopeus, jossa väriaineella on riittävästi aikaa sitoutua Coulombisilla attraktiovoimilla kationisiin ryhmiin tai siirtyä sisään sideainepolymeerin matriisiin diffuusiolla. Nopean tulostuksen inkjetin painojäljen densiteetti riippuu väriaineen sijainnista päällystekerroksessa sekä koko päällystetyn paperin optisista ominaisuuksista. Liuoksen virtauksen kanssa kilpailevat absorptio- ja adsorptioilmiöt ovat välttämättömiä, jotta saavutettaisiin hyvä painojäljen laatu. Värien välinen sekoittuminen (bleeding) riippuu siitä, miten paljon päällystekerros kykenee absorboimaan väriä ja miten nopeasti väri siirtyy pinnan sisään. Lisäämällä kationista pintakäsittelyainetta päällysteen pinnalle pystytään vähentämään värin leviämistä.
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Gane, Patrick, Valvoja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-951-38-7455-1
    Sähköinen ISBN978-951-38-7456-8
    TilaJulkaistu - 2012
    OKM-julkaisutyyppiG5 Tohtorinväitöskirja (artikkeli)

    Sormenjälki Sukella tutkimusaiheisiin 'Liuoksen virtausdynamiikka ja polymeerien diffuusio mustesuihkuvärin asettumisessa huokoisiin päällysterakenteisiin'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

  • Siteeraa tätä