Measuring the contact area in cellulose fibre bonds using X-ray nanotomography

Paperi on stokastinen verkosto toisiinsa eri vuorovaikutusten, tärkeimpänä vetysidosten, avulla sitoutuneita sellukuituja. Paperin lujuus riippuu yksittäisten kuitusidosten lujuudesta ja sidospinta-alasta. Todellista sidospinta-alaa on vaikea määrittää tarkasti, sillä sitoutuminen tapahtuu molekulaarisessa mittakaavassa. Maantieteellisillä alueilla, joilla havaitaan selkeitä vuodenaikojen muutoksia, puun sellukuiduilla on erilaisia ominaisuuksia riippuen siitä, syntyvätkö kuidut kasvukauden alku- vai loppuvaiheessa. Kuidut jaetaan yleensä kahteen luokkaan: kesä- ja kevätpuukuituihin. Näin ollen voidaan muodostaa kolmea erilaista sidostyyppiä: kevätpuukuidut, kesäpuukuidut sekä kevät-kesäpuusidokset. Kesäpuusidokset ovat lujimpia, mutta niillä on pienin optisesti sitoutunut ala, kun taas kevätpuusidoksilla on suurin optisesti sitoutunut ala mutta pienin lujuus. Kevät-kesäpuusidosten sidosalan ja lujuuden arvot ovat näiden välimaastossa. Röntgennanotomografia on kuvantamismenetelmä, jossa käytetään kappaleen läpäiseviä röntgensäteitä näytteen 3D-mallin muodostamiseksi. Näyte kuvataan useista eri suunnista, ja jokaisen röntgensäteen intensiteetin vaimeneminen rekisteröidään. Otettujen varjokuvien perusteella näytteestä voidaan muodostaa rekonstruktio esimerkiksi suodatettua takaisinprojektiota käyttäen. Sulfaattimenetelmällä valmistetusta havusellumassasta muodostettiin ja kuvattiin 26 kuitusidosnäytettä: 13 kevät-kesäpuusidosta, 7 kesäpuusidosta sekä 6 kevätpuusidosta. Kuvausten perusteella keskimääräinen suhteellinen kontaktiala, joka kuvausmenetelmällä pystyttiin erottamaan, ei vaikuttanut merkittävästi vaihtelevan sidostyyppien välillä. Tulokset viittaavat siihen, että erot suhteellisessa kontaktialassa eivät kenties selitä havaittuja lujuuseroja sidostyyppien välillä.