Como qualquer material fabricado a partir de fibras de madeira, o papel também apresenta variações dimensionais decorrentes de modificações no seu teor de umidade. O presente trabalho aborda o comportamento desta propriedade do papel, denominada higroexpansibilidade, medida em papel reprográfico fabricado a partir de fibras de eucalipto, durante o processo de produção em uma máquina industrial. O estudo foi realizado com amostras de papel de 75 g/m2, coletadas em diversos pontos de uma máquina comercial, operando à velocidade de 1256 m/min. No estudo, encontram-se dados de higroexpansibilidade medidos ao longo da máquina de papel, desde a seção de formação até o acabamento, e na direção transversal da folha na enroladeira. A análise dos resultados permite a verificação de influências das operações e tratamentos envolvidos na fabricação do papel (formação, prensagem, secagem e acabamento) sobre a sua higroexpansibilidade. Os resultados das medições desta propriedade são discutidos em termos de efeitos provenientes das condições operacionais estabelecidas para a fabricação do papel, permitindo reconhecer influências da orientação de fibras, do processo de secagem e da restrição ao encolhimento, da aplicação de amido superficial e da aplicação de tensões na direção longitudinal e transversal do papel. Para comparação e suporte à discussão de resultados, foram também medidas propriedades estruturais, de resistência e propriedades elásticas do papel. Na conclusão do trabalho, são apresentadas sugestões para controle e minimização da higroexpansibilidade do papel destinado ao uso final, com enfoque em ações a serem tomadas, no que se refere ao ajuste do processo de fabricação. Finalmente, apresentam-se comentários sobre futuros trabalhos que poderão ser desenvolvidos, a fim melhor entender fenômenos adicionais relacionados à higroexpansibilidade e buscar alternativas para seu controle, por se tratar de uma propriedade cada vez mais importante para os processos de impressão e operações de conversão, cujos efeitos podem limitar o desempenho e a utilização final do papel. / Like any material made from wood fibers, the paper also exhibits dimensional changes as a result of change in moisture content. This work deals with the behavior of this paper property, called hygroexpansivity, which was measured in reprographic paper manufactured from eucalyptus fibers, during the production process in an industrial paper machine. The study was developed using 75 g/m2 paper samples collect in different positions of a commercial paper machine running at the speed of 1256 m/min. In the study, data of hygroexpansivity measured along the paper machine can be found from the forming section up to the finishing section and from the cross machine direction at the reel. The analysis of the results reveals the effects of the operations and treatments involved in the papermaking (formation, pressing, drying and finishing) on the hygroexpansivity. The measurements results of this property are discussed with focus on the effects of the operating conditions established for the papermaking operation, what leads to the recognition of the effects of the fiber orientation, drying process, shrinkage restraint, starch sizing and tensions applied to the paper in machine direction and cross machine direction. For comparison purposes and result discussion support, some structural, strength and elastic paper properties were also measured. In the conclusion of the study, some suggestions for control and minimization of hygroexpansivity of the end use paper are presented, focusing on actions to be taken, which are related to the adjustment of papermaking process. Finally, comments referred to future work for better understanding of additional hygroexpansivity mechanisms are also mentioned, in order to suggest future investigation of control alternatives for this property, since it’s importance has been more and more highlighted in printing and conversion operations because, at times, it can limit the performance and usefulness of paper.

Como qualquer material fabricado a partir de fibras de madeira, o papel também apresenta variações dimensionais decorrentes de modificações no seu teor de umidade. O presente trabalho aborda o comportamento desta propriedade do papel, denominada higroexpansibilidade, medida em papel reprográfico fabricado a partir de fibras de eucalipto, durante o processo de produção em uma máquina industrial. O estudo foi realizado com amostras de papel de 75 g/m2, coletadas em diversos pontos de uma máquina comercial, operando à velocidade de 1256 m/min. No estudo, encontram-se dados de higroexpansibilidade medidos ao longo da máquina de papel, desde a seção de formação até o acabamento, e na direção transversal da folha na enroladeira. A análise dos resultados permite a verificação de influências das operações e tratamentos envolvidos na fabricação do papel (formação, prensagem, secagem e acabamento) sobre a sua higroexpansibilidade. Os resultados das medições desta propriedade são discutidos em termos de efeitos provenientes das condições operacionais estabelecidas para a fabricação do papel, permitindo reconhecer influências da orientação de fibras, do processo de secagem e da restrição ao encolhimento, da aplicação de amido superficial e da aplicação de tensões na direção longitudinal e transversal do papel. Para comparação e suporte à discussão de resultados, foram também medidas propriedades estruturais, de resistência e propriedades elásticas do papel. Na conclusão do trabalho, são apresentadas sugestões para controle e minimização da higroexpansibilidade do papel destinado ao uso final, com enfoque em ações a serem tomadas, no que se refere ao ajuste do processo de fabricação. Finalmente, apresentam-se comentários sobre futuros trabalhos que poderão ser desenvolvidos, a fim melhor entender fenômenos adicionais relacionados à higroexpansibilidade e buscar alternativas para seu controle, por se tratar de uma propriedade cada vez mais importante para os processos de impressão e operações de conversão, cujos efeitos podem limitar o desempenho e a utilização final do papel. / Like any material made from wood fibers, the paper also exhibits dimensional changes as a result of change in moisture content. This work deals with the behavior of this paper property, called hygroexpansivity, which was measured in reprographic paper manufactured from eucalyptus fibers, during the production process in an industrial paper machine. The study was developed using 75 g/m2 paper samples collect in different positions of a commercial paper machine running at the speed of 1256 m/min. In the study, data of hygroexpansivity measured along the paper machine can be found from the forming section up to the finishing section and from the cross machine direction at the reel. The analysis of the results reveals the effects of the operations and treatments involved in the papermaking (formation, pressing, drying and finishing) on the hygroexpansivity. The measurements results of this property are discussed with focus on the effects of the operating conditions established for the papermaking operation, what leads to the recognition of the effects of the fiber orientation, drying process, shrinkage restraint, starch sizing and tensions applied to the paper in machine direction and cross machine direction. For comparison purposes and result discussion support, some structural, strength and elastic paper properties were also measured. In the conclusion of the study, some suggestions for control and minimization of hygroexpansivity of the end use paper are presented, focusing on actions to be taken, which are related to the adjustment of papermaking process. Finally, comments referred to future work for better understanding of additional hygroexpansivity mechanisms are also mentioned, in order to suggest future investigation of control alternatives for this property, since it’s importance has been more and more highlighted in printing and conversion operations because, at times, it can limit the performance and usefulness of paper.

A estabilidade dimensional representa uma das mais importantes propriedades do papel, dentre aquelas que governam seu desempenho no uso final. Esta propriedade determina a funcionalidade do papel em processos de impressão, de conversão e, particularmente, na aplicação em máquina copiadoras e impressoras comerciais. O monitoramento da estabilidade dimensional oferece possibilidades de interferência em parâmetros do processo de fabricação, com a finalidade de estabelecer condições de produção de papel mais eficientes e econômicas, promovendo ainda, melhor suporte para atividades de assistência técnica ao usuário final. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia factível para avaliação da estabilidade dimensional de papel reprográfico, por meio da medição do perfil do encolhimento transversal (CD) diferencial, utilizando técnicas de processamento e análise de imagem, a fim de detectar marcas periódicas (da tela formadora) existentes na estrutura do papel. O método apresentado baseia-se em protocolos simplificados de amostragem e medição, que permitem simples implantação nos ambientes industriais das fábricas de papel. A partir da captação de imagens de amostras de papel coletadas na direção transversal de uma bobina jumbo, na saída da enroladeira da máquina de papel e utilização de técnicas de análise de imagem baseadas na transformada bidimensional rápida de Fourier (2D-FFT), obtiveram-se perfis relativos e absolutos do perfil de encolhimento transversal (CD) diferencial do papel, elemento chave para a análise e diagnóstico da estabilidade dimensional, dada a forte correlação encontrada, neste trabalho, entre o encolhimento e a higroexpansibilidade do papel. Para desenvolvimento da presente tese, foram examinadas amostras de papel reprográfico, com gramatura nominal de 75 g.m-², fabricado em máquina industrial com velocidades operacionais de 1256 m.m-¹ e 1362 m.min-¹, com larguras na enroladeira de 5278 mm e 5300 mm, respectivamente. Os resultados mostraram a viabilidade da aplicação do método, que se mostrou adequado para implementação em fábricas de papel e vantajoso com relação aos métodos tradicionais de medição, e.g., aqueles utilizados para medição de higroexpansibilidade do papel, dependentes de equipamentos sofisticados e demandantes de longos tempos de execução e retorno de resultados . Este trabalho oferece, adicionalmente, contribuições de diversas naturezas, tanto metodológicas, como o esclarecimento do processo de medição do encolhimento do papel por meio da detecção e medição das marcas de telas formadoras e o desenvolvimento de programa de análise de imagem específico, para automatização da busca de informações de interesse no espectro de freqüências de Fourier, como ainda, para aumentar a base de dados sobre o comportamento higroexpansivo do papel reprográfico fabricado totalmente com pasta branqueada de fibras de eucalipto do Brasil. / Dimensional stability represents on of the most important properties of paper, among the ones that controls its performance in end-use. This property fixes the paper functionality in printing and converting processes and, particularly, in copier machines and commercial printers applications. Dimensional stability monitoring can bring opportunities for interfering in manufacturing process parameters, in order to establish operating conditions suitable for a more efficient and economic production and better support for technical assistance to endusers. The objective of this work is to present a feasible methodology for evaluating the dimensional stability of reprographic paper by measuring the CD differential shrinkage profile of paper using image analysis and digital processing to detect periodic marks (from the forming fabric) in the structure of paper. The method presented is based on simplified sampling and measuring protocols, which allow for its simple introduction in the paper mill industrial environment. From digital images of paper samples acquired along the transverse direction of a jumbo reel at the end of the paper machine and by using image analysis techniques based on two-dimensional fast Fourier transform (2D-FFT), relative and absolute CD differential shrinkage profiles were obtained as the key element for analysis and diagnoses of the paper dimensional stability, given the strong correlation found out in this study, between shrinkage and hygroexpansivity of paper. For development of this thesis, reprographic paper with nominal basis weight of 75 g.m-², manufacture in industrial paper machine at operating speeds of 1256 m.m-¹ and 1362 m.min-¹ and having width of 5278 mm e 5300 mm, respectively, were investigated. The results showed the feasibility of the method, which proved to be suitable for implementation in paper mills and advantageous over traditional measurement methods, e.g., those used for paper hygroexpansivity measurement, which depend on sophisticated equipment and long lead times for getting it executed and having the measurement results. This work offers, in addition, contributions of various natures, such as methodological ones, like to elucidate the paper shrinkage measurement method by means of forming fabrics marks detection and develop of a specific image analysis computer program for automation of data searching in the Fourier frequency spectrum and yet, to improve the database related to higroexpansive behavior of reprographic paper manufactured totally from eucalyptus fiber bleached pulp from Brazil.

A hygroexpansimeter, cockling tester and a novel x-ray microtomography technique were employed to characterize hygroexpansivity as well as macro- and micro-scale cockling of wood-free paper sheets containing varying amounts of aspen high yield pulp (HYP) in order to validate its potential applicability in inkjet printing. Results from the hygroexpansimeter confirm previous findings that substitution levels of 30% and above lead to a slight deterioration of hygroexpansivity; however, contrary to the expected outcome, aspen HYP did not necessarily result in a higher tendency to form cockles. In fact, a comparison of the cockling behaviour between various paper samples and commercial paper substantiates that up to 40% of aspen HYP can replace hardwood bleached Kraft pulp. The preservation of out-of-plane dimensional stability in non-coated samples is most likely due to the increase in bending stiffness of the paper as it became bulkier with more aspen HYP.

A hygroexpansimeter, cockling tester and a novel x-ray microtomography technique were employed to characterize hygroexpansivity as well as macro- and micro-scale cockling of wood-free paper sheets containing varying amounts of aspen high yield pulp (HYP) in order to validate its potential applicability in inkjet printing. Results from the hygroexpansimeter confirm previous findings that substitution levels of 30% and above lead to a slight deterioration of hygroexpansivity; however, contrary to the expected outcome, aspen HYP did not necessarily result in a higher tendency to form cockles. In fact, a comparison of the cockling behaviour between various paper samples and commercial paper substantiates that up to 40% of aspen HYP can replace hardwood bleached Kraft pulp. The preservation of out-of-plane dimensional stability in non-coated samples is most likely due to the increase in bending stiffness of the paper as it became bulkier with more aspen HYP.

A estabilidade dimensional representa uma das mais importantes propriedades do papel, dentre aquelas que governam seu desempenho no uso final. Esta propriedade determina a funcionalidade do papel em processos de impressão, de conversão e, particularmente, na aplicação em máquina copiadoras e impressoras comerciais. O monitoramento da estabilidade dimensional oferece possibilidades de interferência em parâmetros do processo de fabricação, com a finalidade de estabelecer condições de produção de papel mais eficientes e econômicas, promovendo ainda, melhor suporte para atividades de assistência técnica ao usuário final. O objetivo deste trabalho é apresentar uma metodologia factível para avaliação da estabilidade dimensional de papel reprográfico, por meio da medição do perfil do encolhimento transversal (CD) diferencial, utilizando técnicas de processamento e análise de imagem, a fim de detectar marcas periódicas (da tela formadora) existentes na estrutura do papel. O método apresentado baseia-se em protocolos simplificados de amostragem e medição, que permitem simples implantação nos ambientes industriais das fábricas de papel. A partir da captação de imagens de amostras de papel coletadas na direção transversal de uma bobina jumbo, na saída da enroladeira da máquina de papel e utilização de técnicas de análise de imagem baseadas na transformada bidimensional rápida de Fourier (2D-FFT), obtiveram-se perfis relativos e absolutos do perfil de encolhimento transversal (CD) diferencial do papel, elemento chave para a análise e diagnóstico da estabilidade dimensional, dada a forte correlação encontrada, neste trabalho, entre o encolhimento e a higroexpansibilidade do papel. Para desenvolvimento da presente tese, foram examinadas amostras de papel reprográfico, com gramatura nominal de 75 g.m-², fabricado em máquina industrial com velocidades operacionais de 1256 m.m-¹ e 1362 m.min-¹, com larguras na enroladeira de 5278 mm e 5300 mm, respectivamente. Os resultados mostraram a viabilidade da aplicação do método, que se mostrou adequado para implementação em fábricas de papel e vantajoso com relação aos métodos tradicionais de medição, e.g., aqueles utilizados para medição de higroexpansibilidade do papel, dependentes de equipamentos sofisticados e demandantes de longos tempos de execução e retorno de resultados . Este trabalho oferece, adicionalmente, contribuições de diversas naturezas, tanto metodológicas, como o esclarecimento do processo de medição do encolhimento do papel por meio da detecção e medição das marcas de telas formadoras e o desenvolvimento de programa de análise de imagem específico, para automatização da busca de informações de interesse no espectro de freqüências de Fourier, como ainda, para aumentar a base de dados sobre o comportamento higroexpansivo do papel reprográfico fabricado totalmente com pasta branqueada de fibras de eucalipto do Brasil. / Dimensional stability represents on of the most important properties of paper, among the ones that controls its performance in end-use. This property fixes the paper functionality in printing and converting processes and, particularly, in copier machines and commercial printers applications. Dimensional stability monitoring can bring opportunities for interfering in manufacturing process parameters, in order to establish operating conditions suitable for a more efficient and economic production and better support for technical assistance to endusers. The objective of this work is to present a feasible methodology for evaluating the dimensional stability of reprographic paper by measuring the CD differential shrinkage profile of paper using image analysis and digital processing to detect periodic marks (from the forming fabric) in the structure of paper. The method presented is based on simplified sampling and measuring protocols, which allow for its simple introduction in the paper mill industrial environment. From digital images of paper samples acquired along the transverse direction of a jumbo reel at the end of the paper machine and by using image analysis techniques based on two-dimensional fast Fourier transform (2D-FFT), relative and absolute CD differential shrinkage profiles were obtained as the key element for analysis and diagnoses of the paper dimensional stability, given the strong correlation found out in this study, between shrinkage and hygroexpansivity of paper. For development of this thesis, reprographic paper with nominal basis weight of 75 g.m-², manufacture in industrial paper machine at operating speeds of 1256 m.m-¹ and 1362 m.min-¹ and having width of 5278 mm e 5300 mm, respectively, were investigated. The results showed the feasibility of the method, which proved to be suitable for implementation in paper mills and advantageous over traditional measurement methods, e.g., those used for paper hygroexpansivity measurement, which depend on sophisticated equipment and long lead times for getting it executed and having the measurement results. This work offers, in addition, contributions of various natures, such as methodological ones, like to elucidate the paper shrinkage measurement method by means of forming fabrics marks detection and develop of a specific image analysis computer program for automation of data searching in the Fourier frequency spectrum and yet, to improve the database related to higroexpansive behavior of reprographic paper manufactured totally from eucalyptus fiber bleached pulp from Brazil.

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