Orientador: Prof. Dr. Evaldo Ribeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE. Defesa: Curitiba, 14/04/2015 / Inclui referências : f. 80-83 / Área de concentração: Engenharia e ciência de materiais / Resumo: O estudo proposto nesse trabalho tem como objetivo aplicar o uso de técnicas de espectroscopia óptica em amostras de papel Kraft para levantar informações quantitativas com a finalidade de comparar e correlacionar esses resultados com os obtidos através de ensaios de resistência mecânica do papel. Para tanto, foram produzidas amostras de papel Kraft em laboratório com diferentes gramaturas, a partir de amostras com número Kappa 10, 32, 43, 50 e 78 as quais passaram pelos testes de resistência à tração, alongamento, arrebentamento e rigidez Tabber, a fim de buscar correlação com os resultados obtidos através das técnicas de espectroscopia Raman, absorção infravermelho e UV-VIS. A análise de espalhamento Raman possibilitou encontrar uma estrutura isolada relacionada à lignina que apresenta dependência linear de sua intensidade em função do número Kappa. Esta linearidade é reprodutível para as diversas gramaturas e permite a quantificação da presença de lignina na composição do papel Kraft. As medidas de absorção de infravermelho também permitiram identificar uma estrutura que apresenta relação direta com o número Kappa, sendo reprodutível para as diversas gramaturas e consistente em todo o conjunto de amostras. Esta vibração não está catalogada na literatura, mas acreditamos ser possível creditá-la à presença de lignina dada à relação linear (similar ao que foi observado para espalhamento Raman) com o número Kappa. Temos, portanto, duas medidas independentes apontando uma possibilidade de quantificar o número Kappa através de medidas puramente ópticas. Já as medidas de absorção UV-VIS-NIR apresentam estruturas com forte absorbância que notadamente dependem da composição dos papéis. Numa primeira análise escolhemos uma região espectral livre dessas estruturas dependentes da composição, que deveria supostamente obedecer à lei de Lambert. Após análise cuidadosa verificamos que a absorbância a 1300 nm depende exclusivamente da espessura/gramatura da amostra e apresenta comportamento similar ao de algumas propriedades mecânicas. Ao fazer os gráficos dessas propriedades mecânicas do papel em função da absorbância, encontramos relações lineares com alto grau de consistência, independente da grande variação de número Kappa do conjunto de amostras. Desta maneira, a medida de absorbância em 1300 nm, associada a uma das medidas de propriedades químicas (Raman ou infravermelho) possibilitariam a identificação (ou pelo menos a previsão com bom grau de precisão) das propriedades mecânicas mais importantes para a indústria de papel. Estes resultados globais não foram documentados na literatura até o momento e a possibilidade do desenvolvimento de técnicas de sensoriamento em tempo real para indústria papeleira é alta, atestando a relevância dos resultados desta dissertação para a área. / Abstract: The study developed in the present work aims to use optical spectroscopy techniques in order to assess quantitative information on Kraft paper samples that will be correlated with the results of samples' mechanical properties. Kraft paper samples were produced with different grammages from pulps with kappa numbers 10, 32, 43, 50, and 78, and they were submitted to mechanical tests such as tensile strength, stretch (elongation), bursting strength and Tabber stiffness, in order to seek any correlation to data from Raman spectroscopy, infrared absorption and UV-Vis absorption. Raman scattering analysis allowed us to find an isolated spectral structure related to lignin which intensity depends linearly with kappa number. This linear relationship is reproducible for all the grammage values and allows the lignin quantification on Kraft paper composition. Infrared absorption measurements also allowed us to identify an isolated spectral structure that is directly related to the paper kappa values, being consistent within our sample set. This particular vibration is not listed in the paper literature however we believe that we may assign it as lignin-related because of the clear linear relationship with kappa (similar to what was found for Raman spectroscopy). That means that we have devised two independent measurements that points to a quantification of kappa number from optical-only measurements. UV-Vis measurements, on their way, present absorbing structures that are dependent from paper composition. After a careful analysis we have chosen a spectral range that is free from those structures, and it should supposedly obey to the Lambert law. We verify that absorbance at 1300 nm depends exclusively on the sample thickness/grammage and presents behavior that is similar to some of the measured mechanical properties. When plotting those mechanical properties against absorbance at 1300 nm, we found linear relationships with a high degree of consistency, irrespective to the large kappa spread of our sample set. Thus, by mixing the absorbance at 1300 nm with one of the previous chemical properties techniques (either Raman or infrared) we would be able to identify (or at least to predict with a good accuracy) the most relevant paper mechanical properties regarding paper industry. These global results were not found in the literature, to the best of our knowledge, and there is a high potential for developing realtime sensing techniques for the paper industry, which attests the relevance of this dissertation results for the area.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:dspace.c3sl.ufpr.br:1884/40106 |
| Date | January 2015 |
| Creators | Farias, Rosiéli Lemes de |
| Contributors | Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia e Ciência dos Materiais - PIPE, Ribeiro, Evaldo |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| Format | 83 f. : il. algumas color., tabs., grafs., application/pdf |
| Source | reponame:Repositório Institucional da UFPR, instname:Universidade Federal do Paraná, instacron:UFPR |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Disponível em formato digital |
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