Propriedades químicas e físicas da polpa e papel kraft por espectroscopia no infravermelho próximo (NIR)

Abstract

O estudo do comportamento das variáveis tecnológicas de processos têm sido de grande relevância nas pesquisas, vinculando-se a definição de estratégias das empresas para obtenção de produtos e serviços de melhor qualidade. Esse trabalho visa o desenvolvimento de um método analítico para determinação das propriedades químicas e físicas da polpa e papel Kraft, utilizando a técnica de Espectroscopia no Infravermelho Próximo (NIR) e o método de Regressão de Mínimos Quadrados Parciais (PLS). Inúmeras são as vantagens, dentre elas: ser um método não-destrutivo e não - invasivo, aplicabilidade universal, rápido e de baixo custo. Modelos multivariados para previsão das propriedades foram desenvolvidos a partir de espectros NIR originais e pré-processados utilizando a região do espectro de comprimento de onda entre 1100 e 2500 nm. Resultados de número Kappa, teor de extrativos, viscosidade, alfa, beta e gama-celulose em polpa celulósica foram determinados pelo método convencional de análise e correlacionados com os espectros obtidos de NIR. Para as folhas obtidas em laboratório as propriedades analisadas foram: auto-ruptura, fator rasgo e arrebentamento No papel produzido industrialmente as propriedades avaliadas foram: resistência ao rasgo transversal e longitudinal, resistência à tração transversal, resistência ao arrebentamento ou estouro, resistência à compressão SCT (Compressive Strength Test) transversal e longitudinal e resistência à compressão RCT (Ring Crush Test). Para cada modelo gerado foi testado o melhor número de variáveis latentes e melhor pré-processamento que resultasse em menor erro médio de previsão e testado diferentes formas na aquisição dos espectros no sentido de minimizar interferências geométricas. Os desempenhos das calibrações foram avaliados por meio de uma validação externa, seguida de medições de acurácia e precisão dos resultados. A validação realizada com conjuntos independentes de amostras mostrou-se satisfatória na maioria dos modelos.

The study of the processes technological variables behavior has been of great relevance in the latest researches, when linking it to the companies' strategies definition to obtain better quality products and services. This work aims at the development of an analytic method for the pulp and Kraft paper chemical and physical properties determination, using the Spectroscopy technique in the Near Infra-Red (NIR) and the Partial least-squares (PLS) regression method. There are a number of advantages when using the NIR, among which are: being a non-destructive and noninvasive method, of universal applicability, being fast and having low cost. Multi-varied models for the properties prediction were developed from the original and preprocessed spectrums NIR, using the spectrum region wavelength between 1100 and 2500nm. The Kappa number, extracts rate, viscosity, alpha, beta and gamma cellulose in pulp were determined by the analyses conventional method and correlated with the obtained spectrums. As for the sheets obtained in a laboratory the analyzed properties were: self-rupture, tear index and bursting factor. In the industrial produced paper, the evaluated properties were: transversal and longitudinal tear resistance, transversal traction resistance, bursting or crack resistance, transversal and longitudinal compression resistance SCT (Compressive Strength Test) and RCT (Ring Crush Test) compression resistance. (Ring Crush Test). For each model were tested the best number of latent variables, the best pre-processing which resulted in the smallest RMSEP (root mean square error of prediction) and shapes in the spectrums acquisition in the sense of minimizing geometric interferences. The calibrations performances were evaluated by means of an external validation, followed by the results accuracy and precision measurements. The validation done with independent sets of samples showed to be satisfactory in most models.