O p e r a c i o n e s U n i t a r i a s I I

El uso de porosimetría de intrusión de mercurio para la caracterización de madera, pulpa y papel de eucalipto.

César Octavio Enríquez CotaJueves 18 de abril de 2013

THE USE OF MERCURY INTRUSION POROSIMETRY TO THE CHARACTERIZATION OF

EUCALYPTUS WOOD, PULP AND PAPER.

• M.J. Moura, Instituto Superior de Ingeniería de Coimbra. Instituto Politécnico de Coimbra, Portugal.

• P.J. Ferreira, M.M. Figueiredo, Departamento de Ingeniería Química. Universidad de Coimbra, Portugal.

ÍNDICE

• INTRODUCCIÓN.• Intrusión de mercurio.

• FUNDAMENTOS.• Porosimetría:• Intrusión de mercurio.• Picnometría de gas.

• Materiales.

• RESULTADOS Y DISCUSIÓN.• Distribución de poros:• Madera.• Pulpa.• Papel.

• CONCLUSIONES.

ABSTRACTO

• La intrusión de mercurio es usada para la caracterización de materiales porosos.

• La porosidad de la madera es importante en el área de tecnología de papel y pulpa.

• Con respecto a la pulpa y el papel, los datos de porosidad también contribuyen a estudiar la estructura de las fibras.

INTRODUCCIÓN

Consiste en: • Preparar la muestra.

• Rodearla con mercurio.

• Aplicar presión para forzar al mercurio a entrar a los poros.

• Se monitorea la cantidad de mercurio introducido.

INTRUSIÓN DE MERCURIO

• La intrusión de mercurio es usada en aplicaciones donde es crítico conocer la porosidad.

• Nos provee datos como el área superficial, porosidad, distribución de tamaño de poros, densidad.

• Se realizaron experimentos adicionales por picnometría de gas a presión máxima de

30,000 psia.

FUNDAMENTOS

POROSIMETRÍA DE INTRUSIÓN DE MERCURIO.

• El mercurio no “moja” a la mayoría de las sustancias.

• No hay penetración por acción capilar a menos que sea forzado a hacerlo.

• Alta tensión superficial (γ).

• Alto ángulo de contacto (θ).

• El llegar a los poros requiere la aplicación de presión (P) inversamente proporcional a el diámetro de poro (D) de acuerdo con:

• Para este estudio el ángulo de contacto es 130° y la tensión superficial es de 520 dina/cm.

• Donde: D=(µm) y P=(psia).

Nota: se suponen poros de geometría cilíndrica.

PICNOMETRÍA DE GAS

• Está basada en la ley de Boyle. “La presión ejercida por un gas disminuye cuando aumenta su volumen a temperatura constante.”

• Consiste en determinar el volumen de los poros de una muestra midiendo los cambios de presión de un gas (regularmente Helio) cuyo volumen inicial se conoce.

MATERIALES

• El experimento fue realizado en el Poresizer 9320 de Micromeritics.• Madera: bloques de 1.2 cm^3 recolectados a

diferentes posiciones (radiales y axiales) a lo largo de un árbol de 7 años de edad.• Pulpa y papel: pequeñas muestras cuadradas con

un peso total de 0.5 g. Se obtuvieron cociendo hojuelas a 160°C en un digestor batch de 6 L usando un líquido con una carga alcalina de 16% de Na2O y sulfurosidad del 30%.• Picnometría de gas: se usó un picnómetro

Accupyc 1330 de Micromeritics.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

DISTRIBUCIÓN DE POROS: MADERA

Figura 1. Distribución de tamaño de poros relativa y acumulativa de la madera de eucalipto usando la técnica de intrusión de mercurio.

Valor de porosidad promedio: 54%.

DISTRIBUCIÓN DE POROS: PULPA

Figura 2. Distribución de tamaño de poro relativa de las láminas de pulpa antes y después del tratamiento.

Valor de porosidad promedio: 79.1% y 47.6% respectivamente.

COMPARACIÓN ENTRE ABEDUL Y EUCALIPTO.

Figura 3. Datos de intrusión para pulpas de abedul y eucalipto.

Tabla 1. Porosidad total, superficial e interna de pulpas de abedul y eucalipto por intrusión de mercurio.

Sirve para anticipar (o confirmar) propiedades como: • Drenabilidad.• Permeabilidad del aire.• Rugosidad.• Imprimibilidad.

DISTRIBUCIÓN DE POROS: PAPEL

Figura 4. Distribución de tamaño de poros relativa en papel comercial (P&W) y papel decorativo.

CONCLUSIONES

Tabla 2. Densidades absoluta, esquelética y aparente determinadas por distintos métodos.

RESUMEN

CONCLUSIONES

Este trabajo ha demostrado la capacidad de la porosimetría de mercurio para la caracterización de estructuras porosas de materiales como madera, pulpa y papel.No sólo provee información sobre la porosidad, sino también distribución de tamaños de poros y densidad. Información valiosa para anticipar el desempeño del papel, clasificar en términos de rugosidad superficial, imprimibilidad y la distribución de recubrimientos.

¿ P R E G U N TA S ?

GRACIAS POR SU ATENCIÓN.