Temassız Rezonans Kavite Dielektrik Spektroskopik Çalışmalar için Yöntem Geliştirme Selülozik Kağıt

Kağıt selülozik lifler, boyutlandırma maddeleri, inorganik dolgu maddeleri, renklendiriciler ve su oluşan bir kaplamalı, heterojen, imal üründür. Selüloz lifleri bitki kaynaklarının çeşitli kaynaklarından kaynaklanabilir; hammadde daha sonra selüloz lifleri öncelikle oluşan uygulanabilir bir hamuru üretmek için fiziksel ve / veya kimyasal tedavilerin bir kombinasyonu ile bozulur. Kağıt ürünündeki selüloz da ikincil olarak geri kazanılabilir veya geri dönüştürülmüş lif^1. TAPPI Yöntemi T 401, “Kağıt ve mukavemet lif analizi,” şu anda lif türleri ve bir kağıt örnek içinde mevcut oranları tanımlamak için sanat yönteminin devlet ve birçok topluluklar tarafından kullanılmaktadır². Bir kağıt örneğinin kurucu lif türlerini ayırt etmek için özel eğitimli bir insan analistinin görme keskinliğine dayanan manuel, kolorimetrik bir tekniktir. Ayrıca, TAPPI 401 yöntemi için numune hazırlama zahmetli ve zaman alıcı, fiziksel yıkım ve kağıt numune kimyasal bozulması gerektiren. Özel olarak reçete edilen reaktiflerle boyama, lif örneklerini oksidasyonun etkilerine maruz kalarak, numunelerin korunması veya numune bankacılığı için arşivletilmesizor hale getirir. Böylece, TAPPI Method T 401’in sonuçları insan yorumuna tabidir ve doğrudan bireyin deneyim ve eğitim düzeyine göre değişen bireysel bir analistin görsel algısına bağlıdır ve bu da doğal hatalara yol açar. sonuçları örnek kümeler arasında ve içinde karşılaştırırken. Birden fazla yanlışlık ve yanlışlık kaynakları^da3 mevcuttur. Ayrıca, TAPPI yöntemi ikincil lif miktarını veya kağıt örneklerinin göreceli yaşını^{belirlemekten acizdir 4,5}.

Buna karşılık, bu makalede tanımladığımız rezonans boşluğu dielektrik spektroskopisi (RCDS) tekniği, kağıt muayeneleri için uygun analitik yetenekler sunmaktadır. Dielektrik spektroskopi, mikrodalgalar gibi hızla değişen elektromanyetik alanlara yanıt olarak bir matris içinde dipollerin ve mobil yük taşıyıcılarının gevşeme dinamiklerini inceler. Bu moleküler dönme yeniden yönlendirme içerir, RCDS özellikle iyi sınırlı alanlarda moleküllerin dinamiklerini incelemek için uygun hale, su gibi selüloz lifleri bir kağıt levha içinde imbedbed. Bir sonda molekülü olarak su kullanarak, RCDS aynı anda kimyasal çevre ve selüloz polimer fiziksel konformasyon hakkında bilgi ayıklayabilirsiniz.

Selüloz liflerinin kimyasal ortamı, hidrojenin su molekülleriyle olan bağının derecesini etkiler, dolayısıyla dalgalanan elektromanyetik alanlara tepki olarak hareket kolaylığı. Selülozik ortam, kısmen, kağıt analyit hemiselüloz ve lignin konsantrasyonları tarafından belirlenir. Hemiselüloz pentozların hidrofilik dallı polimeridir, lignin ise hidrofobik, çapraz bağlı, fenolik polimerdir. Bir kağıt lif hemiselüloz ve lignin miktarları kağıt yapma sürecinin bir sonucudur. Hidrofilik siteler arasındaki kağıt bölmelerde adsorbe su ve selüloz polimer içinde hidrojen bağ, özellikle adsordi su molekülleri ile, selüloz yapısı içinde çapraz bağlantı düzeyini etkiler, düzeyi polarize edilebilirlik ve selüloz polimer⁵içinde gözenekleri mimarisi. Bir malzemenin toplam dielektrik tepkisi sistem içindeki tüm dipol momentlerinin vektör toplamıdır ve etkili orta teoriler^6,7kullanarak dielektrik spektroskopi ile ayırt edilebilir. Benzer şekilde, bir dielektrik malzemenin kapasitans kalınlığı ile ters orantılıdır; bu nedenle, rezonans kavite dielektrik spektroskopi kağıt^8,9,10gibi ultra ince film malzemelerin örnek-to-örnek kalınlığı çoğaltılabilirlik çalışması için idealdir. Ahşap ve selüloz ürünleri üzerinde dielektrik spektroskopi tekniklerinin kullanımı ile ilgili önemli bir çalışma gövdesi olmakla birlikte, bu çalışmaların kapsamı kağıt üretim sorunları ile sınırlı olmuştur^{11,12 ,13}. Biz nem ve mekanik özellikleri¹⁴ötesinde kağıt test etmek için RCDS uygulamasını göstermek için kağıt anizotropik doğa yararlanmış 14^,15,16 ve verimleri göstermek için ölçü yeteneği çalışmaları ve gerçek zamanlı istatistiksel süreç kontrolü (SPC) gibi kalite güvence tekniklerinde kullanılabilecek sayısal veriler. Yöntem aynı zamanda doğal adli yeteneklere sahiptir ve çevresel sürdürülebilirlik endişeleriyle nicel olarak yüzleşmek, ekonomik çıkarları desteklemek ve değiştirilmiş ve sahte belgeleri tespit etmek için kullanılabilir.

Rezonans kavitesi dielektrik spektroskopisi (RCDS) teorisi ve tekniği
RCDS birkaç dielektrik spektroskopi teknikleri mevcut^{biridir 17;} dielektrik spektroskopinin diğer yöntemlerine kıyasla temassız, tahribatsız ve deneysel olarak basit olduğu için özel olarak seçilmiştir. Kağıdın özelliklerini incelemek için kullanılan diğer analitik tekniklerin aksine, RCDS örnek sayfa^18’iniki tarafını hesaba katmak için yinelenen ölçüm kümelerine olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Rezonans mikrodalga kavite tekniği hem yüzeye hem de toplu iletkenliğe duyarlı olma avantajına sahiptir. Örneğin, bir numune malzemenin yüzey iletkenliği, bir numunenin hacim¹⁸ ile nicel korelasyon içinde inceleyerek kaviteye kademeli olarak sokularak boşluğun kalite faktöründeki (Q-Factor) bir değişikliğin izlenmesiyle belirlenir. ^,19,20. İletkenlik, yüzey iletkenliğinin numune kalınlığına bölünmesi ile elde edilebilir. Kağıt gibi ince, kaplamalı bir malzemenin yüzey iletkenliği, mut 18 , 19 , mut ^18,19, test altındaki bir malzemenin dielektrik profili için bir proxy olarak işlev görür, dielektrik kaybı ile doğru orantılı olduğu için , ε”, ²⁰– Dielektrik kaybı, bir elektrik alanı uygulandığında bir dielektrik malzeme tarafından ne kadar ısı nın dağıldığında niçin bir göstergesidir; daha fazla iletkenliğe sahip malzemeler, daha az iletken malzemelere göre daha yüksek dielektrik kayıp değerine sahip olacaktır.

Deneysel olarak, dielektrik kaybı, ε”, numunenin yüzeyi ile ilişkili kavite rezonans kalite faktörü (Q) (yani, enerji kaybı) azalma oranı elde edilir, örneğin artan hacmi ile¹⁹. Q, rezonans frekansı f, Q = Δ f/frezonans zirvesindeki rezonans tepenin 3 dB genişliğinden f rezonans frekansıf olarak belirlenir. Bu ilişki, aşağıdaki Denklem 1 tarafından verilen çizginin eğimi ile nicel olarak ilişkilidir ve numunenin Q-faktörünün boş boşluğun Q-faktöründen karşıtlığı arasındaki farkı temsil eder ve boş boşluğun hacmine eklenen numune ve satır kesme, b”, Şekil 1^19’dagösterildiği gibi, numunedeki tek düze olmayan alanı hesaplar.

(Denklem 1)

Bu makalede, lif türlerinin oranlarını (türleşme) belirleyerek, doğal ve yapay olarak yaşlanmış kağıtların göreceli yaşını belirleyerek ve beyaz ofis fotokopi makinesinin geri dönüştürülmüş lif içeriğini ölçerek bu tekniğin geniş yararını gösteriyoruz. kağıt analizleri. RCDS tekniği elektrik enerjisi cihazlarında kağıt yalıtımında yaşlanma sorunları gibi diğer konuların incelenmesi için uygun olabilirken, bu tür çalışmalar mevcut çalışmanın kapsamı dışında dır ancak gelecekte takip edilmesi ilginç olacaktır.