Porosimetria de Mercúrio para Caracterização de Papéis Especiais
1 Introdução
A porosimetria de mercúrio é uma técnica útil para a caracterização de uma grande variedade de papéis porosos revestidos e não revestidos, uma vez que pode fornecer informações estruturais como:
• distribuição do tamanho dos poros
• volume de poros
• percentagem de porosidade
• densidade aparente
A técnica de intrusão de mercúrio baseia-se no facto de um fluido não humectante, como o mercúrio, não penetrar nos poros (ou vazios) de um material poroso, a não ser que seja sujeito a uma pressão suficientemente grande para provocar a intrusão. A equação que rege este comportamento e a equação de trabalho na porosimetria do mercúrio é a equação de Washburn:
Em que d é o diâmetro do poro, γ é a tensão superficial do fluido de intrusão, θ é o ângulo de contacto formado pelo fluido de intrusão no sólido e P é a pressão aplicada ao fluido de intrusão. A tensão superficial do mercúrio é considerada uma constante e o ângulo de contacto formado pelo mercúrio numa vasta gama de sólidos demonstrou ser de aproximadamente 140 graus [1]. A equação de Washburn prevê a pressão necessária para introduzir um fluido não humectante, como o mercúrio, num poro de um determinado diâmetro. A técnica de intrusão de mercúrio utiliza esta relação para derivar informação sobre o tamanho dos poros e utiliza a variação de volume do mercúrio intrudido em pequenos intervalos de pressão (diâmetro) para derivar informação sobre a distribuição do tamanho dos poros.
A porosimetria de mercúrio pode fornecer informações valiosas sobre papéis especiais utilizados em aplicações de impressão. Propriedades como a dispersão da tinta, a penetração e a adsorção (capacidade de impressão) estão fortemente correlacionadas com a distribuição e o volume dos poros do papel e do revestimento do papel. Uma vez que o objetivo de muitos produtores e transformadores de papel é otimizar estas propriedades para uma aplicação de impressão específica, a porosimetria de mercúrio pode auxiliar no desenvolvimento de produtos.
2 Medição e Discussão
Uma série de papéis revestidos e não revestidos (base) foram analisados utilizando a série PoreMaster e as distribuições de tamanho de poro resultantes são apresentadas na Figura 1. A curva vermelha na Figura 1 mostra a distribuição do tamanho de poro da amostra de papel base. A distribuição é bimodal, com um pico centrado em 14,7 μm e outro pico centrado em 0,14 μm. A curva verde mostra a distribuição do tamanho dos poros resultante para o mesmo papel base após as etapas de revestimento e calandragem. A distribuição resultante é similarmente bimodal, mas deslocada para tamanhos de poros mais pequenos: um pico centrado em 1,5 μm e o outro em 0,11 μm. Estas curvas ilustram claramente a redução do tamanho dos poros como resultado do revestimento.
O volume total de poros associado aos poros na gama de tamanhos de 0,0036-950 μm foi também determinado experimentalmente. O papel base tinha um volume total de poros de 1,70 cm3/g e o papel revestido tinha um volume total de poros de 1,64 cm3/g (Figura 2). A Figura 2 mostra que os dois artigos apresentam volumes totais de poros semelhantes, como evidenciado pela aproximação de ambas as curvas ao mesmo volume normalizado. As duas amostras diferem muito na forma como este volume de poros está distribuído em poros de determinados tamanhos. A maior parte do volume total de poros do papel base está presente em poros superiores a 1 μm, enquanto a maior parte do volume total de poros do papel revestido está presente em poros inferiores a 1 μm.
Isto pode ser quantificado pelo tamanho médio dos poros (com base no volume), que, a partir das medições de porosimetria de mercúrio, foi de 7,5 μm para o papel base e de 0,12 μm para o papel revestido. Destes valores, conclui-se que 50% do volume total de poros do papel base foi encontrado em poros superiores a 7,5 μm, enquanto que apenas aproximadamente 10% do volume total de poros foi encontrado em poros superiores a 7,5 μm para o papel revestido. Estes dados mostram uma redução interessante no tamanho dos poros de um papel revestido em comparação com um não revestido, como exibido pela distribuição do tamanho dos poros da porosimetria de mercúrio (Figura 1), mas uma preservação do volume total dos poros (Figura 2) para estes dois papéis.
O volume total de poros associado aos poros na gama de tamanhos de 0,0036-950 μm foi também determinado experimentalmente. O papel base tinha um volume total de poros de 1,70 cm3/g e o papel revestido tinha um volume total de poros de 1,64 cm3/g (Figura 2). A Figura 2 mostra que os dois artigos apresentam volumes totais de poros semelhantes, como evidenciado pela aproximação de ambas as curvas ao mesmo volume normalizado. As duas amostras diferem muito na forma como este volume de poros está distribuído em poros de determinados tamanhos. A maior parte do volume total de poros do papel base está presente em poros superiores a 1 μm, enquanto a maior parte do volume total de poros do papel revestido está presente em poros inferiores a 1 μm.
Isto pode ser quantificado pelo tamanho médio dos poros (com base no volume), que, a partir das medições de porosimetria de mercúrio, foi de 7,5 μm para o papel base e de 0,12 μm para o papel revestido. Destes valores, conclui-se que 50% do volume total de poros do papel base foi encontrado em poros superiores a 7,5 μm, enquanto que apenas aproximadamente 10% do volume total de poros foi encontrado em poros superiores a 7,5 μm para o papel revestido. Estes dados mostram uma redução interessante no tamanho dos poros de um papel revestido em comparação com um não revestido, como exibido pela distribuição do tamanho dos poros da porosimetria de mercúrio (Figura 1), mas uma preservação do volume total dos poros (Figura 2) para estes dois papéis.
3 Conclusões
A capacidade de impressão dos papéis depende em parte da interação da tinta com a estrutura porosa do papel e do revestimento. Foi demonstrado que a sedimentação da tinta está fortemente correlacionada com o volume e o tamanho dos poros, tendo sido estabelecida uma relação semelhante entre a estrutura dos poros do papel utilizado na impressão e as suas propriedades ópticas e de impressão. Assim, a porosimetria de mercúrio é uma ferramenta útil para a caracterização de papéis revestidos utilizados em aplicações de impressão.
