Adaptacja metod analizy kinetyki reakcji w fazie stałej do weryfikacji i modyfikacji modelu procesu starzenia papieru

• Autorzy: Gonera Henryk , Dąbrowski Józef

Identyfikatory

DOI

10.15199/54.2019.12.1

Warianty tytułu

EN

An adaptation of analysis methods used for reaction kinetics in solids to verifying and modifying a model for the paper ageing process

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Wyjaśniono rolę wilgotności powietrza w procesie termicznie przyśpieszonego starzenia się papieru, wykorzystując przekształcenie wcześniej opracowanego modelu (ZFT) fizykochemicznego mechanizmu spadku retencji oporu przedarcia papieru (YFT) w model jego kinetyki (Z FT - ln(t)). Weryfikacji i modyfikacji tego modelu dokonano kierując się zarówno zasadami badań kinetyki przemian fizykochemicznych w ciele stałym i posługując się statystycznymi metodami analizy regresji wielu zmiennych zastosowanymi do danych literaturowych - opublikowanych przez NBS i CCI - z wynikami badań starzenia papierów w atmosferze opisywanej za pomocą temperatury i wilgotności. Stwierdzono, że para wodna przyśpiesza proces starzenia papieru głównie jako nośnik energii. Model nie ma charakteru uniwersalnego ale może służyć do praktycznego szacowania trwałości określonej partii papieru jako produktu technicznego przeznaczonego do trwałego zachowania, a nie jako materiału wzorcowego.

EN

The role of air humidity in the process of thermally accelerated paper ageing is explained using the transformation of the previously developed model (ZFT) of the physicochemical mechanism for decrease in retention of its tear resistance (YFT) into the model of its kinetics (ZFT - ln(t)). The verification of this model was carried out using both the reaction kinetics function occurring in a solid under the influence of thermal stimulation and following statistical methods of regression analysis of many variables applied to literature data - published by NBS and CCI - presenting the results of ageing tests in the atmosphere described by temperature and humidity. It was found that water vapour accelerates the ageing process of paper mainly as an energy carrier. The model is not universal, but it can be used for practical estimation of the durability of a specific batch of paper as a technical product intended for permanent preservation, and not as a reference material.

Słowa kluczowe

PL

starzenie się papieru; test przyspieszonego starzenia papieru; wpływ temperatury; wpływ wilgotności; model mechanizmu; modele kinetyki; szacowanie parametrów; stosowanie prognoz

EN

ageing paper; accelerated paper ageing test; effect of temperature; effects of humidity; mechanism model; kinetics model; estimation of parameters; application of forecasts

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Papierniczy
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 12
• Strony: 761--766
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz.

Twórcy

autor

Gonera Henryk

autor

Dąbrowski Józef

Bibliografia

• 1. Batten G.L., Nissan A.H. 1987. “Unified theory of the mechanical properties of paper and others H-bond-dominated solids”. Tappi J. 70 Part I (9): 119-123, Part III (11): 37-140.
• 2. Batterham I., Rai R. 2008. „A comparison of artificial ageing with 27 years of natural ageing". 2008 AICCM Book, Paper and Photographic Materials Symposium, pp. 81-89.
• 3. Begin P. L., Kamińska E. 2002. „Thermal Accelerated Ageing Test Method Development”. Restaurator 23 (2): 89-105.
• 4. Bretsznajder S.1956. „Issues in the design of chemical industry processes”. Vol. 1 „Mathematical elaboration of experimental results and measurements” (in Polish). PWT Warszawa 1956, pp. 112-155.
• 5. Calculator for air humidity and temperature (in Polish), www.termo-higrometr.pl/kalkulator/RH
• 6. Gonera H., Dąbrowski J. 2008. „ A thermodynamic approach to the ageing process of paper, II. Studies on the influence of parameters for artificial thermal ageing of paper on its tear resistance” (in Polish). Przegląd Papierniczy 64 (2): 97-102.
• 7. Gonera H., Dąbrowski J. 2015. „Generalisation of the stability reduction model for mechanical and optical properties of paper based on the results gained in its accelerated thermal ageing”. Nordic Pulp & Paper Research J. 30 (2): 272-285.
• 8. Gonera H., Dąbrowski J. 2017. „Verifying the developed stability prediction model for the retention of tear strength in paper during the process of its natural or thermally accelerated ageing, and extending applications of the model”. Lodz, June 2017. Manuscript unpublished.
• 9. Graminski E.L., Parks E.J., Joth E.E. 1978. „The Effects of Temperature on the Accelerated Aging of Paper”. National Archives and Records Service, Washington, D.C. 20408, (1978).
• 10. Hirn U., Schennach R. 2015. „Comprehensive analyses of individual pulp fiber bonds quantifies the mechanisms of fiber bonding in paper”. Scientific Reports 5,10503; doi: 10.1038/srep10503:1-9.
• 11. Khawam A., Flanagan D.R. 2006. „Solid-State Kinetic Models: Basics and Mathematical Fundamentals”. The Journal of Physical Chemistry В 110 (30): 17315-17328.
• 12. Nissan A.H., Sternstein S.S. 1964. „Cellulose-Fiber Bonding". Tappi J. 47(1): 3-6.
• 13. Nissan A.H. 1976. ,,H-Bond Dissociation in Hydrogen Bond Dominated Solids”. Macromolecules 9 (5): 840-850.
• 14. Simpson W. 1980. „Sorption Theories Applied to Wood”. Wood and Fiber 12 (3): 183-195.
• 15. StatSoft. „Central Composite and Non-Factorial Response Surface Designs”. Electronic Statistics Textbook. StatSoft, Inc. Tulsa OK,USA. http//www.statsoft.com/textbook/experimental-design.
• 16. The Engineering ToolBox. www.engineeringtoolbox.com/enthalpy-moist-air-d_683.html.
• 17. Vyazovkin S., Wight Ch.A. 1998. „Isothermal and non-isothermal kinetics of thermally stimulated reactions of solids”. International Reviews in Physical Chemistry 17 (3): 407-433.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).