CN102187201B - 确定淀粉的量 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于确定用在对纤维素产品表面施胶中的淀粉的量的方法和设备。在根据本发明的方案中，通过利用红外线光谱的发射方法使用纤维素的吸收波长来确定淀粉的量。在添加涂层之前和之后测量吸收值，由此根据这些吸收值之差来确定淀粉的量。

Description

确定淀粉的量
技术领域
本发明涉及一种用于确定用于对纤维素产品进行表面施胶的淀粉量的方法。
另外，本发明涉及一种用于确定用于对纤维素产品进行涂布的淀粉量的设备。
背景技术
在制造纤维素产品时，可通过使用所谓的表面施胶来影响产品的性能。在表面施胶时，纤维素产品的表面通过用水溶性聚合物(诸如淀粉)增添纤维间的结合而封闭以便提高强度性能，例如便于进一步处理和防止灰尘形成。在表面施胶时，淀粉通常以非常小的量(例如0.5-2g/m2)在纸的一侧或者两侧施加到纤维素产品的表面上。表面施胶通常用于例如高级纸张、要被涂布的原纸和纸板。
在确定材料的性质和组成时，通常使用的一种方法是基于分析辐射的光谱法。在光谱法中，被待测目标辐射、吸收或者反射的辐射可根据使用目的而被利用。对于不同的目的，可利用不同波长范围，例如红外线辐射和紫外线辐射，而且光谱法的部段相应地被称为红外线光谱(即IR光谱)和紫外线光谱(即UV光谱)。通常，纤维素产品的很多性质(诸如实际涂布的量)可特别地借助于例如在专利公开文献FI 115412中公开的IR光谱来测量。
在确定材料的组成时，可利用IR光谱，例如通过在若干个红外辐射的波长处测量辐射的吸收(即被材料吸收的辐射)。红外辐射的吸收率与取样中的吸收材料的浓度成比例，由各特定化学材料的共振频率引起的吸收峰值位于材料的特征波长处。因此，使用适当的波长能够确定纤维素产品的组成和例如水分。
然而，利用光谱确定淀粉量的问题在于：淀粉的吸收峰值位于与纤维素的吸收峰值基本相同的波长范围内，由此，利用光谱的传统施加方法通过直接测量吸收值来确定淀粉的量不成功。但是，在专利公开文献US5663565中公开了一个利用光谱确定用于波纹板的施胶层的淀粉基施胶(starch-based size)量的实例。在波纹板的层被施胶时，淀粉施胶仅仅涂敷在要被施胶的接触表面上的折皱端部处，而不是均匀地涂敷在整个产品表面上。在该公开文献的方法中，在被施胶所包含的水和/或淀粉的吸收波长范围内测量吸收值，在折皱的频率处振荡的信号部分与测量信号分离，同时过滤掉与除了施胶量之外的一些量相关的变化。然而，该方法不能用于在纤维素产品的表面上均匀涂敷淀粉的表面施胶中测量淀粉。此外，由于影响测量结果的很多因素，该方法测量的不精确性很大。
因此，实际上，利用现在的测量技术来充分且精确地测量淀粉的量几乎不可能。通常，除了上述提到的美国公开文献的方法之外的唯一可用的方法是干重差测量法，该干重差值测量法确定在添加表面施胶之前和在已经添加表面施胶之后的基重和水的重量之差，淀粉的量基于二者之差(即基于干重差)来确定。然而，这种方法同样存在问题，因为利用这种方法的测量误差甚至可能很容易使淀粉的量升高很大百分比，该淀粉的量通常与纤维素的量相比非常小。而且，该方法需要进行利用电离辐射的基重测量，电离辐射在进行表面施胶之前和之后具有可能的、同样已知的负面影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于确定要用于纤维素产品的表面施胶的淀粉量的新颖和改进的设备和方法。
根据本发明的方法的特征在于通过利用红外线光谱的发射方法来确定淀粉的量，以使得通过在添加淀粉之前使用纤维素的吸收波长范围来测量吸收值，通过在添加淀粉之后使用纤维素的吸收波长范围来测量吸收值，以及根据所述吸收值之差来确定淀粉的量。
根据本发明的设备的特征在于所述设备包括：以下述方式相对于纤维素材料布置的第一红外源和第一检测器，该方式为由第一红外源发射的辐射布置成在其被第一检测器接收之前经过纤维素材料至少一次，所述第一红外源和第一检测器布置在生产线上、在淀粉添加工位之前；以下述方式相对于纤维素材料布置的第二红外源和第二检测器，该方式为由第二红外源发射的辐射布置成在其被第二检测器接收之前经过纤维素材料至少一次，所述第二红外源和第二检测器布置在生产线上、在淀粉添加工位之后，所述红外源和检测器布置成利用红外线光谱的发射方法通过使用纤维素的波长范围来确定吸收值；以及控制装置，该控制装置布置成基于所述吸收值之差来确定淀粉的量。
本发明的构思在于：在根据本发明的方案中，例如用于纤维素产品的水分测量中的纤维素的吸收波长范围还用于通过在表面施胶之前和之后测量吸收值来测量用于表面施胶的淀粉量。
本发明的优点在于：与传统的测量方法相比，提供了显著提高的测量精度。本发明的第二显著的优点在于：利用根据本发明的方法，由于不必在表面施胶之前单独地测量纸的基重以进行干重差测量，所以使用电离辐射的一种测量设备可以是不必要的。
一个实施例的构思在于：大约2.11微米的纤维素吸收波长范围用于确定淀粉的量。
第二实施例的构思在于：用于确定淀粉的量的测量设备还用于纤维素产品的水分测量或者用于纤维素产品的其它参数测量。
第三实施例的构思在于：纤维素产品的水分测量使用与确定淀粉的量相同的测量装置。
第四实施例的构思在于：用于确定淀粉的量的测量设备还用于干重测量。通过下述方式来确定干重：通过使用与确定淀粉的量相同的测量装置来测量出纤维素产品的总基重和纤维素产品中水的重量，通过从总基重中减去水的重量来确定干重。
第五实施例的构思在于：淀粉确定方法用来确定要用于对总重为30-200g/m2纤维素产品进行表面施胶的淀粉。
第六实施例的构思在于：用于确定淀粉的量的测量设备还用于确定纤维素产品的灰分含量。在这种情况下，通过下述方式来确定灰分含量：确定纤维素产品的干重，通过利用红外线光谱的发射方法来确定纤维素部分(proportion of the cellulose)，根据干重与纤维素部分之差来确定灰分含量。
附图说明
在附图中更详细地说明了本发明的一些实施例，附图中：
图1示意性地显示出一种根据本发明的用于测量淀粉的量的设备；
图2示意性地显示出纤维素产品的在红外波长范围内的吸收光谱的一部分；
图3示意性地显示出图2的光谱在对纤维素产品进行涂布之前和之后的细节；
为了清楚起见，本发明的实施例在附图中简化显示。在附图中相似的部件用相同的附图标记表示。
具体实施方式
图1通过示意性显示进行纤维素表面施胶的纤维素生产线的一部分的细节以及与测量相关的相关装置来示意性地显示出一种与纤维素产品(比如纸或纸板)的表面施胶相关的典型测量设备。在根据该图的设备中，淀粉4利用已知技术(诸如膜转移技术)例如借助于一个或多个辊3(诸如膜转移辊)被施加到纤维素产品2的表面。在根据该图的实施例中，淀粉被施加到纤维素产品两侧的表面上，但是在不同的实施例中，淀粉还可仅仅添加到一侧上。在表面施胶之后，纤维素产品通常在干燥部件中干燥，这使淀粉的施胶性质得以显示。
在图1中，纤维素产品2沿着箭头C的方向在生产线上运动。通常，纤维素产品在其上进行表面施胶的生产线包括：在施胶工位之前的测量波束1a和在施胶工位之后的测量1b；和定位成与施胶工位相连的干燥部件13。测量信号从测量波束1a和1b传输至同样已知的控制装置14(在控制装置中可例如通过对信号进行放大、过滤、转换和/或分析的各种方式来处理信号)。在根据现有技术的应用中，测量波束1a和1b已经例如用于利用光谱进行水分和基重测量。
在根据现有技术的方案中，如先前提到的，淀粉的量通常通过在表面施胶之前和之后测量纤维素产品的基重和水分来确定。可能将干重计算为基重与水的重量之差，而淀粉的量可确定为在添加表面施胶之后的干重与在添加表面施胶之前的干重之差。然而，与通常小量的要被添加的基于淀粉的表面施胶相比，该测量方式的不确定性是相当大的。
通常，由于使用β辐射通常提供相当可靠的基重确定，而无需考虑要被测量的材料的组成，所以不同的材料以几乎相同的方式吸收β辐射，因此电离β(beta)辐射已经用于确定基重。因此，β辐射从β辐射源17a、17b发射，辐射的一部分被纤维素材料吸收。穿透纤维素材料的辐射部分被接收器18a、18b接收。基于被纤维素材料吸收的辐射的量，可确定材料的基重。
通常，水的重量相应地已经通过利用水分测量装置来确定，其通常基于通过利用IR光谱(红外线光谱)来确定水和纤维素的量。因此，水和纤维素的吸收值通过从辐射源15a、15b发射IR辐射并且通过借助于检测器16a、16b接收透过要被测量的材料的辐射来确定。被材料中的水和纤维素吸收的辐射的吸收值因而在对应于水和纤维素的吸收峰值的波长范围内的位置处确定。此后，水分可通过利用水的吸收值与纤维素纤维的吸收值之比来确定。除了干重测量之外，在表面施胶之前进行的水分测量通常还用于控制造纸机器的初始干燥。
在根据本发明的方案中，淀粉的量可借助于吸收光谱根据纤维素和淀粉共同的吸收峰值的波长范围而直接确定，而不需要进行干重测量，随后在图3中将进行详细解释。因此，在根据本发明的方案中，可省略在图1中以虚线显示的β辐射源17a和接收器18a，这是因为在这种情况下，通常不需要在表面施胶之前测量总基重。
在本发明的实施例中，上述提到的测量波束1a和1b和已经用于其它测量的波长范围还可优选地用于利用在图2和3中更详细地解释的方法来确定淀粉的量。如果期望的话，还可利用用于该目的的单独的测量装置进行测量。
图2示意性示出了在红外线波长范围内的纤维素产品的吸收光谱的一部分，光谱例如利用图1所示的测量设备形成。在该图中，y轴5表示辐射的吸收，即吸收率，x轴6表示波长。该图中的附图标记7a表示被测材料(在这种情况下是纤维素产品)的利用发射方法形成的吸收光谱；换句话说，它表示在每个波长范围内通过材料时辐射有多少已经被吸收。在虚线8处的吸收峰值(大约1.45微米的波长)和在虚线10处的吸收峰值(大约1.9微米的波长)是水的吸收峰值。在该图中由虚线9表示的大约1.8微米的波长处的吸收值可常常在纤维素产品的这些类型的测量中用作参考值，其中测量目标所包含的组分不具有特定吸收带。而在虚线11处，即在大约2.11微米的波长处，存在纤维素和淀粉的吸收值，这用于根据本发明来确定淀粉的量(在图3中更详细地示出)。还应注意的是图2和3所示的吸收峰值仅用于对本发明进行说明，它们的目的不对应于任何纤维素材料的吸收光谱。
图3示出了图2所示的纤维素产品在虚线11处(即在大约2.11微米的波长处，即纤维素和淀粉的吸收峰值)的吸收光谱的一部分。与图2不同的是，图3既示出了基于表面施胶之前的测量的吸收光谱7a(即在图1的实施例中的测量波束1a处)又示出了基于表面施胶之后的测量的吸收光谱7b(即在图1的实施例中的测量波束1b处)。
实际上，在测量光束1a、1b中例如以下述方式利用辐射方法进行吸收光谱的确定，所述方式例如为使第一红外线光源15a和第二红外线光源15b的辐射利用旋转过滤盘被分成不同波长，以及例如辐射例如借助于镜面被引导经过在生产线上运动的、要被测量的纤维素材料一次或更多次。用被称为第一检测器16a和第二检测器16b的检测器接收已经透过纤维素材料的辐射，所获得的信号通过同样已知的方法用控制装置14进行处理以便将吸收光谱转换成可被测量的吸收值。
在根据本发明的方案中，根据图3的吸收光谱7a可按上述方式通过在淀粉添加工位之前在生产线上的测量波束1a处布置第一红外线光源15a和第一检测器16a来确定。而吸收光谱7b可通过在淀粉添加工位之后在生产线上的测量波束1b处布置第二红外线光源15b和第二检测器16b来确定。因而，纤维素的量可基于大约2.11微米的波长处(即在纤维素和淀粉的吸收峰值处)由材料所产生的红外辐射的吸收根据在测量波束1a处(即在对纤维素产品添加表面施胶之前)的吸收光谱7a来确定。而从吸收光谱7b可确定在添加表面施胶之后的纤维素和淀粉的总量，这是因为纤维素和淀粉的吸收值在波长11位置处对于它们来说共同的吸收峰值处累加在一起。随后，可基于波长11处的吸收值7a、7b之差12来确定淀粉的量。由于新测量装置具有提高的测量精确性并且由于减少了对于确定淀粉的量所需的并且会增大测量不确定性的单独测量设备的数量，根据本发明的方案在测量淀粉的量时使得测量的不确定性显著降低。该确定方法的优点对于进行印刷具有30至200g/m2总重量的纸产品尤其突出。
在本发明的实施例中，确定吸收光谱不必在较宽的波长范围内进行。在不同的实施例中，材料的吸收值可在添加淀粉之前和之后在特定波长处直接确定，之后添加的淀粉的量可基于这些吸收值之差来确定。
在本发明的实施例中，用于确定淀粉的量的测量装置可优选地还用于确定纤维素产品的灰分含量。在这种情况下，首先确定总基重和水的重量，然后通过从总基重中减去水的重量来确定干重。红外线测量用于测量纤维素部分(以及如果在表面施胶之后进行测量的话，测量淀粉部分)，灰分含量利用公式AW＝OD-CeW来确定，其中AW是灰分重量，OD是干重，以及CeW是纤维素的重量。百分比的灰分含量(ASH％)可利用公式ASH％＝(AW/OD)＊100计算出。
在根据本发明的方案中，淀粉的量可利用这种测量装置并且通过使用经常已经用于利用表面施胶的纤维素产品生产线上的这种波长范围来确定。因此，对于进行这种确定来说，不需要单独的测量装置。除非在添加表面施胶之前的基重测量需要用于其它目的，在根据本发明的方案可消除使用离子辐射的一种测量装置。相对照地，根据本发明的方案可利用通常与水分测量共用的测量装置，这在表面施胶之前和之后、在任何情况下通常是必要的。
在一些情况下，在本申请中公开的特征在不考虑其它特征的情况下可同样地使用。另一方面，在本申请中公开的特征在需要时可进行组合以形成不同组合。例如可在没有同时确定淀粉的量的情况下确定灰分含量。
附图和相关描述仅用于说明本发明的构思。本发明的细节可在权利要求书的范围内改变。

Claims (12)

1.一种用于确定用在对纤维素产品进行表面施胶中的淀粉的量的方法，其特征在于，通过以下方式使用利用红外线光谱的发射方法来确定淀粉的量：在添加淀粉之前使用纤维素的吸收波长范围来测量吸收值（7a），在添加淀粉之后使用纤维素的吸收波长范围来测量吸收值（7b），根据所述吸收值（7a、7b）之差来确定淀粉的量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用大约2.11微米的波长范围来确定淀粉的量。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使用与确定淀粉的量相同的测量装置来测量纤维素产品的水分。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下述方式来确定纤维素产品的干重：测量出纤维素产品的总基重，通过使用与确定淀粉的量相同的测量装置来测量纤维素产品中水的重量，通过从总基重中减去水的重量来确定干重。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，纤维素产品的总重为30-200g/m2。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过下述方式来确定纤维素产品的灰分含量：确定纤维素产品的干重，通过利用红外线光谱的发射方法来确定纤维素部分，根据干重与纤维素部分之差来确定灰分含量。
7.一种用于确定用在对纤维素产品涂布中的淀粉的量的设备，其特征在于，所述设备包括：以下述方式相对于纤维素材料布置的第一红外源（15a）和第一检测器（16a），该方式为使由第一红外源（15a）发射的辐射布置成在其被第一检测器（16a）接收之前经过纤维素材料至少一次，所述第一红外源（15a）和第一检测器（16a）布置在生产线上、在淀粉添加工位之前；以下述方式相对于纤维素材料布置的第二红外源（15b）和第二检测器（16b），该方式为使由第二红外源（15b）发射的辐射布置成在其被第二检测器（16b）接收之前经过纤维素材料至少一次，所述第二红外源（15b）和第二检测器（16b）布置在生产线上、在淀粉添加工位之后，所述第一红外源（15a）、第二红外源（15b）、第一检测器（16a）和第二检测器（16b）布置成通过利用红外线光谱的发射方法使用纤维素的吸收波长范围来确定吸收值（7a、7b）；以及控制装置（14），该控制装置布置成基于所述吸收值（7a、7b）之差来确定淀粉的量。
8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述装置布置成使用大约2.11微米的波长范围来确定淀粉的量。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，用于确定淀粉的量的测量装置还布置成用于纤维素产品的水分测量或者用于纤维素产品的其它参数测量。
10.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，用于确定淀粉的量的测量装置还布置成用于干重测量。
11.根据权利要求7-10中任一项所述的设备，其特征在于，纤维素产品的总重为30-200g/m2。
12.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，用于确定淀粉的量的测量装置还布置成用于确定纤维素产品的灰分含量。
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