CN103237941A

CN103237941A - 基底的火焰处理

Info

Publication number: CN103237941A
Application number: CN2011800566019A
Authority: CN
Inventors: 安德斯·桑德斯特伦
Original assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Current assignee: Tetra Laval Holdings and Finance SA
Priority date: 2010-12-29
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-08-07
Also published as: MX341340B; JP2014504657A; EP2659065B1; BR112013013578A2; WO2012089611A2; US20130280412A1; RU2582135C2; MX2013007312A; EP2659065A2; JP5996551B2; ZA201304628B; WO2012089611A3; RU2013134988A

Abstract

本发明涉及一种用于控制基底的火焰处理的方法和系统。

Description

基底的火焰处理

技术领域

本发明总体上涉及用火焰来进行基底（例如纸、纸板或纸板箱（carton））的处理的领域。

发明背景

本发明涉及基底（例如纸、纸板或纸板箱）的火焰处理。基底经过火焰处理，其表面氧化，使得其极性更强。燃烧化学涉及混合燃料与氧气（例如丙烷和空气）并且提供点火。燃料化学实际上不仅是一项反应而是多项反应。所述火焰包含多种反应物质，如羟基自由基、羰基自由基、羧基自由基、氧原子和离子等。这些反应物质被用于增加基底的表面能量和改进粘附性。所述火焰还加热和干燥基底，这也能改进对于塑料材料的粘附性。许多的因素影响结果，例如燃料和空气（氧气）的混合。通常燃料处理装置包含分析器以控制空气和燃料的混合。空气和燃料的混合对于获得具有可重复的特性的火焰很重要，为了获得对于基底的均匀处理，可重复的特性是想得到的。

基底应该离火焰一段合适的距离以获得期望的处理。图1是从燃烧器(1)中产生的火焰(2)的示意图。通常，在简易方法中，火焰可以被限定为包括两部分：外部部分(2)和内部部分(3)。火焰的温度在火焰的各处不是一致的，并且通常认为内部部分(3)的边缘具有最高的温度。在常规的火焰处理中，基底(5)应该被安排获得充分的处理，充分是指火焰和基底之间的位置关系在预设的界限(6)内时。为了获得这种位置关系，操作员视觉上观察火焰并安排燃烧器以获得内部部分(3)的边缘和基底之间期望的距离。因此，调整是依赖于操作员的，并且通常视觉上判断火焰的什么部分适合放置基底是不容易的。对于视觉调整，可重复性是个问题。

此外，还有关于火焰的目测的安全方面。存在安排基底太靠近内部部分(3)的边缘的缺点。还存在安排基底太过远离火焰具有最高温度的部分的缺点。无论哪种情况都不可能获得充分的处理。因此，需要控制火焰以获得对基底的充分处理的方法和/系统。

发明内容

本发明的一个目的是控制基底的火焰处理。一个目标是安排适于火焰处理的基底以获得充分的基底处理。一个目的是在连续过程中，即在基底是连续不断地移动的卷状材料（如纸卷、纸板箱卷或纸板卷）的过程中，提供充分的处理。

本发明的目的通过一种通过控制基底的火焰处理优化粘附的方法来达到，在该处理中，自燃烧器发出的火焰被施加到基底，所述方法包括：控制充填入燃烧器的燃料和空气的质量流量，通过使用火焰分析器监测从火焰发出的自由基辐射获得自由基辐射数据，处理自由基辐射数据，比较获得的自由基辐射数据与数据库的自由基辐射数据，并且输出比较结果。

一个目的通过以上所述的方法达到并且其中当获得的自由基辐射数据偏离数据库中的自由基辐射数据时，产生错误信号。

通过进一步包括当获得的自由基辐射数据偏离数据库中的自由基辐射数据时，调整：填充入燃烧器的燃料和/或空气的质量流量、燃烧器与基底之间的相对角度、以及燃烧器和基底之间的距离中的至少一个来实现一个目的。

本发明的一个目的通过一种系统实现，所述系统用于控制基底的火焰处理，所述系统包括燃烧器、火焰分析器，所述火焰分析器包括相机和滤波器，其中所述火焰分析器被安排来监测自火焰发出的自由基辐射。

附图说明

本发明如上所述以及其他的目标、特征和优势，将参考附图，通过下面对本发明的优选实施例的说明性和非限制性的具体描述获得更好的理解，其中：

图1是火焰的示意图。

图2是本发明的系统的示意图。

具体实施方式

影响基底的火焰处理的因素有很多。一些重要的参数是气流量、气体种类、燃料混合物（燃料和氧气（例如空气）的混合）、燃烧器和基底之间的距离、燃烧器和基底之间的角度以及卷状基底的速度。自然地，优选这些参数中的大多都保持恒定，但是通常由于例如影响气流量的燃烧器喷嘴的堵塞、燃料混合物的变化以及线速度（传送基底的线速度）的变化等原因，这是不可能的。根据本发明，可以使用任何燃料和不同的兼容燃料的混合物，其中非限制性地举例为天然气、液化气（LPG）和甲烷。燃料混合物通常是一种或多种燃料和氧气的混合。空气经常用作氧气源并且空气-燃料比通常以过剩燃烧空气的百分比表示。例如，15%的过剩燃烧空气指的是使用了超过所需的化学计量空气的15%。根据本发明，过剩氧气通常在约-5%到+5%之间。气流量通常在5-50m³之间。其他影响基底处理的参数是燃烧器和基底间的距离、以及燃烧器和基底间的角度。根据本发明，燃烧器和基底间的角度通常约为90°。不过，角度也可以是在60°-120°区间内的任何一个。如前文和权利要求所述，本发明涉及一种用于控制基底的火焰处理的方法，在该处理中将从燃烧器中发出的火焰施加到基底，所述方法包括控制充填入燃烧器的燃料和空气的质量流量、使用火焰分析器监测火焰的自由基辐射，其中火焰的一部分和基底间的位置关系可以被推断。

此外，本发明涉及用于控制基底的火焰处理的系统，所述系统包括燃烧器；火焰分析器，所述火焰分析器包括相机和滤波器，其中所述火焰分析器被安排用于检测由火焰发出的自由基辐射。

根据本发明，自由基辐射数据的限度是通过测量火焰的自由基辐射（即强度）和比较辐射与得到的处理（即是否获得合意的粘附力和表面张力）来确定的。因此当获得合意的基底处理时，能够确定自由基辐射的下限和上限。一种确定自由基辐射限度的方式是使用实验设计(DoE)方法，所述方法具有作为基底响应的表面张力和粘附力。所述实验包括改变气流量、空气/气体混合物以及燃烧器和基底间的距离。所述实验的结果是确定当获得合意的基底处理时的上限和下限。所获得的限度被用于生成数据库，其被用于比较获得的自由基辐射数据与数据库中的自由基辐射数据，并且通过测量自由基辐射并与数据库比较，能够获得合意的基底处理。

如前所述，将获得的自由基辐射数据（其例如涉及火焰的位置的自由基的强度）与数据库中的值进行比较，并且当获得不合意的偏差时，这一数据被输出以让操作员采取行动。可选择地，可采取额外的步骤调整下列项中的至少一项：充填入燃烧器的燃料和/或空气的质量流量、燃烧器和基底间的相对角度、以及燃烧器和基底间的距离。通常，不合意的偏差大约是大于20%，比如大于10%、大于5%、大于1%的偏差。

自由基辐射是火焰中的自由基浓度的测量结果，并且因此所述限度涉及当获得合意的基底处理时的自由基的浓度。当自由基被从羟基自由基中选择时，最大的羟基自由基强度发生在靠近最大火焰温度位置处。羟基自由基因此适合用于本发明，并且如下所述，羟基自由基(OH自由基)浓度适合在约310纳米时测量，此时其他自由基的干扰在可接受程度内。也有可能获得限定自火焰发出的自由基辐射的形状和外形的接受方程式（acceptanceequation）。从而发现羟基自由基对处理后的基底的表面氧化程度有影响。可以在整个火焰或火焰的选择部分监测自由基辐射。一个例子是测量靠近基底或者甚至包括火焰碰撞基底的部分的自由基辐射强度。监测火焰碰撞基底的部分也是有利的，因为可以获得改进的对基底边缘的监测。火焰分析器可仅分析部分的获得的信息。

此外，本发明的优选但不是必须的是，当监测自由基辐射时避免干扰光。基于这个原因，监测以紫外波段(λ=10-400nm)发射的自由基也许是有利的，因为常规上在表面处理装置中是没有紫外辐射源的。本发明的一个实施例涉及监测一个或多个，例如二个、三个或四个自由基辐射。例如，羟基自由基的辐射可与监测CN自由基辐射和/或CH自由基辐射联合。本发明的系统被用于反映在火焰处理参数的不同设置过程中的测试的火焰特性。通过这些测量结果，将导致基底和挤压到基底的塑料膜或材料之间的表面张力和/或粘附力的火焰特性关联于设定表面张力或粘附力的规格。测量自由基的辐射使得关联何种程度的会导致基底与挤压在基底上的膜或材料间的合意的粘附力或表面张力的自由基辐射成为可能。基于所述确定，可以设置自由基辐射的限度。基底与挤压在基底上的膜或材料间的粘附力通常由胶带测试或通过使用诸如以

商标市售的测试仪器来确定。粘附力测试是那些常规使用的并且足够的粘附力是在本领域技术人员诸如通过使用胶带测试来确定的能力范围内的。使用仪器的测量是根据ISO8510-2使用180°、速度50mm/min和15mm范本宽度来进行。充分的处理被认为是在高于10N/m，例如高于30N/m。

如上所述自由基辐射是由火焰分析器完成的，在一个实施例中所述火焰分析器至少包括相机，例如具有至少一个图像传感器的相机，所述图像传感器探测紫外(UV)波段中的光，所述相机例如是电荷耦合器件(CCD)相机。

合适的相机为市售Princeton Instruments l-Max相机、SVS-Vistek相机、AVT-Stingray相机以及AVT-Prosilca相机，配有CCD紫外传感器。所述相机如需要也可配有一个或多个仅允许某波长的光通过的滤波器。

自由基辐射通常存在于窄波长区域，并且因此可通过在探测器前使用合适的滤波器来选择特定的自由基。用于这一目的的合适的滤波器为带通滤波器，其传输窄波长区域的辐射。带通滤波器是由其“中心波长”（其对应于最大透射率的传输区间或波长的中心），以及滤波器的“带通区域”（其对应于传输区间的宽度）来限定。“半峰全宽（FWHM）”性质被很好地建立并且也可用于带通区域的量化。

可从许多自由基中测量自由基辐射，但一些适合的自由基例如是NH,OH,CN,C2和CH自由基。自由基发射不同波长的光并且，如果测量到多于一个自由基辐射，可获得补充信息。NH自由基在330-340nm区域发射并且适合的滤波器是Asahi XBPA340，其在约340nm具有最大透射率并且FWHM为10nm;OH自由基在281-343nm区域发射并且适合的滤波器是Asahi XBPA310，其在约310nm具有最大透射率并且FWHM为10nm;CN自由基在380-390nm区域发射并且适合的滤波器是Asahi XBPA390，其在约390nm具有最大透射率并且FWHM为10nm；C2自由基在470-564nm区域发射并且适合的滤波器是Asahi XBPA520，其在约520nm具有最大透射率并且FWHM为10nm；CH自由基在390-440nm区域发射并且适合的滤波器是Asahi XBPA430，其在约430nm具有最大透射率并且FWHM为10nm。其他适合的滤波器由Princeton Instruments公司出售。

在一个实施例中，本发明的方法和系统中是OH自由基被控制，并且因此滤波器优选为具有310±5nm的λ_max，例如在大约310nm具有最大透射率并且FWHM在10nm的Asahi XBPA310适合被使用。

火焰分析器包括上述的相机和滤波器以及处理单元。所述处理单元分析通过相机得到的图像并且发出警报和/或控制信号。所述相机可以拍下整个火焰处理区域，也可以拍火焰处理区域的一部分，然后拍火焰处理区域的下一部分，直到得到覆盖整个区域的图片。也可以让相机只聚焦在火焰处理区域的一个区域（即火焰的特定部分），但某些方面优选使用全火焰处理区域（即集合单张图片拼成一张完整的火焰的图片）。所述相机优选每时间单位可拍多张图像，例如在1-10秒内可拍2-200张图像。

所述散发火焰的燃烧器可以是任意适合的燃烧器，但优选燃烧器的尺寸与它要处理的基底有关，即，卷材基底的宽度与火焰的宽度相对应。根据本发明，也可使用燃烧器散发一个或多个火焰。火焰可以是任意类型但通常考虑使用较长类型的火焰。然而，也可使用较短类型的火焰，例如最多约10mm。也可使用一个或多个从一个或多个燃烧器中产生的火焰，例如，堆叠的火焰。在某些方面，当在比较大的区域同时进行处理时，堆叠火焰是有利的，并且使用堆叠火焰可改进处理。在一个实施例中，火焰的宽度大约与待处理的卷状基底的宽度相同。

处理单元可用于评估自由基辐射的许多效应；例如火焰的波动（即随着时间变化而产生的脉冲）、火焰的平顺程度（即火焰在整个火焰处理区域的一致性）、火焰形状和燃烧器位置。所述处理单元因此使用图像分析来确定自由基辐射是否在限度内。在本发明的一个实施例中，一个或多个火焰方向（从燃烧器到基底）的图像的强度分布可看做预先确定的曲线。从而根据临界处理参数的当前生产设置，可以确定相对于基底的燃烧器位置是否合意。

当一个或多个预定标准超出限度时，火焰分析器可产生警报。所述警报可以是绝对警报或相对警报。绝对警报是当一个或多个预定标准没有满足时产生。相对警报是例如当自由基辐射的强度随着时间流逝而降低所发出的警报。可选地，相对警报可当在处理区域有不合意的改变时产生。所述警报可以任何合适的警报类型产生。

在一个实施例中，火焰分析器产生信号代替警报或对警报进行补充。所述信号被传送到合适的装置，所述装置用于更改自由基辐射的标准。所述装置例如是调节燃料混合物和/或气体流速的装置。其他例如是优选通过倾斜燃烧器调节燃烧器和基底间角度的装置；以及优选通过调整燃烧器调节燃烧器和基底间距离的装置。

在本发明的一个实施例中，火焰分析器产生信号并且可选择地产生警报至调节燃烧器与基底间距离的装置。在一个实施例中，所述火焰分析器仅产生警报，并且燃烧器与基底间的距离通过手动调整。手动或自动的调整应该是在调整后能获得由火焰分析器确定的合意的自由基辐射；否则所述调整过程不断重复直到自由基辐射在限度内为止。

在一个实施例中，所述火焰分析器进一步包括用于显示系统的信息的输出装置。可以显示在输出装置的非限制性的信息是图像、警报、控制信号和系统的全部状态。

本发明的基底，在一个实施例中，是纸、纸板或纸板箱，例如卷状的纸、纸板或纸板箱。

在一个实施例中，基底是塑料膜，例如多层膜或拉伸膜如定向膜，如单轴或双轴定向膜，如BOPP膜。

此处及后附权利要求所限定的本发明，因为手动调整燃烧器和基底之间距离不需要目检火焰，从而总体上改善了操作员的安全。火焰因此可以对操作员隐藏起来。

此外，本发明改善了通过火焰处理基底的工艺控制。该控制得到了改善，并且因此使得基底与挤压在基底上的其它材料之间的粘附性得到改善和优化。本发明还提供了一种根据预定的规格控制火焰处理的配置的方法，并且促进了该控制。本发明还确保了在不同的生产基地配置性能的一致性，并且因此改善了所述控制以及最终材料的规格，而不管其生产位置是在哪里。本发明使得在基本上整个基底的表面上有足够的粘附性。

根据一个实施例，本发明涉及用于层压处理（诸如挤压层压处理）中的纸、纸板或硬纸板的处理，以制备适于制备包装件的材料。所述包装件在食品或乳制品填充设备中使用，诸如无菌包装。

在一个实施例中，本发明被用于纸或纸板或硬纸板被层压成包装层压板的转化线（converting line），所述包装层压板用作液体食物的一次性包装容器。一种经常出现的这样的包装容器市售商标为Tetra Brik

且主要用于在长期环境储存条件下出售的液体食品（如牛奶、果汁等）的无菌包装。

本发明主要描述了上述一些实施例。然而，本领域技术人员可以很容易地明白，其他本发明前文未披露的实施方式也在如下面的权利要求所限定的本发明的范围内。

图2公开了本发明所述的系统的示意图。所述系统披露了燃烧器(1)，火焰(2)从所述燃烧器发出。所述火焰碰撞待处理的基底(3)。所述基底(3)被安排在离所述基底(1)的一段可变的距离内。所述距离(4)通过使用火焰分析器监测火焰(2)的自由基辐射来获得，所述火焰分析器在图2中包括具有滤波器(6)的相机(5)和处理单元(7)，处理单元(7)如计算机，处理单元(7)可以是集成在相机内或者是单独的元件。处理单元(7)使用火焰分析器接收到的信息来确定自由基辐射是否处于预定限度内。所述火焰分析器也可包括输出装置(8)，例如监视器或打印机。所述火焰分析器被安排监测（9）火焰的至少一部分。所述限度可被用来产生警报以废弃未充分处理的基底。此外，基底(3)和燃烧器(1)之间的所述距离(4)可手动或自动调整，直到自由基辐射在限度内。这样的调整使得基底能够得到充分处理。

Claims

1.一种通过控制基底的火焰处理优化粘附的方法，在该处理中，自燃烧器发出的火焰被施加到基底，所述方法包括：

控制充填入燃烧器的燃料和空气的质量流量，

通过使用火焰分析器监测自火焰发出的自由基辐射获得自由基辐射数据，

处理所述自由基辐射数据，

比较所获得的所述自由基辐射数据与数据库的自由基辐射数据，并且

输出比较结果。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述火焰分析器使用非侵入式检测技术。

3.根据权利要求1至2所述的方法，其中，当所获得的所述自由基辐射数据偏离所述数据库中的所述自由基辐射数据时，输出的结果是产生错误信号。

4.根据前述任一权利要求所述的方法，进一步包括，当所获得的所述自由基辐射数据偏离所述数据库中的所述自由基辐射数据时，调整下述项中的至少一项：

填充入所述燃烧器的所述燃料和/或空气的质量流量，

所述燃烧器与所述基底之间的相对角度，以及

所述燃烧器和所述基底之间的距离。

5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述基底是纸、纸板、纸板箱或塑料膜。

6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述自由基辐射是羟基自由基辐射、NH自由基辐射、CN自由基辐射、CH自由基辐射和/或C2自由基辐射。

7.根据权利要求7所述的方法，其中自由基辐射是羟基自由基辐射。

8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中所述火焰分析器包括相机和滤波器。

9.根据权利要求9所述的方法，其中所述相机是具有至少一个探测紫外（UV）波段的光的图像传感器的相机。

10.根据权利要求9或10所述的方法，其中所述相机是电荷耦合器件(CCD)相机。

11.根据权利要求9至11中任一项所述的方法，其中使用具有λ_max在310±5nm,340±5nm,390±5nm,430±5nm,或520±5nm的滤波器。

12.一种用于控制基底(3)的火焰处理的系统，所述系统包括燃烧器(1)、火焰分析器，所述火焰分析器包括相机(5)和滤波器(6)，其中所述火焰分析器被安排来获得来自火焰(2)的自由基辐射数据。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述系统进一步包括处理单元(7)，通过所述火焰分析器获得的自由基辐射数据被传送到所述处理单元（7）并且与数据库中的自由基辐射数据进行比较。

14.根据权利要求12所述的系统，其中使用所述火焰分析器接收的信息的所述处理单元(7)是单独的单元或集成在所述火焰分析器中。

15.根据权利要求12-14中的任一项所述的系统，其中所述系统进一步包括输出装置(8)。

16.根据权利要求12-15中的任一项所述的系统，其中所述相机(5)是具有至少一个探测紫外（UV）波段的光的图像传感器的相机。

17.根据权利要求12-16中的任一项所述的系统，其中，所述相机是电荷耦合器件(CCD)相机。

18.根据权利要求12所述的系统，其包括滤波器(6)，该滤波器(6)具有310±5nm,340±5nm,390±5nm,430±5nm,或520±5nm的λ_max。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述滤波器(6)具有310±5nm的λ_max。