CN103884645B - 一种用于测试涂料中气体含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涂料中气体含量的测试方法。具体是用于测试造纸涂料中气体含量及气泡大小的一种方法。其特征在于利用玻璃板将湿涂料压制成一定厚度的涂料膜，利用扫描仪对压制的膜片进行扫描，利用图像处理软件将图像进行处理，并对处理后的图像进行分析，可以得到气泡的总面积的占比，即为空气含量，并给出各气泡体积和气泡球直径的分布情况。该方法能快速准确对涂料空气含量进行测试。

Description

一种用于测试涂料中气体含量的方法

技术领域

本发明涉及一种用于测试涂料中气体含量的方法。具体是用于测试造纸涂料中气体含量及气泡大小的一种方法。

背景技术

涂布是利用涂布机将涂料液按一定的工艺要求均匀、顺畅的涂敷在涂布基材上，经干燥后，获得厚度均匀、平滑、无气泡、无漏涂等缺陷的涂层。然而，在整个配料、涂布过程中，涂料会不同程度的混进空气，在涂料里形成直径大小不一的气泡。涂布时，一定含气量的涂料对于刮刀、刮棒、膜转移等涂布方式影响不大。涂布基材上的涂料通过刮刀或转移辊的计量，在一定压力和剪切作用下，气泡会被压破，从而达到除气的效果。通常，刮刀涂布方式对于涂料可接受的含气量为6～8％(为体积比)，膜转移涂布方式为8～12％。但对于帘式涂布方式，涂料可接受的含气量为0.2～0.5％。因为在帘式涂布过程中涂料中的气泡可能在涂料幕帘下落过程中发生破裂，从而导致幕帘开帘，影响幕帘的稳定性，未破裂的气泡也可能进入涂层，经涂布干燥后最终破裂，产生针眼、漏涂等纸病，对成纸质量造成严重影响。涂料过高的空气含量同样会使刮刀和膜转移方式出现上料不匀、成纸光泽度低、纸面粗糙等的涂布纸质量问题。

上机涂料的空气含量对于刮刀涂布、膜转移涂布，特别是对于帘式涂布方式是尤为重要。通常，刮刀涂布、膜转移涂布方式的涂料通过缓和搅拌、切线或底部向储罐进料、储罐设计成锥形等方式减少气泡的产生。对于帘式涂布机，涂料上机前还要经过专门的除气装置进行更为充分的除气处理。最终上到涂布机上的涂料的空气含量是多少、是否适合上机，或是除气装置除气效果如何，并不知道，只能通过上机试验或涂布后纸面涂层是否有缺陷来判断。同时对于除气研究来说，涂料中气泡尺寸大小及分布对于气泡的消除及对涂层质量的影响也是至关重要的。

目前，能用于测试涂料中空气含量和气泡尺寸大小及分布的方法或仪器极为有限，并且在应用上还存在一些问题。一种方法是利用比重瓶，准确测试含空气涂料的密度和不含空气涂料的密度，通过计算不含空气涂料的密度与含空气涂料密度差值再比上含空气涂料的密度的比值，即为涂料的空气含量。此方法操作较为繁琐，测试前需要对比重瓶进行校准，要严格控制测试温度，测试时，装满涂料的比重瓶要在水域中进行恒温处理，操作要极为准确认真，整个测试时间较长。此方法的一个关键问题是绝对不含空气的涂料不容易获得，这将直接影响空气含量测试的准确性。目前国外有一种ACAV毛细管高剪切黏度仪，用于测试涂料超高剪切黏度，它的一个附件可以用于测试涂料的空气含量。其原理是先测试含气泡涂料的体积，然后对涂料进行高压压缩，使涂料中的空气被压缩到液体里，得到不含空气涂料的体积，从而计算出涂料的空气含量。此方法测试较为准确，重复性也较好，但该仪器较为昂贵，该仪器及其配件在国内数量极其有限，此方法并不能作为一个能够普及的测试方法。

上述两种方法只能对涂料总的空气含量进行测试，涂料中气泡的大小及分布并不能被测试。目前，对于涂料中气泡的大小及分布并没有完善的测试方法或仪器。国外提到的一些方法是将除气前后的一定量的涂料铺展在玻璃或纸面上，定性的对比除气前后脱泡的情况，或是用尺子简单测量。此方法不能测试隐藏在涂料里的小气泡，对气泡的大小和分布也不能准确测量。有一种测定海水中气泡分布的气泡测定系统，该方法利用了电荷耦合装置(CCD)对一定厚度的海水进行摄像，并用相应的图像处理软件进行处理，可以测定0.015-5.0mm范围内的气泡。此方法对于不透明的造纸涂料来说并不适用，因为CCD不能穿透比较厚的涂料进行测试。

目前，帘式涂布方式在造纸行业正在得到推广，帘式涂布及其配套的除气装置方面的研究也在受到人们的关注。然而，国内外对涂料中气泡及其去除效果的评价方法并不完善，还存在如方法不容易操作、仪器昂贵、气泡分析不够详细、准确等问题。建立一个快速准确、简便易行的用于评价空气含量的方法显得尤为重要。这不但可以监控上机涂料的含气量，减少运转性问题及成纸质量问题的出现，还可以用于评价除气装置的除气效果，为相关装置的优化提供必要的评价手段。

发明内容

本发明提供了一种用于测试涂料中气体含量的方法。该方法利用玻璃板将一定量的含气涂料压制成一定厚度的涂料膜片，涂料中的球形气泡被压缩成厚度非常薄的圆柱状，且厚度与涂料膜的厚度一样，涂料膜片中气泡面积与总涂料面积的占比可以近似为体积比，即为涂料的空气含量。压制成的涂料膜片利用扫描仪对膜片进行扫描，利用图像处理软件对扫描的图像进行二值化处理，并进行分析，可以得到各气泡的面积和气泡的总面积，通过气泡总面积与总分析面积(气泡和涂料面积)的比值得到涂料的空气含量，同时可以对各气泡的体积分别分析，根据气泡的面积和厚度计算出各气泡的球形直径，并可以对各球形气泡尺寸进行分布统计。本发明可以快速测试涂料的空气含量，操作简单易行，可以有效解决涂料气体含量测试存在的诸多问题，能快速准确对上机前涂料空气含量进行测试，避免出现运转性、成纸质量等问题的出现，并为相关除气装置的优化提高必要的评价手段。

本发明特征在于：

(1)利用两块玻璃板将湿涂料压制成一定厚度的涂料膜，利用扫描仪对压制的膜片进行扫描，利用图像处理软件将图像进行处理，并对处理后的图像进行分析，可以得到气泡的总面积的占比，即为空气含量，并给出各气泡体积和气泡球直径的分布情况。

(2)测试用玻璃板为无颜色玻璃，厚度为3～20mm，长度为50～200mm，宽度为50～200mm。

(3)测试用湿涂料的加入量为0.05～1g，涂料低剪切黏度为10～3000mPa·s。

(4)利用厚度为10～100μm的膜片夹在两块玻璃板之间，使得压制涂料湿膜厚度为10～100μm。

(5)所用扫描仪分辨率为600～4800dip，扫描图像为8位灰度图。

(6)利用图像处理软件对扫描的灰度图进行为二值化处理，转化为二值图，并利用图像处理软件将二值图的背景及边缘去除，仅留下气泡和涂料的图像。

(7)利用图像处理软件对处理后的图像进颗粒化分析，对分析结果进行气泡总面积占比统计，将各气泡面积统计结果以Excel文件格式导出，经数据处理得出各气泡体积统计，各气泡球直径统计，并给出气泡体积和气泡球直径的分布。

利用该方法可以分析出涂料的空气含量，各气泡面积等数据。并可以利用给出的气泡面积的数据计算出各气泡的体积及球状气泡的直径。该方法简单易行，整个分析过程可在十分钟内完成，完全可以用于涂布机上机前涂料气体含量的监测，其给出的丰富统计数据可以用于除气效果的评价。

附图说明

图1：实施方式1，扫描仪扫描后的8位灰度图。

图2：实施方式1，利用图像处理软件对扫描后的8位灰度图进行二值化处理并去除背景和边缘的图，此图用于气体含量等的分析。

图3：实施方式1，利用图像处理软件给出的数据计算的各气泡体积的分布。

图4：实施方式1，利用图像处理软件给出的数据计算的各气泡球直径的分布。

具体实施方式

实施方式1

选择厚度为5mm，长度为100mm，宽度为100mm的无色玻璃。称取0.1g含有气泡的黏度为1800mPa·s的湿涂料，放在水平放置的玻璃板上，将另一块玻璃板水平轻压在涂料上，同时两块玻璃板间放置10μm厚的膜片，用以控制涂料膜的厚度。对厚度为10μm的湿涂料膜进行扫描，扫描分辨率为2400dip，扫描的图像为8位灰度图，见附图1。利用ImageJ图像处理软件，对8位灰度图进行二值化处理，并将背景和边缘去除，处理后的二值图见附图2。利用ImageJ图像处理软件的AnalyzeParticles命令对附图2的图像进行分析，Summarize的分析结果里给出了气泡面积的占比(AreaFraction)，3.0％，此值即为涂料的空气含量。将分析后的各气泡的面积数据以Excel文件格式导出，经数据处理得出各气泡体积统计，各气泡球直径统计，并给出气泡体积和气泡球直径的分布，见附图3和附图4。

实施方式2

选择厚度为5mm，长度为100mm，宽度为100mm的无色玻璃。称取0.1g含有气泡的黏度为2100mPa·s的湿涂料，选择100μm厚的膜片，进行涂料膜的压制，并对湿涂料膜进行扫描，扫描分辨率为2400dip，扫描的图像为8位灰度图。利用ImageJ图像处理软件，对8位灰度图进行二值化、背景和边缘去除处理。利用ImageJ图像处理软件的AnalyzeParticles命令对处理后的图像进行分析，Summarize的分析结果里给出了气泡面积的占比(AreaFraction)，2.8％，此值即为涂料的空气含量。

利用比重瓶法与该方法进行对比。比重平法测试涂料密度ρ实际为1.433g/cm3，涂料经过多次除气处理，得到无气泡涂料，比重瓶法测得无气泡涂料密度ρ无气泡为1.476g/cm3，计算空气含量为2.91％。可以看出，实施方式1和实施方式2与比重瓶方法测定数值很接近。

Claims (7)

1.一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：利用两块玻璃板将湿涂料压制成一定厚度的涂料膜，利用扫描仪对压制的膜片进行扫描，利用图像处理软件将图像进行处理，并对处理后的图像进行分析，可以得到气泡的总面积的占比，即为空气含量，并给出各气泡体积和气泡球直径的分布情况。

2.如权利要求1所述的一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：测试用玻璃板为无颜色玻璃，厚度为3～20mm，长度为50～200mm，宽度为50～200mm。

3.如权利要求1所述的一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：测试用湿涂料的加入量为0.05～1g，涂料低剪切黏度为10～3000mPa·s。

4.如权利要求1所述的一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：利用厚度为10～100μm的膜片夹在两块玻璃板之间，使得压制涂料湿膜厚度为10～100μm。

5.如权利要求1所述的一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：所用扫描仪分辨率为600～4800dip，扫描图像为8位灰度图。

6.如权利要求1所述的一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：利用图像处理软件对扫描的灰度图进行二值化处理，转化为二值图，并利用图像处理软件将二值图的背景及边缘去除，仅留下气泡和涂料的图像。

7.如权利要求1所述的一种用于测试涂料中气体含量的方法，其特征在于：利用图像处理软件对处理后的图像进行颗粒化分析，对分析结果进行气泡总面积占比统计，将各气泡面积统计结果以Excel文件格式导出，经数据处理得出各气泡体积统计，各气泡球直径统计，并给出气泡体积和气泡球直径的分布。