DE2142835C3 - Verfahren zur Kontrolle der Weiße von geweißten Substraten - Google Patents

Description

^X X+Y+Z

30

y =

X+Y + Z

und daß man (2) die Menge des in das Substrat einzuarbeitenden fluoreszierenden Aufhellers in Abhängigkeit vom gemessenen Fluoreszenzwert einstellt und die Menge des in das Substrat einzuarbeitenden Biäuungsfarbstoffs in Abhängigkeit von den Chromatizitätskoeffizienten, die von den gemessenen Reflexionswerten erhalten worden sind, einstellt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Bläuungsfarbstoffe in das Substrat eingearbeitet wei den.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Fluoreszenzwert mit einem Colorimeter unter Verwendung einer UV-Lichtquelle und eines blauen Filters gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der V-Reflexionswert durch einen Colorimeter unter Verwendung einer von UV-lichtfreien Lichtquelle und eines grünen Filters gemessen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die X-, Y- und Z-Reflexionswerte durch einen Colorimeter unter Verwendung einer von UV-lichtfreien Lichtquelle und eines roten, grünen bzw. blauen Filters gemessen werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen in Intervallen vorgenommen werden und daß die Mengen des Aufhellers und des Biäuungsfarbstoffs in Abhängigkeit von diesen Messungen zugesetzt werden.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen kontinuierlich durchgeführt und abgelesen oder aufgeschrieben werden und daß die Mengen des Aufhellers und des Biäuungsfarbstoffs in Abhängigkeit von diesen Messungen zugesetzt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Messungen instrumenteil kontinuierlich mit Standardmessungen verglichen werden und daß dabei erhaltene Differenzimpulse dazu verwendet werden, die kontinuierliche Zugabe des Aufhellers und des Biäuungsfarbstoffs zu kontrollieren.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zugabe des fluoreszierenden Aufhellers und des Biäuungsfarbstoffs kurz vor den Meßstellen erfolgt

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus Papier besteht

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der fluoreszierende Aufheller und der Bläuungsfarbstoff kurz vor dem Auffließenlassen des Ausgangsmaterials auf das Drahtsieb oder bei der Leimpressung zugegeben werden.

13. Verfahren zur Bestimmung der Menge eines fluoreszierenden Aufhellers und eines Biäuungsfarbstoffs in einem geweißten Substrat, das mindestens einen fluoreszierenden Aufheller und mindestens einen Bläuungsfarbstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man (1) am geweißten Substrat (a) den Fluoreszenzwert unabhängig von der gesamten nichtfluoreszierenden Farbe des geweißten Substrats und (b) den V-Reflexionswert unabhängig von der Fluoreszenz des geweißten Substrats mißt, und (2) die so erhaltenen Werte mit Werten von bekannten Standards vergleicht.

14. Verfahren zur Bestimmung der Mengen an fluoreszierendem Aufheller und Bläuungsfarbstoff in einem geweißten Substrat, das mindestens einen fluoreszierenden Aufheller und mindestens einen Bläuungsfarbstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß man (1) am geweißten Substrat (a) den Fluoreszenzwert unabhängig von der gesamten nichtfluoreszierenden Farbe des geweißten Substrats mißt und (b) die X-, Y- und Z-Reflexionswerte unabhängig von der Fluoreszenz des geweißten Substrats mißt, wobei diese Werte als Chromatizitätskoeffizienten xundy ausgedrückt werden, wobei

und

y ₌

X+Y + Z

X+Y + Z

und daß man (2) die so erhaltenen Werte mit von bekannten Standards erhaltenen Werten vergleicht.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kontrolle der Weiße in einem kontinuierlichen Verfahren zur Herstellung von geweißten Substraten in Stückform oder in Bahnform.

Es ist allgemein bekannt, Weißungsmittel in stückige oder bahniönnige Substrate einzuarbeiten, wie z. B. in Papier- oder Textilbahnen, um ein Produkt mit einem

annehmbaren weißen Aussehen herzustellen, insbesondere in der Papierindustrie ist es üblich, in das Material sowohl einen fluoreszierenden Aufheller als auch einen Bläuungsfarbstoff einzuarbeiten, wobei der letztere gewöhnlich einen bläulichroten Farbton aufweist um die natürliche gelbliche Farbe des Materials zu beseitigen. Diese Weißungskomponenten können entweder direkt den Rohmaterialien zu Beginn des Herstellungsverfahrens zugegeben werden, beispielsweise dem Ausgangsmaterial bei einem Papierherstel- ι ο lungsverfahren, oder sie können auf die Oberfläche des halbfertigen Produkts aufgebracht werden, beispielsweise bei der Leimpressung in der Papierherstellung oder bei der Klotzung eines gewebten Materials in einem Textilappre tierverfahren.

Die Mengen der Weißungsmittel, die während eines solchen Verfahrens eingearbeitet werden, werden im allgemeinen unter Berücksichtigung des gewünschten Weißegrads im fertigen Produkt empirirch ermittelt Diese empirische Ermittlung ist die Angelegenheit eines subjektiven Urteils einer Person mit entsprechender Erfahrung. Aufgrund willkürlicher Änderungen im Verfahren erzeugen bestimmte Zusätze an Weißungskomponenten selten den gleichen Weißegrad, weshalb Änderungen der Zusatzmengen häufig nötig sind, um die Weiße des Produkts auf einem bestimmten Standard zu halten. Auch hier ist es üblich, derartige Änderungen durch eine subjektive visuelle Bestimmung des Unterschieds der Weiße zwischen dem Produkt und einem Standard durchzuführen. Die Resultate eines solchen Kontrollverfahrens sind in den meisten Fällen schlecht und führen zu einer beträchtlichen Vergeudung von Zeit und Material.

In der Papierherstellungstechnik, wo sowohl fluoreszierende optische Aufheller als auch Bläuungsfarbstoffe in das Produkt einverleibt werden, ist es bekannt, instrumentelle Verfahren zur Kontrolle der Weiße zu verwenden, jedoch waren diese auf die durch den Aufheller hervorgerufene Fluoreszenz beschränkt. Solche Messungen alleine geben keine zufriedenstellende Bestimmung der Weiße.

Es wurde nunmehr ein Verfahren gefunden, mit dem es möglich ist, eine stark verbesserte Kontrolle der Weiße in einem Verfahren zur Herstellung von geweißten Substraten der obigen Type sicherzustellen, wobei das Verfahren zwei einfache instrumentelle Messungen am Substrat umfaßt

Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zur Kontrolle der Weiße in einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von geweißten Substraten in Stückform oder in Bahnform vorgeschlagen, wobei das Substrat mindestens einen fluoreszierenden Aufheller und mindestens einen Bläuungsfarbstoff enthält Das Verfahren wird dadurch ausgeführt daß man (1) am geweißten Substrat (a) den in der Folge definierten Fluoreszenzwert unabhängig von der gesamten nichtfluoreszierenden Farbe des geweißten Substrats und (b) den in der Folge definierten. V-Reflexionswert unabhängig von der Fluoreszenz des geweißten Substrats mißt und (2) die Mengen des fluoreszierenden Aufhellers bzw. des Bläuungsfarbstoffs, die in das Substrat eingearbeitet werden, in Abhängigkeit von den gemessenen Werten einstellt.

Mit dem Ausdiuck »Fluores;:enzwert« ist eine Messung des gesamten Lichts genteint, das im Bereich von 400 bis 700ΐτιμ oder in irgendeinem kürzeren Wellenbereich, der eine hierzu proportionale Messung ergeben würde, gemeint wobei die Messung erhalten wird, wenn das Substrat mit einer Lichtquelle belichtet wird, die UV-Komponenten enthält weiche den in Rede stehenden fluoreszierenden Aufheller aktivieren. Solche Messungen können mit den verschiedensten im Handel erhältlichen Instrumenten durchgeführt werden.

Mit dem » y-Reflexionswert« ist der Tristimuluswert oder die Lumineszenz Y, welche auf dem CIE-System basieren, oder eine annehmbare Annäherung hierzu gemeint die mit einer Anzahl von im Handel erhältlichen Colorimetern gemessen werden können.

Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf der Feststellung, daß die Weiße eines Substrats, welches einen fluoreszierenden Aufheller und einen Bläuungsfarbstoff enthält ausreichend mit nur zwei Parametern ausgedrückt werden kann, nämlich dem Fluoreszenzwen und dem y-Reflexionswert. Diese Tatsache hat sich aus experimentellen Beobachtungen ergeben, die mit einer Reihe von unter Laborbedingungen hergestellten, handgeschöpften Papierblättern gemacht wurden, wobei verschiedene Kombinationen von fluoreszierendem Aufheller und Bläuungsfarbstoff eingearbeitet wurden. Der verwendete fluoreszierende Aufheller war ein Aufheller der Stilbentype (in Colour Index CI. Fluorescent Brightening Agent 24), und der Bläuungsfarbstoff war derjenige, der im Colour Index als C. I. Direct Violet 53 angegeben ist Diese Komponenten wurden in Mengen im Bereich von 0,1 bis 0,45 Gew.-% bzw. 0 bis 0,002 Gew.-%, bezogen auf das Gewicht des Ausgangsmaterials, einverleibt Die Messung der Fluoreszenzwerte dieser handgeschöpften Papierblätter, die mit Hilfe eines Harrison-FM-Colorimeters unter Verwendung eines F-Zweifilters (400 bis 700 πιμ) oder vorzugsweise eines blauen Filters und einer UV-Lichtquelle durchgeführt wurden, zeigten, daß über dem Wertebereich von praktischem Interesse ein linearer Zusammenhang zwischen dem Fluoreszenzwert und dem dekadischen Logarithmus der Konzentration des fluoreszierenden Aufhellers bestand. Dieser Zusammenhang ist in F i g. 1 der Zeichnungen zu sehen.

In ähnlicher Weise zeigten Bestimmungen des y-Tristimuluswertes der gleichen handgeschöpften Papierblätter, die mit der gleichen Art von Colorimeter aber unter Verwendung einer von UV-lichtfreien »Nordlichtquelle« in Verbindung mit einem grünen Filter durchgeführt wurden, daß ein linearer Zusammenhang zwischen dem y-Reflexionswert und der Konzentration des Bläuungsfarbstoffs bestand. Dieser Zusammenhang ist in F i g. 2 der Zeichnungen zu sehen.

Alternativ wurde durch Bestimmung auch der X- und Z-Tristimuluswerte (die Messungen wurden hier unter Verwendung eines roten bzw. blauen Filters durchgeführt) ermittelt, daß ein lineares Chromatizitätsdiagramm zwischen den Chromatizitätskoeffizienten χ und

gegebe

hergestellt werden kann und daß der Abstand, der entlang dieser geraden Linie vom »Grund« (d. h. der Punkt, der die Reflexionswerte darstellt, die an einem handgeschöpften Papierblatt gemessen wurden, das keinen fluoreszierenden Aufheller und keinen Bläuungsfarbstoff enthielt) direkt der Konzentration des anwesenden Bläuungsfarbstoffs proportional war, wie es in F i g.^3 der Zeichnungen zu sehen ist.

Dieses alternative Verfahren eignet sich besonders, wenn Gemische aus zwei Bläuungsfarbstoffen verwen-

det werden, wie ζ. B. C. I. Direct Blue 10 in Kombination mit entweder C. I. Direct Red 81 oder C. I. Direct Violet 53. In diesen Fällen wird ein lineares Chromatizitätsdiagramm hergestellt, welches eine Chromatizitätslinie für einen jeden der Farbstoffe aufweist, wobei jede dieser Linien durch den gleichen »Grundpunkt« hindurchgeht. Ein Farbstoffgemisch ergibt einen Chromatizitätspunkt, der zwischen diesen beiden Linien liegt Die Konzentration einer jeden Farbstoffkomponente kann dadurch erhalten werden, daß man in üblicher Weise eine Linie, ι ο die parallel zur Chromatizitätslinie des anderen Farbstoffs verläuft, von diesem Punkt auf die Chromatizitätslinie des betreffenden Farbstoffs projeziert und den Abstand vom »Grund« zum Schnittpunkt dieser Linien bestimmt.

Für eine jede gegebene Kombination von Substrat, fluoreszierendem Aufheller und Bläuungsfarbstoff ergibt die Messung des F2-Fluoreszenzwertes und des V-Tristimuluswertes (oder der X-, Y- und Z-Tristimuluswerte) gemäß obiger Definition ein geeignetes Mittel zur Bestimmung der Konzentration des auf dem Substrat anwesenden fluoreszierenden Aufhellers und Bläuungsfarbstoffs. Da für jede solche Kombination die Weiße von der Konzentration des Weißungsmittels und des Bläuungsfarbstoffs abhängt und als Konzentration derselben definiert werden kann, ist es klar, daß es möglich ist die Weiße instrumenteil einfach durch Messung des F2-Fluoreszenzwertes und des V-Tristimuluswertes (oder der X-, Y- und Z-Tristimuluswerte) gemäß obiger Definition zu bestimmen. Es ist deshalb lediglich nötig, zwei graphische Darstellungen von der Art der F i g. 1 und 2 (oder 3) auf der Basis der experimentellen Beobachtungen mit dem gewünschten Substrat und des oder der speziellen fluoreszierenden Aufheller und des oder der speziellen Bläuungsfarbstoffe he. zustellen, um einen Zusammenhang zwischen dem Grad der Weiße und den Konzentrationen des fluoreszierenden Aufhellers und des Bläuungsfarbstoffs zu erzielen, die erforderlich sind, um den gewünschten Grad der Weiße zu erzeugen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle ist von besonderem Wert wenn fluoreszierende Aufheller auf Stilbenbasis verwendet werden, wie z. B. C. 1. Fluorescent Brightening Agents 24 und 220, aber es eignet sich für die Verwendung mit allen fluoreszierenden Aufhellern, die auf das jeweilige Substrat angewendet werden können. In ähnlicher Weise kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Kontrolle mit jedem Bläuungsfarbstoff oder Bläuungsfarbstoffgemisch verwendet werden, der bzw. das eine Tönung ergibt welche zur Verbesserung der Weiße des Substrats erwünscht ist

Wenn einmal die nötigen graphischen Beziehungen hergestellt worden sind, dann können sie auf die erfindungsgemäße Kontrolle eines Herstellungsverfahrens angewendet werden, und zwar entweder in einem »Off-Line-Verfahren« oder in einem kontinuierlichen »On-Line-Verfahren«. In einem Off-Line-Kontrollverfahren wild das Verfahren zunächst begonnen, wobei diejenigen Konzentrationen an fluoreszierendem Aufheller und Bläuungsfarbstoff verwendet werden, die gemäß den graphischen Darstellungen erforderlich sind, um im Produkt die gewünschte Weiße zu erzielen. Von Zeit zu Zeit werden Proben des Produkts genommen, und dann werden Messungen des Fluoreszenzwertes und des V-Reflexionswertes an diesen Proben mit geeigneten Colorimetern durchgeführt, wie dies oben beschrieben wurde. Ein Vergleich der gemessenen Werte mit den bekannten Werten für den gewünschten Weißestandard ergibt rasch jede Abweichung, und zwar mit weit größerer Genauigkeit, als es durch visuelle Bestimmung möglich ist. Jede Abweichung im Fluoreszenzwert bzw. V-Reflexionswert wird ermittelt. Dann wird mit den graphischen Darstellungen eine proportionale Korrektur der Konzentration einer oder beider Weißungskomponenten ermittelt, worauf dann die Weiße des Produkts wieder auf den gewünschten Standard gebracht wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für ein »On-Line-Kontroll verfahren«, bei dem das geweißte Substrat an irgendeinem geeigneten Punkt während des Herstellungsverfahrens kontinuierlich durch zwei oder mehr Colorimeter gemessen wird, wobei einer die Fluoreszenz und der andere oder die anderen den K-Reflexionswert bzw. die X-, Y- und Z-Reflexionswerte messen. Der Punkt, an dem diese Messung vorgenommen wird, muß nicht unbedingt am Ende des Verfahrens liegen, er sollte aber an einer Stelle liegen, daß nachfolgende Vorgänge nicht mehr die Weiße des Produkts beeinflussen. Die Ablesungen am Colorimeter können kontinuierlich erfolgen, und zwar entweder durch geeignete Meßinstrumente oder vorzugsweise durch Registrierstreifenschreiber, und die Abweichungen der gemessenen Werte von den gewünschten Standardwerten können dann schnell durch das Bedienungspersonal erkannt werden. Wie beim statischen Verfahren werden dann eine oder beide Weißungskomponenten nach Bedarf korrigiert um den gewünschten Weißegrad zu erzielen. Das »On-Line-Verfahren« kann so verfeinert werden, daß die kontinuierliche instrumenteile Kontrolle den Zusatz der Weißungskomponenten zum Substrat regelt In einem solchen System werden die Signale aus den Colorimetern kontinuierlich mit Standardsignalen verglichen, welche den gewünschten Weißegrad repräsentieren, und dabei werden Differenzimpulse erzeugt, welche eine Änderung im Zufluß der Weißungskomponenten hervorrufen.

Um den maximalen Nutzen aus dem erfindungsgemäßen Kontrollverfahren zu ziehen, und zwar insbesondere um die Menge an Ausschußprodukt zu verringern, das durch Abweichungen im Verfahren erzeugt wird, ist es klar von Vorteil, daß alle notwendigen Korrekturen, die durch die augenblicklichen Colorimeterablesungen angezeigt werden, so rasch wie möglich durchgeführt werden. Dieses Ziel wird leichter erreicht wenn der Punkt an dem die Weißungskomponenten in das Substrat eingearbeitet werden, im Verfahren verhältnismäßig weit stromabwärts liegt so daß er möglichst nicht an dem Punkt liegt an dem die Colorimeterablesungen vorgenommen werden. Das Ausmaß, in welchem dies möglich ist hängt natürlich vom jeweiligen Substrat und von der Natur des Herstellungsverfahrens ab, und zwar insbesondere davon, ob es wesentlich ist daß Zusätze wie Weißungskomponenten bereits in die Rohmaterialien für das Substrat zu Beginn des Verfahrens eingearbeitet werden, wie es beispielsweise bei der Herstellung von Kunststoffolien der Fall ist oder ob es möglich ist solche Zusätze nach der Herstellung des Substrats einzuarbeiten, wie es beispielsweise bei Textilmaterialien der Fall ist bei denen eine Nachbehandlung ausgeführt werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann auf die Kontrolle von kontinuierlichen Herstellungsverfahren irgendwelcher weißbarer Substrate in Stückform oder in kontinuierlicher Länge, wie z. B. Fäden, Filme oder

Bahnen, angewendet werden, bei denen die Weißung durch die Einarbeitung von sowohl fluoreszierenden Aufhellern als auch Bläuungsfarbstoffen erzielt wird. Unter den Ausdruck »Substrat« sollen auch substantive Substrate fallen, wie z. B. Kunststoffolien, gewebte oder nichtgewebte Textilmaterialien in Garn- oder Stückform und insbesondere Papier, aber auch Substrate, die in Form von Oberflächenbelägen auf einem Trägermaterial hergestellt werden. Das Verfahren ist von besonderem Wert für die Kontrolle der Weiße bei der kontinuierlichen Herstellung von Papier, da erstens bei dieser Herstellung sehr große Mengen an Weißungskomponenten gebraucht werden und da zweitens sich dieses Verfahren von Haus aus sehr gut für die Ausnutzung der Vorteile des crfindungsgernäßen Verfahrens eignet, um unnötige Abfälle und Zeitverluste zu vermeiden. Bei der kontinuierlichen Papierherstellung gibt es drei Stufen im Verfahren, bei denen es möglich ist, Weißungskomponenten einzuarbeiten, und zwar (1) während der Herstellung des Ausgangsmaterials durch direkte Zugabe zur Pulpe und zum Wasser; (2) durch Zusatz in Form einer Lösung zum Ausgangsmaterial unmittelbar vor dem Auffließenlassen des Ausgangsmaterials auf das Sieb; und (3) nach der ersten Trocknung an der Leimpresse, und zwar hier wiederum aus Lösung. Die Stelle, bei der die Durchführung der Colorimetermessungen am frisch hergestellten Papier am zufriedenstellendsten durchgeführt werden kann, ist im Anschluß an die Endtrocknung unmittelbar vor dem Aufspulen. Die Zeitintervalle zwischen den Stufen (1), (2) und (3) und der Aufspulung liegen bei normalen Papierherstellungsverfahren bei ungefähr 1 bis 3 Stunden bzw. 2 bis 4 Minuten bzw. 10 bis 30 Sekunden. Es wird deshalb bevorzugt, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei einem solchen Verfahren zur Anwendung gelangt, wo die Weißungskomponenten entweder direkt vor dem Auffließenlassen des Ausgangsmaterials auf das Sieb oder bei der Leimpressung zugefügt werden. Da in beiden Fällen die Weißungskomponenten in Form einer Lösung zugesetzt werden, wird es bevorzugt, das erfindungsgemäße Verfahren in der Weise zu verwenden, daß eine kontinuierliche Einstellung der zugesetzter. Mengen in Abhängigkeit von den Colorimetermessungen erfolgt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Kontrolle der Weiße in einem Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von geweißten Substraten in Stückform oder in kontinuierlicher Länge, wobei mindestens ein fluoreszierender Aufheller und mindestens ein Bläuungsfarbstoff einverleibt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man (1) am geschweißten Substrat (a) den Fluoreszenzwert unabhängig von der gesamten nichtfluoreszierenden Farbe des geweißten Substrats und (b) den i^Reflexionswert unabhängig von der Fluoreszenz des geweißten Substrats mißt und (2) die Mengen des fluoreszierenden Aufhellers bzw. des Biäuungsfarbstoffs, die in das Substrat eingearbeitet werdsn, in Abhängigkeit von den gemessenen Werten einstellt

2. Abwandlung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man (1) am geweißten Substrat (a) den Fluoreszenzwert unabhängig von der gesamten nichtfluoreszierenden Farbe des geweißten Substrats mißt und (b) die X-, Y- und Z-Reflexionswerte unabhängig von der Fluoreszenz des geweißten Substrats mißt, wobei diese Werte dann als Chromatizitätskoeffizienten χ und y ausgedrückt werden, worin