JP6222173B2 - ピッチ分析方法及びピッチ処理方法 - Google Patents
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Description
そのためには、パルプスラリー中のピッチを正確に定量することが重要である。
また、特許文献2には、蛍光を測定したサンプルを濾過し、そのフィルターの孔径に応じて、ピッチ(疎水性夾雑物)のサイズを求めることが記載されている。
上記非特許文献1に記載されているようなチューブフロー型繊維分級分析装置を用いれば、ピッチと繊維とを分離して観察することができるが、ピッチは水中で不安定であるため、分析を開始するまでに時間がかかると、ピッチの状態の経時変化によって正確な分析を行うことができない。
本発明は、このような状況下でなされたものであり、水中のピッチを、迅速かつ簡便に、しかも、より正確に、粒度ごとに定量するピッチ分析方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、前記分析方法を用いて、製紙工程において、ピッチコントロール剤を効果的に添加するピッチ処理方法を提供することも目的とする。
[1]パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法であって、前記画像解析は、下記(1)〜(4)の処理を順次行う工程を含む、ピッチ分析方法。
(1)カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
(2)前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に2値化する2値化処理
(3)前記2値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が0.2以下の粒子分の領域を除去する除去処理
(4)前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
[2]前記2値化処理において、黒を0、白を100とした場合の前記グレースケール画像の明度が所定値V以下である領域を黒色、前記明度が前記Vを超える領域を白色に2値化し、前記Vが10〜50の範囲内の値である、上記[1]に記載のピッチ分析方法。
[3]抄紙系内の所定箇所で、上記[1]又は[2]に記載の方法によりピッチ分析を行い、前記画像において所定面積以上のピッチが存在する箇所にピッチコントロール剤を添加する、ピッチ処理方法。
したがって、本発明のピッチ処理方法によれば、ピッチ障害を抑制するためのピッチコントロール剤の最適な添加箇所を定めることができ、ピッチコントロール剤を効果的に添加することができる。
本発明は、パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法である。
前記画像解析は、下記(1)〜(4)の処理を順次行う工程を含むものとする。
(1)カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
(2)前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に2値化する2値化処理
(3)前記2値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が0.2以下の粒子分の領域を除去する除去処理
(4)前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
また、分析試料を採取後すぐに観察及び測定することができるため、ピッチの経時変化の影響を抑制することができる。このため、製紙工程におけるピッチの状態をより正確に把握することができ、ピッチ障害を引き起こす原因となる粗大ピッチが多く分布する箇所を迅速に特定することが可能となる。
前記パルプスラリーに添加される蛍光染料は、ピッチを染色するものである。ピッチは、疎水性の粘着物質であり、これに対して、セルロースを主成分とするパルプ繊維は親水性である。このため、疎水性染料を用いることにより、パルプスラリーのうち、ピッチを選択的に染色することが可能である。ピッチを染色する疎水性染料としては、具体的には、Fluorol 555、ナイルレッド、アクリジンオレンジ等が挙げられる。これらのうち、観察のしやすさの点からは、コントラストが強く現れるものが好ましく、黄橙色であるFluorol 555が好適に用いられる。
蛍光染料により染色されたピッチは、蛍光顕微鏡により鮮明に観察することができる。
この観察画像は、画像解析のために、CCDカメラやデジタルカメラ等によって撮影することが好ましい。
顕微鏡の倍率及び画像サイズは、大きいほど精度は高くなるが、特に限定されるものではなく、その後の画像解析において、解析処理可能な程度であれば足りる。
撮影された観察画像は、コンピュータにおいて画像解析ソフトウェアを用いて画像解析する。画像解析においては、上記(1)〜(4)の処理を順次行う。以下、(1)〜(4)の処理を順次説明する。
まず、蛍光染料により染色されたピッチのカラー画像をグレースケール画像へ変換する。すなわち、本発明の画像解析においては、染色されたピッチ(分析試料)の画像の色相と彩度の要素を予め除去し、無彩色としておく。
さらに、上記(1)で得られたグレースケール画像に含まれるノイズを除去し、白黒に2値化する。蛍光染料により染色されたピッチ以外のものや、画像平面に対して重なり合った下側及び上側のピッチは、前記グレースケール画像において低い明度(白色度)で検出される。このため、ピッチを正確に定量する上では、これらをノイズとして除去しておくことが好ましい。また、解析を容易とする観点から、ピッチが存在する領域を白色領域として単色化し、それ以外を黒色領域とする。
具体的には、画像解析ソフトウェアにおいて、黒を0、白を100とした場合、前記グレースケール画像の明度が所定値V以下である領域を黒色、前記明度が前記Vを超える領域を白色に2値化する。すなわち、明度がV以下の領域をノイズとみなし、明度がVを超える領域のみを白色(単色)とし、それ以外の領域を黒色(単色)として2値化する。
前記Vは、画像の解像度、画像解析ソフトウェアの特性等に応じて適宜設定されるが、10〜50の範囲内の値であることが好ましく、より好ましくは15〜40であり、さらに好ましくは20〜30である。
このような閾値によるノイズ除去によって、ピッチをより正確に検出することができる。
上記(2)の2値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が0.2以下の粒子分の領域を除去する。なお、本発明で言うアスペクト比とは、画像における粒子分の短軸と長軸の長さの比率(短軸/長軸)を意味するものとする。
アスペクト比が0.2以下の細長い形状の粒子分は、通常、ピッチではなく、蛍光染色された繊維の混入物であると考えられる。このため、ピッチの検出の正確を期する観点から、このようなアスペクト比の粒子分は除去した上で、ピッチの定量を行うことが好ましい。
上記(3)の除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める。このような処理を経て、粒子面積によってピッチの定量を行うことにより、ピッチ以外の夾雑物やノイズを含むことなく、ピッチの粒度分布を迅速かつ簡便に得ることができ、しかも、正確性の向上が図られる。
上記の本発明のピッチ分析方法により、抄紙系内の所定箇所でピッチの分析を行うことにより、求められたピッチの粒度分布のデータから、所定面積以上の粗大ピッチが存在する場所及び量を容易に特定することができる。ここでいう面積とは、上記のピッチ分析方法における観察画像から計測されるピッチの面積である。
前記所定面積は、製造する紙の種類や質、抄紙マシンの特性等に応じて適宜設定されるが、例えば、前記面積が700μm2以上の場合を粗大ピッチとみなし、該粗大ピッチの分布が見られる箇所を予め特定しておくことができる。このようにして特定された箇所にピッチコントロール剤を添加すれば、粗大ピッチの生成を効果的に抑制することができる。
したがって、抄紙系内において、ピッチコントロール剤の有効な添加箇所を定めることができ、製紙工程におけるピッチのピッチコントロール剤による効果的な制御が可能となる。
(試験1)ピッチの定量試験
水中の浮遊物質(SS)濃度が1質量%になるように調製した広葉樹晒クラフトパルプ(LBKP;カナディアンフリーネススタンダード(C.F.S)200ml)スラリーに、模擬ピッチとして水性アクリル系粘着剤レヂテックスA−6001(株式会社レヂテックス製)をスラリーに対して100mg/L添加した。このパルプスラリーの分析試料2mlに、疎水性蛍光染料(エキシトン社製Fluorol 555)の0.1質量%エタノール溶液を染料濃度が0.01mg/Lとなるように添加し、ボルテックスミキサーを用いて撹拌した。染色した試料10μLを200μL用マイクロピペットで速やかに採取し、蛍光顕微鏡を用いて下記条件にて観察し、CCDカメラで撮影した。
顕微鏡:蛍光ミラーユニット:オリンパス株式会社製U−FBW
蛍光源:ハロゲンランプ:オリンパス株式会社製U−HG LGPS)
CCDカメラ:オリンパス株式会社製DP73−SET−A
接眼レンズ:10倍
対物レンズ:10倍
シャッタースピード:1秒
視野絞り、開口絞り:共に開放
ハロゲンランプ強度:3
画像サイズ:1200×1600ピクセル
(1)カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
(2)黒を0、白を100とした場合の前記グレースケール画像の明度が20以下の領域を黒色、20を超える領域を白色に2値化する2値化処理
(3)前記2値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が0.2以下の粒子分の領域を除去する除去処理
(4)前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、各面積分画の粒度分布を求める統計処理
下記表1に、上記の(3)の除去処理を行った場合と行わなかった場合との粒度分布を示す。
また、上記の(3)の除去処理を行うことにより、目視で確認することができる細長い形状の粒子分(繊維分)が除去され、測定された粒度分布において、特に、面積分画1000μm2以上の粒子分が除去された。これにより、パルプスラリー中の繊維を含まずに、ピッチのみを簡便に定量及び分画粒度測定することができると言える。
段ボールの加工工程の損紙と段ボールの古紙を原料としてジュートライナーを製造する5層抄きの板紙マシンにおいて、上記(試験1)と同様の手法でピッチ分析を行った。表層の抄紙工程において、抄紙系内のミキシングタンクに、ピッチコントロール剤(栗田工業株式会社製スパンプラス520)を、添加量500g/t対紙製造量で添加した。
パルプスラリーの分析試料は、マシンタンク、ミキシングタンク、インレット及び白水サイロのそれぞれから採取した。各試料1点につき5点の観察画像について、(試験1)における(1)〜(4)の解析処理工程により画像解析を行った。ピッチの定量及び分画粒度測定においては平均値を用いた。
下記表2に、ピッチの粒度分布を示す。
上記(試験2)において、ピッチコントロール剤の添加箇所をインレットに変更し、それ以外は(試験2)と同様にして、ピッチの分析を行った。
下記表3に、ピッチの粒度分布を示す。
Claims (3)
- パルプスラリーに蛍光染料を添加し、染色されたピッチを含むパルプスラリーの蛍光顕微鏡による観察画像を、画像解析ソフトウェアを用いて画像解析し、ピッチの定量及び粒度分布測定を行うピッチ分析方法であって、前記画像解析は、下記(1)〜(4)の処理を順次行う工程を含む、ピッチ分析方法。
(1)カラー画像をグレースケール画像へ変換する変換処理
(2)前記グレースケール画像のノイズを除去し、白黒に2値化する2値化処理
(3)前記2値化処理後の画像の白色領域のうち、アスペクト比が0.2以下の粒子分の領域を除去する除去処理
(4)前記除去処理後の画像の白色領域の各粒子の面積を計測し、0μm 2 から少なくとも1000μm 2 までの範囲における面積分画の粒度分布を求める統計処理 - 前記2値化処理において、黒を0、白を100とした場合の前記グレースケール画像の明度が所定値V以下である領域を黒色、前記明度が前記Vを超える領域を白色に2値化し、
前記Vが10〜50の範囲内の値である、請求項1に記載のピッチ分析方法。 - 抄紙系内の所定箇所で、請求項1又は2に記載の方法によりピッチ分析を行い、前記画像において所定面積以上のピッチが存在する箇所にピッチコントロール剤を添加する、ピッチ処理方法。
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