SE503101C2 - Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet - Google Patents

Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet

Info

Publication number
SE503101C2
SE503101C2 SE9401717A SE9401717A SE503101C2 SE 503101 C2 SE503101 C2 SE 503101C2 SE 9401717 A SE9401717 A SE 9401717A SE 9401717 A SE9401717 A SE 9401717A SE 503101 C2 SE503101 C2 SE 503101C2
Authority
SE
Sweden
Prior art keywords
paper
wet strength
takes place
data
pulp
Prior art date
Application number
SE9401717A
Other languages
English (en)
Other versions
SE9401717L (sv
SE9401717D0 (sv
Inventor
Lars Renberg
Ulla Helmer
Ralf Olsson
Original Assignee
Eka Nobel Ab
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Publication of SE9401717D0 publication Critical patent/SE9401717D0/sv
Priority to SE9401717A priority Critical patent/SE503101C2/sv
Application filed by Eka Nobel Ab filed Critical Eka Nobel Ab
Priority to TW084104668A priority patent/TW269006B/zh
Priority to PCT/SE1995/000534 priority patent/WO1995031709A1/en
Priority to JP7529565A priority patent/JPH10500214A/ja
Priority to AU25822/95A priority patent/AU2582295A/en
Priority to US08/444,052 priority patent/US5638284A/en
Publication of SE9401717L publication Critical patent/SE9401717L/sv
Priority to FI960242A priority patent/FI960242A0/fi
Priority to KR1019960700237A priority patent/KR960704221A/ko
Publication of SE503101C2 publication Critical patent/SE503101C2/sv
Priority to NO964849A priority patent/NO964849D0/no

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/34—Paper
    • G01N33/343—Paper pulp
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3563—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for analysing solids; Preparation of samples therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/359—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light using near infrared light
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/34—Paper
    • G01N33/346—Paper sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G01N21/3559—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content in sheets, e.g. in paper

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Spectrometry And Color Measurement (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

503 101 2 Ett sätt att mäta vátstyrkan, som för närvarande användes inom pappersindustrin, definieras av TAPPI. Enligt denna metod mätes vàtstyrkan, uttryckt som t.ex. våtdragindex, i kNm/kg, mekaniskt enligt standardtestmetoden T 456 m-49 med användning av ett standardiserat instrument, en dragtestanordning. Sam- manfattningsvis består denna enkla metod av blötläggning av ett pappersprov i vatten och åtföljande mätning av dragstyrkan hos det så behandlade pappret i dragtestanordningen.
När vàtstyrkan hos ett papper testas i pappersbruket tages pappersprov vid slutet av pappersbanan fràn den sista valsen kallad upprullningsvalsen. Provtagningen göres först när upprullningsvalsen är full och innehåller en stor mängd pap- per, t.ex. 20 ton.
Innan våtstyrkan testas màste pappersprovet underkastas en accelererad mogning. Detta mogningssteg är nödvändigt för att få ett relevant mått pà papprets vàtstyrka, eftersom pappret pà valsen även naturligt underkastas en viss mognad varigenom vátstyrkan ökar något.
En väsentlig olägenhet med detta sätt att kontrollera vàtstyr- kan är fördröjningen mellan starten av pappersframställningen och bedömningen av värdet av vàtstyrkan hos detta papper.
Denna fördröjning kan medföra väsentliga förluster om våtstyr- kan visar sig vara inadekvat eftersom vid den tidpunkt som denna bedömning göres avsevärda mängder papper av denna inade- kvata vàtstyrka kan ha framställts.
Det är uppenbart att den metod för att testa vàtstyrkan som för närvarande användes inom pappersindustrin är en nackdel för produktiviteten och ekonomin i pappersproduktionsproces- sen. Det finns således ett definitivt behov av en mera lämplig metod för test av våtstyrkan inom papperstillverkningsindu- strin.
"IÛÉ flfi CD un' 3 Föreliggande uppfinning skall ge en lösning på nämnda problem genom att tillhandahålla en metod som möjliggör kontinuerlig kontroll av vátstyrkan hos pappret under produktionsprocessen.
Detta ändamål uppnås med den kombinerade användningen av spektrometriska och kemometriska tekniker.
Enligt uppfinningen utsättes pappret eller massan i produk- tionslinjen för spektrometrisk analys. Emellertid utgör massan liksom pappret ett flerkomponentsystem eller ett system med en hög grad av bakgrundsstörningar (interferenser) som i hög grad komplicerar den spektrometriska analysen.
Användningen av multivariat dataanalys vid karaktäristiken av multikomponentsystem är för närvarande ett område under ut- veckling. Generellt tillämpad på omrâdet kemi och speciellt omradet analytisk kemi benämnes dessa statistiska metoder även kemometriska metoder och bildar disciplinen kemometri. Tekni- ken för kemometri beskrives närmare i S.D. Brown, "Chemomet- rics", Anal. Chem. 62, 84R-l01R (1990), som genom referens i r sin helhet inneslutes häri.
Ett exempel på användningen av kemometri ges i doktorsavhand- lingen av Wallbäcks (ovan), som har visat att multivariat data-analys kan användas för att prediktera olika fysikaliska egenskaper som en funktion av den initiala karaktäristiken av omald massa och effekten av malningen.
Dessutom visar Brown et al i US-patentet 5 121 337 (1990) en metod som baseras på multivariat data-analys för att korrigera spektraldata med data beroende på den spektrala mätningspro- cessen i sig själv och bedömning av okända egenskaper och/el- ler kompositionsdata hos ett prov med användning av en sådan metod. Å andra sidan beskriver Richardson et al i US 5 442 602 en metod för samtidig mätning av koncentrationen av multipla kemiska komponenter, vilka de kallar "performance indicators" 505 1G”. 4 i ett vattensystem genom analys av spektrumet av vattensyste- met inom våglängdsområdet 200 till 2500 nm och tillämpning av kemometriska algoritmer på spektrumet för att samtidigt be- stämma koncentrationerna av olika "performance indicators“.
Inte någon av de ovannämnda författarna föreslår någon lösning på problemet med att bestämma våtstyrkan hos ett papper i en pappersproduktionsprocess på ett sätt som tillåter konti- nuerlig kontroll av denna parameter. Detta utgör emellertid föremålet för föreliggande uppfinning, som tillhandahåller ett pålitligt och exakt sätt att kontrollera vàtstyrkan hos ett papper genom en snabb kemisk analys kopplad med multivariat data-analys med användning av tekniken kemometri.
Föremål för uppfinningen är således tillhandahållandet av en metod för omedelbar bestämning av våtstyrkan hos papper i massa och papper i verklig tid utan användningen av de tradi- tionella långvariga mekaniska mätningarna.
Ett annat syfte med uppfinningen är att tillhandahålla en metod för att upprätthålla ett effektivt processkontrollpro- gram vari våtstyrkan hos ett papper direkt och kontinuerligt kontrolleras för att detektera eventuella förändringar och kontrollera ingângsdata och därigenom säkerställa optimala dosnivåer för våtstyrkeförbättrande kemiska additiv och meka- nisk behandling av massan.
Sammanfattning av uppfinningen De ovannämnda syftena med uppfinningen erhålles genom en metod för mätning av våtstyrkan i papper genom att analysera det synliga, nära infraröda och/eller infraröda spektrumet hos papper/massa i processlinjen inom ett våglängdområde av 400 nm till 400 um och tillämpa kemometrisk utvärdering av spektrumet för att beräkna våtstyrkan hos pappret. 503 'lÛí 5 Detaljerad beskrivning av uppfinninqen Enligt uppfinningen har det nu genom ett avsevärt utvecklings- arbete påvisats att det är möjligt att direkt och kontinuer- ligt detektera absorptions-, reflektans- och emissions-spektra hos massa och papper med användning av en VIS-NIR- och/eller IR-spektrometer och genom att använda absorbans-, reflektans- eller transmittans-värden vid diskreta våglängder från dessa spektra, och beräkna våtstyrkan hos motsvarande papper.
Terminologin massa och/eller papper som användes häri hänför sig inte endast till blekt massa och/eller papper utan även till oblekt eller partiellt blekt massa och/eller papper.
Detta inkluderar papper för alla ändamål, täckpapper (liner) liksom kräppapperskvaliteter.
Tekniskt kan den spektrometriska analysen genomföras genom on-line-, in-line- eller at-line-detektering och kan genom- föras som en kontinuerlig övervakning med användning av en on-line-, in-line- eller at-line-optisk fibersond, eller genom att ta individuella prov för separat analys. I båda fallen underkastas emissions-, transmittans- eller reflektans-spektra ytterligare databearbetning med användning av värden från flera diskreta våglängder från varje särskilt spektrum.
Ett exempel på en sådan teknik är användningen av en anord- ning, placerad på avstånd av processen, som innehåller en ljuskälla, detektor, elektronikkomponenter och andra nödvändi- ga komponenter för att transmittera en signal genom en optisk fiber till provet, där ljuset transmitteras genom eller re- flekteras på eller delvis genom provet. De resulterande signa- lerna àtersändes till detektorn genom en åtföljande optisk fiberkabel och registreras.
I spektrometern konverteras ljuset till en elektrisk signal, som därefter överföres till en dator där spektrumet av en tidigare lagrad referensavsökning kan relateras till, t.ex. subtraheras från, provspektrumet och ett referenskorrigerat 5013 'lül spektrum beräknas.
Ett annat exempel är att manuellt eller automatiskt ta prov vid relevanta tidsintervall och underkasta proven analys i ett analytiskt instrument, innehållande ljuskällan, detektorn, elektronikkomponenter och andra nödvändiga komponenter. Emis- sions-, transmittans- eller reflektans-spektra underkastas därefter ytterligare databehandling med användning av värden från flera diskreta våglängder från varje särskilt spektrum.
Det är att föredraga att detektorn har ett mätintervall av högst 10 nm, företrädesvis 2 nm, och allra helst 1 nm eller mindre.
Detektionen sker inom VIS-NIR-våglängdsintervallet 400 nm till 2500 nm och/eller IR-vàglängdsintervallet 800 nm till 400 um.
Detta kan åstadkommas med användning av ett scanning-instru- ment, ett diodvektorinstrument, ett Fourier-transforminstru- ment eller vilken som helst annan liknande utrustning känd för en fackman pà området.
En utvärdering av våglängder ingående i absorptions-, reflek- tans- eller emissions-spektra ger relevant information för analysen. Genom tillämpning av kemometriska metoder till erhållna spektra är det möjligt att ignorera våglängder som inte innehåller information som bidrar till den kemiska analy- sen, även om mätningen innefattar information från hela våg- längdsområdet.
Bestämningen och kontrollen av vátstyrkan hos papper i massa och/eller papper med användning av de spektroskopiska mät- ningarna innefattar huvudsakligen två steg, varvid det för- sta steget är utvecklingen av en kalibreringsmodell innefat- tande utveckling av referensset; databearbetning; och dataana- lys, genom användning av massa och/eller pappersprov av känd vátstyrka; och det andra steget är spektrometisk analys av provet med okänd våtstyrka, spektraldatabearbetning, even- 7 tuellt följd av data-analys: och tillämpning av kalibrerings- modellen utvecklad i det första steget pà de data som erhål- lits därigenom.
(I) UTVECKLING AV EN KALIBRERINGSMODELL Vàtstyrkan för ett antal massa- och/eller pappers-prov mätes på traditionellt sätt (t.ex. TAPPI). Dessa prov, som är karak- täriserade med traditionellt mätta vátstyrkevärden, användes därefter vid utvecklingen av en kalibreringsmodell, vari de tre understegen som omnämnts ovan appliceras på de absorp- tions-, reflektans- eller emissions-spektra som registrerats för nämnda prov.
(I.a.) Utveckling av referensset Modellreferensset består av ett stort antal absorptions-, reflektans- eller emissions-spektra från prov med känd våt- styrkekaraktäristik, vilka prov företrädesvis bör vara repre- sentativa för produktionslinjen. Referensseten användes i de kemiska algoritmerna för att beräkna de resulterande modell- parametrarna.
(I.b.) Databearbetning För att reducera brus och justera för baslinjedrift bör spekt- rala ràdata bearbetas. Denna bearbetning kan även röja gömd information såsom identitet med uppenbart olika spektra eller icke-identitet av uppenbart mycket liknande spektra.
Dessutom uppfylles sällan de antaganden som leder till Beers lag (som anger att för en given absorptionskoefficient och längd för en optisk väg i det absorptiva mediumet är den totala mängden absorberat ljus proportionellt mot provets molekylkoncentration) i det komplexa system som utgör massa eller papper. Detta beror i huvudsak på ljusspridningsvaria- tioner beroende på provets fysikaliska dimensioner.
Olika teorier har utvecklats för att övervinna detta problem och den mest använda är: Kubelka-Munk-transformationen (P. 505 'šßí 8 Kubelka, F. Munk, Z. Tech. Physik 12, 593 (1931)), som inbe- griper absorption och spridning; och "the Multiplicative Scatter Correction" (P. Geladi, D. MacDougall, H. Martens, Appl. Spect. 39, 491-500 (1985)) där varje spektrum är "korri- gerat" i bàde offset och lutning genom jämförelse med ett "idealt“ spektrum (medelspektrum).
Kubelka-Munk-transformeringen är enligt ekvation 1: = (1°'Rik) 2 ik 2Rik (1) vari Rik är den skenbara absorbansen vid våglängden k. Aik är den transformerade absorbansen vid våglängden k och index i visar tillgängliga provspektra.
"The Multiplicative Scatter Correction" (MSC) är enligt ekva- tion 2: (2) vari Aik, Rik, i och k har samma betydelse som ovan, âi är minsta kvadratberäkningen av interceptparametern och bi är minsta kvadratberäkningen av lutningsparametern.
Ett annat sätt för linearisering av spektrala data är använd- ningen av derivat, t.ex. upp till derivat av fjärde graden (A.
Savitzky, M.J.E. Golay, Anal. Chem. 36, 1627-1639 (1964)).
Spektrumets derivat resulterar i ett transformerat spektrum, bestående endast av de relativa förändringarna mellan de närliggande våglängderna och det har visat sig att toppinten- siteterna av deriverade spektra tycks bli mera lineära med in CD QJ ...x "Ö 9 koncentrationen (T.C. 0'Haver, T. Begley, Anal. Chem. 53, 1876 (1981)).
Linearisering kan även åstadkommas genom användning av Fouri- rer-transformationen eller genom användning av "the Standard Normal Variate Transformation" som beskrives av R.J. Barnes, M.S. Dhanoa och S.J. Lister i Appl. Spektrosc., volym 43, nummer 5, sid. 772-777 (1989).
(I.c) Data-analys Data-analys med användning av kemometriska tekniker tillåter därefter utvecklingen av kalibreringsmodellen. Det finns flera kemometriska tekniker som kan användas, såsom principalkompo- nentanalys (PCA), "partial least square regression" (PLS), principalkomponent-regression (PCR), multilineär regressions- analys (MLR) och diskriminant-analys. Den föredragna kemomet- riska tekniken enligt uppfinningen är PLS-metoden.
(I.c.l) Principalkomponent-analys (PCA) Genom PCA sammanpressas en uppsättning korrelerade variabler till ett färre antal icke-korrelerade variabler.
Denna transformation består av en rotation av koordinatsyste- met, som resulterar i centreringen av information på ett färre antal axlar än i det ursprungliga koordinatsystemet. Härigenom behandlas variabler som är högt korrelerade till varandra som en enda enhet. Med användning av PCA är det således möjligt att få en mindre uppsättning icke-korrelerade variabler som fortfarande representerar det mesta av informationen som fanns närvarande i den ursprungliga uppsättningen av variabler men som är mycket lättare att använda i modeller.
I allmänhet ger 2 till 15 principalkomponenter 85 till 98 % av variansen av variablerna.
(I.c.2) Partial least square regression (PLS) PLS är en modellering och beräkningsmetod genom vilken kvanti- 10 tativa förhållanden kan etableras mellan block av variabler, t.ex. ett block av deskriptordata (spektrum) för en serie prov och ett block av responsdata mätta på dessa prov. Genom det kvantitativa förhållandet mellan blocken är det möjligt att få spektraldata för ett nytt prov till deskriptorblocket och göra predikteringar av de förväntade svaren. En stor fördel med metoden är att resultaten kan utvärderas grafiskt genom olika kurvor. I de flesta fall är visuell tolkning av kurvan till- räcklig för att få en bra förståelse av olika förhållanden mellan variablerna. Metoden baseras pà projektioner, liknande PCA. PLS-metoden beskrives detaljerat i Carlsson R., Design and optimization in organic synthesis, B.G.M. Vandeginste, O.M. Kvalheim, utg., Data handling in science and technology, (Elsevier, 1992), vol. 8.
(I.c.3) Principalkomnonent-redression (PCR) PCR är nära relaterad till PCA och PLS. Såsom i PLS projiceras varje objekt i deskriptorblocket på en rymd med färre dimen- sioner än den ursprungliga, vilket resulterar i att informa- tionen kan karaktäriseras med s.k. "scores" och "loadings".
Via ett regressionsförfarande modelleras responsmatrisen mot den spektrala informationen, uttryckt som "scores". Denna kan användas för att prediktera okända prov. Samma modellstatistik som i PLS och PCA kan användas för att Validera modellen.
För en utmärkt handledning i PCA, PLS och PCR se P. Geladi et al i "Partial Least-Squares Regression: A Tutorial" i Anal.
Chim. Acta, 185, 1-32 (1986), vilken i sin helhet införlivas häri genom referens.
(I.c.4) Multilineär reqressions-analys (MLR) Genom MLR definieras det bäst passande planet för våtstyrkan som en funktion av spektrumet med användning av minsta kva- drat-metoden för att definiera varje gränslinje av planet.
Detta plan användas därefter för att känna igen och tilldela ett predikterat värde för en okänd vátstyrka. (71 (Û ll Denna teknik begränsas generellt till relativt "rena" system där det inte finns någon signifikant mängd av matrisinterfe- renser och i motsats till PLS erfordrar det fler objekt än variabler.
(I.c.5) Diskriminant-analys Detta är en metod varigenom, genom användning av spektraldata, de kända våtstyrkevärdena grupperas i olika kluster, separera- de av lineära bestämningsgränser.
Genom sitt spektrum kan ett prov med okänd vàtstyrka matchas mot ett kluster och vátstyrkan kan tilldelas ett värde, t.ex. klustrets medelvärde.
Detta är en mycket användbar teknik för kvalitetsscreening men erfordrar en mycket större databas för att få statistiskt signifikanta resultat.
(II) BESTÄMNING AV OKÃND VÄTSTYRKA GENOM APPLIKATION AV KALIB- RERINGSMODELLEN Sá snart en kalibreringsmodell har utvecklats kan bestämningen av den okända vàtstyrkan hos pappret göras genom att registre- ra absorptions-, reflektans- eller emissions-spektrumet i enlighet med (I.a) från massan och/eller pappret av okänd vàtstyrka: bearbetning av därigenom erhållna spektral-rådata enligt (I.b); valfritt utförande av data-analys på bearbetade spektraldata enligt (I.c); och tillämpning av den utvecklade kalibreringsmodellen på därigenom erhållna data.
Uppfinningen kommer nu att àskàdliggöras med ett exempel.
EXEMPEL Nära infraröd reflektansspektrometri (NIRR) av pappersprovet, linearisering av spektraldata och multivariat datautvärdering med användning av PLS-algoritmen användes för att bestämma vàtstyrkan hos pappret. 503 101 12 UTVECKLING AV EN KALIBRERINGSMODELL (A) Utveckling av referens-set PROV Referensproven bestod av totalt 108 pappersark av olika pap- perskvalitet av blekt och oblekt massa, 37 av blekt massa och 71 av oblekt massa, varvid de senare var av bàde kräppade och okräppade kvaliteter: - prov tillverkade i en Laboratory Dynamit Sheet Former av lövträd 350 sn, ytvikc 70 g/m2: - prov tillverkade på en försöksanläggningsmaskin, av blekt kraftmassa (50/50 barrträd/lövträd) 35-390 SR, ytvikt 70 g/ m2; - prov av både ordinära och kräppade (kräppgrad 3 %) kvali- teter av oblekt kraftmassa med 30-40 % returfibrer, 20-250 SR, varierande porositet 14,1-17,4 Gurley sec, ytvikt 70 g/ m2, densitet 600 kg/m3 - prov från olika pappersbruk såsom liner av lövträd, yrvikt 160-leo g/m3.
Pappersproven hade underkastats behandling med olika mängder vàtstyrkeökande papperskvaliteter. Provens vàtstyrka testades med användning av den ovannämnda TAPPI-standardmetoden.
NÄRA INFRARÖD REFLEKTANS (NIRm-MÄTNINGAR NIRR-mätningarna erhölls med användning av en NIR Systems® 6500-spektrometer, från NIR Systems, USA, utrustad med en hög fett/fukt-cell med en scannad yta av upp till 60 cmz, med ett spektralintervall mellan 400 nm och 2500 nm, i jämna intervall av 2 nm, vilket ger 1050 mätningar vid olika våglängder.
Reflektansdata erhölls som skenbar absorbans och överfördes till en MacintosH® Quadra 700-dator.
(B) Databearbetning Spektraldatamatrisen reducerades till NIR-området (1100-2500 nm) för större modelleringshastighet. Spektrana reducerades med en faktor av 8 (var åttonde våglängd bibehölls), vilket 505 '101 13 resulterade i 175 spektralpunkter för modellering.
LINEARISERINGSTRANSFORMATION Den bästa lineariseringsfunktionen fastställdes med användning av en faktoriell design-approach (R.J.O. Olsson i Near Infra- Red Spectroscopy, I.T. Hildum, K.L. Naes T. och Tandberg A., utg. Ellis Horwood Limited, Chichester (1992), sid. 103-107) och befanns vara MSC med medelspektrumssubtraktion och in- förlivande de beräknade intercept- och lutnings-parametrarna i det oberoende datasetet (spektra).
Mean Squared Error Prediction (MSEP) (H. Martens, T. Naes, Appl. Spect. 39, 491-500 (1985)) enligt ekvation 3 nedan utvärderades som ett antal latenta variabler i PLS-modellen.
Lineariseringsfunktionen/funktionerna som gav det minsta MSEP- värdet för de olika deskriptorerna användes därefter i den efterföljande PLS-modelleringen.
MSEP = å i (êl--ciïz (3) i-l n är antalet prov, ëi är det modellerade deskriptorvärdet och ci är det traditionellt mätta deskriptorvärdet. Index i är deskriptorn av provet i.
(Andra statistiska parametrar relaterade till MSEP är Standard Error Prediction (SEP) och Root Mean Squared Error Prediction (RMSEP) givna nedan genom ekvationerna 4 resp. 5.) (C) Data-analys Mjukvaran MATLAB V 3.5 användes för numeriska beräkningar.
PLS-algoritmen som användes för modellering av förhållandet mellan spektra och deskriptorer är en generell funktion i den kommersiellt tillgängliga "Chemometrics Toolbox" baserad på NIPALS algoritm (H. Wold, P. Krishnaiah, Multivariate Analy- sis, 391 (1966)). Konvergenskriterierna för algoritmen var 1 x 503 ':1Ü'l 14 1O'10 eller 100 upprepningar. Metoden för etablering av det signifikanta antalet PLS-komponenter var korsvalidering (S.
Wold, Technometrics 20, 397-405 (1978)) (Jack-knifing) varvid ett prov utelämnades. Detta antal befanns här vara 15 för både de blekta och de oblekta pappersproven. Våtstyrkevärdena medelcentrerades och skalades till enhetsvarians innan model- leringen (autoscaling eller z-transform) och àterskalades innan modellutvärdering.
RESULTAT De uppmätta och (vs) modellerade värdena för våtstyrkan av oblekta (kräppade och okräppade) och blekta (okräppade) pap- perskvaliteter är plottade i fig. 1 resp. 2 med ett 95%-igt t- test-konfidensintervall för den, för data, anpassade regres- sionslinjen.
Följaktligen åskådliggör fig. 1 den uppmätta mot predikterade vátstyrkan (i kNm/kg) i 71 prov av oblekt papper, bàde kräppa- de och okräppade; och fig. 2 åskådliggör den uppmätta mot predikterade våtstyrkan (i kNm/kg) för 37 prov av blekt, okräppat papper.
I de ovannämnda figurerna är även den ojusterade korrelations- koefficienten (rz), SEP (i kNm/kg) (ekv. 4, se nedan), RMSEP (i kNm/kg) (ekv. s, se nedan), Msr-:P (i xNZmZ/kgz), intercepten (INTER) och lutningen (K) av kurvorna specificerade.
SEP = J (mirlz (êi-ci-ïê-c) >2 (4) .i-l RMSEP = JMSEP (5) (I ekv. 4 har n, Ö, c och i samma betydelse som i ekv. 3). 15 SEP är en bra approximation av en standardavvikelse av modell- resten.
Idealiskt bör rz och k vara så nära 1 som möjligt; medan SEP, RMSEP, MSEP och intercepten bör vara så nära O som möjligt.
Med hänsyn till de erhållna värdena är det möjligt att säker- ställa den mycket goda validiteten och exaktheten hos model- len.
Fördelen med den nya metoden för kontroll av papprets våtstyr- ka i massa och papper med användning av kemometri bör således klart framgå. En mångfald provvarianter från olika pappersbruk och produktionsförfaranden kan analyseras med samma kalibre- ringsset. Det enda kriteriet som måste beaktas är om provet är blekt eller inte. Uppfinningen tillhandahåller således en metod varigenom kontroll av våtstyrkan av pappret i en pap- persproduktionsprocess kan genomföras på ett mycket snabbt och exakt sätt på vilken som helst typ av massa eller papper.

Claims (15)

LH f 16 PATENTKRAV
1. Ett sätt att bestämma vàtstyrkan hos papper i massa och/ eller papper, vilken metod innefattar (I) utveckling av en kalibreringsmodell genom (I.a) registrering av absorptions-, reflektans- eller emis- sions-spektra i referensprov av känd vátstyrka för utveckling av referens-set; (I.b) bearbetning av spektral-rådata för att reducera brus och justera för drift och spridning av diffust ljus; (I.c) genomförande av data-analys genom att tillämpa kemomet- riska tekniker på de bearbetade referens-seten; och (II) bestämning av den okända vàtstyrkan i papper genom att registrera absorptions-, reflektans- eller emissions-spektrum, i enlighet med (I.a) från massan och/eller pappret av okänd våtstyrka; bearbetning av därigenom erhållna spektral-rådata enligt (I.b); och tillämpning av den utvecklade kalibrerings- modellen på bearbetade data.
2. Sätt enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a t av att kvantifieringen av absorptions-, reflektans- eller emissions- spekra genomföras i vàglängdsomrádet 400 nm till 400 pm.
3. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t av att bearbetningen av rådata göres med an- vändning av lineariserande transformationer.
4. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att lineariseringen genomföras med användning av Kubelka-Munk transformationen: = mik <1) Aik 17 vari Rik är den skenbara absorbansen vid våglängden k, Aik är den transformerade absorbansen vid våglängden k och index i åskådliggör tillgängliga provspektra.
5. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att lineariseringen sker med användning av Multiplicative Scatter Correction: 'k-â. Aik = 2.5; (2) .l vari Rik är den skenbara absorbansen vid våglängden k, Aik är den transformerade absorbansen vid våglängden k, âi är be- räkningen enligt minsta kvadrat-metoden av interceptparametern och Bi är beräkningen enligt minsta kvadrat-metoden av lut- ningsparametern, indexet i representerar antalet tillgängliga spektra och indexet k representerar de tillgängliga vågläng- derna.
6. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att lineariseringen sker med användning av Fourier-transformatio- Den .
7. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att lineariseringen sker med användning av derivat av fjärde gra- den.
8. Sätt enligt patentkravet 3, k ä n n e t e c k n a t av att lineariseringen sker med användning av Standard Normal Variate-transformationen.
9. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t av att data-analysen sker med användning av multilineär regressionsanalys-tekniken. 18
10. Sätt enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k - n a t av att data-analysen sker med användning av principal- komponentanalys-tekniken.
ll. Sätt enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k - n a t av att data-analysen sker med användning av partial least square-tekniken.
12. Sätt enligt något av patentkraven 1-8, k ä n n e t e c k - n a t av att data-analysen sker med användning av principal- komponentregressions-tekniken.
13. Sätt för kvalitetsscreening av våtstyrkan av ett papper med användning av metoden enligt något av patentkraven l-8, k ä n n e t e c k n a t av att data-analysen sker genom dis- kriminant-analys.
14. Ett medel för att upprätthålla ett effektivt processkon- trollprogram, vari våtstyrkan hos ett papper direkt och konti- nuerligt kontrolleras för att detektera eventuella förändrin- gar därav och ge kontrollinput för att säkerställa optimala dosnivåer för våtstyrkeförbättrande kemikalieadditiv och mekanisk bearbetning av massan genom användning av metoden som definieras i något av patentkraven 1-13.
15. Sätt enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e - t e c k n a t av att data-analys, som definierats i något av patentkraven 9-13, även genomföras på de bearbetade spektral- data som erhållits frán massa och/eller papper av okänd våt- styrka.
SE9401717A 1994-05-18 1994-05-18 Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet SE503101C2 (sv)

Priority Applications (9)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9401717A SE503101C2 (sv) 1994-05-18 1994-05-18 Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet
TW084104668A TW269006B (sv) 1994-05-18 1995-05-11
PCT/SE1995/000534 WO1995031709A1 (en) 1994-05-18 1995-05-12 A method and means of quantifying the wet strength of paper
JP7529565A JPH10500214A (ja) 1994-05-18 1995-05-12 紙の湿潤強度を定量化する方法および手段
AU25822/95A AU2582295A (en) 1994-05-18 1995-05-12 A method and means of quantifying the wet strength of paper
US08/444,052 US5638284A (en) 1994-05-18 1995-05-18 Method of quantifying the wet strength of paper
KR1019960700237A KR960704221A (ko) 1994-05-18 1996-01-18 종이의 습강도 정량화 수단 및 방법(a method and means of quantifying the wet strength of paper)
FI960242A FI960242A0 (fi) 1994-05-18 1996-01-18 Metod foer kvantifiering av vaotstyrkan hos papper och tillaempning av foerfarandet
NO964849A NO964849D0 (no) 1994-05-18 1996-11-15 Fremgangsmåte og anordning for kvantifisering av papirs våtstyrke

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SE9401717A SE503101C2 (sv) 1994-05-18 1994-05-18 Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet

Publications (3)

Publication Number Publication Date
SE9401717D0 SE9401717D0 (sv) 1994-05-18
SE9401717L SE9401717L (sv) 1995-11-19
SE503101C2 true SE503101C2 (sv) 1996-03-25

Family

ID=20394048

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SE9401717A SE503101C2 (sv) 1994-05-18 1994-05-18 Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet

Country Status (9)

Country Link
US (1) US5638284A (sv)
JP (1) JPH10500214A (sv)
KR (1) KR960704221A (sv)
AU (1) AU2582295A (sv)
FI (1) FI960242A0 (sv)
NO (1) NO964849D0 (sv)
SE (1) SE503101C2 (sv)
TW (1) TW269006B (sv)
WO (1) WO1995031709A1 (sv)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0889997B1 (en) 1996-03-28 2002-07-10 The Procter & Gamble Company Paper products having wet strength from aldehyde-functionalized cellulosic fibers and polymers
EP0892924B1 (de) * 1996-04-09 2004-03-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur bestimmung der mechanischen eigenschaften von papier und zugehörige anordnung
DE19653479C1 (de) * 1996-12-20 1998-09-03 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Prozeßführung und zur Prozeßoptimierung beim Bleichen von Faserstoffen
DE19653477C2 (de) * 1996-12-20 1999-04-22 Siemens Ag Verfahren und Vorrichtung zur Prozeßführung bei der Herstellung von Papier
DE19823695A1 (de) * 1998-05-27 1999-12-02 Voith Sulzer Papiertech Patent Verfahren und Meßgerät zur quantitativen Erfassung von Inhaltsstoffen
DE19912500A1 (de) 1999-03-19 2000-09-21 Voith Sulzer Papiertech Patent Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von Eigenschaften einer laufenden Materialbahn
US6502774B1 (en) 2000-03-08 2003-01-07 J + L Fiber Services, Inc. Refiner disk sensor and sensor refiner disk
US6778936B2 (en) 2000-03-08 2004-08-17 J & L Fiber Services, Inc. Consistency determining method and system
US6752165B2 (en) 2000-03-08 2004-06-22 J & L Fiber Services, Inc. Refiner control method and system
US6525319B2 (en) 2000-12-15 2003-02-25 Midwest Research Institute Use of a region of the visible and near infrared spectrum to predict mechanical properties of wet wood and standing trees
US6606568B2 (en) 2000-06-28 2003-08-12 Midwest Research Institute Method for predicting dry mechanical properties from wet wood and standing trees
US6593572B2 (en) 2000-12-13 2003-07-15 Midwest Research Institute Method of predicting mechanical properties of decayed wood
US6938843B2 (en) 2001-03-06 2005-09-06 J & L Fiber Services, Inc. Refiner control method and system
US7194369B2 (en) * 2001-07-23 2007-03-20 Cognis Corporation On-site analysis system with central processor and method of analyzing
DE10322439A1 (de) * 2003-05-19 2004-12-09 Bayer Ag Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Isomerenzusammensetzung bei Isocyanat-Herstellprozessen
US7104480B2 (en) * 2004-03-23 2006-09-12 J&L Fiber Services, Inc. Refiner sensor and coupling arrangement
DE102005036075A1 (de) * 2005-08-01 2007-02-15 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung von Tissuepapier
WO2006081183A2 (en) * 2005-01-24 2006-08-03 Paradigm Chemical & Consulting, Llc Process for improving dry strength and drainage of paper and paperboard
DE102005049502A1 (de) * 2005-10-13 2007-04-19 Voith Patent Gmbh Verfahren zur Herstellung von Tissuepapier
NZ550317A (en) * 2007-01-04 2008-10-31 Carter Holt Harvey Pulp & Pape In production accessment of fibre cement properties by multivariate analysis of near infra-red spectra
DE102007044606B4 (de) 2007-09-19 2010-05-12 Pal Preservation Academy Gmbh Leipzig Bestimmung des Zustandes von Zellstoff und Papier
US8744775B2 (en) * 2007-12-28 2014-06-03 Weyerhaeuser Nr Company Methods for classification of somatic embryos comprising hyperspectral line imaging
US8519337B2 (en) * 2008-06-28 2013-08-27 The Boeing Company Thermal effect measurement with near-infrared spectroscopy
US8552382B2 (en) * 2008-08-14 2013-10-08 The Boeing Company Thermal effect measurement with mid-infrared spectroscopy
US8436311B2 (en) * 2008-08-14 2013-05-07 The Boeing Company Method of predicting thermal or chemical effect in a coated or painted composite material
US8594828B2 (en) * 2008-09-30 2013-11-26 Rockwell Automation Technologies, Inc. System and method for optimizing a paper manufacturing process
FI126614B (sv) * 2009-04-07 2017-03-15 Valmet Automation Oy Modellering av egenskap av papper, kartong eller papp
ES2856302T3 (es) 2013-08-30 2021-09-27 Emd Millipore Corp Medios filtrantes en profundidad compuestos de alta capacidad con bajos extraíbles
AT518417B1 (de) * 2016-04-25 2017-10-15 Klaus Ing Bartelmuss Verfahren und Vorrichtung zur Messung der Feuchtigkeit des auf einem Siebband befindlichen Pulpematerials
CN114660272B (zh) * 2022-03-18 2022-10-21 山鹰国际控股股份公司 一种牛皮纸浆料品质评估方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5104485A (en) * 1988-05-31 1992-04-14 Hercules Incorporated Method of measuring non-aqueous constituents in a pulp slurry of a water/cellulose matrix
GB2237305B (en) * 1989-10-28 1993-03-31 Schlumberger Prospection Analysis of drilling solids samples
US5121337A (en) * 1990-10-15 1992-06-09 Exxon Research And Engineering Company Method for correcting spectral data for data due to the spectral measurement process itself and estimating unknown property and/or composition data of a sample using such method
US5243546A (en) * 1991-01-10 1993-09-07 Ashland Oil, Inc. Spectroscopic instrument calibration
US5206701A (en) * 1991-09-20 1993-04-27 Amoco Corporation Apparatus for near-infrared spectrophotometric analysis
US5276327A (en) * 1991-12-09 1994-01-04 Measurex Corporation Sensor and method for mesaurement of select components of a material
US5242602A (en) * 1992-03-04 1993-09-07 W. R. Grace & Co.-Conn. Spectrophotometric monitoring of multiple water treatment performance indicators using chemometrics
US5489980A (en) * 1992-03-18 1996-02-06 Anthony; Michael Apparatus for rapid and accurate analysis of the composition of samples
US5360972A (en) * 1993-08-17 1994-11-01 Western Atlas International, Inc. Method for improving chemometric estimations of properties of materials
US5504332A (en) * 1994-08-26 1996-04-02 Merck & Co., Inc. Method and system for determining the homogeneity of tablets

Also Published As

Publication number Publication date
SE9401717L (sv) 1995-11-19
JPH10500214A (ja) 1998-01-06
WO1995031709A1 (en) 1995-11-23
FI960242A0 (fi) 1996-01-18
SE9401717D0 (sv) 1994-05-18
AU2582295A (en) 1995-12-05
KR960704221A (ko) 1996-08-31
US5638284A (en) 1997-06-10
NO964849D0 (no) 1996-11-15
TW269006B (sv) 1996-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
SE503101C2 (sv) Sätt att bestämma våtstyrkan hos papper och medel för processkontroll genom användning av sättet
US5842150A (en) Method of determing the organic content in pulp and paper mill effulents
EP0760094B1 (en) Method of quantifying performance chemicals in pulp and paper
Andersson et al. Monitoring of a film coating process for tablets using near infrared reflectance spectrometry
US5641962A (en) Non linear multivariate infrared analysis method (LAW362)
RU2266523C1 (ru) Способ создания независимых многомерных градуировочных моделей
CN107703097B (zh) 利用近红外光谱仪构建快速预测原油性质的模型的方法
WO2005111583A1 (ja) 近赤外線分光法による野菜等の成分の非破壊検査法、及び同装置
Fardim et al. Multivariate calibration for quantitative analysis of eucalypt kraft pulp by NIR spectrometry
CN106932015B (zh) 使用拉曼光谱的包衣药物片剂的实时表征
WO1995031710A1 (en) Spectrophotometric method to measure quality and strength parameters in trees, lumber, timber, chips, saw dust, pulp and paper
US11333600B2 (en) Analysis method, analysis apparatus, printer, and print system
JP3615390B2 (ja) オンライン用分光分析計の計測値解析方法
Christensen et al. Rapid spectroscopic analysis of marzipan—comparative instrumentation
Brink et al. On-line predictions of the aspen fibre and birch bark content in unbleached hardwood pulp, using NIR spectroscopy and multivariate data analysis
Cozzolino et al. The use of correlation, association and regression to analyse processes and products
CN116662751A (zh) 一种基于主成分分析与杠杆值法剔除异常样本的烟叶含水率检测方法
CA2208216C (en) Non linear multivariate infrared analysis method
Smith et al. Optimisation of partial least squares regression calibration models in near-infrared spectroscopy: a novel algorithm for wavelength selection
US6671629B2 (en) Method and device for measuring characteristics of a sample
US20230194416A1 (en) Preparation method for preparing spectrometric determinations of at least one measurand in a target application
Fišerová et al. Using NIR analysis for determination of hardwood kraft pulp properties
He et al. Prediction of dry matter, protein, and acidity in corn steep liquor using near infrared spectroscopy
CN114910440A (zh) 一种快速分析料液配制质量稳定性的方法
SE520897C2 (sv) Förfarande för bestämning av träslaget hos en stock eller trädstam

Legal Events

Date Code Title Description
NUG Patent has lapsed

Ref document number: 9401717-5

Format of ref document f/p: F