專利名稱：確定淀粉的量的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于確定用于對纖維素產品進行表面施膠的淀粉量的方法。另外，本發明涉及一種用于確定用于對纖維素產品進行涂布的淀粉量的設備。
背景技術：
在制造纖維素產品時，可通過使用所謂的表面施膠來影響產品的性能。在表面施膠時，纖維素產品的表面通過用水溶性聚合物(諸如淀粉)增添纖維間的結合而封閉以便提高強度性能，例如便于進一步處理和防止灰塵形成。在表面施膠時，淀粉通常以非常小的量(例如0. 5-2g/m2)在紙的一側或者兩側施加到纖維素產品的表面上。表面施膠通常用于例如高級紙張、要被涂布的原紙和紙板。在確定材料的性質和組成時，通常使用的一種方法是基于分析輻射的光譜法。在光譜法中，被待測目標輻射、吸收或者反射的輻射可根據使用目的而被利用。對于不同的目的，可利用不同波長范圍，例如紅外線輻射和紫外線輻射，而且光譜法的部段相應地被稱為紅外線光譜(即IR光譜)和紫外線光譜(即UV光譜)。通常，纖維素產品的很多性質(諸如實際涂布的量)可特別地借助于例如在專利公開文獻FI 115412中公開的IR光譜來測量。在確定材料的組成時，可利用IR光譜，例如通過在若干個紅外輻射的波長處測量輻射的吸收(即被材料吸收的輻射)。紅外輻射的吸收率與取樣中的吸收材料的濃度成比例，由各特定化學材料的共振頻率引起的吸收峰值位于材料的特征波長處。因此，使用適當的波長能夠確定纖維素產品的組成和例如水分。然而，利用光譜確定淀粉量的問題在于淀粉的吸收峰值位于與纖維素的吸收峰值基本相同的波長范圍內，由此，利用光譜的傳統施加方法通過直接測量吸收值來確定淀粉的量不成功。但是，在專利公開文獻US5663565中公開了一個利用光譜確定用于波紋板的施膠層的淀粉基施膠(starch-based size)量的實例。在波紋板的層被施膠時，淀粉施膠僅僅涂敷在要被施膠的接觸表面上的折皺端部處，而不是均勻地涂敷在整個產品表面上。 在該公開文獻的方法中，在被施膠所包含的水和/或淀粉的吸收波長范圍內測量吸收值， 在折皺的頻率處振蕩的信號部分與測量信號分離，同時過濾掉與除了施膠量之外的一些量相關的變化。然而，該方法不能用于在纖維素產品的表面上均勻涂敷淀粉的表面施膠中測量淀粉。此外，由于影響測量結果的很多因素，該方法測量的不精確性很大。因此，實際上，利用現在的測量技術來充分且精確地測量淀粉的量幾乎不可能。通常，除了上述提到的美國公開文獻的方法之外的唯一可用的方法是干重差測量法，該干重差值測量法確定在添加表面施膠之前和在已經添加表面施膠之后的基重和水的重量之差， 淀粉的量基于二者之差(即基于干重差)來確定。然而，這種方法同樣存在問題，因為利用這種方法的測量誤差甚至可能很容易使淀粉的量升高很大百分比，該淀粉的量通常與纖維素的量相比非常小。而且，該方法需要進行利用電離輻射的基重測量，電離輻射在進行表面施膠之前和之后具有可能的、同樣已知的負面影響。

發明內容
本發明的目的在于提供一種用于確定要用于纖維素產品的表面施膠的淀粉量的新穎和改進的設備和方法。根據本發明的方法的特征在于通過利用紅外線光譜的發射方法來確定淀粉的量， 以使得通過在添加淀粉之前使用纖維素的吸收波長范圍來測量吸收值，通過在添加淀粉之后使用纖維素的吸收波長范圍來測量吸收值，以及根據所述吸收值之差來確定淀粉的量。根據本發明的設備的特征在于所述設備包括以下述方式相對于纖維素材料布置的第一紅外源和第一檢測器，該方式為由第一紅外源發射的輻射布置成在其被第一檢測器接收之前經過纖維素材料至少一次，所述第一紅外源和第一檢測器布置在生產線上、在淀粉添加工位之前；以下述方式相對于纖維素材料布置的第二紅外源和第二檢測器，該方式為由第二紅外源發射的輻射布置成在其被第二檢測器接收之前經過纖維素材料至少一次， 所述第二紅外源和第二檢測器布置在生產線上、在淀粉添加工位之后，所述紅外源和檢測器布置成利用紅外線光譜的發射方法通過使用纖維素的波長范圍來確定吸收值；以及控制裝置，該控制裝置布置成基于所述吸收值之差來確定淀粉的量。本發明的構思在于在根據本發明的方案中，例如用于纖維素產品的水分測量中的纖維素的吸收波長范圍還用于通過在表面施膠之前和之后測量吸收值來測量用于表面施膠的淀粉量。本發明的優點在于與傳統的測量方法相比，提供了顯著提高的測量精度。本發明的第二顯著的優點在于利用根據本發明的方法，由于不必在表面施膠之前單獨地測量紙的基重以進行干重差測量，所以使用電離輻射的一種測量設備可以是不必要的。一個實施例的構思在于大約2. 11微米的纖維素吸收波長范圍用于確定淀粉的量。第二實施例的構思在于用于確定淀粉的量的測量設備還用于纖維素產品的水分測量或者用于纖維素產品的其它參數測量。第三實施例的構思在于纖維素產品的水分測量使用與確定淀粉的量相同的測量裝置。第四實施例的構思在于用于確定淀粉的量的測量設備還用于干重測量。通過下述方式來確定干重通過使用與確定淀粉的量相同的測量裝置來測量出纖維素產品的總基重和纖維素產品中水的重量，通過從總基重中減去水的重量來確定干重。第五實施例的構思在于淀粉確定方法用來確定要用于對總重為30-200g/m2纖維素產品進行表面施膠的淀粉。第六實施例的構思在于用于確定淀粉的量的測量設備還用于確定纖維素產品的灰分含量。在這種情況下，通過下述方式來確定灰分含量確定纖維素產品的干重，通過利用紅外線光譜的發射方法來確定纖維素部分(proportion of the cellulose)，根據干重與纖維素部分之差來確定灰分含量。


在附圖中更詳細地說明了本發明的一些實施例，附圖中
圖1示意性地顯示出一種根據本發明的用于測量淀粉的量的設備；圖2示意性地顯示出纖維素產品的在紅外波長范圍內的吸收光譜的一部分；圖3示意性地顯示出圖2的光譜在對纖維素產品進行涂布之前和之后的細節；為了清楚起見，本發明的實施例在附圖中簡化顯示。在附圖中相似的部件用相同的附圖標記表示。
具體實施例方式圖1通過示意性顯示進行纖維素表面施膠的纖維素生產線的一部分的細節以及與測量相關的相關裝置來示意性地顯示出一種與纖維素產品(比如紙或紙板)的表面施膠相關的典型測量設備。在根據該圖的設備中，淀粉4利用已知技術(諸如膜轉移技術)例如借助于一個或多個輥3 (諸如膜轉移輥)被施加到纖維素產品2的表面。在根據該圖的實施例中，淀粉被施加到纖維素產品兩側的表面上，但是在不同的實施例中，淀粉還可僅僅添加到一側上。在表面施膠之后，纖維素產品通常在干燥部件中干燥，這使淀粉的施膠性質得以顯示。在圖1中，纖維素產品2沿著箭頭C的方向在生產線上運動。通常，纖維素產品在其上進行表面施膠的生產線包括在施膠工位之前的測量波束Ia和在施膠工位之后的測量Ib ；和定位成與施膠工位相連的干燥部件13。測量信號從測量波束Ia和Ib傳輸至同樣已知的控制裝置14 (在控制裝置中可例如通過對信號進行放大、過濾、轉換和/或分析的各種方式來處理信號)。在根據現有技術的應用中，測量波束Ia和Ib已經例如用于利用光譜進行水分和基重測量。在根據現有技術的方案中，如先前提到的，淀粉的量通常通過在表面施膠之前和之后測量纖維素產品的基重和水分來確定。可能將干重計算為基重與水的重量之差，而淀粉的量可確定為在添加表面施膠之后的干重與在添加表面施膠之前的干重之差。然而，與通常小量的要被添加的基于淀粉的表面施膠相比，該測量方式的不確定性是相當大的。通常，由于使用β輻射通常提供相當可靠的基重確定，而無需考慮要被測量的材料的組成，所以不同的材料以幾乎相同的方式吸收β輻射，因此電離β (beta)輻射已經用于確定基重。因此，β輻射從β輻射源17a、17b發射，輻射的一部分被纖維素材料吸收。 穿透纖維素材料的輻射部分被接收器18a、18b接收。基于被纖維素材料吸收的輻射的量， 可確定材料的基重。通常，水的重量相應地已經通過利用水分測量裝置來確定，其通常基于通過利用 IR光譜(紅外線光譜)來確定水和纖維素的量。因此，水和纖維素的吸收值通過從輻射源 15a、15b發射IR輻射并且通過借助于檢測器16a、16b接收透過要被測量的材料的輻射來確定。被材料中的水和纖維素吸收的輻射的吸收值因而在對應于水和纖維素的吸收峰值的波長范圍內的位置處確定。此后，水分可通過利用水的吸收值與纖維素纖維的吸收值之比來確定。除了干重測量之外，在表面施膠之前進行的水分測量通常還用于控制造紙機器的初始干燥。在根據本發明的方案中，淀粉的量可借助于吸收光譜根據纖維素和淀粉共同的吸收峰值的波長范圍而直接確定，而不需要進行干重測量，隨后在圖3中將進行詳細解釋。因此，在根據本發明的方案中，可省略在圖1中以虛線顯示的β輻射源17a和接收器18a，這是因為在這種情況下，通常不需要在表面施膠之前測量總基重。在本發明的實施例中，上述提到的測量波束Ia和Ib和已經用于其它測量的波長范圍還可優選地用于利用在圖2和3中更詳細地解釋的方法來確定淀粉的量。如果期望的話，還可利用用于該目的的單獨的測量裝置進行測量。圖2示意性示出了在紅外線波長范圍內的纖維素產品的吸收光譜的一部分，光譜例如利用圖1所示的測量設備形成。在該圖中，y軸5表示輻射的吸收，即吸收率，χ軸6表示波長。該圖中的附圖標記7a表示被測材料(在這種情況下是纖維素產品)的利用發射方法形成的吸收光譜；換句話說，它表示在每個波長范圍內通過材料時輻射有多少已經被吸收。在虛線8處的吸收峰值(大約1. 45微米的波長)和在虛線10處的吸收峰值(大約 1. 9微米的波長)是水的吸收峰值。在該圖中由虛線9表示的大約1. 8微米的波長處的吸收值可常常在纖維素產品的這些類型的測量中用作參考值，其中測量目標所包含的組分不具有特定吸收帶。而在虛線11處，即在大約2. 11微米的波長處，存在纖維素和淀粉的吸收值，這用于根據本發明來確定淀粉的量(在圖3中更詳細地示出)。還應注意的是圖2和3 所示的吸收峰值僅用于對本發明進行說明，它們的目的不對應于任何纖維素材料的吸收光
■i並曰O圖3示出了圖2所示的纖維素產品在虛線11處(即在大約2. 11微米的波長處， 即纖維素和淀粉的吸收峰值)的吸收光譜的一部分。與圖2不同的是，圖3既示出了基于表面施膠之前的測量的吸收光譜7a(即在圖1的實施例中的測量波束Ia處)又示出了基于表面施膠之后的測量的吸收光譜7b (即在圖1的實施例中的測量波束Ib處)。實際上，在測量光束la、lb中例如以下述方式利用輻射方法進行吸收光譜的確定，所述方式例如為使第一紅外線光源1 和第二紅外線光源15b的輻射利用旋轉過濾盤被分成不同波長，以及例如輻射例如借助于鏡面被引導經過在生產線上運動的、要被測量的纖維素材料一次或更多次。用被稱為第一檢測器16a和第二檢測器16b的檢測器接收已經透過纖維素材料的輻射，所獲得的信號通過同樣已知的方法用控制裝置14進行處理以便將吸收光譜轉換成可被測量的吸收值。在根據本發明的方案中，根據圖3的吸收光譜7a可按上述方式通過在淀粉添加工位之前在生產線上的測量波束Ia處布置第一紅外線光源1 和第一檢測器16a來確定。 而吸收光譜7b可通過在淀粉添加工位之后在生產線上的測量波束Ib處布置第二紅外線光源1 和第二檢測器16b來確定。因而，纖維素的量可基于大約2. 11微米的波長處(即在纖維素和淀粉的吸收峰值處)由材料所產生的紅外輻射的吸收根據在測量波束Ia處(即在對纖維素產品添加表面施膠之前)的吸收光譜7a來確定。而從吸收光譜7b可確定在添加表面施膠之后的纖維素和淀粉的總量，這是因為纖維素和淀粉的吸收值在波長11位置處對于它們來說共同的吸收峰值處累加在一起。隨后，可基于波長11處的吸收值7a、7b之差12來確定淀粉的量。由于新測量裝置具有提高的測量精確性并且由于減少了對于確定淀粉的量所需的并且會增大測量不確定性的單獨測量設備的數量，根據本發明的方案在測量淀粉的量時使得測量的不確定性顯著降低。該確定方法的優點對于進行印刷具有30至 200g/m2總重量的紙產品尤其突出。在本發明的實施例中，確定吸收光譜不必在較寬的波長范圍內進行。在不同的實施例中，材料的吸收值可在添加淀粉之前和之后在特定波長處直接確定，之后添加的淀粉的量可基于這些吸收值之差來確定。在本發明的實施例中，用于確定淀粉的量的測量裝置可優選地還用于確定纖維素產品的灰分含量。在這種情況下，首先確定總基重和水的重量，然后通過從總基重中減去水的重量來確定干重。紅外線測量用于測量纖維素部分(以及如果在表面施膠之后進行測量的話，測量淀粉部分)，灰分含量利用公式AW = OD-Ceff來確定，其中AW是灰分重量，OD是干重，以及CeW是纖維素的重量。百分比的灰分含量(ASH%)可利用公式ASH%= (Aff/OD) * 100計算出。在根據本發明的方案中，淀粉的量可利用這種測量裝置并且通過使用經常已經用于利用表面施膠的纖維素產品生產線上的這種波長范圍來確定。因此，對于進行這種確定來說，不需要單獨的測量裝置。除非在添加表面施膠之前的基重測量需要用于其它目的，在根據本發明的方案可消除使用離子輻射的一種測量裝置。相對照地，根據本發明的方案可利用通常與水分測量共用的測量裝置，這在表面施膠之前和之后、在任何情況下通常是必要的。在一些情況下，在本申請中公開的特征在不考慮其它特征的情況下可同樣地使用。另一方面，在本申請中公開的特征在需要時可進行組合以形成不同組合。例如可在沒有同時確定淀粉的量的情況下確定灰分含量。附圖和相關描述僅用于說明本發明的構思。本發明的細節可在權利要求書的范圍內改變。
權利要求
1.一種用于確定用在對纖維素產品進行表面施膠中的淀粉的量的方法，其特征在于， 通過以下方式使用利用紅外線光譜的發射方法來確定淀粉的量在添加淀粉之前使用纖維素的吸收波長范圍來測量吸收值(7a)，在添加淀粉之后使用纖維素的吸收波長范圍來測量吸收值(7b)，根據所述吸收值(7a、7b)之差來確定淀粉的量。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，使用大約2.11微米的波長范圍來確定淀粉的量。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于，通過使用與確定淀粉的量相同的測量裝置來測量纖維素產品的水分。
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，通過下述方式來確定纖維素產品的干重 測量出纖維素產品的總基重，通過使用與確定淀粉的量相同的測量裝置來測量纖維素產品中水的重量，通過從總基重中減去水的重量來確定干重。
5.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，纖維素產品的總重為 30-200g/m2。
6.根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特征在于，通過下述方式來確定纖維素產品的灰分含量確定纖維素產品的干重，通過利用紅外線光譜的發射方法來確定纖維素部分，根據干重與纖維素部分之差來確定灰分含量。
7.一種用于確定用在對纖維素產品涂布中的淀粉的量的設備，其特征在于，所述設備包括以下述方式相對于纖維素材料布置的第一紅外源(15a)和第一檢測器(16a)，該方式為使由第一紅外源(15a)發射的輻射布置成在其被第一檢測器(16a)接收之前經過纖維素材料至少一次，所述第一紅外源(15a)和第一檢測器(16a)布置在生產線上、在淀粉添加工位之前；以下述方式相對于纖維素材料布置的第二紅外源(15b)和第二檢測器(16b)，該方式為使由第二紅外源(15b)發射的輻射布置成在其被第二檢測器(16b)接收之前經過纖維素材料至少一次，所述第二紅外源(15b)和第二檢測器(16b)布置在生產線上、在淀粉添加工位之后，所述紅外源(15a、15b)和檢測器(16a、16b)布置成通過利用紅外線光譜的發射方法使用纖維素的吸收波長范圍來確定吸收值(7a、7b)；以及控制裝置(14)，該控制裝置布置成基于所述吸收值(7a、7b)之差來確定淀粉的量。
8.根據權利要求7所述的設備，其特征在于，所述裝置布置成使用大約2.11微米的波長范圍來確定淀粉的量。
9.根據權利要求7或8所述的設備，其特征在于，用于確定淀粉的測量裝置還布置成用于纖維素產品的水分測量或者用于纖維素產品的其它參數測量。
10.根據權利要求7-9中任一項所述的設備，其特征在于，用于確定淀粉的量的測量裝置還布置成用于干重測量。
11.根據權利要求7-10中任一項所述的設備，其特征在于，纖維素產品的總重為 30-200g/m2。
12.根據權利要求7-11中任一項所述的設備，其特征在于，用于確定淀粉的量的測量裝置還布置成用于確定纖維素產品的灰分含量。
全文摘要
本發明涉及一種用于確定用在對纖維素產品表面施膠中的淀粉的量的方法和設備。在根據本發明的方案中，通過利用紅外線光譜的發射方法使用纖維素的吸收波長來確定淀粉的量。在添加涂層之前和之后測量吸收值，由此根據這些吸收值之差來確定淀粉的量。
文檔編號D21H21/16GK102187201SQ200880131506
公開日2011年9月14日 申請日期2008年9月5日 優先權日2008年9月5日
發明者M·門蒂萊 申請人:美卓自動化有限公司