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淺談近紅外光譜技術(shù)在制漿造紙工業(yè)中的角色扮演
更新時(shí)間：2014-06-16
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目前世界范圍內(nèi)漿和紙的產(chǎn)量和質(zhì)量正不斷增長，若僅僅依靠提供的纖維原料和改進(jìn)制漿造紙工藝來促進(jìn)生產(chǎn)是不夠的，還必須研制和使用一些新型的過程分析儀器和傳感器。隨著近紅外光譜技術(shù)和光譜數(shù)據(jù)處理軟件的進(jìn)展，為開發(fā)新型的過程分析儀器提供了新的途徑。下面介紹的NIR在制漿造紙過程中的應(yīng)用，雖然絕大部分應(yīng)用情況目前仍然局限于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，但將來的發(fā)展趨勢必定為現(xiàn)場分析和測控，實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室走向生產(chǎn)現(xiàn)場的轉(zhuǎn)變。
1.檢測紙頁涂料中的水分含量
在400～1100nm的范圍內(nèi)，采用透過模式，分析涂料混合物中的水分含量。雖然，由于涂料中懸浮顆粒的存在使測量的重現(xiàn)性受影響，但是對(duì)于連續(xù)流動(dòng)的涂料，卻可以避免這個(gè)問題，從而實(shí)現(xiàn)在線測量。
2.確定紙漿中針葉木的含量
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，采用反射模式，取兩個(gè)樣品分別用于校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)室測量值和在線測量值。雖然在線測量值的誤差比預(yù)期的要大，但是測量結(jié)果仍然表明NIR可以用于確定紙漿中的針葉木含量。
3.測量混合木漿的卡伯值
采用反射模式，取27個(gè)樣品在2180nm處用于標(biāo)定曲線，9個(gè)樣品作為測試集，測量誤差為5.6%。雖然測量結(jié)果表明NIR可能用于測量混合木漿的卡伯值，但是測量誤差能否被工業(yè)過程所接受，還有待考究。
4.測量蒸煮鍋噴放管線中紙漿的Kno(卡伯值的對(duì)數(shù))
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，采用反射模式，測量紙漿的Kno。在1672nm處進(jìn)行一元線性回歸，測量誤差為1.0%;由于波長波動(dòng)的影響，再引入1436nm進(jìn)行多元線性回歸，使測量誤差下降為0.5%。
5.測量紙頁的水分和紙板的重量
采用反射模式，利用水在1940nm處的特征吸收測量紙頁中的水分;紙板重量的變化在2100～2500nm的范圍內(nèi)表現(xiàn)明顯，在2346nm處進(jìn)行一元線性回歸。結(jié)果表明，NIR對(duì)紙頁的水分和紙板的重量均很敏感。由于樣品本身的不均勻性，所以測量掃描時(shí)樣品的面積應(yīng)該較大，以取平均值。
6.監(jiān)測紙頁的樹脂層
采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內(nèi)分析樣品，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于未經(jīng)涂布的紙?jiān)?688nm、1766nm和2160nm無特征吸收，所以可以避開紙頁的影響。在2160nm標(biāo)定曲線，誤差為0.7%。
7.監(jiān)測紙漿棉短絨混合物的卡伯值
采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內(nèi)分析樣品，在1680nm進(jìn)行一元線性回歸，誤差為1.2個(gè)卡伯值，標(biāo)定的有效范圍為3.4～33.9個(gè)卡伯值。此結(jié)果對(duì)干、濕紙漿棉短絨混合物均適用。
8.檢測薄頁紙上的聚硅酮層含量
對(duì)8個(gè)聚硅酮濃度為0.69%～5.67%的薄紙頁樣品在1100～2500nm的范圍內(nèi)進(jìn)行掃描，在1744nm進(jìn)行一元線性回歸，誤差為0.2%。
9.檢測木纖維中的蠟和苯酚樹脂含量
采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內(nèi)，分別對(duì)蠟的濃度為0.3%～2.4%的木纖維樣品和苯酚樹脂的濃度為1.3%～4.3%的木纖維樣品進(jìn)行掃描。在2158nm處標(biāo)定苯酚樹脂，誤差為0.4%;在1728nm處標(biāo)定蠟，誤差為0.1%。
10.檢測干木漿中的木素含量
采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內(nèi)，對(duì)木素濃度為5.7%～33.6%的木漿進(jìn)行掃描。在2172nm和1556nm處進(jìn)行多元線性回歸，誤差為1%。
11.檢測木纖維中的蠟和苯酚甲醛樹脂含量
采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內(nèi)，掃描木纖維、純蠟、經(jīng)冷凍干燥的苯酚甲醛樹脂及含有蠟和苯酚甲醛樹脂的木纖維，發(fā)現(xiàn)纖維中的蠟在2250nm、2310nm和1725nm均有特征吸收，而樹脂則在1980nm處有特征吸收。
12.檢測絨毛漿中的吸水劑含量
采用反射模式，在1100～2500nm的范圍內(nèi)，對(duì)吸水劑濃度為0.00%～44.9%的絨毛漿樣品進(jìn)行掃描，在1752nm處標(biāo)定，誤差為6%。
13.檢測涂布紙的涂布層
在1100～2500nm的范圍內(nèi)，對(duì)涂料濃度為0～12%的涂布紙，利用光纖測量NIR反射光譜，在2316nm處標(biāo)定，誤差為0.1%。但是還不能排除紙頁中無機(jī)物的影響。
