[发明专利]用可见近红外光谱术确定化学纸浆卡帕值的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新颖的测量纤维性质的方法，尤其涉及借助快速扫描光谱仪，在可见和近红外光谱区，测量化学纸浆残留木质素含量的方法。

背景技术

从快速变化的配料中获得化学纸浆卡帕值(Kappa number)的在线精确测量，仍然是化学纸浆生产未解决的问题。使用来自各个位置和那些产生特定等级的残留锯机木片的工厂，特别受来自不同供应者的木片质量的易变性的影响。现在由于可供应的市场木片短缺，而纸浆及制纸工厂不得不从地域上远离他们制造设备的地方采购木片，这个问题变得甚至更普遍。常常是，在等级变化时生产的纸浆，或用缺乏特征的木片树种混合物生产的纸浆，因为每一木片树种需要不同的蒸煮，高比例的不适当蒸煮的纸浆，必然降级。能快速确定卡帕值的分析器，能够帮助工厂极大地降低卡帕值的偏差、漂白成本、和等外纸浆量。

目前的煮解锅控制算法，使用结合H因子[1]的喷放管道卡帕值，用于控制纸浆的制作操作。一般说来，卡帕值测量是作为反馈参数要求的，以便调整蒸煮的各个区上煮解锅的液体装料，更为关键的是，作为前馈参数供漂白车间的控制。更高卡帕值的纸浆，要求更高的漂白化学品装料，以达到目标最终纸浆亮度水平，特别是在氧气去木质作用的阶段。

纸浆中残留木质素含量的测量，是用传统方法，按照TAPPI标准方法T236[2]，在约一小时基础上的实验室分析完成，该方法使用碘化钾残留高锰酸盐的返滴定法。但是，该方法要求长的完成时间，每样品可能要30到60分钟。Jiang等人[3]用自动的、多样品的滴定器，使滴定过程半自动化，改进了该标准技术。更近期，Chai等人[4]建议使用快速酸化作用，改进高锰酸钾滴定的精度。防止了氧化锰沉淀，从而能够不用根据MnO₂的光谱干涉，分析残留的高锰酸盐，并能使UV-可见光谱技术比滴定更为精确。但是，该方法仍然要求用3到5分钟，以完成样品的制备、大量的试剂、和大量化学反应。时间的延迟限制了把该方法用于煮解锅的反馈控制和用于漂白车间的前馈控制。

目前商业上可用的卡帕值分析器，使用UV光和反射率、散射、透射率、稠度测量[5-6]的组合，以约10到20分钟的频度，分析纸浆样品。这些方法(STFI、Metso、和BTG)利用透明的室/箱，充分洗涤的，稀释到已知稠度(0.1％到0.4％)的纸浆通过该透明室/箱循环，据此在某些预定UV或可见波长上，在一分钟或更多分钟的周期上，收集反射和透射的光，由这些读数确定被校正稠度的卡帕值，为的是计及强烈依赖于稠度的反射强度的变化。UV传感器被用于测量残留的木质素，而可见光被用于测量稠度。典型的例行程序要求延长洗涤，以除去过量的残留液体。然后稀释到估计的体积，使纸浆稀浆循环，并用独立的检测器确定稠度。如果稠度不在需要的范围内，调整稀释，再次测量纸浆混合物。在达到需要的稠度时，进行卡帕值测量。虽然原理简单，但实际测量是复杂的，因为没有计及纸浆稠度和配料中的变化产生的干扰，不能精确测量木质素的吸收。这个问题可以通过建立两点校准解决，这种两点校准对相对窄的样品条件范围，是有效的。校准是通过表征给定最佳稠度上三种测量类型之间关系而准备的，且已报告对漂白车间[6]、单一树种配料、和恒定组成的稳定的、良好特征的混合配料是满意的。

目前商业上可用的卡帕分析器，对未知的或快速变化组成的配料，不能提供精确的结果[7]。当木片的组成总在变化时，仪器必须不断追随配料的变化而重新校准。更新该两点校准和抽样系统，要求测试仪器全体人员不断注意。此外，由于增加样品制备步骤，处理量相对低，每一位置(location)每小时只允许约两种样品的处理量。

近50年来，木质素化学家已经把振动光谱术用于表征木材和纸浆样品。Marton和Sparks[8]曾经用1510cm^-1上木质素峰值和1100cm^-1上纤维素峰值下的面积，作为内部标准，确定纸浆的卡帕值。已经发现，木质素/纤维素峰值面积比，对基本重量的变化不灵敏。同样，Berben等人[9]研发一种用红外漫反射的方法，估算未漂白纸浆中木质素的含量。已经发现，对所有树种的组合，1510cm^-1上频带面积和各种各样树种的卡帕值之间，存在线性关系。但是，这些方法都使用且不能修改为用于卡帕值的在线生产过程分析，供生产过程控制使用。