FI110638B - Menetelmä ja laite liikkuvalla alustalla olevan silikonipäällysteen määrän mittaamiseksi - Google Patents

Description

1 110638

MENETELMÄ JA LAITE LIIKKUVALLA ALUSTALLA OLEVAN SILIKONIPÄÄLLYSTEEN MÄÄRÄN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on menetelmä liikkuvalla paperi- tai kartonkirai-5 nalla olevan silikonipäällysteen määrän mittaamiseksi, jolloin päällysteen määrää mitataan olennaisesti jatkuvatoimisesti.

Edelleen keksinnön kohteena on laite liikkuvalla paperi- tai kartonki-rainalla olevan silikonipäällysteen määrän mittaamiseksi, mihin laitteeseen kuuluu säteilylähde säteen tuottamiseksi, välineet säteen johtamiseksi mitatta-10 vaan materiaaliin, detektori mitattavasta materiaalista tulevan säteen mittaamiseksi ja välineet detektorin signaalin käsittelemiseksi ja jolloin laite on sovitettu mittaamaan päällysteen määrää olennaisesti jatkuvatoimisesti.

Liikkuvalla alustalla, kuten paperi- tai kartonkirainalla olevaa silikonipäällysteen määrää on tärkeää seurata silikonipäällystettyjen tuotteiden 15 valmistusprosessissa. Silikonipäällystystä käytetään paperilajeilla, joilta edellytetään pientä irrotusvoimaa. Esimerkkinä voidaan mainita tarran taustapaperi. Silikonipäällysteen määrä on pyrittävä pitämään samassa paperilajissa mahdollisimman tarkasti vakiona. Tyypillinen silikonimäärä on 0,5 - 1,5 g/m2. Sili-koni on yksi paperinvalmistuksen kalleimmista materiaaleista, joten sen mää-20 rän mittaaminen tarkasti mahdollistaa merkittäviä säästöjä ja aikaansaa tasa-: ·. laatuisempaa tuotetta.

Liikkuvalla rainalla olevan päällysteen määrää voidaan mitata esimerkiksi kuivapainoeromittausmenetelmällä. Kuivapainoeromittausmenetel-‘ mässä rainasta mitataan neliöpaino betasäteilyn absorption avulla ja kosteus 25 infrapunamittauksella. Molemmat mittaukset suoritetaan ennen ja jälkeen pääl-· lystysaseman. Vähentämällä neliöpainosta vesipaino saadaan kuivapaino ja kuivapainojen ero määrittelee päällystemäärän. Laitteisto on varsin monimutkainen ja lopputuloksen tarkkuus muodostuu neljän mittarin tarkkuuden perusteella. Kuivapainoeromittauksen käytännön tarkkuus on noin 0,5 - 1 g/m2, jol-:’v 30 loin ratkaisu soveltuu erittäin huonosti silikonipäällysteen määrän mittaami- .’·· seen, missä tarkkuusvaatimus on luokkaa 0,1 g/m2. Lisäksi ratkaisu on kallis, s · koska se käsittää neljä mittaria ja kaksi mittaraamia.

Edelleen silikonipäällysteen määrää mitataan röntgenfluoresenssi-:”· menetelmällä, missä kohteeseen kohdistetaan röntgensäteilyjä mitataan pii- 35 atomien aiheuttamat fluoresenssisäteilypiikit ja määritellään niiden perusteella .... silikonipäällysteen määrä. Fluoresenssisäteily sisältää kuitenkin sekä siliko- päällysteessä olevien piiatomien että esimerkiksi pohjapaperin täyteaineena 2 110638 käytettävän kaoliinin piiatomien vaikutuksen, jolloin mittaustuloksesta tulee epätarkka. US-patentissa 4 639 942 on esitetty röntgenfluoresenssimenetel-mä, missä tarkkuutta on yritetty parantaa laitteiston geometrian sekä laskennan avulla. Ratkaisu on kuitenkin erittäin monimutkainen ja tarvittavan lasken-5 nan vuoksi varsin hidas. Edelleen röntgensäteilyn käyttö mittalaitteen yhteydessä aiheuttaa vaaraa mittalaitteen läheisyydessä oleskelevalle henkilökunnalle.

Lisäksi tunnetaan silikonipäällysteen määrän mittaus lähi-infrapuna-alueella, jossa päällysteestä löytyy heikko absorptiopiikki aallonpituudella noin 10 2,3 mikrometriä. Absorptio on kuitenkin niin heikko, että riittävän mittaustark kuuden saavuttaminen on vaikeaa. Toinen ongelma on, että paperin ja päällysteen sideaineet, kuten lateksi, absorpoivat tällä alueella ja aiheuttavat mittaukseen epätarkkuutta, mikäli häiriökomponentin määrää ei mitata ennen sili-konointia.

15 Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä, missä edellä mainittuja epäkohtia pystytään välttämään.

Keksinnön mukaiselle menetelmälle on tunnusomaista se, että kohdistetaan liikkuvaan paperi- tai kartonkirainaan infrapunasäde ja mitataan sili-konipäällysteelle ominainen absorptiopiikki keski-infrapuna-alueella aallonpi- . 20 tuudella 2,5 - 5 mikrometriä.

:·, Edelleen keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että ] . säteilylähde tuottaa infrapunasäteen ja että laite on sovitettu mittaamaan sili- . . konipäällysteen määrä mittaamalla silikonipäällysteelle ominainen absorp- / tiopiikki keski-infrapuna-alueella, aallonpituudella 2,5 - 5 mikrometriä.

*· 25 Keksinnön olennainen ajatus on, että kohdistetaan mitattavaan koh- teeseen infrapunasäde, mitataan silikoni päällysteelle ominainen absorptiopiikki keski-infrapuna-alueella aallonpituudella 2,5 - 5 mikrometriä ja määritetään silikonipäällysteen määrä mittauksen perusteella. Erään edullisen so-vellutusmuodon ajatuksena on, että mitataan silikonipäällysteen metyyliryh-30 mälle ominainen absorptiopiikki noin aallonpituusalueella 3,4 mikrometriä.

.··· Keksinnön etuna on, että silikonipäällysteen määrä saadaan mitattua ' · erittäin tarkasti ja luotettavasti. Mittaus voidaan toteuttaa yhdellä mittarilla ja heijastusmittauksen tapauksessa puolikkaalla mittaraamilla.

’: * Keksintöä selitetään tarkemmin oheisissa piirustuksissa, joissa » · .:* 35 kuvio 1 esittää kaavamaisesti erästä keksinnön mukaista mittalaitetta

t I

ja 3 110638 kuvio 2 esittää pohjapaperin ja silikonilla päällystetyn paperin spektrejä.

Kuviossa 1 on esitetty mittausjärjestely, missä mitataan kohteesta heijastunutta säteilyä eli säteilylähde ja vastaanotin ovat samalla puolella mi-5 taitavaa kohdetta. Kyseistä mittausta kutsutaan heijastusmittaukseksi.

Kuviossa 1 on esitetty mittalaite, johon kuuluu säteilylähde 1, joka tuottaa infrapunasäteen 2. Säteilylähde 1 voi olla esimerkiksi halogeenilamppu tai joku muu sopiva säteilylähde infrapunasäteen tuottamiseksi. Infrapunasäde 2 ohjataan suotimen 3 läpi. Suodin 3 suodattaa valon niin, että vain mittauksen 10 kannalta olennainen ja oikealla aallonpituuskaistalla oleva valo pääsee mitta-uskohteeseen. Suodin 3 voi olla esimerkiksi pyörivä suodinkiekko, jossa on useita interferenssisuotimia tai jokin muu sinänsä täysin tunnettu suodinratkaisu. Suotimen 3 rakenne on alan ammattimiehelle sinänsä täysin tunnettu, joten sitä ei tässä yhteydessä ole selitetty sen tarkemmin. Suotimen 3 jälkeen 15 infrapunasäde 2 kohdistetaan ikkunan 5 läpi paperikoneella kulkevaan liikkuvaan paperi- tai kartonkirainaan 4. Ikkuna 5 voi olla valmistettu esimerkiksi kvartsilasista tai safiirista. Paperi- tai kartonkiraina 4 liikkuu nuolen A suuntaan. Paperi- tai kartonkirainan 4 pintaan on sovitettu silikonipäällyste 4a. Liikkuvan paperi- tai kartonkirainan 4 sijaan voi liikkuva alusta, jolla olevia päällys-20 teitä mitataan, olla myös esimerkiksi paperinpäällystyskoneen tela, paperiko-neen tela ja/tai yleensä metallilevyn pinta. Laitteistossa voi olla lisäksi refe-[ renssinäyte 6, joka siirretään tietyin väliajoin mittauskohtaan nuolen B mukai- , sesti. Näyte 6 toimii heijastusreferenssinä ja siitä saatava mittaustulos antaa * kuvan valonlähteen 1, detektorin 7 ja ikkunan 5 kunnosta. Lisäksi referenssi- • * ' '· 25 mittausta voidaan haluttaessa käyttää varsinaisen mittaustuloksen korjaami- v seen.

Heijastunut infrapunasäde 2 johdetaan detektorille 7. Detektorilta 7 signaalit johdetaan esivahvistimien 8 kautta tietokoneelle 9 mitatun tiedon käsittelemiseksi sinänsä tunnetulla tavalla. Kuviossa 1 ei selvyyden vuoksi ole v 30 esitetty infrapunasäteen 2 kohdistamiseen ja suuntaamiseen mahdollisesti tar-.··* vittavaa optiikkaa. Valon johtamiseen/ohjaamiseen käytetty rakenne voi olla esimerkiksi kuvantava optiikka, valokuitu tai valokuitukimppu.

I I t Päällysteenä käytettävässä silikonissa piiatomin ympärille on muo-dostunut metyyliryhmiä, jotka sitoutuvat keskenään. Silikonipäällyste sisältää » * ;‘j’ 35 siis metyyliryhmiä (CH3).

Kuviossa 2 on esitetty pohjapaperin heijastusspektri käyrällä C ja silikonilla päällystetyn paperin heijastusspektri katkoviivalla piirretyllä käyrällä D.

4 110638

Vaaka-akselilla on aallonpituus λ mikrometreinä ja pystyakselilla absorbanssi. Spektrejä mitattaessa löydettiin silikonoidusta paperista absorptiopiikki E aallonpituusalueella 3,4 mikrometriä. Kyseinen absorptiopiikki on ominainen sili-konipäällysteen metyyliryhmälle (Chhjja esiintyy silikonipäällysteessä 4a, mut-5 ta kyseistä piin ympärille muodostunutta metyyliryhmää ei esiinny pohjapaperissa, jolloin mittaustulos on verrannollinen nimenomaan silikonipäällysteen määrään eivätkä mahdolliset pohjapaperissa olevat piiatomit pääse aiheuttamaan epätarkkuutta mittaukseen. Aallonpituusalueella 3,4 mikrometriä esiintyvä vaste on varsin suuri, mikä helpottaa mittauksen suorittamista. Edelleen ky-10 seisellä aallonpituusalueella ei pääosin esiinny silikonipäällysteen mittausta häiritseviä muista paperinvalmistuksessa käytettävistä materiaaleista aiheutuvia absorptiokaistoja. Sovittamalla kuvion 1 mukainen laite mittaamaan absorptiopiikki noin aallonpituudella 3,4 mikrometriä pystytään laitteella mittaamaan silikonipäällysteen määrä.

15 Silikonipäällysteen määrän mittausta varten referenssiaallonpituuk- siksi sopii esimerkiksi 3,3 tai 3,7 mikrometriä tai jokin muu tarkoitukseen sopiva vertailuaallonpituus, johon metyyliryhmä (CH3) ei absorpoidu. Aallonpituus 3,7 mikrometriä on erityisen edullinen, koska sitä voidaan käyttää referenssinä myös veden määrän mittausta varten. Veden määrän mittaus on edullista teh-20 dä esimerkiksi aallonpituudella noin 3,175 mikrometriä.

Piirustus ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollista-: maan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaa- timusten puitteissa. Niinpä keksintöä voidaan soveltaa heijastusmittauksen li-:. · säksi myös läpimittauksessa.

Claims (9)

1. Menetelmä liikkuvalla paperi- tai kartonkirainalla olevan sili-konipäällysteen määrän mittaamiseksi, jolloin päällysteen määrää mitataan 5 olennaisesti jatkuvatoimisesti, tunnettu siitä, että kohdistetaan liikkuvaan paperi- tai kartonkirainaan (4) infrapunasäde (2) ja mitataan silikonipäällysteel-le (4a) ominainen absorptiopiikki keski-infrapuna-alueella aallonpituudella 2,5 -5 mikrometriä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 10 että silikonipäällysteen absorptiopiikki mitataan aallonpituudella noin 3,4 mikrometriä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattu absorptiopiikki on silikonipäällysteen metyyliryhmälle ominainen absorptiopiikki.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että mitataan referenssiarvo silikonipäällysteen (4a) absorp-tiopiikin mittaukselle aallonpituudella noin 3,7 mikrometriä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen menetelmä, t u n -. n e 11 u siitä, että mitataan samalla veden määrä noin aallonpituudella 3,175 20 mikrometriä.

: 6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitataan referenssiarvo veden määrän mittausta varten aallonpituudella noin 3,7 mikrometriä.

7. Laite liikkuvalla paperi- tai kartonkirainalla olevan silikonipäällys-: 25 teen määrän mittaamiseksi, mihin laitteeseen kuuluu säteilylähde (1) säteen (2) tuottamiseksi, välineet säteen (2) johtamiseksi mitattavaan materiaaliin, detektori (7) mitattavasta materiaalista tulevan säteen (2) mittaamiseksi ja välineet detektorin (7) signaalin käsittelemiseksi ja jolloin laite on sovitettu mittaa-. . : maan päällysteen määrää olennaisesti jatkuvatoimisesti, tunnettu siitä, . · 30 että säteilylähde (1) tuottaa infrapunasäteen (2) ja että laite on sovitettu mit- . taamaan silikonipäällysteen (4a) määrä mittaamalla silikonipäällysteelle (4a) ominainen absorptiopiikki keski-infrapuna-alueella, aallonpituudella 2,5 - 5 '·'· mikrometriä.

, ;· 8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite 35 on sovitettu mittaamaan silikonipäällysteen absorptiopiikki aallonpituudella noin 3,4 mikrometriä. 6 110638

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että laite on sovitettu mittaamaan silikonipäällysteen metyyliryhmälle ominainen absorptiopiikki. Patentkrav 1 10638