Analysis of pulp and paper using near-infrared spectroscopy

Význam tématu

NIR spektroskopie představuje klíčovou technologii pro úsporu času a nákladů v analýze buničiny a papíru. Umožňuje rychlá a přesná stanovení parametrů jako podíl tvrdého a měkkého dřeva, kappa číslo, obsah ligninu, vlhkost či přítomnost pryskyřic a povrchových nátěrů bez potřeby náročné chemické přípravy vzorků.

Cíle a přehled studie

Cílem Application Bulletin 412 je ukázat 17 reálných příkladů využití NIR spektroskopie v papírenském průmyslu. V jednotlivých aplikacích byly optimalizovány kalibrace a validace pro měření podílu dřevin, kappa čísla, obsahu ligninu, vosků, pryskyřic, superabsorbentů, propionátu, nátěrů, nitrocelulózy, triacetinu, asfaltu i silikonu.

Použitá metodika a instrumentace

• NIRS XDS RapidContent Analyzer Solids (2.921.1120)
• NIRS XDS RapidLiquid Analyzer (2.921.1410)
• NIRS XDS Process Analyzer DirectLight/NonContact (2.928.0310)
• Vzorkovací cely (standardní, hrubé), otočné moduly, bezkontaktní hlavy

Spektrální měření probíhala převážně v regionu 1100–2500 nm v odrazovém či transmisním módu. Pro kvantifikaci byly používány regresní modely a parciální nejmenší čtverce (PLS), často ve více vlnových délkách pro kompenzaci rozdílů v dráze anebo složení.

Hlavní výsledky a diskuse

Ve všech případech kalibrace poskytly vysokou korelaci k referenčním hodnotám (r > 0,95) a standardní chyby stanovení (SEC) v rozmezí 0,1–6 %. Byly úspěšně stanoveny:

• podíl měkkého a tvrdého dřeva, kappa číslo, lignin ve vlhkých i suchých směsích;
• obsah vosku a fenolformaldehydové pryskyřice v dřevních vláknech;
• množství superabsorbentu ve fluff buničině;
• kalu a pryskyřic na povrchu papíru, vlhkost a hmotnost laku na fóliích;
• triacetin a vlhkost v celulózových tyčinkách, nitrocelulózu v obalech;
• asfalt v dilatačních páscích, povrchový silikon na toaletním papíru.

Modely pro jednotlivé aplikace dosáhly prahových hodnot přesnosti pro průmyslové využití a prokázaly robustnost při variabilitě vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zkrácení doby analýzy (minuty místo hodin či dnů).
• Minimalizace používání chemikálií a tvorby odpadu.
• Možnost on-line i off-line monitoringu kvality v reálném čase.
• Lepší řízení výrobních parametrů a optimalizace receptur.
• Snížení provozních nákladů a zvýšení produktivity laboratoří i linky.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s automatizovanými systémy řízení procesů a IoT platformami.
• Využití pokročilých chemometrických přístupů a strojového učení pro zlepšení predikčních modelů.
• Rozšíření kalibrací na nové materiály a netradiční složky papíru a buničiny.
• Miniaturizace a mobilní analyzátory pro terénní kontrolu kvality.
• Online sledování dlouhodobé stability a prediktivní údržba zařízení.

Závěr

Application Bulletin 412 dokazuje, že NIR spektroskopie je spolehlivou, ekologickou a ekonomickou alternativou tradičních mokrých metod v papírenském průmyslu. Nabízí široký rozsah měřitelných parametrů, vysokou opakovatelnost i rychlou návratnost investice do systému.