Development of a process raman probe of wood pulp as a continuous gauge of the physical and mechanical properties of end-use product: spectroscopy and chemometrics

开发木浆过程拉曼探针作为最终产品物理和机械性能的连续测量:光谱学和化学计量学

基本信息

  • 批准号:
    421814-2011
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 4.37万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Collaborative Research and Development Grants
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2014-01-01 至 2015-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Canadian northern bleached softwood kraft (NBSK) market pulps represent the worldwide benchmark for fibre strength, length, fineness, and uniformity. To maintain this premier position in the world marketplace, the Canadian pulp industry must continuously develop and deploy process technologies that sharpen the quality control of pulp composition, particularly with reference to those intrinsic fibre characteristics that govern process parameters and key product properties, such as tensile strength, softness and absorbency. For example, the degree of cellulose crystallinity and distribution of chemical constituents, such as lignin, hemicullose, and hexenuronic acid (HexA), determine pulp digestibility and bleachability, while the degree of fibre deformation incurred during pulping process affects how the fibre delivers strength and softness in a network during sheet formation. These and other parameters have been shown to be important determinants of manufacturing efficiency, energy utilization, environmental performance and product value, however, aside from lignin, none can be easily measured in a timely manner for process control. The present proposal calls for the development of a novel Raman system, and systematic chemometric approach that will allow for rapid spectral data acquisition and definitive spectrochemical analysis of wet pulp under harsh manufacturing conditions. The instrument system will combine a novel backscattering Raman probe with a sophisticated chemometrics data-processing strategy, employing wavelet transform and template-guided genetic-algorithm (TOGA) feature selection with multivariate classification to extract maximum analytical information from raw Raman spectra. A program of research correlating spectrochemical observations with conventional characterization of fibre parameters, such as, curl, coarseness, area, perimeter and CSF, and end-use sheet properties, including burst, stretch, tear, smoothness, compression, stiffness, TEA and tensile indices, will give rise to a comprehensive Raman gauge for the instantaneous determination of pulp quality and the online prediction of paper appearance, strength, softness and absorbency.
加拿大北方漂白针叶木硫酸盐(NBSK)市场浆代表着纤维强度、长度、细度和均匀性的全球基准。为了保持在世界市场上的领先地位,加拿大纸浆行业必须不断开发和部署工艺技术,以加强纸浆成分的质量控制,特别是参照那些支配工艺参数和关键产品特性的固有纤维特性,如抗张强度、柔软度和吸水性。例如,纤维素的结晶度和化学成分(如木质素、半乳糖和己烯尿酸)的分布决定了纸浆的消化率和漂白性,而制浆过程中纤维变形的程度影响纤维在纸页形成过程中如何在网络中提供强度和柔软度。这些参数和其他参数已被证明是制造效率、能源利用率、环境性能和产品价值的重要决定因素,然而,除了木质素之外,没有任何参数可以轻松地及时测量以进行过程控制。目前的建议要求开发一种新的拉曼系统和系统的化学计量学方法,以便在苛刻的制造条件下快速获取光谱数据并对湿纸浆进行明确的光谱化学分析。该仪器系统将把一种新型的背向散射拉曼探测器与复杂的化学计量学数据处理策略相结合,使用小波变换和模板引导遗传算法(TOGA)特征选择与多元分类相结合,从原始拉曼光谱中提取最大的分析信息。将光谱化学观察与纤维参数(如卷曲、粗糙度、面积、周长和CSF)以及最终用途纸张特性(包括破裂、拉伸、撕裂、光滑度、压缩、硬度、TEA和拉伸指数)的常规表征相关联的研究计划将产生一种全面的拉曼仪,用于即时确定纸浆质量和在线预测纸张外观、强度、柔软度和吸水性。

项目成果

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知道了