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紙和紙板雜質估算檢測技術綜述

簡介

紙和紙板作為重要的包裝和印刷材料，其質量直接影響產品的性能及用戶體驗。雜質的存在不僅會影響紙張的外觀均一性，還可能降低其機械強度、印刷適性甚至引發安全隱患。例如，金屬或硬質顆?？赡軗p壞生產設備，而纖維束或膠黏物則會干擾印刷過程的油墨附著。因此，雜質檢測是造紙行業質量控制的關鍵環節，貫穿原材料篩選、生產過程監控及成品驗收全流程。通過科學檢測，企業可優化生產工藝、減少資源浪費，并滿足下游客戶對高品質產品的需求。

檢測適用范圍

雜質估算檢測主要適用于以下場景：

1. 包裝材料：瓦楞紙板、卡紙、牛皮紙等；
2. 印刷用紙：銅版紙、膠版紙、新聞紙；
3. 生活用紙：衛生紙、面巾紙、餐巾紙；
4. 特種工業用紙：絕緣紙、濾紙、裝飾紙等。 檢測對象涵蓋原料漿料、半成品及成品，尤其針對回收纖維占比較高的產品（如環保包裝材料），因回收原料中雜質種類復雜，需強化檢測頻次。

檢測項目及簡介

紙和紙板中的雜質按來源可分為內源性（生產過程中產生）和外源性（原料帶入），按形態可分為可見雜質與不可見雜質。主要檢測項目包括：

1. 纖維性雜質

   • 定義：未充分疏解的纖維束、樹皮殘留等。
   • 影響：導致紙張表面粗糙、定量不均，印刷時易出現斑點或斷墨。
   • 檢測重點：通過纖維形態分析區分雜質來源（如針葉木與闊葉木纖維差異）。

2. 礦物雜質

   • 定義：碳酸鈣、滑石粉等填料團聚體，或砂粒、煤渣等無機顆粒。
   • 影響：加速設備磨損，降低紙張白度和抗張強度。
   • 檢測重點：區分功能性填料與有害雜質，控制粒徑分布。

3. 金屬雜質

   • 定義：鐵屑、鋁箔碎片等金屬異物。
   • 影響：可能引發火災（如高速分切時產生火花），損壞壓光輥等精密部件。
   • 檢測重點：磁性金屬與非磁性金屬的分類檢測。

4. 膠黏物

   • 定義：熱熔膠、壓敏膠等黏性物質。
   • 影響：造成紙機斷紙、印刷糊版，尤其在再生紙生產中問題突出。
   • 檢測重點：通過熱穩定性測試判斷膠黏物軟化溫度范圍。

5. 油墨殘留

   • 定義：脫墨工藝未完全去除的印刷油墨顆粒。
   • 影響：降低白度，影響后續印刷色彩還原度。
   • 檢測重點：檢測粒徑小于50μm的微細油墨粒子分布。

檢測參考標準

國際及國內主要標準體系包括ISO、TAPPI、GB等，常用標準如下：

1. ISO 5350-1:2022 《紙漿—可見雜質估算—第1部分：反射光法》 規定利用標準光源箱進行目視檢測的流程，適用于漿板及未涂布紙張。

2. TAPPI T563 pm-16 《紙和紙板中膠黏物的紅外光譜測定法》 采用FTIR技術鑒別膠黏物化學成分，區分天然樹脂與合成聚合物。

3. GB/T 3332-2021 《紙漿、紙和紙板 灰分的測定》 通過高溫灼燒法量化無機雜質總量，區分碳酸鹽與硅酸鹽含量。

4. ISO 15320:2021 《紙漿、紙和紙板—水提取液中金屬元素的測定》 采用ICP-MS檢測可遷移重金屬，評估食品接觸材料安全性。

檢測方法及儀器

根據雜質特性采用多技術聯用策略，主要方法包括：

1. 目視檢測法

   • 方法：在D65標準光源下（照度2000±500 lx），將試樣置于黑色背景板上，用鑷子挑出可見雜質并分類稱重。
   • 儀器：標準光源箱（如BYK-Gardner SpectraLight III）、電子分析天平（精度0.1mg）。
   • 適用場景：快速篩查直徑>0.5mm的宏觀雜質。

2. 顯微鏡分析法

   • 方法：制備纖維懸浮液，用染色劑（如Herzberg試劑）增強對比度，通過光學顯微鏡觀察雜質形態。
   • 儀器：偏振光顯微鏡（如Olympus BX53）、圖像分析軟件（ImagePro Plus）。
   • 進階應用：掃描電鏡-能譜聯用（SEM-EDS）分析微區元素組成。

3. 灰分測定法

   • 方法：稱取2g試樣置于坩堝中，于525℃馬弗爐中灼燒4小時，計算灼燒殘留物占比。
   • 儀器：程控馬弗爐（如Nabertherm L5/11）、微量天平。
   • 數據解讀：灰分異常升高提示礦物雜質超標，需結合XRD進行物相分析。

4. X射線熒光光譜法（XRF）

   • 方法：無需前處理，直接測定試樣中金屬元素種類及含量，檢出限可達ppm級。
   • 儀器：臺式XRF光譜儀（如Thermo Scientific Niton XL5）。
   • 優勢：可現場快速篩查鉛、鎘等受限物質。

5. 磁性分離檢測

   • 方法：將試樣破碎后通過磁選機（磁場強度≥8000高斯），收集磁性物質并稱重。
   • 儀器：永磁滾筒分選機、高梯度磁選裝置。
   • 改進方向：結合渦電流分選技術分離有色金屬。

技術發展趨勢

隨著智能制造推進，在線檢測技術快速發展。例如：

• 高光譜成像系統：在造紙機干燥部安裝線陣相機，實時捕捉雜質光譜特征（如膠黏物在近紅外的特征吸收峰）；
• 機器學習算法：訓練CNN神經網絡自動識別顯微鏡圖像中的雜質類別，準確率可達95%以上；
• 微型傳感器網絡：在漿料管道中部署壓電式顆粒傳感器，動態監測雜質濃度波動。

未來，雜質檢測將向更高靈敏度（如納米級污染物識別）、更快響應速度（毫秒級在線剔除）及多維度數據融合（工藝參數與雜質分布的關聯分析）方向發展，為造紙行業提質增效提供關鍵技術支撐。