一種用于測試涂料中氣體含量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種涂料中氣體含量的測試方法。具體是用于測試造紙涂料中氣體含量及氣泡大小的一種方法。其特征在于利用玻璃板將濕涂料壓制成一定厚度的涂料膜，利用掃描儀對壓制的膜片進行掃描，利用圖像處理軟件將圖像進行處理，并對處理后的圖像進行分析，可以得到氣泡的總面積的占比，即為空氣含量，并給出各氣泡體積和氣泡球直徑的分布情況。該方法能快速準確對涂料空氣含量進行測試。
【專利說明】一種用于測試涂料中氣體含量的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測試涂料中氣體含量的方法。具體是用于測試造紙涂料中氣體含量及氣泡大小的一種方法。
【背景技術】
[0002]涂布是利用涂布機將涂料液按一定的工藝要求均勻、順暢的涂敷在涂布基材上，經干燥后，獲得厚度均勻、平滑、無氣泡、無漏涂等缺陷的涂層。然而，在整個配料、涂布過程中，涂料會不同程度的混進空氣，在涂料里形成直徑大小不一的氣泡。涂布時，一定含氣量的涂料對于刮刀、刮棒、膜轉移等涂布方式影響不大。涂布基材上的涂料通過刮刀或轉移輥的計量，在一定壓力和剪切作用下，氣泡會被壓破，從而達到除氣的效果。通常，刮刀涂布方式對于涂料可接受的含氣量為6?8% (為體積比)，膜轉移涂布方式為8?12%。但對于簾式涂布方式，涂料可接受的含氣量為0.2?0.5 %。因為在簾式涂布過程中涂料中的氣泡可能在涂料幕簾下落過程中發(fā)生破裂，從而導致幕簾開簾，影響幕簾的穩(wěn)定性，未破裂的氣泡也可能進入涂層，經涂布干燥后最終破裂，產生針眼、漏涂等紙病，對成紙質量造成嚴重影響。涂料過高的空氣含量同樣會使刮刀和膜轉移方式出現(xiàn)上料不勻、成紙光澤度低、紙面粗糙等的涂布紙質量問題。
[0003]上機涂料的空氣含量對于刮刀涂布、膜轉移涂布，特別是對于簾式涂布方式是尤為重要。通常，刮刀涂布、膜轉移涂布方式的涂料通過緩和攪拌、切線或底部向儲罐進料、儲罐設計成錐形等方式減少氣泡的產生。對于簾式涂布機，涂料上機前還要經過專門的除氣裝置進行更為充分的除氣處理。最終上到涂布機上的涂料的空氣含量是多少、是否適合上機，或是除氣裝置除氣效果如何，并不知道，只能通過上機試驗或涂布后紙面涂層是否有缺陷來判斷。同時對于除氣研究來說，涂料中氣泡尺寸大小及分布對于氣泡的消除及對涂層質量的影響也是至關重要的。
[0004]目前，能用于測試涂料中空氣含量和氣泡尺寸大小及分布的方法或儀器極為有限，并且在應用上還存在一些問題。一種方法是利用比重瓶，準確測試含空氣涂料的密度和不含空氣涂料的密度，通過計算不含空氣涂料的密度與含空氣涂料密度差值再比上含空氣涂料的密度的比值，即為涂料的空氣含量。此方法操作較為繁瑣，測試前需要對比重瓶進行校準，要嚴格控制測試溫度，測試時，裝滿涂料的比重瓶要在水域中進行恒溫處理，操作要極為準確認真，整個測試時間較長。此方法的一個關鍵問題是絕對不含空氣的涂料不容易獲得，這將直接影響空氣含量測試的準確性。目前國外有一種ACAV毛細管高剪切黏度儀，用于測試涂料超高剪切黏度，它的一個附件可以用于測試涂料的空氣含量。其原理是先測試含氣泡涂料的體積，然后對涂料進行高壓壓縮，使涂料中的空氣被壓縮到液體里，得到不含空氣涂料的體積，從而計算出涂料的空氣含量。此方法測試較為準確，重復性也較好，但該儀器較為昂貴，該儀器及其配件在國內數(shù)量極其有限，此方法并不能作為一個能夠普及的測試方法。
[0005]上述兩種方法只能對涂料總的空氣含量進行測試，涂料中氣泡的大小及分布并不能被測試。目前，對于涂料中氣泡的大小及分布并沒有完善的測試方法或儀器。國外提到的一些方法是將除氣前后的一定量的涂料鋪展在玻璃或紙面上，定性的對比除氣前后脫泡的情況，或是用尺子簡單測量。此方法不能測試隱藏在涂料里的小氣泡，對氣泡的大小和分布也不能準確測量。有一種測定海水中氣泡分布的氣泡測定系統(tǒng)，該方法利用了電荷耦合裝置(CCD)對一定厚度的海水進行攝像，并用相應的圖像處理軟件進行處理，可以測定
0.015-5.0mm范圍內的氣泡。此方法對于不透明的造紙涂料來說并不適用，因為CXD不能穿透比較厚的涂料進行測試。
[0006]目前，簾式涂布方式在造紙行業(yè)正在得到推廣，簾式涂布及其配套的除氣裝置方面的研究也在受到人們的關注。然而，國內外對涂料中氣泡及其去除效果的評價方法并不完善，還存在如方法不容易操作、儀器昂貴、氣泡分析不夠詳細、準確等問題。建立一個快速準確、簡便易行的用于評價空氣含量的方法顯得尤為重要。這不但可以監(jiān)控上機涂料的含氣量，減少運轉性問題及成紙質量問題的出現(xiàn)，還可以用于評價除氣裝置的除氣效果，為相關裝置的優(yōu)化提供必要的評價手段。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明提供了一種用于測試涂料中氣體含量的方法。該方法利用玻璃板將一定量的含氣涂料壓制成一定厚度的涂料膜片，涂料中的球形氣泡被壓縮成厚度非常薄的圓柱狀，且厚度與涂料膜的厚度一樣，涂料膜片中氣泡面積與總涂料面積的占比可以近似為體積比，即為涂料的空氣含量。壓制成的涂料膜片利用掃描儀對膜片進行掃描，利用圖像處理軟件對掃描的圖像進行二值化處理，并進行分析，可以得到各氣泡的面積和氣泡的總面積，通過氣泡總面積與總分析面積(氣泡和涂料面積)的比值得到涂料的空氣含量，同時可以對各氣泡的體積分別分析，根據(jù)氣泡的面積和厚度計算出各氣泡的球形直徑，并可以對各球形氣泡尺寸進行分布統(tǒng)計。本發(fā)明可以快速測試涂料的空氣含量，操作簡單易行，可以有效解決涂料氣體含量測試存在的諸多問題，能快速準確對上機前涂料空氣含量進行測試，避免出現(xiàn)運轉性、成紙質量等問題的出現(xiàn)，并為相關除氣裝置的優(yōu)化提高必要的評價手段。
[0008]本發(fā)明特征在于:
[0009](I)利用兩塊玻璃板將濕涂料壓制成一定厚度的涂料膜，利用掃描儀對壓制的膜片進行掃描，利用圖像處理軟件將圖像進行處理，并對處理后的圖像進行分析，可以得到氣泡的總面積的占比，即為空氣含量，并給出各氣泡體積和氣泡球直徑的分布情況。
[0010](2)測試用玻璃板為無顏色玻璃，厚度為3?20mm，長度為50?200mm，寬度為50 ?200mm。
[0011](3)測試用濕涂料的加入量為0.05?lg，涂料低剪切黏度為10?3000mPa.S。
[0012](4)利用厚度為10?100 μ m的膜片夾在兩塊玻璃板之間，使得壓制涂料濕膜厚度為 10 ?100 μ m。
[0013](5)所用掃描儀分辨率為600?4800dip，掃描圖像為8位灰度圖。
[0014](6)利用圖像處理軟件對掃描的灰度圖進行為二值化處理，轉化為二值圖，并利用圖像處理軟件將二值圖的背景及邊緣去除，僅留下氣泡和涂料的圖像。
[0015](7)利用圖像處理軟件對處理后的圖像進顆粒化分析，對分析結果進行氣泡總面積占比統(tǒng)計，將各氣泡面積統(tǒng)計結果以Excel文件格式導出，經數(shù)據(jù)處理得出各氣泡體積統(tǒng)計，各氣泡球直徑統(tǒng)計，并給出氣泡體積和氣泡球直徑的分布。
[0016]利用該方法可以分析出涂料的空氣含量，各氣泡面積等數(shù)據(jù)。并可以利用給出的氣泡面積的數(shù)據(jù)計算出各氣泡的體積及球狀氣泡的直徑。該方法簡單易行，整個分析過程可在十分鐘內完成，完全可以用于涂布機上機前涂料氣體含量的監(jiān)測，其給出的豐富統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以用于除氣效果的評價。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1:實施方式I，掃描儀掃描后的8位灰度圖。
[0018]圖2:實施方式I，利用圖像處理軟件對掃描后的8位灰度圖進行二值化處理并去除背景和邊緣的圖，此圖用于氣體含量等的分析。
[0019]圖3:實施方式1，利用圖像處理軟件給出的數(shù)據(jù)計算的各氣泡體積的分布。
[0020]圖4:實施方式1，利用圖像處理軟件給出的數(shù)據(jù)計算的各氣泡球直徑的分布。
【具體實施方式】
[0021]實施方式I
[0022]選擇厚度為5mm,長度為100mm,寬度為IOOmm的無色玻璃。稱取0.1g含有氣泡的黏度為1800mPa.s的濕涂料，放在水平放置的玻璃板上，將另一塊玻璃板水平輕壓在涂料上，同時兩塊玻璃板間放置IOym厚的膜片，用以控制涂料膜的厚度。對厚度為ΙΟμπι的濕涂料膜進行掃描，掃描分辨率為2400dip，掃描的圖像為8位灰度圖，見附圖1。利用ImageJ圖像處理軟件，對8位灰度圖進行二值化處理，并將背景和邊緣去除，處理后的二值圖見附圖2。利用ImageJ圖像處理軟件的Analyze Particles命令對附圖2的圖像進行分析，Summarize的分析結果里給出了氣泡面積的占比(AreaFraction), 3.0 此值即為涂料的空氣含量。將分析后的各氣泡的面積數(shù)據(jù)以Excel文件格式導出，經數(shù)據(jù)處理得出各氣泡體積統(tǒng)計，各氣泡球直徑統(tǒng)計，并給出氣泡體積和氣泡球直徑的分布，見附圖3和附圖4。
[0023]實施方式2
[0024]選擇厚度為5mm,長度為100mm,寬度為IOOmm的無色玻璃。稱取0.1g含有氣泡的黏度為2100mPa.s的濕涂料，選擇100 μ m厚的膜片，進行涂料膜的壓制，并對濕涂料膜進行掃描，掃描分辨率為2400dip，掃描的圖像為8位灰度圖。利用ImageJ圖像處理軟件，對8位灰度圖進行二值化、背景和邊緣去除處理。利用ImageJ圖像處理軟件的AnalyzeParticles命令對處理后的圖像進行分析，Summarize的分析結果里給出了氣泡面積的占比(AreaFraction)，2.8%，此值即為涂料的空氣含量。
[0025]利用比重瓶法與該方法進行對比。比重平法測試涂料密度P實際為1.433g/cm3，涂料經過多次除氣處理，得到無氣泡涂料，比重瓶法測得無氣泡涂料密度P無氣泡為
1.476g/cm3,計算空氣含量為2.91 %?？梢钥闯?，實施方式I和實施方式2與比重瓶方法測定數(shù)值很接近。
【權利要求】
1.一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:利用兩塊玻璃板將濕涂料壓制成一定厚度的涂料膜，利用掃描儀對壓制的膜片進行掃描，利用圖像處理軟件將圖像進行處理，并對處理后的圖像進行分析，可以得到氣泡的總面積的占比，即為空氣含量，并給出各氣泡體積和氣泡球直徑的分布情況。
2.如權利要求1所述的一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:測試用玻璃板為無顏色玻璃，厚度為3?20mm,長度為50?200mm,寬度為50?200mm。
3.如權利要求1所述的一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:測試用濕涂料的加入量為0.05?lg，涂料低剪切黏度為10?3000mPa.S。
4.如權利要求1所述的一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:利用厚度為10?100 μ m的膜片夾在兩塊玻璃板之間，使得壓制涂料濕膜厚度為10?100 μ m。
5.如權利要求1所述的一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:所用掃描儀分辨率為600?4800dip，掃描圖像為8位灰度圖。
6.如權利要求1所述的一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:利用圖像處理軟件對掃描的灰度圖進行為二值化處理，轉化為二值圖，并利用圖像處理軟件將二值圖的背景及邊緣去除，僅留下氣泡和涂料的圖像。
7.如權利要求1所述的一種用于測試涂料中氣體含量的方法，其特征在于:利用圖像處理軟件對處理后的圖像進顆粒化分析，對分析結果進行氣泡總面積占比統(tǒng)計，將各氣泡面積統(tǒng)計結果以Excel文件格式導出，經數(shù)據(jù)處理得出各氣泡體積統(tǒng)計，各氣泡球直徑統(tǒng)計，并給出氣泡體積和氣泡球直徑的分布。
【文檔編號】G01B11/08GK103884645SQ201210563426
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年12月24日 優(yōu)先權日:2012年12月24日
【發(fā)明者】劉金剛, 李強, 王比松 申請人:中國制漿造紙研究院