[0001] 本公开内容涉及测定膜厚度的方法。公开内容还涉及生产膜的方法和装置。发现该方法在微原纤化纤维素膜的生产中具有特别的应用。

[0002] 微原纤化纤维素(“MFC”)，或“纳米纤维素”为由可从纤维素纤维壁分离的纤维素微纤丝组成的材料。

[0003] 纳米纤维素包括部分或完全原纤化的纤维素或木质纤维素纤维。释放的纤丝的直径小于1000nm，而实际纤丝直径或粒度分布和/或纵横比(长度/宽度)取决于来源和制造方法。最小的纤丝称作基元纤丝并且直径可为约2‑4nm，同时常见的是基元纤丝的聚集形式(也定义为微纤丝)为在制造MFC(例如通过使用扩展的精磨工艺或压降解离工艺)时获得的主要产物。取决于来源和制造方法，纤丝的长度可从约1至大于10微米变化。粗纳米纤维素级分可含有显著部分的原纤化的纤维，即从管胞(纤维素纤维)中突出的纤丝，和一定量的从管胞(纤维素纤维)释放的纤丝。

[0004] 纳米纤维素还可通过各种物理或物理化学性质表征，比如其大表面积或其在低固体物(1‑5wt％)下当分散在水中时形成凝胶状材料的能力。纤维素纤维优选被原纤化至以下程度，即，当用BET方法测定溶剂交换和冷冻干燥的材料时，形成的纳米纤维素的最终比2 2 2
表面积为约1至约500m/g，比如约1至约200m/g，或更优选50‑200m/g。

[0005] 存在多种制造纳米纤维素的方法，比如单或多道次精磨，预水解或酶处理后接精磨或高剪切解离或纤丝释放。纳米纤维素可从木纤维素纤维生产，从硬木和软木纤维两者。其还可从微生物来源、农业纤维比如麦草浆、竹、甘蔗渣、或其他非木纤维来源制造。其优选从包括来自原始纤维的浆(例如机械、化学和/或热机械浆)的浆制造。其还可从损纸或再生纸制造。术语纳米纤维素包括薄壁组织(parenchymal，主质)纳米纤维素和BNC(细菌纳米纤维素)。纳米纤维素还可从植物纤维获得，例如基于甜菜或马铃薯的纳米纤维素。

[0006] 纳米纤维素的上述定义包括但不限于ISO/TS 20477:2017标准中的纳米纤维素的定义。

[0007] 纳米纤维素/MFC存在其他同义词，比如纤维素微纤丝，原纤化的纤维素，纳米原纤化纤维素(NFC)，纤丝聚集物，纳米尺度纤维素纤丝，纤维素纳米纤维，纤维素纳米纤丝，纳米结晶纤维素，纤维素微纤维，纤维素纤丝，纤维素纳米丝，微纤丝纤维素，微纤丝聚集物和纤维素微纤丝聚集物。

[0008] 目前研究表明，因为它的强度和阻隔性质，MFC可为用于包装和包装涂料的合适材料。因此，MFC具有替代或补充目前使用的阻隔膜(包括聚合物和金属膜)的潜力。

[0009] MFC膜的成形可通过粘稠或凝胶状流体材料在连续输送带上溶剂流延，然后脱水/干燥(例如蒸发)溶剂而实现。

[0010] 术语“溶剂流延”是指定方法的已知术语，其中膜通过施加包含分布在基本上将被去除(例如通过脱水和/或蒸发)的介质中的膜形成组分的湿膜而生产。膜形成组分可分散在分散介质中或溶解在溶剂中，继而称为“溶剂流延”。

[0011] 然而，为了实现膜的均匀性质，以及为了实现具有吸引人的视觉性质的膜，重要的是以高准确性控制膜厚度，以及在出现偏差时能够快速调节膜厚度。

[0012] 测定MFC膜厚度的现有技术方法受限于以下：它们需要将膜从基材分离，或者它们需要在其上流延膜的基材是透明的，当将膜流延到实心钢带上时，就不属于这种情况。

[0013] 例如，一种用于测量连续流延或挤出的膜、纸和涂层的厚度的方法依赖在横向测量仪之间通过的幅材中的辐射吸收。这样的系统的问题在于，它无法用于实心钢带上的MFC膜。因此，这样的系统用于在从流延或成形基材脱离之后的膜和幅材，由于MFC膜无法从基材分离直到其基本上是干的时，这对于MFC膜来说构成问题。此外，开放牵引(draws，拉伸)未被承载的膜对于产品品质而言可为有害的。

[0014] 上述方法的另一个缺点涉及过程控制：当厚度测量被用于控制流延过程时，流延点和膜的状态之间的延迟时间是一个缺点。进一步地，横向测量仅提供来自机器横向中各位置的周期性信息，在该情况中其没有捕获所有过程变量。

[0015] 因此，需要测定和控制膜厚度的改进的方法。

[0068] 附图示意性地说明在其中可实践本发明的装置。用于带式流延的装置是已知的并且将因此参照附图而仅简单描述。

[0069] 带式流延机典型地包含输送带10，其可为实心钢带或聚合物或纸材料的连续的、光滑的带。

[0070] 钢带可被打磨或抛光以提供光滑膜表面。对于非常光滑的膜表面，可以使用镜面品质抛光的钢带。

[0071] 聚合物或纸带可具有表面涂层用于使得表面变得足够光滑。

[0072] 输送带可为连续的或环形的(endless)输送带，比如金属带且特别地钢带。

[0073] 输送带被设置为运行通过(run over)至少一对输送带滑轮11、12，其中至少之一可为驱动滑轮。可提供其他的支撑滑轮(但不必须)。典型地，带速度可能为约至少10m/min，可能地至少50m/min或至少75m/min。

[0074] 带宽度可为约0.3‑8m，典型地0.5‑6m或1‑5m。

[0075] 可在带的一部分上提供干燥室13。这样的干燥室可设置为完全包围带，如横截面所示，垂直于带行进方向。干燥室可包含一个或多个区，其中可提供受控的温度、气体氛围和空气流。例如，可为期望的是提供升高的温度用于促进溶剂蒸发，以及低湿度空气以使得空气接受蒸发的溶剂的能力最大化。排出空气流可与溶剂收取或销毁装置连接。

[0076] 干燥室之前可存在一个或多个预干燥或脱水区(未示出)。

[0077] 可在捕集图像的区域的上游提供一个或多个预干燥步骤或脱水步骤。

[0078] 替代地，或作为补充，可在捕集图像的区域的下游，但在干燥室13的上游提供一个或多个预干燥步骤或脱水步骤。

[0079] 例如，预干燥步骤可包含强制蒸发，其可通过例如呈IR和/或微波形式的辐射而实现以达到某一期望的固体物含量。

[0080] 作为另一个实例，可施加脱水步骤，例如压滤脱水或通过由重力驱动或由真空辅助的透过多孔基底的毛细管效应的脱水。

[0081] 脱水和/或后续干燥还可通过辐射(IR、微波)、蒸汽或热空气的影响(impingement)来辅助。

[0082] 在输送器10的一端，比如通过第一带滑轮11，可提供膜施加器14。膜施加器14可具有一个或多个进料器141和/或刮刀142，其可用于控制跨越带宽度的膜厚度和/或厚度分布。

[0083] 可设置控制器15来通过驱动马达或驱动器(未示出)控制进料器141、外部进料泵(未示出)、狭缝模具型流延单元的缘部和/或刮刀142。

[0084] 激光投射装置15包含激光源151和图像捕集装置152，比如相机。

[0085] 激光投射装置151跨越膜宽度提供激光投射1511并且图像捕集装置152获取至少激光投射1511的至少部分的图像。

[0086] 在平坦表面上，激光投射1511会提供预定图案，例如，但不限于，与其行进方向呈直角延伸跨越输送器10的直线。

[0087] 激光可以约380‑900nm波长，优选380‑750nm，更优选625‑740nm运行。

[0088] 激光投射装置151可由一个或多个激光源151形成，一个或多个激光源151可相协调以提供不同部分的激光投射1511和/或彼此强化以提供提高的投射1511的强度。

[0089] 激光投射装置可通过扫描激光点或通过扇形过滤器(a fanning filter)以提供固定的投射而运行。

[0090] 在使用中，输送带以预定速度在前进方向被驱动，其在附图中以‘X’方向指示，同时膜溶液20被进料到带表面上。在膜施加器的下游区域中，跨越膜施加激光投射1511，同时使用图像捕集装置152获取图像，每一个图像都显示激光投射、膜表面和在横向上在膜表面外部暴露的带表面。

[0091] 参见图4，激光源151可沿方向D151以与输送器表面呈5‑80度，优选10‑60度，或15‑40度的角度a定向，如在与输送器行进方向平行的竖直面X‑Z所见。作为特别实例，激光源可以与输送器表面呈10‑20度，20‑30度，30‑40度，40‑50度，50‑60度，60‑70度或70‑80度的角度定向。

[0092] 替代地，当激光投射沿与前进方向相反的方向施加时，该角度可为100‑175度，优选100‑150度或105‑130度。

[0093] 图像捕集装置152可沿方向D152以与激光源方向D151呈30‑150度，优选40‑90度的角度b定向，见于所述竖直面X‑Z中。

[0094] 过滤器153可设置在输送器和图像捕集装置152之间的激光的光路中。过滤器可与相关的激光波长(一个或多个)相匹配。

[0095] 膜厚度方向在附图中以‘Z’方向指示并且膜宽度在附图中以‘Y’方向指示。

[0096] 控制器15接收图像并且进行图像处理以测定跨越膜宽度的膜厚度和/或膜厚度分布。

[0097] 当控制器15测定膜厚度和/或膜厚度分布在可接受范围之外时，基于测定的膜厚度和/或膜厚度分布，可调节进料器141、外部进料泵(未示出)、狭缝模具型流延单元的缘部和/或刮刀142以调节膜厚度。

[0098] 当以其湿状态施加膜时，其可具有1‑25重量％或3‑20重量％固体物，其余部分为溶剂(一种或多种)或分散介质(一种或多种)，优选固体物部分可为(按重量)1‑3％，3‑6％，6‑9％，9‑12％，12‑15％，15‑18％，18‑21％，21‑24％或24‑25％。

[0099] 固体物部分可包含主材料，比如MFC，和一种或多种添加剂。主材料可占固体物部分的至少50重量％，优选占至少60、70、80或90重量％。

[0100] 用以提供特定膜性质的典型添加剂可包括抗粘连和抗静电化合物、螯合剂、着色剂、导电物质、颜料等。

[0101] 其他添加剂可包括天然纤维材料，比如基于木材的材料。

[0102] 膜穿过干燥室，并且随后使其从带10释放，之后可将该膜包装用于运输，比如通过卷在卷轴16上。

[0103] 输送带可通过一个或多个带支撑件17支撑，所述带支撑件可作为辊或滑动支撑件提供，其可在全部或部分的带宽度上延伸。

[0104] 激光投射可在支撑件17和带10之间的接触区域处施加至带表面。优选地，可从与在支撑件17和带10之间的Y轴平行的接触线起，在X方向上的支撑辊直径的50％的距离内提供激光投射，且优选在该支撑辊直径的25％的距离内。

[0105] 图3示意性地说明放大的具有湿膜20的带10的一部分，其中图相框30的实例由虚线‑点线指示并且其中激光投射1511由虚线指示。

[0106] 优选地，激光投射从与输送带的前进方向X平行的竖直面中的激光方向提供，即在X‑Z面中并且以上述角度a提供。

[0107] 在示出的情况中，激光投射1511在其目标区域表现出五个部分，其在X方向上相对于彼此位移，因此指示膜20的厚度和/或厚度变化。

[0108] 第一对激光投射15111、15115落到带10的暴露的表面部分101上。这些激光投射15111、15115因此会指示零厚度水平，并且可用于指示与X‑Y面平行的参照面。

[0109] 第二对激光投射15112、15114落到湿膜20表面上并且与第一对激光投射相比更接近投射装置141，指示更高的水平，其可为期望的膜表面。

[0110] 第三激光投射部分15113在横向上超过第二对激光投射15112、15114，因此指示更低的水平。

[0111] 因此，第一和第二对激光投射15111、15115；15112、15114之间的X‑方向上的距离指示膜厚度。膜厚度可用已知的投射角度和X‑方向上的所述距离来计算。

[0112] 第三激光部分15113，其指示厚度降低，可被识别并且以类似方式测量。

[0113] 图像可用预定频率摄取，预定频率可基于带速度确定。

[0114] 可分析各图像以识别该图像中激光投射的位置和计算例如平均膜厚度、最大膜厚度、最小膜厚度或厚度标准差。

[0115] 如果上述参数中的一个或多个偏离预定范围，可激活警报并且可停止进料和/或输送器前进。

[0116] 该结果可用作调节进料器14的输入值。这样的调节可包括在进料器141宽度的全部或部分上调节进料速度。

[0117] 任选地或作为补充，该结果可用作调节刮刀142的输入值。

[0118] 还任选地或作为补充，该结果可用作调节狭缝模具型流延单元的缘部的输入值。

[0119] 仍任选地，生产的膜可用详细显示整个膜或膜部分的厚度曲线的影片(movie，动画)来交付。

[0120] 虽然本文的公开内容已经指向MFC，当应理解的是该方法和装置也可用于生产其他类型的膜，包括但不限于，基于纤维素的膜，比如纤维素三醋酸酯，聚合物膜，比如聚酰亚胺，液晶聚合物或聚(偏二氟乙烯)，和可食用的膜，比如基于酪蛋白酸钠和酪蛋白酸钙的膜。

[0121] 为了实现准确的膜的测量，可在额外的带支撑件处测量膜厚度，如以上提及的。

[0122] 作为额外的测量，可对带进行校准运行，以在不存在膜时确定带的形状。

[0123] 还可同时对带的下侧施加以上所述的激光测量，并且使用这样的测量结果补偿带形状和/或移动的变化。

[0124] 实施例

[0125] 在下文中，将呈现来自测试运行的数据。

[0126] 在带式流延机上制造包含微原纤化纤维素的膜，所述带式流延机包括膜施加器14、进料器141、刮刀142和载体介质或呈钢带(具有1.3μm的Ra粗糙度和7.5μm的Rz粗糙度)形式的输送器10。

[0127] 以5.5m/min的速度(钢带的速度)将悬浮体施加在输送器10上以形成厚度为775μm且宽度为500mm的湿膜。湿膜的固含量为4.21重量％，即95.79重量％水和3.58重量％的微原纤化纤维素和0.63重量％的山梨糖醇。

[0128] 使用的微原纤化纤维素为酶处理过的漂白硫酸盐(kraft)纤维，其被进一步解离并且被高压流化以获得细MFC品质，其基本上不含纤维残留物。

[0129] 在沉积和获得湿膜后，但在进一步脱水或蒸发/干燥13之前，用激光投射装置15测量湿膜20的厚度。

[0130] 具有660nm波长的激光光源151用于形成跨越机器的定向激光线，其跨过湿膜宽度延伸并且在钢带基材上的湿膜的边缘外约10cm延伸。

[0131] 激光线的位置为在钢带的移动方向X上，湿膜沉积的下游约50cm。激光线从激光方向D151投射在湿膜上，激光方向D151以与钢带的移动方向X呈130度的角度延伸。使用相机作为图像捕集装置152，获取移动钢带的区域的图像，在该处激光投射、湿膜的一部分和钢带的一部分是可视的。图像以每秒30帧的帧速率捕集。与激光的方向呈60度且与钢带的移动反向X呈70度的角度放置相机D152。

[0132] 分析每一个图像的湿膜上的或钢带上的激光线的位置，使得某些相机像素被分配为对应于湿膜和钢带的某些高度位置。通过从在每一个横向Y位置处的湿膜高度位置减去钢带高度位置从该数据获得膜厚度。来自每一个横向位置的膜厚度数据随后排列在厚度‑CD‑位置图表中以获得膜厚度曲线，如图5中所示。

[0133] 进一步地，不同的统计值，比如平均膜厚度和平均厚度的标准偏差可从该数据计算得出。775μm被测量为平均厚度以及22微米被测量为标准偏差。该数据可进一步被保存并且针对时间作图以能够追踪平均厚度及其标准偏差随时间的变化，如图6中所示。

[0134] 对应的干膜厚度示于图7中，其中干膜厚度在跨越膜的方向Y上隔开1cm的点处测量。