本发明涉及一种进行液体浆(pulpslurry)中的树脂(pitch)的定量以及粒度分布测定的分析方法以及使用该分析方法的树脂处理方法。
背景技术：
在造纸工序中，作为纸的原材料的纸浆所包含的夹杂物中的、源自木材或旧纸的疏水性粘性物质被称为树脂。该树脂在液体浆中作为胶状微粒呈分散的状态，但是在调制工序、抄纸工序中发生凝聚化而生成粗大树脂，既会成为引起纸制品的质量下降、脱水不良、断纸等的原因，还会对操作性造成妨碍。这种树脂障碍在使用脱墨纸浆或纸板旧纸等旧纸原料的情况下、将废纸重新用作原料的情况下特别容易发生。
因此，为了防止树脂障碍，期望的是在液体浆被送至抄纸机之前去除树脂或抑制树脂的凝聚，通常在液体浆中预先添加树脂控制剂。而且，为了可靠地防止树脂障碍，要求针对粗大树脂的生成而有效地添加树脂控制剂。
为此，准确地对液体浆中的树脂进行定量是重要的。
作为以往的树脂的定量方法，例如在专利文献1中公开了以下方法：利用荧光染料对将液体浆过滤处理后得到的滤液中的树脂(疏水性有机粒子)进行染色，测定荧光强度来测定滤液中的树脂的质量浓度。
另外，在专利文献2中记载了以下内容：对测定了荧光后的样本进行过滤，根据其过滤器的孔径来求出树脂(疏水性夹杂物)的尺寸。
另一方面，在专利文献3、4中，作为使用图像分析的方法而记载了以下内容：将通过对过滤得到的滤渣上的粘着物进行加压加热处理来使该粘着物转印并附着于滤纸、不锈钢等介质所得之物作为试样。
另外，在非专利文献1中，作为将树脂与纤维、灰等分离的方法，记载了使用管流型纤维分级分析装置。
专利文献1：日本特表2010-520444号公报
专利文献2：日本特表2012-521009号公报
专利文献3：日本特开2007-271389号公报
专利文献4：日本专利第4802156号公报
非专利文献1：福岡萌及其他3人“关于使用新纤维分级分析装置的液体浆的分析的探讨(第2报)”(「新規繊維分級分析装置を用いたパルプスラリーの解析に関する検討(第2報)」)，[online]，2015年3月16日，因特网〈doi：http://doi.org/10.2524/jtappij.1503〉
技术实现要素：
发明要解决的问题
如上所述，提出了各种对树脂进行观察和定量的方法，但是在如上述专利文献3、4所记载的那样通过利用树脂的粘性转印到介质所得到的试样来进行定量分析的情况下，有时通过转印而附着于介质的附着物是借助树脂而存在的细微纤维、碳酸钙等混合异物，很难说仅对树脂进行定量。
另一方面，根据对树脂进行染色后测定荧光的方法，能够仅分离出疏水性的树脂来对其进行定量。然而，在如上述专利文献1、2所记载的荧光光度计对散射光、透射光的测定中，荧光强度与浓度的关系受到粒子的大小的影响，因此很难说是能够准确地进行定量的方法。而且，在实际的操作中，树脂障碍与荧光强度的相关关系不清楚。
另外，即使对如专利文献1所记载的滤液中的树脂进行测定，也无法检测出成为树脂障碍的原因的粗大树脂。
如果使用如上述非专利文献1所记载的管流型纤维分级分析装置，则能够将树脂与纤维分离来进行观察，但是树脂在水中是不稳定的，因此，若到开始分析为止要耗费时间，则由于树脂状态随时间的变化而无法进行准确的分析。
因而，寻求一种能够更准确地、简便地掌握水中的树脂的状态的方法。
本发明是在这种状况下完成的，其目的在于提供一种迅速且简便地、而且更准确地对水中的树脂按粒度进行定量的树脂分析方法。另外，本发明的目的还在于提供一种使用所述分析方法来在造纸工序中有效地添加树脂控制剂的树脂处理方法。
用于解决问题的方案
本发明的分析方法使用图像分析来作为准确地对水中的树脂进行定量的手段，通过该方法，使得在造纸工序中能够有效地添加树脂控制剂。
即，本发明提供以下的[1]～[3]。
[1]一种树脂分析方法，向液体浆添加荧光染料，使用图像分析软件对利用荧光显微镜得到的包含被染色的树脂的液体浆的观察图像进行图像分析，来进行树脂的定量和粒度分布测定，在该树脂分析方法中，所述图像分析包括依次进行下述(1)～(4)的处理的工序：
(1)变换处理，将彩色图像变换为灰度图像；
(2)二值化处理，去除所述灰度图像的噪声，将所述灰度图像二值化为黑白图像；
(3)去除处理，去除所述二值化处理后的图像的白色区域中的、长径比为0.2以下的粒子部分的区域；
(4)统计处理，测量所述去除处理后的图像的白色区域的各粒子的面积，求出各面积区间的粒度分布。
[2]在上述[1]所述的树脂分析方法中，在所述二值化处理中，将所述灰度图像的明度为规定值v以下的区域二值化为黑色，将所述明度超过所述规定值v的区域二值化为白色，所述灰度图像的所述明度是将黑设为0、将白设为100的情况下的明度，所述规定值v是10～50的范围内的值。
[3]一种树脂处理方法，在抄纸系统内的规定位置，通过上述[1]或[2]所述的方法来进行树脂分析，在所述图像中存在规定面积以上的树脂的位置处添加树脂控制剂。
发明的效果
根据本发明的树脂分析方法，能够迅速且简便地、而且更准确地对水中的树脂按粒度进行定量。因此，通过使用本发明的分析方法，能够在造纸工序中迅速地确定大量分布有成为引起树脂障碍的原因的粗大树脂的位置。
因而，根据本发明的树脂处理方法，能够确定用于抑制树脂障碍的树脂控制剂的最佳添加位置，从而能够有效地添加树脂控制剂。
具体实施方式
下面，详细说明本发明的实施方式。
[树脂分析方法]
本发明是一种树脂分析方法，向液体浆添加荧光染料，使用图像分析软件对利用荧光显微镜得到的包含被染色的树脂的液体浆的观察图像进行图像分析，来进行树脂的定量和粒度分布测定。
所述图像分析包括依次进行下述(1)～(4)的处理的工序：
(1)变换处理，将彩色图像变换为灰度图像；
(2)二值化处理，去除所述灰度图像的噪声，将所述灰度图像二值化为黑白图像；
(3)去除处理，去除所述二值化处理后的图像的白色区域中的、长径比为0.2以下的粒子部分的区域；
(4)统计处理，测量所述去除处理后的图像的白色区域的各粒子的面积，求出各面积区间的粒度分布。
在上述分析方法中，选择性地对液体浆中的树脂进行染色后进行图像观察，不需要过滤处理等作业就能够对树脂按粒度进行定量，特别是针对粗大树脂还能够实现粒度分布测定的准确性的提高。
另外，能够在采集分析试样后立即观察和测定，因此能够抑制树脂随时间的变化的影响。因此，能够更准确地掌握造纸工序中的树脂的状态，能够迅速地确定大量分布有成为引起树脂障碍的原因的粗大树脂的位置。
(染色)
添加到所述液体浆的荧光染料用于对树脂进行染色。树脂是疏水性的粘性物质，与其相对，以纤维素为主成分的纸浆纤维是亲水性的。因此，通过使用疏水性染料，能够选择性地对液体浆中的树脂进行染色。作为对树脂进行染色的疏水性染料，具体地说，能够列举出fluorol555、尼罗红、吖啶橙等。从易于观察的观点出发，它们中的表现出强烈对比度的染料较为优选，优选使用黄橙色的fluorol555。
从迅速染色的观点出发，所述疏水性染料优选溶解于有机溶剂后添加到液体浆。从在水系的液体浆中迅速分散的观点出发，作为有机溶剂，优选使用亲水性的有机溶剂，例如优选使用乙醇、丙醇、四氢呋喃等，特别优选使用乙醇。
所述荧光染料的添加量没有特别限定，能够根据液体浆中的树脂含量来适当调整，但是，只要是视觉上能够充分确认树脂的染色的程度的浓度和添加量即可，由于要进行图像观察，因此超过需要地添加是不理想的。通常以0.001mg/l～10mg/l的染料浓度来添加荧光染料。
(利用荧光显微镜进行的观察)
能够利用荧光显微镜来鲜明地观察被荧光染料染色的树脂。
关于该观察图像，为了进行图像分析，优选的是利用ccd照相机、数字照相机等来拍摄该观察图像。
显微镜的倍率和图像尺寸越大则精度越高，但是没有特别限定，只要是在之后的图像分析中能够进行分析处理的程度即可。
(图像分析)
在计算机中使用图像分析软件来对拍摄到的观察图像进行图像分析。在图像分析中，依次进行上述(1)～(4)的处理。下面，依次说明(1)～(4)的处理。
(1)变换处理
首先，将被荧光染料染色的树脂的彩色图像变换为灰度图像。即，在本发明的图像分析中，预先去除被染色的树脂(分析试样)的图像的色相和彩度的要素，设为无彩色。
(2)二值化处理
进一步，去除通过上述(1)得到的灰度图像所包含的噪声，将该灰度图像二值化为黑白图像。被荧光染料染色的树脂以外之物、与图像平面重合的下侧和上侧的树脂在所述灰度图像中被检测为低的明度(白度)。因此，为了要准确地对树脂进行定量，优选的是将它们作为噪声来事先去除。另外，从易于分析的观点出发，将存在树脂的区域单色化为白色区域，将除此以外的区域设为黑色区域。
具体地说，在图像分析软件中，在将黑设为0、将白设为100的情况下，将所述灰度图像的明度为规定值v以下的区域二值化为黑色，将所述明度超过所述规定值v的区域二值化为白色。即，将明度为规定值v以下的区域视作噪声，仅将明度超过规定值v的区域二值化为白色(单色)，将除此以外的区域二值化为黑色(单色)。
所述规定值v是根据图像的分辨率、图像分析软件的特性等来适当设定的，优选为10～50的范围内的值，更优选为15～40，更进一步优选为20～30。
通过这种利用阈值的噪声去除，能够更准确地检测树脂。
(3)去除处理
去除上述(2)的二值化处理后的图像的白色区域中的、长径比为0.2以下的粒子部分的区域。此外，本发明所说的长径比是指图像中的粒子部分的短轴与长轴的长度的比率(短轴/长轴)。
长径比为0.2以下的细长形状的粒子部分通常认为不是树脂，而是被荧光染色的纤维的混入物。因此，从期望准确地检测树脂的观点出发，优选的是，在去除这种长径比的粒子部分的基础上进行树脂的定量。
(4)统计处理
测量上述(3)的去除处理后的图像的白色区域的各粒子的面积，求出各面积区间的粒度分布。经过这种处理，根据粒子面积来进行树脂的定量，由此，能够不包含树脂以外的夹杂物、噪声地迅速且简便地得到树脂的粒度分布，而且能够实现准确性的提高。
此外，本发明中使用的图像分析软件只要能够进行上述的(1)～(4)的图像分析处理即可，没有特别限定。例如，能够优选使用三谷商事株式会社制winroof等。
[树脂处理方法]
通过上述的本发明的树脂分析方法，在抄纸系统内的规定位置进行树脂的分析，由此能够根据所求出的树脂的粒度分布的数据来容易地确定存在规定面积以上的粗大树脂的场所和量。在此所说的面积是指上述的树脂分析方法中的根据观察图像测量出的树脂的面积。
关于所述规定面积，能够根据要制造的纸的种类和性质、抄纸机的特性等来适当设定，例如，能够将所述面积为700μm2以上的情况视作粗大树脂，来预先确定能够观察到该粗大树脂的分布的位置。只要在这样确定出的位置处添加树脂控制剂，就能够有效地抑制粗大树脂的生成。
因而，在抄纸系统内，能够确定树脂控制剂的有效添加位置，能够在造纸工序中利用树脂控制剂来有效地控制树脂。
实施例
下面，更详细地说明本发明的实施方式，但是本发明并不限定于下述实施例。
(试验1)树脂的定量试验
在以使水中的悬浮物质(ss)浓度为1质量％的方式调制出的阔叶树漂白牛皮纸浆(lbkp；加拿大游离度标准(c.f.s)为200ml)浆料中，对浆料添加100mg/l的水性丙烯酸粘合剂regitexa-6001(株式会社regitex制)来作为模拟树脂。对于2ml的该液体浆的分析试样，以使染料浓度为0.01mg/l的方式添加疏水性荧光染料(exciton公司制fluorol555)的0.1质量％乙醇溶液，使用涡旋混合器(vortexmixer)来进行搅拌。利用200μl用微量吸液管来迅速采集10μl的进行染色后的试样，利用荧光显微镜来在下述条件下进行观察，利用ccd照相机来进行拍摄。
显微镜：荧光镜单元：奥林巴斯株式会社制u-fbw
荧光源：卤素灯：奥林巴斯株式会社制u-hglgps
ccd照相机：奥林巴斯株式会社制dp73-set-a
目镜：10倍
物镜：10倍
快门速度：1秒
视场光阑、孔径光阑：均开放
卤素灯强度：3
图像尺寸：1200×1600像素
利用图像分析测量软件(三谷商事株式会社制winroof)对所得到的图像数据进行图像分析。按下述(1)～(4)的顺序来进行分析处理。
(1)变换处理，将彩色图像变换为灰度图像；
(2)二值化处理，将所述灰度图像的明度为20以下的区域二值化为黑色，将超过20的区域二值化为白色，所述灰度图像的所述明度是将黑设为0、将白设为100的情况下的明度；
(3)去除处理，去除所述二值化处理后的图像的白色区域中的、长径比为0.2以下的粒子部分的区域；
(4)统计处理，测量所述去除处理后的图像的白色区域的各粒子的面积，求出各面积区间的粒度分布。
下述表1中示出进行了上述(3)的去除处理的情况和未进行上述(3)的去除处理的情况下的粒度分布。
[表1]
如根据表1所示的结果可知的那样，认识到能够通过利用荧光显微镜得到的观察图像的图像分析来进行树脂的定量。
另外，通过进行上述(3)的去除处理，能够视觉确认的细长形状的粒子部分(纤维部分)被去除，在测定出的粒度分布中，特别是面积区间为1000μm2以上的粒子部分被去除。由此，可以说能够不包含液体浆中的纤维而仅对树脂进行简便的定量和区间粒度测定。
(试验2)树脂控制剂的应用试验(1)
在将纸板的加工工序的废纸和纸板的旧纸作为原料来制造黄麻芯层(juteliner)的5层抄造的纸板机中，利用与上述(试验1)同样的方法来进行了树脂分析。在表层的抄纸工序中，向抄纸系统内的混合槽(mixingtank)中以添加量500g/t对纸制造量(日文：500g/t対紙製造量)来添加了树脂控制剂(栗田工业株式会社制spanplus520)。
液体浆的分析试样是分别从供料槽(machinetank)、混合槽、进口以及白水筒采集的。针对每个试样通过(试验1)中的(1)～(4)的分析处理工序对5个观察图像进行图像分析。在树脂的定量和区间粒度测定中使用了平均值。
下述表2中示出树脂的粒度分布。
[表2]
如根据表2所示的结果可知的那样，确认出在进口和白水筒处树脂多，特别是在进口和白水筒处大量分布有面积区间为700μm2以上的树脂。
(试验3)树脂控制剂的应用试验(2)
将上述(试验2)中的树脂控制剂的添加位置变更为进口，除此以外与(试验2)相同，来进行了树脂的分析。
下述表3中示出树脂的粒度分布。
[表3]
如根据表2、3所示的结果可知的那样，在将树脂控制剂的添加位置变更为原本在(试验2)中大量分布有面积区间为700μm2以上的树脂的进口时，在整个抄纸系统内，粒度(面积区间)比较大的树脂减少。因此可以说，根据本发明所涉及的分析方法，在抄纸系统内能够确定更有效的树脂控制剂的添加位置以减少粗大树脂。