FINAT FTM 7 là phương pháp thử sử dụng quang phổ huỳnh quang tia X tán sắc năng lượng (EDXRF) để xác định nhanh lượng lớp phủ silicone trên giấy và màng dùng làm vật liệu nền chống dính. Thiết bị đo tín hiệu tia X đặc trưng của nguyên tố silicon (Si), sau đó dùng đường hiệu chuẩn để quy đổi tín hiệu này thành lượng silicone đã đóng rắn trên một đơn vị diện tích, thường biểu thị bằng g/m².
Kiểm soát lượng lớp phủ silicone, trong tài liệu tiếng Anh thường gọi là silicone lượng lớp phủ, là bước quan trọng trong sản xuất vật liệu nền chống dính, nhãn tự dính, băng keo hai mặt và các sản phẩm sử dụng keo nhạy áp. Phủ thiếu silicone có thể làm lớp nền khó tách khỏi keo; phủ dư làm tăng chi phí vật liệu. Phép đo EDXRF cho kết quả nhanh, chuẩn bị mẫu đơn giản và có thể đặt gần dây chuyền để hỗ trợ điều chỉnh quá trình sản xuất.
Hai hệ thống EDXRF để bàn của Hitachi gồm LAB-X5000 và X-Supreme8000 được Hitachi liệt kê cho ứng dụng FINAT FTM 7 với ống tia X bia palladium. LAB-X5000 phù hợp QC từng mẫu, còn X-Supreme8000 có khay tự động 10 vị trí cho nhu cầu đo nhiều mẫu liên tiếp.
FINAT FTM 7 là gì?
FINAT FTM 7 có tên tiếng Anh là Silicone Coat Weight by Energy-Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry, có thể hiểu là “xác định lượng lớp phủ silicone bằng quang phổ huỳnh quang tia X tán sắc năng lượng”. Đây là một phương pháp thuộc hệ thống phương pháp thử FINAT dành cho vật liệu nhãn tự dính và vật liệu nền chống dính.
Phương pháp được xây dựng để xác định lượng silicone lớp phủ chống dính đã đóng rắn trên bề mặt vật liệu nền. Kết quả được biểu diễn theo khối lượng lớp phủ trên diện tích, thông dụng nhất là g/m².
Trong phiên bản công bố trong FINAT Sổ tay kỹ thuật FINAT năm 2014, phương pháp được mô tả là phù hợp với nhiều loại lớp phủ silicone dùng cho băng keo và nhãn tự dính; khi hiệu chuẩn đúng, phạm vi có thể đến khoảng 4 g/m². Tuy nhiên, phạm vi làm việc thực tế phải dựa trên loại nền, hóa học của hệ silicone, bộ mẫu chuẩn, cấu hình thiết bị và khoảng hiệu chuẩn đã được phòng thử nghiệm xác nhận.
Nguyên tố silicon và vật liệu silicone có phải là một không?
Đây là điểm dễ gây nhầm lẫn khi tìm kiếm “đo lượng phủ Si”.
- Silicon (Si) là nguyên tố hóa học.
- Silicone là nhóm polymer chứa khung siloxane, được sử dụng làm lớp chống dính trên vật liệu nền chống dính.
Máy EDXRF không cân trực tiếp toàn bộ polymer silicone. Thiết bị đo cường độ tia X đặc trưng của nguyên tố Si trong lớp phủ. Đường hiệu chuẩn thiết lập mối quan hệ giữa tín hiệu Si và lượng silicone đã biết, từ đó phần mềm báo cáo kết quả theo g/m² silicone.
Do phép đo dựa trên mối tương quan hiệu chuẩn, thay đổi lớn về hóa học silicone, tỷ lệ chất rắn, phụ gia hoặc cấu trúc nền có thể yêu cầu đánh giá lại hiệu chuẩn hoặc áp dụng hệ số hiệu chỉnh phù hợp.
Vì sao cần kiểm soát lượng phủ silicone?
Phủ thiếu silicone
Khi lượng lớp phủ thấp hơn mức yêu cầu, lớp nền có thể không tách sạch khỏi keo nhạy áp. Điều này có thể gây lực bóc tách không ổn định, rách liner, lỗi cấp nhãn, keo bám lên lớp nền hoặc sản phẩm không đạt thông số kỹ thuật.
Phủ dư silicone
Silicone là vật liệu có chi phí đáng kể. Phủ cao hơn mức cần thiết làm tăng lượng tiêu hao trên toàn bộ chiều dài cuộn. Với dây chuyền sản lượng lớn, sai lệch nhỏ theo g/m² có thể tạo ra chi phí đáng kể trong một năm.
Phân bố lớp phủ không đồng đều
Giá trị trung bình đạt yêu cầu chưa bảo đảm lớp phủ đồng đều trên toàn bộ cuộn. Nên lấy mẫu ở nhiều vị trí theo chiều ngang, tại đầu, giữa và cuối cuộn, cũng như sau khi thay đổi nguyên liệu, công thức hoặc điều kiện lớp phủ.
Những vật liệu nào có thể đo theo FINAT FTM 7?
- Giấy glassine hoặc giấy kraft siêu cán láng (SCK).
- Giấy kraft phủ khoáng sét, viết tắt là CCK.
- Giấy có chất độn khoáng hoặc giấy có phối trộn khoáng sét.
- Màng polymer dùng làm vật liệu nền chống dính.
- Vật liệu cho nhãn tự dính.
- Băng keo một mặt và hai mặt.
- Màng trang trí và vật liệu ghép lớp.
- Một số vật liệu điện tử, chẳng hạn lớp nền bảo vệ cho mạch mềm hoặc thẻ RFID.
Không nên mặc định một đường hiệu chuẩn có thể dùng cho mọi vật liệu. Giấy chứa khoáng sét, màng polymer và vật liệu phủ hai mặt có đặc tính nền khác nhau, vì vậy có thể cần phương pháp hiệu chuẩn riêng.
Nguyên lý đo lượng phủ silicone bằng EDXRF
- Ống tia X phát chùm tia sơ cấp tới bề mặt mẫu.
- Nguyên tử Si trong lớp silicone bị kích thích.
- Si phát ra tia X huỳnh quang có năng lượng đặc trưng.
- Đầu dò SDD đo cường độ tín hiệu Si.
- Phần mềm so sánh cường độ với đường hiệu chuẩn.
- Kết quả được hiển thị trực tiếp theo g/m² silicone.
Thiết bị cần có để thực hiện phép đo
- Máy EDXRF để bàn có cấu hình phù hợp với Si.
- Ống tia X và đầu dò độ phân giải cao.
- Bộ xoay mẫu để lấy trung bình trên vùng đo.
- Dao cắt mẫu theo kích thước của giá đỡ mẫu.
- Giá giữ mẫu giấy hoặc màng, bảo đảm mẫu phẳng.
- Mẫu chuẩn có lượng lớp phủ đã biết.
- Mẫu trắng không phủ silicone.
- Mẫu thiết lập thiết bị để theo dõi độ nhạy máy.
- Mẫu QC độc lập để kiểm tra phương pháp.
Các Tài liệu phương pháp của Hitachi cho LAB-X5000 và X-Supreme8000 sử dụng đĩa mẫu đường kính khoảng 35 mm trong giá đỡ mẫu chuyên dụng. Kích thước chính xác phải tuân theo phụ kiện của thiết bị đang sử dụng.
Cách chuẩn bị mẫu theo FINAT FTM 7
- Lấy mẫu ở vị trí đại diện trên cuộn hoặc dải vật liệu liên tục.
- Đặt mẫu trên bề mặt sạch và khô.
- Dùng dụng cụ cắt mẫu cắt đĩa có kích thước phù hợp.
- Tránh chạm tay vào vùng sẽ được đo.
- Đặt mẫu vào giá đỡ mẫu, giữ bề mặt phẳng và không nhăn.
- Hướng mặt phủ silicone về phía cửa sổ đo theo hướng dẫn của giá đỡ mẫu.
- Chọn đúng phương pháp và nhập mã mẫu.
- Nhấn Start để thực hiện phép đo.
Mẫu thường không cần hòa tan, nung, ép viên hoặc sử dụng hóa chất. Tuy nhiên, cách cắt và đặt mẫu phải nhất quán vì nếp nhăn, khe hở hoặc sai hướng bề mặt có thể làm thay đổi hình học đo.
Cách xây dựng đường hiệu chuẩn lượng lớp phủ
Chuẩn hiệu chuẩn
Nên sử dụng tối thiểu khoảng sáu mẫu chuẩn được đặc trưng tốt và phân bố đều trên dải lượng lớp phủ cần đo. Mẫu chuẩn phải có nền đại diện cho mẫu sản xuất, có giá trị lượng lớp phủ đáng tin cậy, ổn định và được đo với cùng giá đỡ mẫu như mẫu thường quy.
Đối với X-Supreme8000, Hitachi khuyến nghị sử dụng hai phần mẫu từ mỗi tờ chuẩn để giảm ảnh hưởng của sự không đồng đều trên tờ giấy.
Không đưa mẫu trắng vào mô hình hồi quy
Các Tài liệu phương pháp hiện hành của Hitachi hướng dẫn không dùng mẫu mẫu trắng như một điểm chuẩn 0 g/m² trong hồi quy. Mẫu trắng được đo riêng để thực hiện hiệu chỉnh nền hoặc hiệu chỉnh bằng phép trừ mẫu trắng.
Đánh giá mô hình hồi quy
Sau khi đo chuẩn, cần xem xét độ tuyến tính, sai số chuẩn của hiệu chuẩn, sai lệch của từng chuẩn, LOD, LOQ, độ lặp lại và kết quả trên mẫu xác nhận phương pháp độc lập. Không nên chỉ dựa vào hệ số tương quan cao.
Hiệu chỉnh mẫu trắng là gì?
Giấy và màng nền có thể tạo tín hiệu nền tại vùng năng lượng của Si. Một số loại giấy còn chứa khoáng hoặc khoáng sét, làm thay đổi nền và hấp thụ tia X. Hiệu chỉnh mẫu trắng dùng mẫu cùng loại nhưng không phủ silicone để xác định phần tín hiệu nền này.
- Đo một mẫu nền không phủ silicone.
- Lưu mẫu đó làm mẫu trắng mới hoặc mẫu trắng dùng để hiệu chỉnh thiết bị.
- Đo các mẫu phủ silicone cùng loại nền.
- Phần mềm trừ hoặc hiệu chỉnh phần tín hiệu nền trước khi tính lượng lớp phủ.
Đo giấy CCK phủ khoáng sét khác gì?
Lớp khoáng sét trên giấy CCK thường chứa kaolin và tạo tín hiệu nhôm (Al). Thành phần này có thể ảnh hưởng đến tín hiệu Si và làm sai lệch kết quả nếu chỉ áp dụng phép trừ mẫu trắng đơn giản.
Tài liệu phương pháp LX5K-Met32 của Hitachi dành riêng cho CCK sử dụng:
- Đo đồng thời vùng phổ của Si và Al.
- Hiệu chỉnh cộng thêm theo tín hiệu Al.
- Bộ chuẩn gồm giấy CCK có nhiều mức khoáng sét khác nhau.
- Ba mẫu thiết lập thiết bị để theo dõi Si và Al.
Thông số và hiệu năng điển hình của LAB-X5000
Giấy không chứa khoáng sét
Tài liệu phương pháp LX5K-Met04 v8 sử dụng LAB-X5000 có ống tia X bia Pd và bộ xoay mẫu. Điều kiện đo điển hình là 8 kV, 375 µA, không dùng bộ lọc và thời gian 40 giây.
| Thông số | Hiệu năng điển hình |
|---|---|
| Dải hiệu chuẩn | 0–2,2 g/m² |
| Thời gian đo | 40 giây |
| Sai số chuẩn của đường hiệu chuẩn | 0,02 g/m² |
| Giới hạn phát hiện (LOD, 3σ) | 0,003 g/m² |
| Giới hạn định lượng (LOQ, 10σ) | 0,010 g/m² |
| Độ chụm ở mức tin cậy 95% | <0,01 g/m² tại 1,0 g/m² |
Giấy CCK
Tài liệu phương pháp LX5K-Met32 v2 sử dụng Al làm nguyên tố hiệu chỉnh cho Si.
| Thông số | Hiệu năng điển hình |
|---|---|
| Dải hiệu chuẩn | 0–1,6 g/m² |
| Thời gian đo | 40 giây |
| Sai số chuẩn của đường hiệu chuẩn | 0,05 g/m² |
| Giới hạn phát hiện (LOD, 3σ) | 0,020 g/m² |
| Giới hạn định lượng (LOQ, 10σ) | 0,060 g/m² |
| Độ chụm ở mức tin cậy 95% | 0,007 g/m² tại 0,6; 0,009 tại 1,0; 0,015 tại 1,4 g/m² |
Các số liệu trên là hiệu năng điển hình từ các hiệu chuẩn cụ thể của Hitachi, không phải phạm vi bảo đảm cho mọi nền giấy hoặc mọi công thức silicone.
Thông số và hiệu năng điển hình của X-Supreme8000
Tài liệu phương pháp XSMS-08A v6 sử dụng một điều kiện đo tối ưu cho Si, bộ xoay mẫu và hiệu chỉnh bằng phép trừ mẫu trắng. Thời gian đo khoảng 50 giây mỗi mẫu.
| Thông số | Hiệu năng điển hình |
|---|---|
| Dải hiệu chuẩn | 0,36–1,48 g/m² |
| Thời gian đo | 50 giây |
| Sai số chuẩn của đường hiệu chuẩn | 0,02 g/m² |
| Giới hạn phát hiện (LOD, 3σ) | 0,003 g/m² |
| Độ chụm tại vùng giữa dải, mức tin cậy 95% | 0,006 g/m² |
Phương pháp có thể vận hành trong không khí hoặc khí helium. Helium có thể được sử dụng khi cần tăng độ nhạy ở mức lớp phủ thấp hoặc cho một số ứng dụng liên quan đến phần silicone chưa đóng rắn có thể chiết ra.
So sánh LAB-X5000 và X-Supreme8000 cho FINAT FTM 7
| Tiêu chí | LAB-X5000 | X-Supreme8000 |
|---|---|---|
| Vị trí mẫu | 1 vị trí | Khay tự động 10 vị trí |
| Định hướng sử dụng | QC từng mẫu gần dây chuyền | Đo nhiều mẫu hoặc nhiều vị trí theo lô |
| Bộ xoay mẫu | Có trong cấu hình ứng dụng | Có trong cấu hình ứng dụng |
| Đường khí | Không khí với bù khí quyển tích hợp | Không khí hoặc khí helium tùy yêu cầu |
| Kiểm soát chất lượng theo lô | Đo lần lượt từng mẫu kiểm soát chất lượng | Có thể xếp mẫu trắng, mẫu kiểm soát chất lượng và mẫu thử trên cùng khay |
Vai trò của bộ xoay mẫu
Bộ xoay mẫu xoay mẫu trong quá trình đo, giúp phân tích một diện tích đại diện hơn, giảm ảnh hưởng của các vùng phủ cục bộ và cải thiện độ lặp lại. Tuy nhiên, bộ xoay mẫu không thay thế việc lấy mẫu ở nhiều vị trí trên khổ cuộn.
Chuẩn hóa thiết bị, kiểm soát chất lượng và tái chuẩn hóa
Mẫu thiết lập và chuẩn hóa thiết bị
Mẫu thiết lập thiết bị, viết tắt là SUS theo thuật ngữ của Hitachi, là các mẫu rắn ổn định dùng để theo dõi và hiệu chỉnh độ nhạy của máy theo thời gian. Các mẫu này không tham gia vào mô hình hồi quy xác định lượng lớp phủ.
Mẫu kiểm soát chất lượng
Mẫu kiểm soát chất lượng có giá trị mục tiêu và giới hạn chấp nhận. Nên đo định kỳ để xác nhận hệ thống vẫn trong trạng thái kiểm soát, phát hiện trôi tín hiệu và quyết định khi nào cần tái chuẩn hóa thiết bị.
Tái chuẩn hóa thiết bị
Khi kết quả mẫu kiểm soát chất lượng vượt giới hạn, nên đo lại một phần phần mẫu kiểm soát chất lượng mới. Nếu kết quả tiếp tục không đạt, tiến hành tái chuẩn hóa thiết bị bằng các mẫu SUS. Không cần đo lại toàn bộ chuẩn hiệu chuẩn mỗi khi có trôi tín hiệu nhỏ.
Các nguồn sai số thường gặp
- Dùng sai mẫu trắng: mẫu trắng không cùng loại hoặc cùng định lượng nền có thể tạo sai lệch baseline.
- Không hiệu chỉnh khoáng sét: giấy CCK dùng phương pháp glassine có thể cho sai số.
- Mẫu không phẳng: nếp gấp, cong hoặc lỏng trong giá đỡ mẫu làm thay đổi hình học đo.
- Nhiễm silicone khi cắt mẫu: bàn cắt, dụng cụ hoặc tay người vận hành có thể làm kết quả cao giả.
- Lấy mẫu không đại diện: một đĩa tại một vị trí không đủ để đánh giá toàn bộ cuộn rộng.
- Ngoại suy ngoài dải chuẩn: làm tăng độ không chắc chắn.
- Khác biệt hóa học silicone: có thể làm thay đổi quan hệ giữa Si và tổng lượng lớp phủ.
- Đo vật liệu phủ hai mặt bằng hiệu chuẩn một mặt: có thể chứa đóng góp từ cả hai phía.
FINAT FTM 7 có đánh giá đầy đủ chất lượng vật liệu nền chống dính không?
Không. Lượng lớp phủ là một chỉ tiêu quan trọng nhưng không phản ánh toàn bộ hiệu năng của vật liệu nền chống dính. Hai cuộn có cùng lượng silicone vẫn có thể khác nhau về mức độ đóng rắn, lực bóc tách, độ bám dính còn lại của keo sau khi bóc, độ đồng đều của lớp phủ, lượng silicone chưa đóng rắn có thể chiết ra và hệ xúc tác.
Hitachi cũng có ứng dụng EDXRF xác định dư lượng Pt trong silicone dạng lỏng để hỗ trợ tối ưu hóa quá trình đóng rắn. Tuy nhiên, phép đo Pt là một ứng dụng riêng và không phải nội dung của FINAT FTM 7.
Quy trình triển khai FINAT FTM 7 trong phòng kiểm soát chất lượng
- Xác định loại sản phẩm: glassine, CCK, có phối trộn khoáng sét, màng hoặc cấu trúc hai mặt.
- Xác định dải lượng lớp phủ và giới hạn kiểm soát.
- Chuẩn bị bộ mẫu chuẩn tối thiểu khoảng sáu mức.
- Chọn hiệu chỉnh bằng phép trừ mẫu trắng hoặc hiệu chỉnh Al cho CCK.
- Xây dựng hồi quy và đánh giá mẫu xác nhận phương pháp.
- Thiết lập SUS và mẫu QC.
- Viết SOP lấy mẫu theo chiều ngang và chiều dài cuộn.
- Xác nhận độ đúng, độ lặp lại, LOD, LOQ và độ ổn định.
- Đào tạo thao tác cắt, đặt mẫu, đo mẫu trắng và xử lý mẫu kiểm soát chất lượng không đạt.
Câu hỏi thường gặp về FINAT FTM 7
FINAT FTM 7 đo silicon hay silicone?
Máy đo tín hiệu nguyên tố silicon (Si), sau đó đường hiệu chuẩn quy đổi tín hiệu thành lượng lớp phủ silicone theo g/m².
Có thể đo trực tiếp trên cuộn giấy không?
Phương pháp dùng máy EDXRF để bàn và yêu cầu cắt một đĩa mẫu đưa vào giá đỡ mẫu. Đây là phép đo gần dây chuyền hoặc trong phòng QC, không phải đầu đo online liên tục trên dải vật liệu liên tục.
Mất bao lâu để đo một mẫu?
Các phương pháp Hitachi trong tài liệu sử dụng thời gian đo khoảng 40–50 giây, chưa tính thao tác cắt và đặt mẫu.
Có cần khí helium không?
LAB-X5000 thực hiện phép đo lượng lớp phủ thông thường trong không khí với bù khí quyển. X-Supreme8000 có thể dùng không khí hoặc khí helium; khí helium hữu ích khi cần độ nhạy cao hơn ở mức thấp.
Có thể dùng một đường hiệu chuẩn cho cả giấy glassine và giấy CCK không?
Không nên mặc định. Glassine hoặc giấy không chứa khoáng sét có thể dùng hiệu chỉnh bằng phép trừ mẫu trắng, trong khi CCK nên dùng phương pháp có hiệu chỉnh Al và bộ chuẩn đại diện cho biến thiên khoáng sét.
Có cần mẫu không phủ silicone không?
Có. Mẫu không phủ được sử dụng làm mẫu trắng để hiệu chỉnh baseline. Trong Tài liệu phương pháp hiện hành của Hitachi, mẫu trắng không được đưa vào hồi quy như một chuẩn 0 g/m².
Có thể đo màng polymer không?
Có, nhưng hiệu chuẩn phải đại diện cho nền màng, độ dày, cấu trúc phủ và hóa học silicone thực tế.
Có thể đo lớp phủ hai mặt không?
Có thể xây dựng ứng dụng phù hợp, nhưng không nên dùng trực tiếp hiệu chuẩn một mặt.
FINAT FTM 7 có thay thế phép thử lực bóc tách không?
Không. FINAT FTM 7 chỉ xác định lượng lớp phủ. Lực bóc tách và chất lượng đóng rắn cần được đánh giá bằng các phép thử hoặc chỉ tiêu bổ sung.
Giải pháp EDXRF Hitachi cho vật liệu nền chống dính
- LAB-X5000: một vị trí mẫu, thao tác đơn giản, phù hợp QC từng cuộn hoặc số lượng mẫu vừa phải.
- X-Supreme8000: khay tự động 10 vị trí, phù hợp đo nhiều điểm trên cuộn hoặc nhiều mẫu theo lô.
Để tìm hiểu nguyên lý công nghệ, xem bài EDXRF là gì? Nguyên lý, ưu điểm và ứng dụng của máy XRF tán sắc năng lượng.
Cần xây dựng phương pháp đo silicone lượng lớp phủ?
Gửi thông tin loại giấy hoặc màng, dải lượng lớp phủ, cấu trúc phủ, số lượng mẫu và mẫu chuẩn hiện có để lựa chọn LAB-X5000 hoặc X-Supreme8000 và phương pháp hiệu chuẩn phù hợp.
Lưu ý kỹ thuật: Hiệu năng thực tế phụ thuộc vào nền mẫu, hóa học silicone, dải hiệu chuẩn, độ chính xác của giá trị chuẩn, cách lấy mẫu và quy trình QC. Các thông số trong bài là dữ liệu điển hình từ các hiệu chuẩn cụ thể của Hitachi. Khi báo cáo theo FINAT FTM 7, cần đối chiếu phiên bản FINAT Sổ tay kỹ thuật đang được đơn vị hoặc hợp đồng áp dụng.
Nguồn tham khảo
- FINAT Technical Handbook – FTM 7: Silicone Coat Weight by Energy-Dispersive X-ray Fluorescence Spectrometry.
- Hitachi High-Tech Analytical Science – Tài liệu ứng dụng LAB-X5000 số 03: xác định lượng phủ Si trên giấy và màng.
- Hitachi High-Tech Analytical Science – Tài liệu phương pháp LX5K-Met04 v8: xác định Si trên giấy.
- Hitachi High-Tech Analytical Science – Tài liệu phương pháp LX5K-Met32 v2: xác định Si trên giấy CCK.
- Hitachi High-Tech Analytical Science – Tài liệu phương pháp XSMS-08A v6: xác định Si trên giấy và màng.
- Hitachi High-Tech Analytical Science – Release Liners: Silicone coatweight analysis you can rely on.
- Hitachi High-Tech Analytical Science – Tài liệu xác định dư lượng Pt trong silicone bằng X-Supreme8000.
