基本信息
- 项目名称：
- 矿物纤维用于高强度低成本瓦楞芯纸制备的研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- 本研究将矿物纤维加填到废纸浆中，抄造成纸；对成纸的物理性能进行测试，并观察微观形貌，以获得综合性能和配方间的最佳方案。本研究旨在利用矿物纤维部分替代植物纤维制备瓦楞芯纸，以改善瓦楞芯纸性能、降低成本、节约木材。
- 详细介绍：
- 本研究将矿物纤维加填到废纸浆中，抄造成纸；对成纸的物理性能进行测试，并观察微观形貌，以获得综合性能和配方间的最佳方案。本研究旨在利用矿物纤维部分替代植物纤维制备瓦楞芯纸，以改善瓦楞芯纸性能、降低成本、节约木材。研究发现，矿物纤维加填量相同时，使用淀粉类复合增强剂后，增强型成纸的综合性能优于未使用增强剂的成纸，矿物纤维与植物纤维的结合性有所提高，两种纤维交织形成网状结构。使用淀粉类复合增强剂后，当矿物纤维添加量为20.0wt%时，增强型成纸的撕裂指数提高20.7%，断裂伸长率提高20.9%，抗张指数提高25.5%，环压指数提高0.2%，挺度提高1.6倍。与纯植物纤维瓦楞芯纸相比，在保持其原有力学性能的前提下，使用增强剂后矿物纤维的最大添加量可达50wt%。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的：本研究将矿物纤维加填到瓦楞芯纸中，并利用增强剂进行增强改性，以矿物纤维部分替代植物纤维，达到节约木材，降低成本的目的。 基本思路：基于传统的纸张抄造方法，进行芯纸的修饰改性，在纸浆中加填矿物纤维、增强剂和浆内施胶剂，抄造成纸，并与纯植物纤维成纸进行性能比较，优化配方。
科学性、先进性及独特之处
- 本研究中，矿物纤维用量大，可大大降低成本，节约木材，并且纸张的性能仍有较大提高。此外，本研究在传统纸张抄造工艺基础上，进行芯纸的修饰改性，可直接用于工业化生产的升级改造。
应用价值和现实意义
- 矿物纤维加填，在当前对于低碳、环保的要求具有积极可观的经济和实际意义。我国2003年瓦楞纸箱用量已达到158亿平方米，仅次于美国，位居世界第二。若按五层普通瓦楞纸箱计算（瓦楞芯纸占38%），瓦楞芯纸用量为60.5亿平方米。并且近年来，我国对于瓦楞纸箱的用量不断增加。预计到2015年纸浆和废纸消费量将增加到9000万吨。可见，使用矿物纤维加填部分替代植物纤维，对于节约木材，降低成本都具有巨大意义。
学术论文摘要
- 本研究将矿物纤维加填到废纸浆中，抄造成纸；对成纸的物理性能进行测试，并观察微观形貌，以获得综合性能和配方间的最佳方案。本研究旨在利用矿物纤维部分替代植物纤维制备瓦楞芯纸，以改善瓦楞芯纸性能、降低成本、节约木材。研究发现，矿物纤维加填量相同时，使用淀粉类复合增强剂后，增强型成纸的综合性能优于未使用增强剂的成纸，矿物纤维与植物纤维的结合性有所提高，两种纤维交织形成网状结构。使用淀粉类复合增强剂后，当矿物纤维添加量为20.0wt%时，增强型成纸的撕裂指数提高20.7%，断裂伸长率提高20.9%，抗张指数提高25.5%，环压指数提高0.2%，挺度提高1.6倍。与纯植物纤维瓦楞芯纸相比，在保持其原有力学性能的前提下，使用增强剂后矿物纤维的最大添加量可达50wt%。
获奖情况
- [1]郭玉花,计宏伟,李俊杰,刘姗姗,马璐,郭鑫,赵元汇. 矿物纤维加填废纸手抄片的性能研究, 第十三届全国包装工程学术会议优秀论文二等奖，《包装工程》全国中文核心期刊，中国科学论文数据库（CSCD）源刊，2010年第31卷第21期，pp.125 [2]郭玉花,计宏伟,李俊杰,刘姗姗,马璐,郭鑫,赵元汇. 矿物纤维加填废纸手抄片的性能研究, 第十三届全国包装工程学术会议论文集, 2010年8月21-26日, 武汉, pp.148-152. ISTP收录 [3]郭玉花,计宏伟,刘姗姗,马璐,郭鑫,赵元汇.表面处理对矿物纤维加填手抄片性能的影响研究，2011年信息技术与管理科学国际学术研讨会（CITSM 2011）论文集收录，ISTP收录 [4]郭玉花，计宏伟，滕立军，赵元汇，郭鑫.矿物纤维与废瓦楞纸箱浆配抄手抄片的性能，《纸和造纸》中文核心期刊，《中国学术期刊综合评价数据库》来源期刊，2011年1月第30卷第1期，pp.26
鉴定结果
- 校级大学生课外学术科技作品竞赛二等奖。
参考文献
- [1]Hanna M. Life cycle assessment of waste paper management: The importance of technology data and system boundaries in assessing recycling and incineration [J]. Resources, Conservation and Recycling, 2008（52）:1391-1398. [2]Phipps J S, Skuse D R, Payton D C. Material recovery and reuse technologies for the paper industry[J]. Paper Technology, 1999, 40(1): 37-42. [3]杨鸿章, 于晋良.矿物纤维代替植物纤维的应用与展望[J].中华纸业, 2004, 25(12): 56-58. [4]施玉北.矿物复合纤维在造纸工业中的应用[J].西南造纸,2003,32(5):32-34. [5]Wang G X, Zhang Y. The Exploitation and the Development Perspectives of New Environmental Foliage Fiber [J]. Journal of sustainable development, 2009, 2(2): 187-191. [6]沈上越,池波,李珍,赵亮.硅灰石表面改性及效果评价[J].矿产保护与利用,2000, (6): 24-28. [7]孙传敏,钟素华,刘沧龙,李一永.改性硅灰石在新闻纸造纸业中的双重环境效应[J].成都理工大学学报（自然科学版), 2003, 30(6): 629-634. [8]灵寿县鑫汇矿业纤维厂.矿物纤维复合粉在造纸业的应用.2010.9.3.
同类课题研究水平概述
- 目前，国外对于矿物纤维用于造纸的研究，更注重其在废纸回收利用方面的作用，而且已经相当成功地把矿物纤维应用在纸板和定量比较高的纸张抄造中。国内也有用矿物纤维代替植物纤维来抄制纸张的相关研究报导，但是仅仅限用于用量较少的纸袋纸、纸板、手卷烟纸和涂布白纸板的制备中，而对于用量极大的瓦楞纸板，尚未见到有关研究报导。 其次，在国内现有研究成果中，矿物纤维加填量较小（一般小于10wt%），对于节约木材和降低成本的影响有限。基于以上的考虑，本研究尝试利用矿物纤维替代瓦楞芯纸的部分植物纤维以制备用量极大的瓦楞纸板。在新型瓦楞芯纸的研究中，使用自制淀粉类复合增强剂，对矿物纤维与植物纤维的结合能力进行增强改性，由此大大提高了矿物纤维的加填量。结果发现瓦楞芯纸中的矿物纤维最大加填量可达到50wt%，而且其性能与现有市场上的瓦楞芯纸性能基本接近。本研究结果有助于大大降低瓦楞纸板的纸浆用量和生产成本，直接经济效益和生态效益巨大。利用矿物纤维部分替代植物纤维，不仅有助于开发纸品的新功能、新用途和新领域，也为我国矿产资源的利用提供了一个新的途径。
