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基本信息

項目名稱：
礦物纖維用于高強(qiáng)度低成本瓦楞芯紙制備的研究
小類：
能源化工
簡介：
本研究將礦物纖維加填到廢紙漿中，抄造成紙；對成紙的物理性能進(jìn)行測試，并觀察微觀形貌，以獲得綜合性能和配方間的最佳方案。本研究旨在利用礦物纖維部分替代植物纖維制備瓦楞芯紙，以改善瓦楞芯紙性能、降低成本、節(jié)約木材。
詳細(xì)介紹：
本研究將礦物纖維加填到廢紙漿中，抄造成紙；對成紙的物理性能進(jìn)行測試，并觀察微觀形貌，以獲得綜合性能和配方間的最佳方案。本研究旨在利用礦物纖維部分替代植物纖維制備瓦楞芯紙，以改善瓦楞芯紙性能、降低成本、節(jié)約木材。研究發(fā)現(xiàn)，礦物纖維加填量相同時，使用淀粉類復(fù)合增強(qiáng)劑后，增強(qiáng)型成紙的綜合性能優(yōu)于未使用增強(qiáng)劑的成紙，礦物纖維與植物纖維的結(jié)合性有所提高，兩種纖維交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。使用淀粉類復(fù)合增強(qiáng)劑后，當(dāng)?shù)V物纖維添加量為20.0wt%時，增強(qiáng)型成紙的撕裂指數(shù)提高20.7%，斷裂伸長率提高20.9%，抗張指數(shù)提高25.5%，環(huán)壓指數(shù)提高0.2%，挺度提高1.6倍。與純植物纖維瓦楞芯紙相比，在保持其原有力學(xué)性能的前提下，使用增強(qiáng)劑后礦物纖維的最大添加量可達(dá)50wt%。

作品專業(yè)信息

撰寫目的和基本思路

目的：本研究將礦物纖維加填到瓦楞芯紙中，并利用增強(qiáng)劑進(jìn)行增強(qiáng)改性，以礦物纖維部分替代植物纖維，達(dá)到節(jié)約木材，降低成本的目的。 基本思路：基于傳統(tǒng)的紙張抄造方法，進(jìn)行芯紙的修飾改性，在紙漿中加填礦物纖維、增強(qiáng)劑和漿內(nèi)施膠劑，抄造成紙，并與純植物纖維成紙進(jìn)行性能比較，優(yōu)化配方。

科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處

本研究中，礦物纖維用量大，可大大降低成本，節(jié)約木材，并且紙張的性能仍有較大提高。此外，本研究在傳統(tǒng)紙張抄造工藝基礎(chǔ)上，進(jìn)行芯紙的修飾改性，可直接用于工業(yè)化生產(chǎn)的升級改造。

應(yīng)用價值和現(xiàn)實(shí)意義

礦物纖維加填，在當(dāng)前對于低碳、環(huán)保的要求具有積極可觀的經(jīng)濟(jì)和實(shí)際意義。我國2003年瓦楞紙箱用量已達(dá)到158億平方米，僅次于美國，位居世界第二。若按五層普通瓦楞紙箱計算（瓦楞芯紙占38%），瓦楞芯紙用量為60.5億平方米。并且近年來，我國對于瓦楞紙箱的用量不斷增加。預(yù)計到2015年紙漿和廢紙消費(fèi)量將增加到9000萬噸?？梢?，使用礦物纖維加填部分替代植物纖維，對于節(jié)約木材，降低成本都具有巨大意義。

學(xué)術(shù)論文摘要

本研究將礦物纖維加填到廢紙漿中，抄造成紙；對成紙的物理性能進(jìn)行測試，并觀察微觀形貌，以獲得綜合性能和配方間的最佳方案。本研究旨在利用礦物纖維部分替代植物纖維制備瓦楞芯紙，以改善瓦楞芯紙性能、降低成本、節(jié)約木材。研究發(fā)現(xiàn)，礦物纖維加填量相同時，使用淀粉類復(fù)合增強(qiáng)劑后，增強(qiáng)型成紙的綜合性能優(yōu)于未使用增強(qiáng)劑的成紙，礦物纖維與植物纖維的結(jié)合性有所提高，兩種纖維交織形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。使用淀粉類復(fù)合增強(qiáng)劑后，當(dāng)?shù)V物纖維添加量為20.0wt%時，增強(qiáng)型成紙的撕裂指數(shù)提高20.7%，斷裂伸長率提高20.9%，抗張指數(shù)提高25.5%，環(huán)壓指數(shù)提高0.2%，挺度提高1.6倍。與純植物纖維瓦楞芯紙相比，在保持其原有力學(xué)性能的前提下，使用增強(qiáng)劑后礦物纖維的最大添加量可達(dá)50wt%。

獲獎情況

[1]郭玉花,計宏偉,李俊杰,劉姍姍,馬璐,郭鑫,趙元匯. 礦物纖維加填廢紙手抄片的性能研究, 第十三屆全國包裝工程學(xué)術(shù)會議優(yōu)秀論文二等獎，《包裝工程》全國中文核心期刊，中國科學(xué)論文數(shù)據(jù)庫（CSCD）源刊，2010年第31卷第21期，pp.125 [2]郭玉花,計宏偉,李俊杰,劉姍姍,馬璐,郭鑫,趙元匯. 礦物纖維加填廢紙手抄片的性能研究, 第十三屆全國包裝工程學(xué)術(shù)會議論文集, 2010年8月21-26日, 武漢, pp.148-152. ISTP收錄 [3]郭玉花,計宏偉,劉姍姍,馬璐,郭鑫,趙元匯.表面處理對礦物纖維加填手抄片性能的影響研究，2011年信息技術(shù)與管理科學(xué)國際學(xué)術(shù)研討會（CITSM 2011）論文集收錄，ISTP收錄 [4]郭玉花，計宏偉，滕立軍，趙元匯，郭鑫.礦物纖維與廢瓦楞紙箱漿配抄手抄片的性能，《紙和造紙》中文核心期刊，《中國學(xué)術(shù)期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫》來源期刊，2011年1月第30卷第1期，pp.26

鑒定結(jié)果

校級大學(xué)生課外學(xué)術(shù)科技作品競賽二等獎。

參考文獻(xiàn)

[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]楊鴻章, 于晉良.礦物纖維代替植物纖維的應(yīng)用與展望[J].中華紙業(yè), 2004, 25(12): 56-58. [4]施玉北.礦物復(fù)合纖維在造紙工業(yè)中的應(yīng)用[J].西南造紙,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,趙亮.硅灰石表面改性及效果評價[J].礦產(chǎn)保護(hù)與利用,2000, (6): 24-28. [7]孫傳敏,鐘素華,劉滄龍,李一永.改性硅灰石在新聞紙造紙業(yè)中的雙重環(huán)境效應(yīng)[J].成都理工大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版), 2003, 30(6): 629-634. [8]靈壽縣鑫匯礦業(yè)纖維廠.礦物纖維復(fù)合粉在造紙業(yè)的應(yīng)用.2010.9.3.

同類課題研究水平概述

目前，國外對于礦物纖維用于造紙的研究，更注重其在廢紙回收利用方面的作用，而且已經(jīng)相當(dāng)成功地把礦物纖維應(yīng)用在紙板和定量比較高的紙張抄造中。國內(nèi)也有用礦物纖維代替植物纖維來抄制紙張的相關(guān)研究報導(dǎo)，但是僅僅限用于用量較少的紙袋紙、紙板、手卷煙紙和涂布白紙板的制備中，而對于用量極大的瓦楞紙板，尚未見到有關(guān)研究報導(dǎo)。 其次，在國內(nèi)現(xiàn)有研究成果中，礦物纖維加填量較?。ㄒ话阈∮?0wt%），對于節(jié)約木材和降低成本的影響有限?；谝陨系目紤]，本研究嘗試?yán)玫V物纖維替代瓦楞芯紙的部分植物纖維以制備用量極大的瓦楞紙板。在新型瓦楞芯紙的研究中，使用自制淀粉類復(fù)合增強(qiáng)劑，對礦物纖維與植物纖維的結(jié)合能力進(jìn)行增強(qiáng)改性，由此大大提高了礦物纖維的加填量。結(jié)果發(fā)現(xiàn)瓦楞芯紙中的礦物纖維最大加填量可達(dá)到50wt%，而且其性能與現(xiàn)有市場上的瓦楞芯紙性能基本接近。本研究結(jié)果有助于大大降低瓦楞紙板的紙漿用量和生產(chǎn)成本，直接經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益巨大。利用礦物纖維部分替代植物纖維，不僅有助于開發(fā)紙品的新功能、新用途和新領(lǐng)域，也為我國礦產(chǎn)資源的利用提供了一個新的途徑。
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