应用统计论文-植物油和蛋清对纸张抗水性的影响.docx

西安理工大学研究生课程论文/研究报告课程名称： 应用统计 课程代号： 000106 任课教师： 张德生 论文/研究报告题目： 植物油和蛋清对纸张抗水性的影响完成日期： 2016 年 12 月 1 日学 科： 轻工技术与工程 学 号： 2160821077 姓 名： 袁晖 成 绩： 摘要随着人们生活水平提高 工作节奏加快,一次性快餐食品容器的消费量十分惊人，尤其以发泡聚苯乙烯为主要原材料制成的快餐盒等，价格便宜，卫生方便实用，深受广大消费者的欢迎。但是这类快餐盒几乎不能被自然分解或回收，给我们的生活环境带来了严重的污染。现今纸浆模塑餐具因为其绿色环保而迅速发展成为主要的一次性快餐餐具之一。本课题是研究一些生活中常见的材料用来做表面施胶剂的效果，主要材料是绿色天然可食的材料，如食用植物油、蛋清和石蜡等，对纸张进行表面施胶，并研究施胶后的抗水性能。通过多次实验获得大量数据，再结合统计知识对数据进行研究，最终得出结论实验结果表明：在制作纸浆模塑餐具时用蛋白质和植物油对其进行表面施胶能很好的改善其性能。并且通过一元方差分析出这三种材料当做表面施胶剂时对纸张抗水性能影响程度不同。关键词：纸浆模塑餐具；表面施胶剂；纸张抗水性能；一元方差分析abstractWith the improvement of peoples living standards to accelerate the pace of work, one-time fast food consumption of food containers is very alarming, especially foam polystyrene as the main raw material made of fast food boxes, cheap, health convenient and practical, by the vast number of consumers Of welcome. However, these fast food boxes can not be almost natural decomposition or recycling, to our living environment has brought serious pollution. Now pulp molding tableware because of its green and rapid development into one of the major one-time fast food utensils.The main purpose of this study is to study the effect of some common materials used in daily life as the surface sizing agent. The main materials are green natural edible materials, such as edible vegetable oil, egg white and paraffin, etc., After the water resistance. Through a number of experiments to obtain large amounts of data, combined with statistical knowledge to study the data, and finally draw conclusionsThe experimental results show that the surface sizing of pulp molded tableware with protein and vegetable oil can improve its performance. And the influence of the three materials on the water resistance of the paper was analyzed by univariate variance.Keywords: pulp molding tableware; surface sizing agent; water resistance of paper; one yuan analysis of variance目录摘要2abstract3目录41 引言52 意义及内容62.1研究目的与意义62.2主要内容63 实验部分73.1纸张的涂布73.1.1实验原材料73.1.2仪器介绍73.1.3 操作步骤83.2抗水性的测定83.2.1仪器介绍83.2.2工作原理93.2.3实验步骤93.2.4数据计算94 数据分析104.1 实验数据104.2一元方差分析的模型104.3计算结果12五 实验结果13参考文献141 引言随着人们生活水平提高 工作节奏加快,一次性快餐食品容器的消费量十分惊人，尤其以发泡聚苯乙烯为主要原材料制成的快餐盒等，价格便宜，卫生方便实用，深受广大消费者的欢迎。但是这类快餐盒几乎不能被自然分解或回收，给我们的生活环境带来了严重的污染。现今纸浆模塑餐具因为其绿色环保而迅速发展成为主要的一次性快餐餐具之一。但纸浆模塑餐具有抗水性差的缺陷。因为纸浆模塑餐具普通纸的决定性成分都是纤维素，因此如果选用合适的表面施胶剂对普通纸进行表面施胶能改善其性能，则也能改善纸浆模塑餐具的性能。本课题是研究一些生活中常见的材料用来做表面施胶剂的效果，主要材料是绿色天然可食的材料，如食用植物油、蛋清和石蜡等，对纸张进行表面施胶，并研究施胶后的抗水性能。通过多次实验获得大量数据，再结合统计知识对数据进行研究，最终得出结论实验结果表明：在制作纸浆模塑餐具时用蛋清和植物油对其进行表面施胶能不同程度的改善其抗水性。并且通过一元方差分析出这三种材料当做表面施胶剂时对纸张抗水性能影响程度不同。2 意义及内容2.1研究目的与意义随着人们生活水平的提高，工作节奏加快，一次性快餐食品用餐工具的消费量十分惊人，尤其以发泡聚苯乙烯为主要原材料制成的快餐盒等，深受广大消费者的欢迎。然而这类快餐盒几乎无法被自然分解或回收利用，给我们的生活环境造成了严重的污染。作为以植物纤维原料静默塑加工制成的绿色环保型纸浆模塑餐具，以其能回收利用和自然降解对环境不构成任何威胁的优点而收到产品开发商和环保专家的重视。现已有不少研究开发单位推出了较为满意的样品，但因其抗水性还不能达到满意的效果，阻碍了我国纸浆模塑餐具更新换代的进程。防水性能是纸浆模塑餐具的重要技术指标,许多企业生产的纸餐具防水性能不稳定,严重影响了企业的声誉和产品销售8。影响纸浆模塑餐具物理性能的因素很多,下文仅就不同表面施胶剂（植物油和蛋白质）对其抗水性影响作一论述，与同行们交流、探讨,以期抛砖引玉。如果此实验研究效果好，则可以为直降模塑餐具的制作提供参考。2.2主要内容本课题选用绿色天然无污染的天然蛋白质和植物油和石蜡作为施胶剂，涂布于纸张中，通过改变施胶剂的用量和涂布次序考察对纸张抗水性能的影响。通过不同数据的比较以确定较好效果的配比量。本次实验分为两部分：（1）纸张的涂布，讲蛋清和植物油依次用线棒涂布器对胶版纸和宣纸进行表面施胶并进行编号，每种涂布纸数量要足够。（2）抗水性的检测，使用cobb吸收性测定仪。切取每种纸试样130mm*130mm各三张，将试样表面在测定仪上浸水60s再取出，记录下试样浸水前和浸水后的质量，两者之差即为cobb值。将检测的数据进行整理，用excel和matlab对数据进行分析。运用统计学的知识分析其有效性，稳定性，以及两者之间有无显著性差异。3 实验部分3.1纸张的涂布本实验是为后面抗水性的测定制作试样的。未经表面施胶的空白原纸表面形态 ,纤维之间存在较多空隙 ,纤维的编织不是很紧密，因此表面施胶能改变纸张表面性能12利用实验室中的线棒涂布器将准备好的施胶剂手动涂布到胶版纸和宣纸上。由于手动涂布一般很难使纸张涂布均匀，且没法定量的将施胶剂涂布到纸张上，因此也不可避免的对后面实验造成误差。3.1.1实验原材料鸡蛋，植物油，宣纸，胶版纸3.1.2仪器介绍图2-2 线棒涂布器仪器如图2-2所示：线棒涂布器是用不同直径的不锈钢钢丝缠绕在一定直径和长度的不锈钢钢棒上,利用钢丝之间的间隙制备不同厚度的涂膜.在涂布时，施胶剂通过钢丝的缝隙没被扫出纸张表面而使一部分施胶剂保留在纸张上，从而达到表面施胶的效果。由于钢丝粗细不同，导致留在纸张上的施胶剂的量不同。3.1.3 操作步骤1.鸡蛋清的提取：用剪刀在鸡蛋头上穿一个小孔（蛋黄不会倒出来的大小），将蛋清导入到小烧杯中，用搅拌机搅拌蛋清20分钟。再用浆袋过滤蛋清除去杂质。2.选择合适的线棒，用螺丝旋紧在涂布手柄上。找一张平滑的玻璃板，将纸张平放在玻璃板上，在将涂布器轻放在纸张上端。用胶头滴管吸取事先准备好的施胶剂（鸡蛋清或食用油），将施胶机均匀的滴落在纸张与涂布器的交界处。用左手按住纸张的上端，右手从上往下匀速拖动涂布器，使施胶剂均匀涂布到纸张上。3.2抗水性的测定吸水性，指材料在水中能吸收水分的性质。吸水性与吸湿性相似，都属于物理性质。防水性能是纸浆模塑餐具的重要技术指标,许多企业生产的纸餐具防水性能不稳定,严重影响了企业的声誉和产品销售9。比较结合近几年的生产实践体会,就纸浆模塑餐具防水性能的影响因素作一浅述,与同行们交流、探讨,以期抛砖引玉。影响纸浆模塑餐具防水性能的因素很多,下文仅就不同表面施胶剂对纸张防水性的影响作一论述。本章实验的目的是对比以两种材料为施胶剂（蛋白质和植物油）对纸张进行涂布时纸张抗水性的效果。通过预实验可知，正常情况下施胶后纸张的抗水性得到明显改善。3.2.1仪器介绍如图2-3所示图2-3 抗水性测定仪：纸和纸板吸收性测定仪是纸和纸板表面吸水性试验的常规仪器，亦称为纸张表面吸收重量测定仪。这种仪器采用吸收性试验多种方法中的可勃（Cobb）试验法，因此也称为可勃吸收性测定仪。纸与纸板表面吸水量（Cobb）值：单位面积的纸和纸板在一定压力、温度下，在规定时间内表面所吸收的水量，以g/计。3.2.2工作原理在一定压力、温度下，将纸张涂布的一面浸入到水中60s，根绝吸水前后的质量差来定性的评价吸水性能。具体公式如下：C=（G2-G1）。式中：C-可勃吸水值；G2-吸水后称出之试样质量；G1-吸水前称出之试样质量。3.2.3实验步骤1.纸张裁切：将之前准备好的试样裁切成13mm13mm的正方形，并在左上角编上编号（如先用细线棒涂布鸡蛋清，再用中线棒涂布食用油则标为aB）。注意要尽量选择纸张的中间部分进行裁切，这样裁切得到的正方形纸张上的施胶剂比较均匀。2.定量：在电子天平中放入一个塑料盒以用于装试样，调零，将纸张轻轻放入塑料盒中，等指示器读数稳定时记录下读数即可。3.使纸张吸水：将试样以涂布面朝下的放置到金属圆筒面上，盖上圆金属盖，将盖上螺丝旋紧以保证将纸张紧密的压在金属圆筒上，防止水溢出。然后拔起左边支架上的楔子，摇动右边把手将金属圆筒旋转180度，放下楔子。打开手机计时器，使纸张保持这样的状态在60s。4.吸走多余的水分：用上面步骤相反的操作取出试样。（注意在取出时不要急，先要轻轻抖掉纸上的水珠，防止中中间部分的水流出到周边部分。）将试样放入到事先准备好的滤纸中，将下面的碾压滚筒放到滤纸上来回碾压3-4次。5.称吸水后的纸张的质量：电子天平调零，取出滤纸中的试样，轻放在塑料盒中，等指示表中读数稳定时记录下读数。3.2.4数据计算1.定量：每试样的重量。定量=试样质量（0.130.13）。2.Cobb值：C=（G2-G1）。式中：C-可勃吸水值；G2-吸水后称出之试样质量；G1-吸水前称出之试样质量。3.平均值：将同种纸的cobb值求平均数，注意相差太大的数值要舍去。4 数据分析一般来讲，液体的表面张力越小，通过吸附-解吸作用对纸页渗透越容易。对施胶和未施胶纸面表面能分布情况的研究表明，胶料用量增大时，纸页平均表面能明显减小而在纸页上的接触角明显增大；增大是施胶度使低表面能部分增加，但更明显的是最高表面能显著降低11。本实验的施胶剂的用量是用表面涂布之后的纸张质量减去涂布之间的质量，再换算成单位面积上的涂布量得来的。Cobb值则是根据吸水后的纸张质量减去吸水前的质量。本实验三种种施胶剂分别进行了10次实验。4.1 实验数据实验数据如下：用食用油涂布之后的抗水性5.237.306.126.204.605.076.015.505.517.39蛋白质涂布之后的抗水性4.373.222.481.544.844.874.253.862.923.71石蜡涂布之后的抗水性8.337.269.878.887.369.236.138.689.818.384.2一元方差分析的模型一般地，如果我们考虑的因素是 A，因素A 有 r 个水平 ，将每个水平下的试验结果看成来自一个正态总体的样本。这样就有 r 个正态总体，假定它们的方差相等。可用 t 检验法检验相邻两总体均值是否相等,需要检验r-1次，很繁琐。故采用离差分析法。现独立的从各总体中取出一个样本，列成下表：母体子样子样平均, ., .,., .,用r个子样检验上述假设是否成立。即检验因素A 的各种水平对试验结果是否有显著影响？单因素方差分析表：来源离差平方和自由度均方离差F值组间r-1组内n-r总和n-1根据理论可得：其中为组间均方离差，为组内军方离差。4.3计算结果在显著性=0.001的情况下，假设 :不全相等 在matlab中进行编程，计算出一元方差分析中的参数：来源离差平方和自由度均方离差F值组间119.825259.91F=129.74组内12.764270.4727总和132.58929可查F分布表，得（2,27）=9.02 F=129.74 （2,27）=9.02因此，拒绝,即三种施胶剂对抗水性效果不同。五 实验结果本实验以鸡蛋清，食用油和石蜡为施胶剂分别对胶版纸和宣纸进行表面施胶来探究这两种可食用液体材料对着两种纸张物理性能的影响，以便于对纸浆模塑餐具的研究提供参考价值。并试图通过本实验判断用食用油和蛋白质进行表面施胶能否用于对纸浆模塑餐具的制作上。通过对试样的检测和数据的分析得出了以下结论：1. 当只涂布蛋白质时：因为蛋清的主要成分是长链蛋白，而长链蛋白分子与水相斥，所以当蛋清涂布到纸张表面时，形成了一层断断续续的蛋白层，减少了纸张纤维与水的