بخشی از مقاله
چکیده
در این پژوهش، مقایسه استفاده از نانوسلولز در بخش تر ماشین کاغذ و نیز بصورت اسپری بر روی کاغذ بر روی ویژگی مقاومت داخلی کاغذ تهیه شده از الیاف کرافت مورد بررسی قرار گرفت. نمونه خمیرکاغذ از صنایع چوب و کاغذ ایران - چوکا - تهیه شد. بکارگیری نانوسلولز باندازه 3 درصد - براساس وزن خشک الیاف - به سوسپانسیون الیاف و نیز اسپری بر روی سطح ورقه تر انجام گرفت. سپس از نمونه الیاف تیمارنشده و تیمارشده کاغذ دست ساز استاندارد تهیه و ویژگیهای آن موردارزیابی قرار گرفت. نتایج کلی نشان داد که استفاده از نانوسلولز بطور معنی داری مقاومت داخلی کاغذ را توسعه می دهد و این افزایش در حالت اسپری بر روی ورقه در حال شکلگیری بمراتب بیشتر از بکارگیری آن در پایانه تر می باشد. با افزایش گراماژ کاغذ نیز مقاومت داخلی کاغذ روند افزایشی داشته است.
لغات کلیدی: خمیرکاغذ کرافت، نانوسلولز، مقاومت داخلی، کاغذ
مقدمه
عملیات های مکانیکی پالایش و کوبش1 الیاف رایجترین روش در صنعت کاغذسازی برای مناسب سازی الیاف سلولزی برای استفاده در این صنعت میباشد ]ُ.[ پالایش وکوبش با تغییرات مثبت فیبریلگی داخلی و خارجی2 که در ساختار دیواره الیاف ایجاد میکند، باعث افزایش پیوندپذیری آن میشود ]ّ ,ِ.[ در نتیجه باعث افزایش اکثر مقاومتهای کاغذ میشود ]ْ.[ در مقابل، این تیمارهای مکانیکی محدودیتهایی نیز ایجاد میکنند که عبارتنداز: تخریب ساختار الیاف و افزایش قابل ملاحظه نرمه های الیاف ]َ[، افزایش زمان آبگیری از سوسپانسیون خمیرکاغذ ]َ[، کاهش مقاومتهای وابسته به طول الیاف بعلت تخریب ساختار دیواره سلولی الیاف ]ًٌ[ که از محدودیتهای آن محسوب میشود.
استفاده از افزودنی های مقاومت خشک در بخش پایانه تر از دیگر روشهای رایج برای حل این مشکل است .[12] نانوالیاف سلولزی معرفیشده در سال[15]1983، افزودنی جدیدی است که در کاغذسازی، به عنوان یک مقاومتدهنده خشک و تر در بخش پایانه تر و نیز بهعنوان یک پوشش در بهبود ویژگیهای ممانعتی در کاغذ توجه زیادی را در صنعت کاغذسازی به خود جلب کرده است ] ,ٌْ,ٌّ ٌَ.[ مهمترین مزیت استفاده از نانوسلولز نسبت به عملیات مکانیکی پالایش، عدم تخریب ساختار الیاف میباشد. این موضوع بلحاظ حفظ خواص اولیه الیاف و نیز از نقطه نظر بازیافت کاغذ بسیار حائز اهمیت استامّا. یکی از مهمترین چالشهای اساسی استفاده از نانوسلولز در پایانه تر ماشین کاغذ، افزایش قابل ملاحظه زمان آبگیری از سوسپانسیون خمیرکاغذ میباشد .[19] یکی از روشهای جایگزین در بکارگیری از افزودنی مقاومتدهنده نانوسلولز، استفاده از روش پاشش آن بر روی ورقه تر کاغذ شکلگرفته میباشد .[22] در نتیجه با حذف اثر منفی نانوسلولز در افت نرخ آبگیری، میتوان همزمان با ماندگاری بیشتر ذرات نانوسلولز در روش پاشش آن، مقاومتهای کاغذ نهایی را بهبود بخشید. از اینرو در این پژوهش، مقایسه استفاده از نانوسلولز بصورت افزودنی پایانه تر و نیز بصورت اسپری بر روی ورقه کاغذ بر روی ویژگی مقاومت داخلی کاغذ تهیهشده از الیاف کرافت مورد بررسی قرار گرفت.
روش و شرح مورد
جهت انجام این پژوهش، از خمیرکاغذ کرافت صنایع چوب و کاغذ ایران - چوکا - استفاده شد. خمیرکاغذ رنگبری شده با درجه روانی
630 10 ml.CSF و با میزان نرمههای الیاف حدود 8/9 2 درصد برای تهیه کاغذ مورداستفاده قرار گرفت. این خمیرکاغذها بدون هر گونه افزودنی و از مخزن ذخیره خمیرکاغذ جداسازی شده انتخاب و پس از آبگیری از آنها به آزمایشگاه انتقال دادهشد. سپس جداسازی مجدد الیاف با استفاده از آب شهری با هدایت الکتریکی حدود 380 6/FP، و در جداساز آزمایشگاهی3 انجام شد. نمونهها پس از تعیین دقیق درصد رطوبت، درون کیسههای زیپکیپ و در شرایط با درجه حرارت تقریبی 5 C نگهداری تا برای ادامه آزمایشها مورد استفاده قرارگیرد.
نانوسلولز از نوع نانوالیاف سلولز نانوفیبریلهشده4 و تهیهشده به روش مکانیکی آسیابکردن5 خمیرالیاف بلند وارداتی کارخانه چوب و کاغذ مازندران، از شرکت دانش بنیان نانونوین پلیمر - پارک علم و فناوری مازندران - و بصورت ژل سفیدرنگ با خشکی 3/3 درصد، متوسط قطر الیاف 28±11 نانومتر، درصدخلوص مشخص - 99 درصد - خریداری و پس از رقیقسازی با خشکی 0/15 درصد و پراکنش با دستگاه فراصوت6 و در سطح 3 درصد بر مبنای وزن خشک الیاف مورد استفاده قرارگرفت. برای پاشش نانوسلولز بر روی ورقه تر کاغذ از دستگاه آزمایشگاهی پاشش نانوسلولز استفاده شد. این دستگاه با هدف کاهش خطای انسانی و پاشش یکنواخت نانوسلولز بر روی ورقه تر کاغذ، در کارگاه فنی پارک علم و فناوری زیرآب طراحی و ساخته شد.
پس از بکارگیری نانوسلولز، کاغذ نهایی با وزن پایه حدود 60±3 g/m2 و نیز کاغذهای با گراماژهای مختلف از نمونه خمیرکاغذها تهیه شد. کاغذهای تهیهشده پس از پرس تر و خشککن، بر اساس آییننامه شماره T205 om-88، جهت مشروطسازی تحت شرایط استاندارد - RH 50 ±2% - و - T 23±1 C - گرفت. ارزیابی مقاومت داخلی کاغذ براساس استاندارد شماره T833 pm-98 آیین نامه TAPPI، و با استفاده از دستگاه Frank Internal Bonding Tester انجام شد. برای بیان معنی داری تفاوت بین میانگین ها از آزمون انحراف استاندارد نرم افزار Excel استفاده شده است.
نتایج و بحث
مقاومت داخلی
آزمون مقاومت داخلی که به آزمون پیوند اسکات7 معروف است، به بررسی کیفیت پیوند بین الیاف در جهت 8 Zیا همان پیوند داخلی9 بین الیاف در ضخامت ورقه کاغذ و یا مقاومت بین لایههای کاغذ چندلایه10 میپردازد. از ویژگیهای این آزمون، تأثیر پذیری زیاد آن از افزودنیهای مقاومتدهنده میباشد .[31] ضمن اینکه فیبریلگی خارجی11 و نرمههای سلولزی بعلت میزان RBA بالا، چسبندگی داخلی را در شبکه الیاف توسعه میدهد .[32] همانطور که در شکل 1 ملاحظه می شود افزودن نانوسلولز باعث افزایش مقاومت پیوند داخلی کاغذ میشود. تأثیر بکارگیری نانوسلولز در پایانه تر و نیز اسپری بر روی ورقه کاغذ را میتوان نقش این افزودنی مقاومت دهنده در توسعه پیوندیابی بین الیاف نسبت داد. انحراف استاندارد میانگین های نتایج آزمون اسکات کاغذ بیانگر واقعیت است که بین مقادیر مقاومت داخلی کاغذهای تهیهشده از ورقه کاغذ تیمارنشده و تیمارشده با نانوسلولز، اختلاف معنیداری وجود دارد. مقاومت داخلی کاغذ اسپری شده با نانوسلولز بمراتب بیشتر از کاغذ تهیه شده از الیاف تیمارشده در پایانه تر میباشد. هدررفت نانوسلولز در روش دوم علت اصلی تفاوت مقاومتهاست. بعبارت دیگر افزایش بیشتر مقاومت داخلی در روش اسپری حاکی از راندمان بیشتر ماندگاری نانوسلولز در
