بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق با هدف بررسی تاثیر نانورس بر شاخص مقاومت به ترکیدن و مقاومت به عبور هوا کاغذ حاصل از خمیر CMP انجام شد. مقدار نانو رس در شش سطح 0، 2، 4، 6، 8 و 10 درصد و جهت ماندگاری آن از نشاسته کاتیونی به میزان 1 درصد در تمام خمیرها استفاده شد. پس از اضافه نمودن مواد افزودنی، کاغذهای دستساز 60 گرمی ساخته شد و در نهایت شاخص مقاومت به ترکیدن و مقاومت به عبور هوا کاغذهای ساختهشده مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد روند کاهشی در شاخص مقاومت به ترکیدن با افزایش نانورس تا سطح 10 درصد مشاهده گردید. روند صعودی در میانگین مقاومت به عبور هوا، با افزایش نانورس تا سطح 10 درصد مشاهده گردید.
مقدمه
پرکننده ها با پرکردن خلل و فرج کاغذ، موجب افزایش مقاومت به عبور هوا می شوند .[1] از طرفی این مواد ماتی کاغذ را نیز افزایش می دهند . [2] این در حالی است که با افزودن پرکننده ویزگیهای مقاومتی کاغذ کاهش مییابد .[3] امروزه از بین پرکنندههای مختلف با ابعاد نانو، ذرات نانورس1 بیشتر مورد توجه قرار گرفته است که علت مسئله این است که این ذرات شانس تشکیل ساختارهای متفاوتی2 را دارند و به تبع ساختار ایجاد شده بر ویژگیهای محصول تاثیر میگذارند
ذرات این ماده معدنی بسیار کوچک - کمتر از 2 میکرومتر - و بی نهایت باریک - تقریبا 1 نانو متر - است. از آنجائیکه رس ساختار لایهای دارد و سطوح داخلی آن قابل دسترس نیست، اگر بتوان به طور موثر ساختار لایهای آن را از هم جدا کرد میتوان به سطح ویژه بالاتر، ابعاد ریزتر، پراکنش نوری بالاتر و خواص نوری بیشتر دست یافت و پیش بینی میشود به علت این که ذرات رس ریزتر می شود و داخل میکروفیبریلها قرار میگیرد فضا و خلل و فرج زیادی را ایجاد نکند و در عین حال مقاومت به عبور هوا را افزایش دهند، مقاومتها را کمتر کاهش دهند. مالونی و همکاران - 2005 - ، اظهار داشتند که مصرف مقدار بالای پرکننده باعث بهبود خواص نوری و حجیمی کاغذ میشوند .[5] هدف این تحقیق بررسی تاثیر نانورس بر شاخص مقاومت به ترکیدن و مقاومت به عبور هوا کاغذ دستساز حاصل از خمیر کاغذ CMP میباشد.
روش تحقیق
خمیرکاغذ شیمیایی مکانیکی نیز از برج ذخیرهسازی خمیرکاغذ CMP کارخانه چوب و کاغذ مازندران تهیه گردید. نشاسته کاتیونی با درجه استخلاف 0/035 - D.S3 - از شرکت گلوکوزان تهیه شده و در سطح 1 درصد نسبت به وزن خشک خمیرهای کاغذ استفاده شد. نانو رس مورد استفاده از شرکت Sigma-Aldrich آمریکا تهیه شد و در 6 سطح 0، 2، 4، 6، 8 و 10 درصد نسبت به وزن خشک خمیرهای کاغذ استفاده گردید. به منظور نهیه کاغذهای دستساز 60 گرم بر متر مربع سوسپانسیون الیاف با حضور نشاسته کاتیونی و 6 سطح 0، 2، 4، 6، 8 و 10 درصد نانو رس مخلوط گردیدند. به این صورت که سوسپانسیون الیاف در درون همزن به مدت 30 دقیقه قرار گرفته و سپس نشاسته کاتیونی در سطح 1 درصد با سوسپانسیون خمیر ترکیب شده و در نهایت نانو رس در سطوح مختلف به این ترکیب اضافه گردید در نهایت برای هر تیمار تعداد 6 عدد کاغذ دستساز مطابق استاندارد TAPPI T205 sp-02 - 2002 - ساخته شدند.
شاخص مقاومت به ترکیدن، با استفاده از استانداردهای T403om-02، آئیننامه TAPPI بر روی کاغذهای دستساز انجام گرفت. برای اندازهگیری و سنجش مقاومت کاغذ در برابر عبور هوا، از دستگاه گرلی استفاده شد که بیشتر بهعنوان تراکم سنج از آن یاد میشود. در روش گرلی، مقادیر دادهها نشاندهنده مقاومت کاغذ در برابر عبور هوا میباشد. تجزیه و تحلیل دادهها با استفاده از نرمافزار آماری SPSS در قالب طرح آماری کاملا تصادفی تحت آزمون فاکتوریل انجام شد و در نهایت مقایسه و گروهبندی میانگینها به کمک آزمون دانکن در سطح اطمینان 95 درصد انجام شد. ارتباط بین درصد نانورس با خصوصیات مکانیکی کاغذ حاصل از خمیر CMP با استفاده از رگرسیون خطی مورد بررسی قرار گرفت.
نتایج و بحث
مقدار F و سطح معنیداری در جدول 1 نشان داده شده است. اثر نانورس بر شاخص مقاومت به ترکیدن، مقاومت به عبور هوا، در سطح اطمینان 95 درصد معنیدار است.
جدول - 1 تجزیه واریانس - مقدار F و سطح معنیداری - نتایج نانو رس
مقاومت های کاغذ ویژگی مهمی است زیرا کاغذ اغلب تحت شرایط تنشی استفاده میشود. آزمونهای مقاومتی زیادی برای کاغذهای ساخته شده وجود دارد که مهمترین آنها مقاومت به ترکیدن، کشش، پاره شدن است هیچ کدام از این خاصیت ها بنیادی نیستند اما ترکیبی از آنها شامل انعطافپذیری، مقاومت پیوندهای بین الیاف و مقاومت ذاتی الیاف، خاصیت بنیادی هستند. کلیه مقاومتهای کاغذ به نوع الیاف، طول الیاف، ضخامت الیاف، انعطافپذیری الیاف، شبکه الیاف، تعداد اتصالات، وزن کاغذ، دانسیته و ... بستگی دارد .[6] ویژگیهای مقاومتی خمیر کاغذ CMP بستگی به نوع ماده اولیه و فرآیند تولید دارد.
شاخص مقاومت به ترکیدن
روند تغییرات مقاومت به ترکیدن کاغذ دستساز حاصل از خمیرکاغذ CMP در سطوح مختلف نانورس در شکل 1 نشان داده شده است. مطابق با این شکل، بالاترین و پایینترین میانگین شاخص مقاومت به ترکیدن به ترتیب در نمونه شاهد - صفر درصد با مقدار - KPam2g-1 1/43 و 10 درصد - KPam2g-1 1/15 - مشاهده می شود. همچنین ارتباط منفی بین درصد نانورس و مقاومت به ترکیدن کاغذ دستساز وجود دارد، به طوری که شدت این همبستگی - R 2 = 0.933 - میباشد.
مقاومت به ترکیدن از جمله مقاومتهایی است که به طول فیبر و میزان پیوند بین الیاف بستگی دارد ولی بیش تر تحت تأثیر اتصال بین الیاف است. مقاومت به ترکیدن متناسب است با متوسط طول الیاف به توان دو .
ذرات نانو رس به عنوان پرکننده معدنی ظرفیت پیوند بین الیاف را تضعیف میکند.
نتایج به دست آمده در بررسی مقاومت به ترکیدن مشابه نتایج آلن، 2007 میباشد. همچنین پزوهشها نشان داد افزودن پرکننده موجب افت مقاومتها می شود و خاک رس، تالک و کربنات کلسیم آسیاب شده به ترتیب در افت مقاومت مکانیکی موثرتر میباشند
همچنین با افزایش سطح بیشتر نانو رس بهدلیل ایجاد بار منفی بیش از حد موجب پراکندگی فلاکها میشود و تشکیل فلاکهای درشت، سبب افت مقاومت میشود.
شکل - 1 تاثیر مقدار نانو رس بر مقاومت به ترکیدن کاغذ دستساز
مقاومت به عبور هوا
روند تغییرات مقاومت به عبور هوا کاغذ دستساز حاصل از خمیرکاغذ CMP در سطوح مختلف نانورس در شکل 2 نشان داده شده است. مطابق با این شکل، پایینترین و بالاترین میانگین مقاومت به عبور هوا به ترتیب در نمونه شاهد - صفر درصد نانو با مقدار 6/61 ثانیه - و 10 در صد 8/92 - ثانیه - م شاهده می شود. همچنین ارتباط مثبت بین در صد نانورس مقاومت به عبور هوا کاغذ د ست ساز از خمیر CMP وجود دارد، به طوری که شدت این همب ستگی - R2 = 0.984 - میبا شد.
صفحات سیلیکاتی نانو رس نسبت به هوا نفوذناپذیر هستند و به دلیل ساختار صفحهای مسیر عبور هوا را طولانی و زیگزاگی میکنند. این ویژگی برای کاغذهای چاپ و تحریر و بستهبندی یک برتری به شمار میآید. بر اساس پژوهشهای پیشین مقاومت به عبور هوا با افزایش نرمهها و فیلرها افزایش مییابد. علت این امر پر شدن خلل و فرج نمد الیاف با نرمهها و فیلرها و در نتیجه عبور نکردن هوا از میان آنها بوده است .همچنین پراکنش بهتر ذرات فیلر، مقاومت به عبور هوا را بهبود میدهد
با افزایش سطح مصرف نانو رس مشاهده شد که ماندگاری الیاف و افزودنیها در خمیرکاغذ افزایش یافته که علت آن تا حدودی پر شدن خلل و فرج نمد الیاف از نرمه و نشاسته کاتیونی است که منجر به افزایش مقاومت به عبور هوا میشود.
