بخشی از مقاله
چکیده
این تحقیق با هدف بررسی تاثیر نانورس بر شاخص مقاومت به کشش و زبری کاغذ حاصل از خمیر CMP انجام شد. مقدار نانو رس در شش سطح 0، 2، 4، 6، 8 و 10 در صد و جهت ماندگاری آن از ن شا سته کاتیونی به میزان 1 در صد در تمام خمیرها استفاده شد. پس از اضافه نمودن مواد افزودنی، کاغذهای دستساز 60 گرمی ساخته شد و در نهایت شاخص مقاومت به کشش و زبری کاغذهای ساخته شده مورد آزمون قرار گرفت. نتایج نشان داد که در خمیر CMP با افزایش نانورس تا سطح 2 درصد مقاومت کششی افزایش و تا مصرف 10 درصد کاهش مییابد. با افزایش نانورس تا 4 درصد زبری افزایش و با مصرف 10 درصد نانو رس کاهش مییابد.
مقدمه
از فرآیند CMP از دهه 1970 در کانادا برای تولید خمیر پربازده و برای تهیه انواع مختلف کاغذ روزنامه استفاده شده است و قابلیت جایگزینی تمام یا بخشی از خمیر فرآیند سولفیت را نیز داشته است. بدون آنکه اثرات منفی بر کیفیت خمیر و قابلیت عبور کاغذ از ماشین چاپ بگذارد. انواع پرکنندههای معدنی مصرفی در صنعت کاغذسازی دی اکسید تیتانیوم، تالک، مواد پرکننده رسی، کربنات کلسیم - در دو نوع آسیاب شده و رسوب داده شده - ، و غیره می باشد. با افزودن پرکنندهها به کاغذ خواص ظاهری، ماتی، روشنی، سفیدی، چاپپذیری، صافی سطح و درخشندگی کاغذ بهبود مییابد و در هزینههای ساخت کاغذ نیز صرفهجویی میگردد اما کاهش مقاومتها و سایندگی از عیبهای پرکنندهها محسوب میشود
مختاری و همکاران - 1391 - به بررسی استفاده از سیستم نشاسته کاتیونی – نانوبنتونیت بر بهبود ویژگیهای مقاومتی خمیرکاغذ OCC پرداختند، نتایج ایشان نشان داد افزودن نانوبنتونیت منجر به کاهش شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن، و افزایش مقاومت به عبور هوا و مقدار خاکستر کاغذ شده است .[2] بنابراین هدف این تحقیق بررسی تاثیر نانورس بر شاخص مقاومت به کشش و زبری 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.S1 - 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 های مقاومت به کشش، و زبری بهترتیب با استفاده از استانداردهای T494 om-01، T494 om-01، آئیننامه TAPPI بر روی کاغذهای دستساز انجام گرفت. 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 کشش و زبری در سطح اطمینان 95 درصد معنیدار است.
جدول - 1 تجزیه واریانس - مقدار F و سطح معنیداری - نتایج نانو رس
مقاومتهای 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 .[3] ویژگیهای مقاومتی خمیر کاغذ CMP بستگی به نوع ماده اولیه و فرآیند تولید دارد.
شاخص مقاومت به کشش
روند تغییرات مقاومت به کشش کاغذ دست ساز 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 کشش به ترتیب در نمونه 2 درصد - با مقدار - Nmg-1 34/93 و 10 درصد - Nmg-1 30/12 - مشاهده میشود. همچنین ارتباط منفی بین نانورس و مقاومت کششی کاغذ دستساز وجود دارد، به طوری که شدت این همبستگی - R2 = 0.913 - میباشد.
مقاومت به کشش شاخص مناسبتری برای تمام پیوندهای بین الیاف است که در واقع ترکیبی از سایر مقاومتها است. مقاومت به کشش شاخصی از دوام پتانسیل کشش کاغذی میباشد که در اثر نوع مصرف تحت تنش کششی قرار میگیرد مهمترین فاکتور موثر بر مقاومت به کشش کاغذ، تعداد و کیفیت اتصال الیاف به یکدیگر میباشد. افزایش اتصال الیاف به یکدیگر در اثر افزایش پالایش یا پرس مرطوب و... مقاومت به کشش کاغذ را افزایش خواهد داد. با این حال مقاومت به ک شش کاغذ همی شه کمتر از مقاومت به ک شش یک فیبر خواهد بود
با افزایش سطح مصرف نانو رس در سطح 2 درصد ابتدا منجر به افزایش در مقاومت کششی به مقدار کم می شود ولی با افزایش سطح بیشتر نانو رس بهدلیل ایجاد بار منفی بیش از حد موجب پراکندگی فلاکها میشود و تشکیل فلاکهای درشت، سبب افت مقاومتها میشود. همچنین علت دیگر آن میتواند به قرار گرفتن پرکنندهها در بین الیاف و کاهش سطح پیوند بین الیاف نسبت داد، زیرا که پرکنندههای متداول توانایی تشکیل پیوند با الیاف سلولزی را ندارند
شکل - 1 تاثیر مقدار نانو رس بر مقاومت به کشش کاغذ دستساز
زبری :
روند تغییرات زبری کاغذ دستساز حاصل از خمیرکاغذ CMP در سطوح مختلف نانورس در شکل 4 نشان داده شده است. مطابق با این شکل، بالاترین و پایینترین میانگین زبری به ترتیب در نمونه 4 درصد 8/75 - میکرون - و 8 درصد 7/39 - میکرون - مشاهده میشود. همچنین ارتباط منفی بین درصد نانورس زبری کاغذ دستساز از خمیر CMP وجود دارد، به طوری که شدت این همبستگی - R2 = 0.41 - میباشد.
شکل - 2 تاثیر مقدار نانو رس بر زبری کاغذ دستساز
