اصلاح الیاف وازده خمیرکاغذ NSSC با روش لایه نشانی و بررسی تأثیر آن بر خواص کاغذ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی فناوری سلولز و کاغذ، دانشکده مهندسی انرژی و فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد،، گروه مهندسی فناوری سلولز و کاغذ، دانشکده مهندسی انرژی و فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی

3 استادیار، گروه مهندسی سلولز و کاغذ، دانشگاه شهید بهشتی، تهران

چکیده

در این تحقیق، اصلاح الیاف وازده خمیرکاغذ نیمه شیمیایی سولفیت خنثی (NSSC) با استفاده از روش لایه نشانی لایه به لایه و با تشکیل چندلایه‌های پلیمری نشاسته انجام گرفت. پس از جداسازی الیاف و تهیه سوسپانسیون الیاف با درصد خشکی 5/0درصد و ایجاد هدایت الکتریکی حدود 437 µS/cm با افزودن محلول آبی یک میلی مول کلرید سدیم، آزمایش‌های تیمار الیاف برای تشکیل لایه‌های پلیمری (تا 5 لایه متوالی) انجام شد. در ادامه، شاخص نگهداری آب (WRV) در نمونه‌ها جهت ارزیابی تأثیر این روش بر میزان آب-دوستی الیاف اندازه‌گیری شد. سپس از این الیاف کاغذهای دست ساز استاندارد (3±60 گرم بر مترمربع) تهیه و ویژگی های فیزیکی و مقاومتی آنها به‌عنوان تابعی از تعداد لایه های لایه نشانی شده بر روی الیاف مورد ارزیابی قرار گرفت. نتایج نشان داد که با تیمار الیاف وازده خمیرکاغذ NSSC با روش لایه به لایه، به‌علت افزایش جذب الکترواستاتیکی نشاسته، شاخص نگهداری آب الیاف افزایش یافت. تغییرات متوالی بصورت افزایش دانسیته ظاهری و کاهش ضخامت کاغذ نیز تشکیل چندلایه های پلیمر نشاسته بر روی الیاف وازده را تأیید می‌کند. تشکیل این چندلایه‌ها بر روی الیاف وازده سبب توسعه قابل ملاحظه شاخص‌های مقاومت به کشش (از N.m/g21/13 به N.m/g65/30) و مقاومت به ترکیدن (ازkPa.m2/g 1/23 به kPa.m2/g 36/2) شده است. تصاویر الکترونی تهیه شده نیز فشرده شدن بافت کاغذ و توسعه مقاومت‌های کاغذ را در اثر افزایش قابلیت پیوندیابی بین الیاف تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها


[1] Latibari, A. J., Khosravani, A. and Rahmaninia, M., 2007. Technology of Paper Recycling. Arvich. Tehran. 540 p.

[2] Wagberg, L., Forsberg, S., Johansson, A. and Juntti, P., 2002. Engineering of fiber surface properties by application of the polyelectrolyte multilayer concept. Part 1: Modification of paper strength. Journal of pulp paper science, 28:222-228.

[3] Hubbe, M., 2006. Bonding between cellulosic fibers in the absence and presence of dry-strength agent-A review. Bioresource, 1:281-318.

[4] Ryu, J., Youn, H.J., Chin, S.M. and Lee, S., 2009. Properties of handsheet made of multilayered fibers with polyelectrolytes at different pH and conductivity, Ph.D. thesis, Department of forest sciences, college of Agriculture and life sciences, Seul national university, Korea.

[5] Rudi, H., Hamzeh, Y., Ebrahimi, G., Behrooz, R. and Nazhad, M. M., 2012. Influence of pH and Conductivity on Properties of Paper Made of Polyelectrolyte Multilayered Recycled Fibers. Industrial & Engineering Chemistry Research, 51:11054–11058.

[6] Wistrand, I., Lingstrom, R. and Wagberg, L., 2007. Preparation of electrically conducting cellulose fibers utilizing polyelectrolyte multilayers of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene): poly (styrene sulphonate) and poly (allyl amine). European Polymer Journal, 43:4075-4091.

[7] Ryu, J. H., Lee, S., Chin S. M. and Youn, H. J., 2007. Basic study on electrochemical properties of multilayered pulp fibers with polyelectrolytes, Journal of KTAPPI, 40:59-65.

[8] Agarwal, M., Lvov, Y. and Varahramyan, K., 2006. Conductive wood microfibres for smart paper through layer-by-layer nanocoating. Nanotechnology, 17:5319–5325.

[9] Hongta, Y., 2008. Fundamentals, Preparation and characterization of super hydrophobic wood fiber products, PhD thesis of Paper Science and Engineering, School of Chemical and Bimolecular Engineering, Georgia Institute of Technology.

[10] Agarwal, M., Xing, Q., Shim, B., Kotov, N., Varahramyan, K. and Lvov, Y., 2009. Conductive paper from lignocellulose wood microfibers coated with a nanocomposite of carbon nanotubes and conductive polymers. Nanotechnology, 20(21):215602-215610.

[11] Wistrand, I., Lingstrom, R. and Wagberg, L., 2007. Preparation of electrically conducting cellulose fibers utilizing polyelectrolyte multilayers of poly (3, 4-ethylenedioxythiophene):poly(styrene sulphonate) and poly (allyl amine). European Polymer Journal, 43:4075-4091.

[12] McAloney, R., Sinyor, M., Dudnik, V. and Goh, M. C., 2001. Atomic Force Microscopy Studies of Salt Effects on the Morphology of Polyelectrolyte Multilayer Films. Langmuir, 17:6655-6663.

[13] Silvy, J., Romatier, G. and Chiodi, R., 1968. Méthodes pratiques de contrôle du raffinage. Revue ATIP, 22:31–53.

[14] Ferhia, F., Dasb, S., Elaloui, E., Moussaouic, Y. and Yanez, J., 2014. Chemical characterization and suitability for papermaking applications studied on four species naturally growing in Tunisia. Industrial Crops and Products, 61:180–185.

[15] Law, K. N., Valade, J. L. and Quan, J., 1996. Effect of recycling on papermaking properties of mechanical and high yield pulps. Tappi Journal, 79:167-174.

[16] Ferhia, F., Dasb, S., Moussaoui, Y., Elalouia, E. and Yanez, J., 2014. Paper from Stipagrostis pungens. Industrial Crops and Products, 59:109–114.

[17] Maurer, H., 2009. Starch: Chemistry and Technology. Third Edition. Chapter18: Starch in the paper industry. Elsevier Inc. New York, USA, 48 p.

[18] Formento, J. C., Maximino, M. G., Mina, L. R., Srayh, M. I. and Martinez, M. J., 1994. Cationic starch in the wet end: its contribution to interfiber bonding. Appita Journal, 47:305–308.

[19] Lundstrom-Hamala, L., Johansson, E. and Wagberg, L., 2010.  Polyelectrolyte multilayers from cationic and anionic starch: Influence of charge density and salt concentration on the properties of adsorbed layers. Starch, 62:102-114.

[20] Wang, F. and Martin, H., 2002. Charge properties of fibers in the paper mill environment. 1. Effect of electrical conductivity. Journal of pulp and paper science, 28:347-353.

[21] Notley, S. M., Eriksson, M. and Wagberg, L., 2005. Visco-elastic and adhesive properties of absorbed polyelectrolyte multilayers determined in situ with QCM-D and AFM measurements. Journal of Colloid and Interface Science, 292:29-37.

[22] Eriksson, M., Notley, M. S. and Wagberg, L., 2005. The influence on paper strength properties when building multilayers of weak polyelectrolytes onto wood fibers. Journal of Colloid and Interface Science, 292:38–45.

[23] Farouk, H. and Dwight, A., 1999. Effect of fiber length and coarseness on the burst strength of paper. TAPPI Journal, 83:202-203.

[24] McKee, R. C., 1971. Effect of repulping on sheet properties and fiber characteristics. Paper trade journal, 155:34-40.

[25] Wistara, N. and Xiujuan, Z., 1999. Properties and treatments of pulps from recycled paper. Part II. Surface properties and crystallinity of fibers and fines. Cellulose, 6: 325–348.

[26] Howard, R. C. and Bichard, W., 1992. The basic effects of recycling on pulp properties. Journal of pulp and paper Science, 18:151-159.

[27] Pettersson, G., Wagberg, L. and Hoglund, H., 2006. The use of polyelectrolyte multilayers of cationic starch and CMC to enhance strength properties of papers formed from mixtures of unbleached chemical pulp and CTMP. Part II Influence of addition strategy, fiber treatment and fiber type. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 21:115-121.

[28] Ashori, A., 2006. Pulp and paper from kenaf bast fibers, Fibers and Polymers, 7:26–29.

[29] Liu, X. A., Whiting, P., Pande, H. and Roy, D. N., 2001. The contribution of different fractions of fines to pulp drainage in mechanical pulps. Journal of pulp and paper Science, 27:139–143.