عملکرد سامانه بیوپلیمری نانو الیاف سلولز و کایتوزان بر ویژگی های خمیرکاغذ و کاغذ بازیافتی از کارتن های کنگره ای کهنه (OCC)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی فناوری سلولز و کاغذ، دانشگاه شهید بهشتی

2 استادیار، گروه مهندسی فناوری سلولز و کاغذ، دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

استفاده از مواد افزودنی مقاومت خشک راهکاری پایدار در بهبود ویژگی‌های کاغذهای بازیافتی محسوب شده و کاربرد مواد مبتنی بر زیست توده از جنبه‌های مختلف فنی و زیست محیطی در این زمینه رو به گسترش و حائز برتری است. در راستای بهبود ویژگی‌های مواد، سلولز و کایتوزان به‌عنوان فراوان‌ترین بیوپلیمرهای واجد پتانسیل مزبور، بصورت طبیعی و فراوری‌شده مورد توجه روزافزون پژوهش‌ها قراردارند. نتایج بررسی تاثیر منفرد و توام بیوپلیمرهای کایتوزان و نانوالیاف سلولزی بر ویژگی‌های خمیرکاغذ و کاغذ بازیافتی نشان‌داد که بهبود تمامی ویژگی‌های مقاومتی و دانسیته کاغذ، آبگیری و ماندگاری خمیرکاغذ به هنگام شکل‌گیری و کاهش اتلاف مواد در مقایسه با تیمار شاهد قابل دستیابی است. کاربرد منفرد کایتوزان بهبود معنی‌دار تمامی ویژگی‌های مقاومتی و دانسیته کاغذ، ماندگاری خمیرکاغذ به هنگام شکل‌گیری و کاهش اتلاف مواد را ایجاد نمود. آبگیری از دوغاب خمیرکاغذ نیز با حضور کایتوزان بهبود چشمگیر و معنی‌داری یافته که البته با افزایش کاربرد، از میزان بهبود حاصله کاسته ‌شد. بهبودهای ایجادشده به ماهیت پلیمری، شباهت ساختاری و قابلیت بالای پیوندیابی کایتوزان با الیاف سلولزی تعمیم می‌یابد. نانوالیاف سلولزی نیز بصورت کاربرد منفرد منجر به افزایش ماندگاری خمیرکاغذ، دانسیته، شاخص‌های کشش و ترکیدن کاغذ؛ کاهش درجه روانی و اتلاف مواد از خمیرکاغذ و نیز افت شاخص پارگی ‌گردید. ماهیت آنیونی، سطح ویژه بالا و واجد پتانسیل پیوندهای هیدروژنی سبب این نتایج گزارش گردید. کاربرد نانوالیاف سلولزی پس از کایتوزان به خمیرکاغذ به‌عنوان سامانه مرکب در پایانه تر کاغذسازی، نه تنها تاثیر افزایشی در شاخص‌های مقاومتی و دانسیته (به استثنای NFC %15/0) کاغذ بازیافتی نداشته، کاهش مقاومت‌ها را نیز در برخی موارد سبب گردیده‌است. در حالت مرکب، ویژگی‌های خمیرکاغذ در مقایسه با کاربرد منفرد کایتوزان دچار نوسان بوده، لیکن نسبت به کاربرد منفرد نانوالیاف سلولزی حائز برتری بوده‌است.

کلیدواژه‌ها


1] Jalali Torshizi, H., Mirshokraie, S. A., Faezipour, M., Hamzeh, Y. and Resalati. H., 2010. Application of galbanum gum (ferula gummosa) polysaccharide as a natural polymer to improve dry strength properties of recycled papers obtained from old corrugated cartons. Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 23(4): 345-353. (In Persian).

]2[ Jalali Torshizi, H., Zare Bidoki, S., Ramezani, O. and Rudi, H., 2014. Effect of Cationic Poly Acrylamide - Nano Bentonite System on Retention, Drainage and Properties of Paper Recycled from OCC. Iranian Journal of Wood and Paper Research, 29(3): 474-483. (In Persian).

 [3] Muzzarelli, R, A., 1985. Chemical modified chitosan in “Chitin in nature and technology” Ed. by Muzzarelli, R. A., Jeuniaux, C. and Gooday, G. W., Plenum Press, N.Y. USA, 295 p.

[4] Allan, G. G., Fox J. R., Crosby, G. D. and Sarkanen, K. V., 1977. Chitosan: a mediator for fibre–water interactions in papermaking, in “Fibre–Water interactions in papermaking”, Transactions of the symposium held at Oxford: Sept. 1977, Technical Division of the Paper and Board Industry, London, U.K., pp.765.

[5] Domszy, J. D., Moore, G. K. and Roberts, G. A. F., 1975. The adsorption of chitosan on cellulose, In “Cellulose and its derivatives”, Ed. by Kennedy, J. J. et al, Ellis Howard Ltd. Ch. 42, pp. 463.

[6]. Lindstrom, T., Wagberg, L. and Larsson, T., 2005. On the nature of joint strength in paper: a review of dry and wet strength resins used in paper manufacturing. 13th Fundamental research symposium, Cambridge, Sept. 2005, p 457- 562.

[7] Gullichsen, J. and Paulapuro, H., 1999. Papermaking Chemistry, Papermaking science and technology 19 series, 229 p.

[8] Andalibian, M., Mahdavi, S., Kermanian, H. and Ramezani, O., 2013. The influence of OCC pulp refining to improve the properties of test liner board. Iranian Journal of Wood and Paper Research, 28(1): 77-88. (In Persian).

[9] Salam, A., Lucian, A., L. and Jameel, H., 2013. Synthesis, characterization, and evaluation of chitosan-complexed starch nanoparticles on the physical properties of recycled paper furnish. ACS Applied Materials & Interfaces Journal, 5: 11029−11037.

[10] González, I.,  Boufi, S., Angels Pèlach, M., Alcalà, M., Vilaseca, f. and Mutjé, P., 2012. Nanofibrillated cellulose as paper additive in eucalyptus pulps. BioResources, 7(4), 5167-5180.

[11] Kajanto, I. and Kosonen, M., 2012. The potential use of micro- and nanofibrillated cellulose as a reinforcing element in paper. Journal of Science & Technology for Forest Products and Processes, 2(6): 42-48.

[12] Myllytie, P., Holappa, S., Paltakari, J. and Laine, J., 2009. Effect of polymers on aggregation of cellulose fibrils and its implication on strength development in wet paper web. Nordic Pulp and Paper Research, 24(2): 125-134.

[13] Nicu, R., Bobu, A., Miranda, R. and Blanco, A., 2006. Flocculation efficiency of chitosan for papermaking applications. BioResources, 8(1): 768-784.

[14] Nada, A. M. A., El-Sakhawy, M., Kamel, S., Eid, M. A. M. M. and Adel, A., 2006. Mechanical and electrical properties of paper sheets treated with chitosan and its derivatives. Carbohydrate Polymers, 63: 113–121.

[15] Sehaqui, H., Zhou, Q. and Berglund, L., 2013.  Nanofibrillated cellulose for enhancement of strength in high-density paper structures. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 28(2): 182-189.

 [16]  Li, H., Du, Y. and Xu, Y., 2004. Interaction of cationized chitiosan with components in a chemical pulp suspension. Carbohydrate Polymers, 58: 205-214.

[17] Hassan, E. A., Hassan, M. L. and Oksman, K., 2011. Improvement of paper sheets properties of bagasse pulp with microfibrillated cellulose isolated from xylanase treated bagasse. Wood and Fiber Science, 43(1): 1-7.

[18] Hadilam, M. M., Afra, E. and Yousefi, H., 2013. Effect of Cellulose nanofibers on the properties of bagasse paper. Journal of Forest and Wood Products, 66(3): 351-366.

[19] Nada, A. M. A., El-Sakhawy, Kamel, S. and Eid, M. A. M., 2005. Effect of Chitosan and its derivatives on the mechanical and electrical properties of paper sheets. Egyptian Journal of Solids, 28(2): 359-377.

[20] Ashori, A., Harun, J., Zin, W. and Nor Mohd. Yusoff, M., 2006. Enhancing Dry-Strength Properties of and kenaf (Hibiscus Cannabinus) paper through chitosan. Polymer-Plastic Technology Engineering, 45:125-129.

[21] Thorn, I. and Au, C. O., 2001, Applications of Wet-End Paper Chemistry, Springer, 232p.

[22] Gullichsen, J. and Paulapuro, H., 1999. Paper physics, Papermaking science and technology 19 series, 196 p.