تأثیر بکارگیری نانوالیاف سلولزی بر ویژگی‌های کاغذ چندلایه تهیه شده از الیاف بازیافتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشکده مهندسی انرژی و فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، زیرآب، ایران

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

3 استادیار گروه مهندسی پالایش زیستی ، دانشکده مهندسی انرژی و فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، زیرآب، ایران

4 استادیار گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشکده مهندسی انرژی و فناوری‌های نوین، دانشگاه شهید بهشتی، زیرآب،ایران

چکیده

استفاده از نانوالیاف سلولزی به‌عنوان افزودنی مقاومت‌دهنده در بخش پایانه تر ماشین کاغذ مقاومت‌های کلی کاغذ را افزایش می‌دهد. امّا افزایش قابل ملاحظه زمان آبگیری از سوسپانسیون خمیرکاغذ و کاهش تخلخل و ماتی کاغذ از جمله محدودیت‌های اساسی بکارگیری از آن در این بخش کاغذسازی گزارش شده است. در این پژوهش، تأثیر استفاده از نانوالیاف سلولزی در بخش شکل‌گیری کاغذ بر روی ویژگی‌های کاغذ سه‌لایه تهیه شده از الیاف بازیافتی مورد بررسی قرار گرفت. نمونه های الیاف بازیافتی از صنایع خمیر و کاغذ اترک تهیه شد. بدین منظور خمیرکاغذ پالایش شده و پراکنده نشده بترتیب برای تهیه کاغذ لایه رویی و دو لایه دیگر استفاده شدند. از هر یک از خمیرکاغذهای بازیافتی کاغذهای دست ساز استاندارد با گراماژ 2±40 گرم بر مترمربع تهیه شد. سپس پاشش نانوالیاف سلولز در چهار سطح 1، 2، 4 و 6 درصد (براساس وزن خشک الیاف) بر روی یک سطح ورقه تر و متعاقباً مکش ملایم آن با استفاده از دستگاه پاشش نانوالیاف سلولز که در پردیس علمی تحقیقاتی زیراب طراحی و ساخته شد، انجام گرفت. با استفاده از کاغذهای تیمارشده، کاغذ سه‌لایه با گراماژ حدود 5±120 گرم بر مترمربع تهیه و ویژگی‌های آن موردارزیابی قرار گرفت. نتایج کلی نشان داد که پاشش نانوالیاف سلولز بر روی ورقه در حال شکل‌گیری، بترتیب باعث افزایش شاخص‌های کششی و ترکیدن کاغذ بمیزان 59/33 و 29/26 درصد شده است. این فرآیند بویژه تأثیر قابل ملاحظه‌ای در بهبود مقاومت بین لایه‌های کاغذ چندلایه دارد که در این نوع کاغذها بسیار مهم است. بطوری‌که مقدار این مقاومت از حدود J/m2 116 به J/m2 217 افزایش معنی‌داری یافته است. تصاویر SEM تهیه‌شده از ضخامت کاغذ، اتصال بیشتر بین لایه‌ها و فشردگی کاغذ چندلایه را تأیید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Ervasti, I., Miranda, R. and Kauranen, I., 2016. A global, comprehensive review of literature related to paper recycling: A pressing need for a uniform system of terms and definitions. Waste management, 48:64-71.

[2] Navaee-Ardeh, S., 2007. A new model for maximizing the bending stiffness of a symmetric three-ply paper or board. Pulp and Paper Canada, 108(4):45-47.

[3] Wistara, N. and Young, R.A., 1999. Properties and treatment of pulps from recycled paper. Part I. Physical and chemical properties of pulps. Cellulose, 6:291-324.

[4] Gharehkhani, S., Sadeghinezhad, E., Kazi, E.S.N., Yarmand, H., Badarudin, A., Safaei, M. and Mohd Zubir, M.M., 2015. Basic effects of pulp refining on fiber properties—A review. Carbohydrate Polymers, 115:785–803.

[5] Nugroho, D.D.P., 2012. Low consistency refining of mixtures of softwood & hardwood bleached kraft: Effects of refining power, Thailand, Asian Institute of Technology.

[6] Haavisto, S., Koskenhely, K. and Paulapuro, H., 2008. Effect of fiber flocculation and filling design on refiner loadability and refining characteristics. BioResources, 3(2):403–424.

[7] Fernando, D., Muhi, D., Engstrand, P. and Daniel, G., 2011. Fundamental under-standing of pulp property development under different thermomechanical pulp refining conditions as observed by a new Simons’ staining method and SEM observation of the ultrastructure of fiber surfaces. Holzforschung, 65(6):777–786.

[8] Jones, B.W., Venditti, R., Park, S., Jameel, H. and Koo, B., 2013. Enhancement in enzymatic hydrolysis by mechanical refining for pretreated hardwood ligno-cellulosics. BioresourceTechnology, 147:353–360.

[9] Malton, S., Kuys, K., Parker, I. and Vanderhoek, N., 1998. Adsorption of cationic starch on eucalypt pulp fibers and fines. Appita Journal, 51(4):292-298.

[10] Hubbe, M.A., Venditti, R.A. and Rojas, J.O., 2007. What happens to cellulosic fibers during papermaking and recycling? A Review. BioResources, 2(4):739-788.

[11] Ellis, R.L. and Sendlachek, K.M., 1993. Recycled versus virgin-fiber characteristics: A comparison in secondary fiber recycling, R. J. Spangenberg (ed.), TAPPI Press, Atlanta, GA. 268 p.

[12] Gurnagul, N., 1995. Sodium hydroxide addition during recycling: effects on fiber swelling and sheet strength. Tappi Journal, 78(12):119–124.

[13] 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 and paper science, 28(7):222-228.

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

[15] Turbak, A., Snyder, F. and Sandberg, K., 1983. Microfibrillated cellulose, a new cellulose product: properties uses and commercial potential. Journal of Applied Polymer Science, 37:815−827.

[16] Gonzalez, I., Boufi, S., Pelach, M.A., Alcala, M., Vilaseca, F. and Mutje, P., 2012. Nanofibrillated cellulose as paper additive in eucalyptus pulps. BioResources, 7(4):5167–5180.

[17] Lindstrom, T. and Aulin, C., 2014. Market and technical challenges and opportunities in the area of innovative new materials and composites based on nanocellulosics. Scandinavian Journal of Forest Research, 29:345–351.

[18] Shatkin, J.A., Wegner, T.H. and Bilek, E.M., 2014. NanoMarket projections of cellulose nanomaterial-enabled products—Part 1: Applications. Tappi Journal, 13:9–16.

[19] Boufia, S., Gonzalez, I., Delgado-Aguilar, M., Tarres, Q., Pelach, M.A. and Mutje, P., 2016. Nanofibrillated cellulose as an additive in papermaking process: A review. Carbohydrate Polymers, 154:151–166.

[20] Rantanen, J. and Maloney, T.C., 2013. Press dewatering and nip rewetting of paper containing nano- and microfibril cellulose. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 28(4):582–587.

[21] Hubbe, M.A. and Heitmann, J.A., 2007. Review of factors affecting the release of water from cellulosic fibres during paper manufacture. BioResources, 2(3):500–533.

[22] Mirmehdi, S., Hein, P.R., Sarantopoulos, C.I., Dias, A.V. and Tonoli, G.H., 2017. Cellulose nanofibrils/nanoclay hybrid composite as a paper coating: Effects of spray time, nanoclay content and corona discharge on barrier and mechanical properties of the coated papers. Food Packaging and Shelf Life, https://doi.org/10.1016/j.fpsl.2017.11.007.

[23] Beneventi, D., Chaussy, D., Curtil, D., Zolin, L., Gerbaldi, C. and Penazzi, N., 2014. Highly Porous Paper Loading with Microfibrillated Cellulose by Spray Coating on Wet Substrates. Industrial Engineering and Chemistry Research, 53:10982−10989.

[24] Maurer, H., 1998. Opportunities and challenges for Starch in the Paper industry. Starch/Stärke, 50:396-402.

[25] Hubbe, M., 2006. Bonding between cellulosic fibers in the absence and presence of dry-strength agent-A review. Bioresource, 1(2):281-318.

[26] Chinnama, P.R., Mantravadia, R., Jimeneza, J.C., Dikinb, D.A. and Wundera, S.L., 2016. Lamellar, micro- hase separated blends of methyl cellulose and dendritic polyethylene glycol, POSS-PEG. Carbohydrate Polymers, 136:19–29.

[27] Gardner, D.J., Oporto, G.S., Mills, R. and Samir, M.A.S.A., 2008. Adhesion and surface issues in cellulose and nanocellulose. Journal of Adhesion Science and Technology, 22(5-6):545-567.

[28] Surip, S.N., Wan Jaafar, W.N.R., Azmi, N.N. and Anwar, U.M.K., 2012. Microscopy observation on nanocellulose from kenaf fibre. Advanced Materials Research, 488:72-75.

[29] Lavoine, N., Desloges, L., Khelifi, B. and Bras, J., 2014. Impact of different coating processes of microfibrillated cellulose on the mechanical and barrier properties of paper. Journal of Material Science, 49:2879–2893.

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

[31] Rudi, H., Ebrahimi, G., Hamzeh, Y., Behrooz, R. and Nazhad, M.M., 2012. The Effect of Degree of Substitution of Cationic Starch on Multi-layer Formation of Ionic Starches in Recycled Fibers. Iranian Journal of Polymer Science and Technology, 25(1):11-18.

[32] Kang, T. and Paulapuro, H., 2006. Effect of external fibrillation on paper strength. Pulp and Paper Canada, 107(7/8):51–54.

[33] Delgado-Aguilar, M., Gonza, I., Pelach, M.A., De La Fuente, E., Negro, C. and Mutje, P., 2015. Improvement of deinked old newspaper/old magazine pulp suspensions by means of nanofibrillated cellulose addition. Cellulose, 22:789–802.

[34] Xu, Y. and Pelton, R., 2005. A new look at how fines influence the strength of filled papers. Journal of Pulp and Paper Science, 31:147–152.