بهبود مقاومت لایه تر و خشک کاغذ حاصل از خمیرکاغذ شیمیایی- مکانیکی با استفاده از پلی‌آمید اپی‌کلروهیدرین و نانوالیاف سلولزی در مقایسه با خمیرکاغذ کرافت الیاف بلند وارداتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجو دکتری، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، ایران

2 گروه مهندسی صنایع سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، ایران

3 استادیار گروه مهندسی صنایع سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، ایران

4 دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

مقاومت کششی لایه‌تر کاغذ هنگام تولید در تناوب پارگی و قابلیت حرکت آن در ماشین کاغذ تأثیر دارد. در این پژوهش، امکان استفاده از نانوالیاف سلولزی (NFC) و پلی­آمیداپی‌کلروهیدرین (PAE) در مقایسه با خمیرکاغذ کرافت الیاف بلند وارداتی (LF) برای بهبود خواص استحکامی لایه‌تر و ورق خشک کاغذ­های دست­ساز حاصل از خمیرکاغذ شیمیایی- مکانیکی (CMP) مورد بررسی قرار گرفت. خواص استحکامی لایه‌تر کاغذهای هرگز خشک نشده با 35 درصد خشکی و کاغذهای هوا - خشک، از طریق آماده­سازی سوسپانسیون خمیرکاغذ با افزودن 0 و 20 درصد کربنات کلسیم رسوبی، NFC (در 2 سطح 2 و 3 درصد)، PAE (در 3 سطح 5/0، 7/0 و 1 درصد) و 20 درصد LF مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین اثر تیمارهای حرارتی بر لایه‌تر کاغذهای حاوی 3 درصد NFC و 7/0 درصد  PAE در دماهای 100 و 130 درجه سلسیوس مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد افزودن NFC همراه PAE باعث بهبود در ویژگی­های استحکامی لایه‌تر و ورق خشک کاغذها می­شود. در مورد لایه‌تر کاغذهای با 35 درصد خشکی، تیمار مربوط به افزودن 3 درصد NFC همراه 1 درصد PAE انرژی جذب کششی (TEA) را 85 درصد افزایش داد اگرچه این مقدار در حد تأثیر استفاده از 20 درصد LF نبود (117 درصد). در مورد کاغذهای هوا خشک، تیمار مربوط به افزودن 3 درصد NFC  و 1 درصد PAE انرژی جذب کششی و مقاومت کششی کاغذ را در مقایسه با تیمار 20 درصد LF به ترتیب 35 درصد و 18 درصد بیشتر بهبود داد. در اثر تیمارهای حرارتی کاغذهای حاصل از خمیرکاغذ حاوی 3 درصد NFC و 7/0 درصد PAE، مقاومت کششی کاغذهای خشک شده در دماهای 100 و 130 درجه سلسیوس نسبت به کاغذ بدون تیمار حرارتی به ترتیب 22 و 5/22 درصد افزایش یافت. به‌طورکلی با توجه به افزایش عملکرد مثبت استفاده از NFC به همراه PAE با اعمال تیمارهای حرارتی، استفاده توأم از 3 درصد NFC و 1 درصد PAE با خمیرکاغذCMP، قابلیت جایگزینی با 15 درصد LF برای بهبود مقاومت لایه‌تر و ورق خشک کاغذ حاصل از خمیرکاغذ شیمایی- مکانیکی را می­تواند داشته باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Hamzeh, Y., Sabbaghi, S., Ashori, A., Abdulkhani, A. and Soltani, F., 2013. Improving wet and dry strength properties of recycled old corrugated carton (OCC) pulp using various polymers. Carbohydrate polymers, 94(1): 577-583.
  • Lindström, T., Wågberg, 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. In: 13th fundamental research symposium.  Cambridge, UK: The Pulp and Paper Fundamental Research Society,1: 457-562.
  • Mirshokraei, S., 2003. Pulp and paper Technology. Second edition, Aeezh, 501p. (translated to Persian).
  • Salmen, N.L., 1985. Mechanical properties of wood fibers and papers, in Cellulose Chemistry and its Applications, eds Nevell, T.P. and Zeronian, S.H., Ellis Horwood, Chichester, Ch. 20, 505–530.
  • Yang, D., DiFlavio, J.L., Gustafsson, E. and Pelton, R., 2018. Wet-peel: a tool for comparing wet-strength resins. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 33(4): 632-646.
  • Belle, J. and Odermatt, J., 2016. Initial wet web strength of paper. Cellulose, 23(4): 2249-2272.
  • Hamzeh, Y., and Rostampour, A., 2008. Principals of papermaking chemistry. University of Tehran press, Tehran. 424p.
  • Lu, C., Grigoriev, V., Nguyen, D. and Rosencrance, S., Kemira Oyj, 2014. Polyamine polyamidoamine epihaloohydrin compositions and processes for preparing and using the same. U.S. Patent 8,742,030.
  • Dunlop-Jones, N., 2014. Wet-strength chemistry. In: Paper Chemistry, Head of Department of Paper Science University of Manchester Institute of Science and Technology, 247p. 
  • Obokata, T., Yanagisawa, M. and Isogai, A., 2005. Characterization of polyamideamine‐epichlorohydrin (PAE) resin: Roles of azetidinium groups and molecular mass of PAE in wet strength development of paper prepared with PAE. Journal of applied polymer science, 97(6): 2249-2255.
  • Su, J., Mosse, W.K., Sharman, S., Batchelor, W. and Garnier, G., 2012. Paper strength development and recyclability with polyamideamine-epichlorohydrin (PAE). BioResources, 7(1): 0913-0924.
  • Onur, A., Shanmugam, K., Ng, A., Garnier, G. and Batchelor, W., 2019. Cellulose fibre-perlite depth filters with cellulose nanofibre top coating for improved filtration performance. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 583:123997.
  • Onur, A., Ng, A., Garnier, G. and Batchelor, W., 2019. The use of cellulose nanofibres to reduce the wet strength polymer quantity for development of cleaner filters. Journal of cleaner production, 215: 226-231.
  • Thorn, I., and Au, C.O., 2009. Applications of wet-end paper chemistry. Springer. 215p.
  • Siqueira, E.J., Salon, M.C.B., Belgacem, M.N., and Mauret, E., 2015. Carboxymethylcellulose (CMC) as a model compound of cellulose fibers and polyamideamine epichlorohydrin (PAE)–CMC interactions as a model of PAE–fibers interactions of PAE‐based wet strength papers. Journal of Applied Polymer Science, 132(26):1-10.
  • Obokata, T., and Isogai, A., 2007. The mechanism of wet-strength development of cellulose sheets prepared with polyamideamine-epichlorohydrin (PAE) resin. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 302(1-3): 525-531.
  • Espy, H.H. and Geist, G.W., 1993. Persulfates as repulping reagents for neutral/alkaline wet-strength broke. Tappi journal, 76(2):139-142.
  • Gigac, J., Fiserova, M. and Osvaldik, Z., 2005. Recycling of wet-strength paper. Wood Research, 50(3): 73-83.
  • Siqueira, E., Naoui, W., Marlin, N., Schott, S., and Mauret, E., 2018. Effect of chemical additives on the degradation of polyamideamine-epichlorohydrin (PAE) films and PAEbased papers made from bleached kraft pulps. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 28(4): 529-540.
  • Hubbe, M.A., 2019. Nanocellulose, cationic starch and paper strength. Appita Journal, 72(2): 82-94.
  • Lengowski, E.C., Júnior, E.A.B., Kumode, M.M.N., Carneiro, M.E. and Satyanarayana, K.G., 2019. Nanocellulose in the paper making. In: Sustainable Polymer Composites and Nanocomposites, Springer, Cham. 1027-1066.
  • Kim, K.M., Lee, J.Y., Jo, H.M. and Kim, S.H., 2019. Cellulose Nanofibril Grades’ Effect on the Strength and Drainability of Security Paper. BioResources, 14(4): 8364-8375.
  • Hii, C., Gregersen, Ø.W., Chinga-Carrasco, G., and Eriksen, Ø., 2012. The effect of MFC on the pressability and paper properties of TMP and GCC based sheets. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 27(2): 388-396.
  • Sehaqui, H., Zhou, Q., and Berglund, L.A., 2013. Nanofibrillated cellulose for enhancement of strength in high-density paper structures. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 28(2):182-189.
  • Rezayati-Charani, P., Dehghani-Firouzabadi, M., Afra, E., Blademo, Å., Naderi, A., and Lindström, T., Production of microfibrillated cellulose from unbleached kraft pulp of Kenaf and Scotch Pine and its effect on the properties of hardwood kraft: microfibrillated cellulose paper. Cellulose, 20(5): 2559-2567.
  • Su, J., Zhang, L., Batchelor, W., and Garnier, G., 2014. Paper engineered with cellulosic additives: effect of length scale. Cellulose, 21(4): 2901-2911.
  • Taipale, T., Österberg, M., Nykänen, A., Ruokolainen, J. and Laine, J., 2010. Effect of microfibrillated cellulose and fines on the drainage of kraft pulp suspension and paper strength. Cellulose, 17(5):1005-1020.
  • Petroudy, S.R.D., Syverud, K., Chinga-Carrasco, G., Ghasemain, A., and Resalati, H., 2014. Effects of bagasse microfibrillated cellulose and cationic polyacrylamide on key properties of bagasse paper. Carbohydrate polymers, 99: 311-318.
  • Ahola, S., Österberg, M., and Laine, J., 2008. Cellulose nanofibrils—adsorption with poly (amideamine) epichlorohydrin studied by QCM-D and application as a paper strength additive. Cellulose, 15(2): 303-314.
  • Su, J., Mosse, W.K., Sharman, S., Batchelor, W.J. and Garnier, G., 2013. Effect of tethered and free microfibrillated cellulose (MFC) on the properties of paper composites. Cellulose, 20(4): 1925-1935.
  • Pourmousa, S. and Yadollahi, R., 2013. Optimization of the performance of PAE resin combined with retention aid and CMC in tissue paper production using deinked pulp. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 28(3): 477-497.
  • Lindqvist, H., Salminen, K., Kataja-aho, J., Retulainen, E., Fardim, P. and Sundberg, A., 2012. The effect of fibre properties, fines content and surfactant addition on dewatering, wet and dry web properties. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 27(1): 104-111.
  • Sood, Y.V., Pande, P.C., Tyagi, S., Payra, I. and Kulkarni, A.G., 2005. Quality improvement of paper from bamboo and hardwood furnish through fiber fractionation. Journal of Scientific and Industrial Research (JSIR),64(04): 299-305
  • Larsson, P.T., Lindström, T., Carlsson, L.A., and Fellers, C., 2018. Fiber length and bonding effects on tensile strength and toughness of kraft paper. Journal of Materials Science, 53(4): 3006-3015.
  • Yadollahi, R., Hamzeh, Y., Mahdavi, H., and Pourmousa, S., 2014. Synthesis and Evaluation of Glyoxalated Polyacrylamide (GPAM) as a Wet and Dry-Strengthening Agent of Paper. Science and Technology, 27(2):121-129.
  • Alince, B., Vanerek, A., de Oliveira, M.H., and van de Ven, T.G., 2006. The effect of polyelectrolytes on the wet-web strength of paper. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 21(5): 653-658.
  • Gernandt, R., Wågberg, L., Gärdlund, L., and Dautzenberg, H. (2003). Polyelectrolyte complexes for surface modification of wood fibres: I. Preparation and characterisation of complexes for dry and wet strength improvement of paper. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 213(1): 15-25.
  • Eriksen, O., Syverud, K., and Gregersen, O. (2008). The use of microfibrillated cellulose produced from kraft pulp as strength enhancer in TMP paper. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 23(3): 299-304.
  • Hadilam, M. M., Afra, E., and Yousefi, H. (2013). Effect of cellulose nanofibers on the properties of bagasse paper. JFWP, 66(3): 351-366.
  • Hamzeh, Y., Yadollahi, R., Mahdavi, H., and Pourmousa, S., 2015. Effect of Application Method of Wet Strength Additives on Paper Properties. JFWP, 68(3): 469-478.

 

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران
دوره 11، شماره 4
اسفند 1399
صفحه 627-643

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار