مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

تأثیر نانوگرافن، فلورین و زئین به عنوان رنگدانه‌های پوشش‌دهی بر ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی کاغذ چاپ و تحریر

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشیار دانشگاه آزاد اسلامی، واحد سوادکوه، گروه چوب و کاغذ، سوادکوه، ایران
2 گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران،
3 گروه مهندسی چوب و کاغذ، واحد ساری، دانشگاه آزاد اسلامی، ساری، ایران
10.22034/ijwp.2025.2069658.1722
چکیده
بیان مساله و اهداف: کاغذهای تحریر تولیدی شرکت چوب و کاغذ مازندران به‌طور معمول برای چاپ کتاب‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند. در حالی که کاغذهای تحریر خارجی به‌دلیل استفاده از خمیر شیمیایی از مقاومت بالایی برخوردارند، کاغذهای تحریر داخلی به‌خاطر به‌کارگیری مواد اولیه نامناسب با مشکلاتی در زمینه استحکام و ثبات ابعادی مواجه هستند. این تحقیق به دنبال بهره‌گیری از فناوری‌های نانو و پوشش‌های معدنی فلورین است که در برخی مناطق کشور به وفور یافت می‌شود. هدف اصلی این پژوهش کاهش مشکلات فیزیکی و مکانیکی کاغذهای تحریر داخلی است، به‌طوری‌که کاغذهای تولیدی این کارخانه با کیفیت بالاتری به چاپخانه‌ها و شرکت‌های معتبر چاپ در داخل کشور عرضه گردد.
مواد و روش‌ها: برای این منظور، کاغذ چاپ و تحریر 70 گرمی تهیه و مورد آزمون قرار گرفت. برای اندود سطح کاغذ، ابتدا نانوگرافن، زئین و فلورین به همراه لاتکس استایرن-بوتادی ان با درصدهای وزنی مشخص به‌طور جداگانه توزین شدند. بسته به شرایط تیمار، این مواد در داخل دستگاه مخلوط‌کن با دور گردش 1500 دور در دقیقه به مدت 20 دقیقه ترکیب شدند تا یک مخلوط همگن به‌دست آید. قبل از انجام آزمون‌ها، نمونه‌های شاهد و پوشش‌داده‌شده در شرایط محیطی استاندارد (دمای 20 درجه سلسیوس و رطوبت نسبی 65%) قرار گرفتند. برای تعیین ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی کاغذها، از حداقل ۱۰ تکرار برای هر نمونه بر اساس دستورالعمل‌های استاندارد استفاده شد.
نتایج: در مورد خاصیت فیزیکی دانسیته، بالاترین مقدار مربوط به کاغذهای پوشش‌داده شده با زئین است. کمترین میزان جذب مربوط به کاغذهای پوشش داده شده با زئین و نانوگرافن و کمترین تخلخل مربوط به کاغذهای پوشش‌داده شده با زئین، فلورین و نانوگرافن است. این نتایج نشان دهنده ایجاد یک شبکه متراکم و مسدود شدن قابل توجه مسیر عبور آب توسط این مواد پوششی است. از نظر صافی سطح، بیشترین مقدار به کاغذهای زئین و نانوگرافن اختصاص دارد که به دلیل ساختار دو بعدی و سطح ویژه بالای نانوگرافن می‌باشد. در نهایت، بیشترین مقاومت در برابر کشش، ترکیدن و پاره شدن به ترتیب مربوط به کاغذهای پوشش داده با فلورین-گرافن و زئین-گرافن است. در واقع نانوگرافن به عنوان یک ماده تقویت‌کننده با ساختاری منظم و مقاوم، می‌تواند به بهبود خواص مکانیکی کاغذ کمک کند. این نتایج نشان‌دهنده عملکرد برتر کاغذهای پوشش‌داده شده با زئین و نانوگرافن است.
نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که پوشش‌دهی باعث افزایش ضخامت و صافی سطح، کاهش جذب آب، تخلخل و مقاومت به کشش و افزایش نسبی مقاومت به پاره شدن گردید. مهم‌ترین یافته، کاهش 643 درصدی جذب آب بود. علاوه بر کاهش جذب آب، پوشش‌دهی کاغذ چاپ و تحریر با مواد نانوگرافن و فلورین نسبت به نمونه شاهد باعث افزایش 26 درصدی ضخامت و شاخص مقاومت به پاره‌شدن شد. همچنین تغییر خاصی در مقاومت به ترکیدن مشاهده نشد، اما شاخص مقاومت به کشش تا حدودی کاهش یافت.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Adibi, A., Trinh, B. M., and Mekonnen, T. H. 2023. Recent progress in sustainable barrier paper coating for food packaging applications. Progress in Organic Coatings, 181, 107566.
[2] Sharif, N.U., Habibu, S., Wang, H., Veera Singham, G., Huang, H.K., Hu, C., Zeng, G.S. and Tay, G.S., 2025. Advancing renewable functional coatings: sustainable solutions for modern material challenges. Journal of Coatings Technology and Research, pp.1-27.
[3] Rastogi, V.K. and Samyn, P., 2015. Bio-based coatings for paper applications. Coatings, 5(4), pp.887-930.
[4] Fauzi, N.B.M., 2016. Characterisation of different brands of white a4 papers using microscopic and spectroscopic techniques.
[5] Bae, J. H., Hong, K. H., & Lamar, T. M. 2015. Effect of texture on color variation in inkjet‐printed woven textiles. Color Research & Application, 40(3), 297-303.
[6] Liu, J., Bao, S. and Wang, X., 2022. Applications of graphene-based materials in sensors: A review. Micromachines, 13(2), p.184.
[7] Gadakh, D., Dashora, P. and Wadhankar, G., 2020. A review paper on graphene coated fibres. Graphene, 8(4), pp.53-74.
[8] Abiose Sumbo, H. and Victor, I.A., 2014. Comparison of chemical composition, functional properties and amino acids composition of quality protein maize and common maize (Zea may L). African Journal of Food Science and Technology, 5(3), pp.81-89.
[9] Corradini, E., Curti, P.S., Meniqueti, A.B., Martins, A.F., Rubira, A.F. and Muniz, E.C., 2014. Recent advances in food-packing, pharmaceutical and biomedical applications of zein and zein-based materials. International journal of molecular sciences, 15(12), pp.22438-22470.
[10] Lavoine, N., Desloges, I., Khelifi, B. and Bras, J., 2014. Impact of different coating processes of microfibrillated cellulose on the mechanical and barrier properties of paper. Journal of Materials Science, 49(7), pp.2879-2893.
[11] Holik, H. ed., 2006. Handbook of paper and board. John Wiley & Sons.
[12] Fukuda, S., Chaussy, D., Belgacem, M.N., Reverdy-Bruas, N. and Thielemans, W., 2013. Characterization of oil-proof papers containing new-type of fluorochemicals Part 1: Surface properties and printability. Applied surface science, 277, pp.57-66.
[13] Tressaud, A., Durand, E., Labrugère, C., Kharitonov, A.P. and Kharitonova, L.N., 2007. Modification of surface properties of carbon-based and polymeric materials through fluorination routes: From fundamental research to industrial applications. Journal of Fluorine Chemistry, 128(4), pp.378-391.
[14] Parris, N., Sykes, M., Dickey, L.C., Wiles, J.L., Urbanik, T.J. and Cooke, P.H., 2002. Recyclable zein-coated kraft paper and linerboard. Progress in paper recycling. Vol. 11, no. 3 (May 2002): Pages 24-29.
[15] Tihminlioglu, F., Atik, İ.D. and Özen, B., 2010. Water vapor and oxygen-barrier performance of corn–zein coated polypropylene films. Journal of Food Engineering, 96(3), pp.342-347.
[16] Nazarnezhad, N., Orand, M., Resalati, H. and Rezanezhad, S., 2022. The effect of corn zein coating on the strength and barrier properties of liner paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 13(2), pp.213-223.
[17] Ashfaq, J., Channa, I.A., Memon, A.G., Chandio, I.A., Chandio, A.D., Shar, M.A., Alsalhi, M.S. and Devanesan, S., 2023. Enhancement of thermal and gas barrier properties of graphene-based nanocomposite films. ACS omega, 8(44), pp.41054-41063.
[18] Chen, G., Xie, P., Li, Z., Qiao, Y., Yang, C., Zhou, Z. and Fei, G., 2025. Development of Fluorinated Acrylic Resin‐Based Paper Additives for Simultaneous Strength Improvement and Water Resistance. Journal of Applied Polymer Science, p.e57734.
[19] Li, X.H., Xing, Y.G., Li, W.L., Jiang, Y.H. and Ding, Y.L., 2010. Antibacterial and physical properties of poly (vinyl chloride)-based film coated with ZnO nanoparticles. Food Science and Technology International, 16(3), pp.225-232.
[20] Penney, D. J., Sullivan, J. H., & Worsley, D. A. (2007). Investigation into the effects of metallic coating thickness on the corrosion properties of Zn–Al alloy galvanising coatings. Corrosion science, 49(3), 1321-1339.
[21] Ebrahimpour Kasmani, J., & Samariha, A. (2025). Evaluation of the effect of coating with graphene, Zein-Fluorine on the physical properties and printability of white liner paper from Mazandaran Wood and Paper Factory. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 40(3), 280-296.
[22] Zeppa, C., Gouanvé, F. and Espuche, E., 2009. Effect of a plasticizer on the structure of biodegradable starch/clay nanocomposites: Thermal, water‐sorption, and oxygen‐barrier properties. Journal of Applied Polymer Science, 112(4), pp.2044-2056.
[23] Voon, H.C., Bhat, R., Easa, A.M., Liong, M.T. and Karim, A.A., 2012. Effect of addition of halloysite nanoclay and SiO2 nanoparticles on barrier and mechanical properties of bovine gelatin films. Food and Bioprocess Technology, 5(5), pp.1766-1774.
[24] Mohammadi, E., Rezanezhad, S. and Asadpour, G., 2021. Evaluation of Strength, Optical and Antibacterial Properties of Treated Papers by Chitosan and Nano Zinc Oxide. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12(1), pp.145-162.
[25] McHUGH, T.H., Aujard, J.F. and Krochta, J.M., 1994. Plasticized whey protein edible films: water vapor permeability properties. Journal of food science, 59(2), pp.416-419.
[26] Hadilam, M.M., Afra, E., Ghasemian, A. and Yousefi, H., 2014. Preparation and properties of ground cellulose nanofibers. Journal of wood and forest science and technology, 20(2):139-149. (In Persian).
[27] Fendler, A., Villanueva, M.P., Gimenez, E. and Lagarón, J.M., 2007. Characterization of the barrier
properties of composites of HDPE and purified cellulose fibers. Cellulose, 14(5):427-438.
[28] Ngo, Y.H., Li, D., Simon, G.P. and Garnier, G., 2011. Paper surfaces functionalized by nanoparticles. Advances in colloid and interface science, 163(1), pp.23-38.
[29] Morsy, F.A. and El-Sherbiny, S., 2004. Mechanical properties of coated paper: Influence of coating properties and pigment Blends. Journal of materials science, 39(24), pp.7327-7332.
[30] Han, J.H. and Krochta, J.M., 2001. Physical properties and oil absorption of whey‐protein‐coated paper. Journal of food science, 66(2), pp.294-299.
[31] Hagen, R. and Salmén, L., 1995. Influence of the interaction zone between coating and paper on the dynamic mechanical properties of a coated paper. Journal of materials science, 30(11), pp.2821-2828.
[32] Rouf, T.B., Schmidt, G., Cakmak, M. and Kokini, J.L., 2019. Design and mechanistic understanding of graphene oxide reinforced zein nanocomposites with improved mechanical, barrier and thermal properties. Journal of Materials Science, 54(19), pp.12533-12552.
[33] Liu, Y., Xie, B., Zhang, Z., Zheng, Q. and Xu, Z., 2012. Mechanical properties of graphene papers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60(4), pp.591-605.
[34] Kassem, N. and Nada, A.A.M., 2009. Mechanical properties of paper sheets treated with different polymers. Pigment & Resin Technology, 38(2), pp.91-95.
[35] Hassan, E.A., Hassan, M.L., Abou-Zeid, R.E. and El-Wakil, N.A., 2016. Novel nanofibrillated cellulose/chitosan nanoparticles nanocomposites films and their use for paper coating. Industrial Crops and Products, 93, pp.219-226.
[36] Afra, E., 2006. Properties of paper: An introduction, Aiij Publications, 392 p. (Translated In Persian).