مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مجله صنایع چوب و کاغذ ایران

مطالعه امکان سنجی تولید فیلم سلولزی از خمیر کاغذ باگاس رنگبری شده با هیپوکلریت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی ، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
2 عضو هیئت علمی دانشگاه محقق اردبیلی، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، گروه چوب و کاغذ
3 گروه جنگلداری و صنایع سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیا بهبهان، بهبهان، ایران
4 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.
10.22034/ijwp.2025.2074743.1733
چکیده
بیان مسأله و هدف
مصرف بی‌رویه پلاستیک‌های سنتزی در صنایع بسته‌بندی یکی از جدی‌ترین چالش‌های زیست‌محیطی جهان محسوب می‌شود. این مواد به دلیل تجزیه‌ناپذیری در کوتاه‌مدت، موجب انباشت زباله و آلودگی محیط زیست می‌گردند. از طرفی، ضایعات کشاورزی یکی از منابع مهم و در دسترس و ارزان قیمت برای تبدیل آن به محصولات زیست تخریب پذیر و کمک به عدم انباشت آن در طبیعت و ارزش افزوده مناسب جهت تولید محصولات جدید می‌باشند. باگاس نیشکر به‌عنوان محصول جانبی صنایع قند و شکر، منبعی فراوان و کم‌ارزش در ایران محسوب می‌شود که می‌تواند به‌عنوان جایگزین پایدار برای تولید فیلم‌های زیست‌تخریب‌پذیر مورد استفاده قرار گیرد. هدف این پژوهش، تولید و ارزیابی فیلم‌های سلولزی از خمیر رنگ‌بری‌شده باگاس نیشکر شرکت کاغذ پارس هفت‌تپه و بررسی خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی آن‌ها برای کاربرد در بسته‌بندی پایدار می‌باشد.
مواد و روش‌ها
در این مطالعه از خمیر رنگ‌بری‌شده هیپوکلریت باگاس شرکت کاغذ پارس هفت تپه با درجه روانی CSF350، درجه روشنی 71 درصد و عدد کاپا 2 استفاده شد. فرآیند تولید فیلم شامل مراحل قلیایی‌سازی با هیدروکسید سدیم 20درصد، اتری‌کردن با مونوکلرواستیک اسید، خنثی‌سازی و شستشو با اتانول، تهیه محلول دوپ با غلظت 6 درصد وزنی و سپس قالب‌ریزی و انعقاد در حمام اسیدی 10 درصد اسید سولفوریک بود. خواص مکانیکی، نفوذپذیری گازها، عبور بخار آب، زاویه تماس قطره آب و درجه جانشینی فیلم‌های تولیدی مطابق استانداردهای ASTM اندازه‌گیری شد.
نتایج
فیلم سلولزی تولیدشده دارای مقاومت کششی 64 مگاپاسکال و مدول یانگ 8/2 گیگاپاسکال می‌باشد که نشان‌دهنده استحکام مکانیکی مناسب برای کاربردهای بسته‌بندی است. میزان عبور بخار آب 248 گرم بر متر مربع در روز و جذب رطوبت 7/7 درصد اندازه‌گیری شد. نفوذپذیری گازها شامل CO₂ و O₂ به ترتیب معادل 05/0 و Barrer 4/0 اندازه‌گیری شد که از این منظر، دارای مقدار پایینی می‌باشد. در دوپ تهیه شده، درجه جانشینی گروه کربوکسیل 4/1 میلی مول بر گرم و درصد الیاف حل‌نشده 5/0 درصد اندازه‌گیری شده که کیفیت فرآیند تولید و یکنواختی محلول را تأیید می‌کند. میزان زاویه تماس قطره 72 درجه نیز نشان‌دهنده خاصیت آبدوستی متعادل فیلم می‌باشد.
نتیجه‌گیری
فیلم سلولزی تولید شده از باگاس نیشکر گزینه‌ای پایدار و دوست‌دار محیط زیست برای جایگزینی با فیلم‌های پلیمری نفتی در کاربردهای بسته‌بندی محسوب می‌شود. خواص مکانیکی و سدکنندگی متوسط آن، امکان استفاده در بسته‌بندی محصولات مختلف را فراهم می‌کند. برای بهبود عملکرد در برابر رطوبت، پوشش‌دهی یا ترکیب با نانومواد پیشنهاد می‌شود. این تحقیق نشان داد که بهره‌برداری از پسماندهای کشاورزی می‌تواند نقش مؤثری در توسعه مواد بسته‌بندی پایدار و کاهش آلودگی‌های زیست‌محیطی ناشی از پلاستیک‌های سنتی داشته باشد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Geyer, R., Jambeck, J. R. and Law, K. L., 2017. Production, use, and fate of all plastics ever made. Science Advances, 3(7), e1700782. https://doi.org/10.1126/sciadv.1700782
[2] Dasgupta, D., Suman, S. K., Pandey, D., Ghosh, D., Khan, R., Agrawal, D., Jain, R. K., Vadde, V. T. and Adhikari, D. K., 2013. Design and optimization of ethanol production from bagasse pith hydrolysate by a thermotolerant yeast Kluyveromyces sp. IIPE453 using response surface methodology. SpringerPlus, 2, 159. https://doi.org/10.1186/2193-1801-2-159
[3] Woodings, C., 2001. A brief history of regenerated cellulosic fibers. In Regenerated Cellulose Fibres (pp. 1–21). https://doi.org/10.1533/9781855737587.
[4] Jiang, X., Bai, Y., Chen, X. and Liu, W., 2020. A review on raw materials, commercial production and properties of lyocell fiber. Journal of Bioresources and Bioproducts, 5(1), 16–25. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2020.03.002
[5] Moradian, M., Islam, M. S. and van de Ven, T. G. M., 2021. Insoluble regenerated cellulose films made from mildly carboxylated dissolving and kraft pulps. Industrial & Engineering Chemistry Research, 60(15), 5385–5393. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.0c05730
[6] Moradian, M., Alam, M. N. and van de Ven, T. G. M., 2021. Influence of carboxyl charge density on properties of extruded cellulose films. Industrial & Engineering Chemistry Research, 60(38), 13756–13763. https://DOI:10.1021/acs.iecr.1c01716
[7] Islam, M. S., Alam, M. N. and van de Ven, T. G. M., 2021. Production of textile filaments from carboxymethylated cellulosic pulps. Cellulose, 28, 9475–9488. DOI:10.1007/s10570-021-04073-5
[8] Ghaderi, M., Mousavi, M., Yousefi, H. and Labbafi, M., 2014. All-cellulose nanocomposite film made from bagasse cellulose nanofibers for food packaging applications. Carbohydrate Polymers, 92(1), 254–259. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2014.01.013
[9] Pimenta, M. T. B., Curvelo, A. A. S. and Belgacem, N. M., 2016. Evaluation of the effects of chemical composition and refining treatments on the properties of nanofibrillated cellulose films from sugarcane bagasse. Industrial Crops and Products, 91, 1–9. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.07.017
[10] Shi, Y., Zhang, Y., Liu, Y. and Chen, W., 2022. Crosslinked hydroxyl-reinforced sugarcane bagasse cellulose/PVA composite films for biodegradable packaging. International Journal of Biological Macromolecules, 213, 332–342. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.114381
[11] Azmin, S. N., Wahid, Z. A. and Ariffin, H., 2020. Development and characterization of bioplastic film from cocoa pod husk cellulose combined with sugarcane bagasse fiber for food packaging. Journal of Polymers and the Environment, 28(8), 2200–2212. https://doi.org/10.1016/j.jobab.2020.10.003
[12] Li, T., Chen, C., Brozena, A. H., Zhu, J. Y., Xu, L., Driemeier, C., Dai, J., Rojas, O. J., Isogai, A., Wågberg, L. and Hu, L., 2021. Developing fibrillated cellulose as a sustainable technological material. Nature, 590(7844), 47–56. https://doi.org/10.1038/s41586-020-03167-7
[13] Wang, Z., Chen, W., Yu, H., Liu, Y. and others. 2022. A cellulose-based self-healing composite eutectogel with reversibility and recyclability for multi-sensing. Composites Science and Technology, 229, 109696. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2022.109696
[14] Chen, W., Yu, H. and Liu, Y., 2011. Individualization of cellulose nanofibers from wood using high-intensity ultrasonication combined with chemical pretreatments. Carbohydrate Polymers 83(4):1804-1811. DOI:10.1016/j.carbpol.2010.10.040
[15] Xhi, Y., Zhang, Y., Liu, Y. and Chen, W., 2022. Hydroxyl crosslinking reinforced bagasse cellulose/polyvinyl alcohol composite films as biodegradable packaging. Industrial Crops and Products 176:114381. DOI:10.1016/j.indcrop.2021.114381
[16] Moon, R. J., Martini, A., Nairn, J., Simonsen, J. and Youngblood, J., 2011. Cellulose nanomaterials review: Structure, properties and nanocomposites. Chemical Society Reviews, 40(7), 3941–3994. https://doi.org/10.1039/C0CS00108B
[17] Vivod, V., Jancar, J., Kokol, V. and Gorgieva, S., 2021. Transparent oxygen barrier nanocellulose composite films with a sandwich structure. Carbohydrate Polymers, 27(4), 2343–2355. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2021.118206
[18] Zhang, Y., Xia, J., Liu, W., Li, Y. and Chen, H., 2025. Improving gas barrier properties of cellulose-based films by polyurethane surface coating. Polymers, 14(3), 480; https://doi.org/10.3390/polym14030480
[19] Moradian, M. H., Alam, M. N., Islam, M. S. and van de Ven, T. G. M., 2021. Regenerated insoluble cellulose films from mildly carboxylated and kraft dissolving pulps. Carbohydrate Polymers, 267, 118208. https://doi.org/10.1021/acs.iecr.1c00485
[20] Stenius, P., Syverud, K. and Chinga-Carrasco, G., 2009. Barrier and moisture properties of cellulose whisker films. Cellulose, 16(6), 1033–1045. https://doi.org/10.1007/s10570-008-9244-2
[21] Moradian, M. H., Alam, M. N., Islam, M. S. and van de Ven, T. G. M., 2021. Regenerated insoluble cellulose films from mildly carboxylated and kraft dissolving pulps. Carbohydrate Polymers, 267, 118208. DOI:10.1021/acs.iecr.1c00485
[22] Huber, T., Müssig, J., Curnow, O., Pang, S., Bickerton, S. and Staiger, M. P., 2011. Flexural and impact properties of all-cellulose composite laminates. Journal of Applied Polymer Science, 121(4), 2312–2321. https://doi.org/10.1016/j.compscitech.2013.08.040
[23] Jali, S., Mohan, T. P., Mwangi, F. M. and Kanny, K., 2024. A review on barrier properties of cellulose/clay nanocomposite polymers for packaging applications. Polymers, 16 (1), 51. https://doi.org/10.3390/polym16010051
[24] Dong, X., Ci, Y., Li, Y., Wang, L., Wang, J. and Tang, Y., 2025. Enhancing the UV shielding
properties of transparent regenerated cellulose films via esterification with folic acid. Cellulose,
https://doi.org/10.1007/s10570-025-06855-7
[25] Guzmán-Puyol, S., Benítez, J. J. and Heredia-Guerrero, J. A., 2022. Transparency of polymeric food packaging materials. Food Research International, 161, 111792. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2022.111792
[26] Klemm, D., Heublein, B., Fink, H. P. and Bohn, A., 2005. Cellulose: Fascinating biopolymer and sustainable raw material. Angewandte Chemie International Edition, 44(22), 3358–3393. https://doi.org/10.1002/anie.200460587
[27] Ghasemlou, M., Daver, F. and Ivanova, E. P., 2021. Surface modifications of nanocellulose: From synthesis to high-performance nanocomposites. Progress in Polymer Science, 119, 101418. https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2021.101418
[28] Qi, H., Chang, C. and Zhang, L., 2009. Properties and applications of biodegradabletransparent and photoluminescent cellulose films prepared via agreen process. Green Chem, 11:177–84. https://doi.org/10.1039/B814721C
[29] Qi, H., Cai, J., Zhang, L. and Kuga, S., 2009. Properties of films composed of cellulose nanowhiskers and a cellulose matrix regenerated from alkali/urea solution. Biomacromolecules, 10:1597–602. DOI: 10.1021/bm9001975
[30] Yang, Q., Fukuzumi, H., Saito, T., Isogai A. and Zhang L., 2011. Transparent cellulose films with high gas barrier properties fabricated from aqueous alkali/urea solutions. Biomacromolecules, 12:2766–71. DOI: 10.1021/bm200766v