آب گریز کردن کاغذ با استفاده از ترکیبات ارگانوسیلان و نانوذرات دی اکسید تیتانیوم با روش لایه به لایه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

2 استادیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

3 استادیار، گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی و علوم دریایی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، ایران

چکیده

استفاده از کاغذ‌‌ به‌عنوان ماده بسته‌بندی و توسعه برنامه‌های کاربردی تکنولوژیکی بر‌روی بسترهای کاغذی تا حد زیادی به کنترل خواص آب‌دوستی الیاف سلولزی و بهبود خواص دفع آب آن بستگی دارد. لذا تحقیق حاضر با هدف توسعه سطوح آب‌گریز در الیاف ‌سلولزی با روش لایه به لایه و با حفظ و بهبود همزمان خواص‌فیزیکی شبکه کاغذ انجام شد. لایه‌نشانی توسط نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم و پلی‌آکریلیک‌اسید به ترتیب به عنوان لایه کاتیونی و آنیونی به تعداد 3،5 و 7 لایه و با استفاده از زایکوسیل و فلوئوروآلکیل‌سیلان در آخرین لایه روی الیاف خمیرکاغذ رنگبری‌نشده کرافت پهن-برگان انجام شد. سپس با استفاده از این الیاف سلولزی اصلاح‌شده کاغذهای دست‌ساز ساخته شد. ویژگی‌های زبری و زاویه تماس به منظور ارزیابی اثرات آب‌گریزی لایه‌ها اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد که میزان زبری با افزایش تعداد لایه‌ها افزایش یافته است. زاویه تماس آنی نیز با افزایش تعداد لایه‌های جذب‌شده افزایش یافته است و در لایه هفتم به مقدار تقریبی 110 درجه رسیده است. همچنین با افزایش لایه‌ها، زاویه تماس دینامیکی نیز با تاخیر بیشتر دچار افت شد. استفاده از فلوئورو‌سیلان به عنوان لایه هشتم در مقایسه با نانو زایکوسیل تاثیر بیشتری در کاهش انرژی سطحی نشان داد. زاویه‌تماس آنی کاغذ تیمار شده با نانو زایکوسیل حدود 125 درجه اندازه‌گیری شد که بعد از گذشت تنها 30 ثانیه این مقدار با یک افت چشمگیر به 48 درجه رسید. با این وجود کاغذ اصلاح شده با فلوئوروسیلان در همین مدت‌زمان زاویه-تماس 140 درجه را نشان داد. علاوه بر این، تصاویر میکروسکوپ الکترونی (SEM)تهیه‌شده از سطح کاغذ وجود نانوذرات دی‌اکسیدتیتانیوم را در سطح الیاف ثابت کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


-Barthlott, W., and Neinhuis, C., 1997. Hydrophobic surface allows self-cleaning: sacred lotus - asknature. purity of the sacred lotus, or escape from contamination in biological surfaces. Planta, 202(1): 1-8.

-Goto, T.E., Sakai, A., Iost, R.M., Silva, W.C., Crespilho, F.N., Péresa, L.O., and Caseli, L, 2013. Langmuir-blodgett films based on poly(p-phenylene vinylene) and protein-stabilised palladium nanoparticles: implications in luminescent and conducting properties. Thin Solid Films, 540: 202–207.

-Huang, L.H., Chen, K.F., Lin, C.X., Yang, R.D., and Gerhardt, R.A, 2011. Fabrication and characterization of superhydrophobic high opacity paper with titanium dioxide nanoparticles. J Mater Sci. Journal of Materials Science, 46(8): 2600-2605.

-Khosravani A., Asadollahzadeh M.T. Rahmaninia M., Baramifar N., and Azadfallah M., 2016. The effect of external and internal application of organosilicon compound on hydrophobicity of recycled OCC paper. BioResources, 11(4):8257- 8268.

 -Lee, S., Youn, H.J., Sim, K.J., and Lee, H.L., 2010. Hydrophobisation of pulp fiber with multilayering of saponified rosin and PAH.International Conference on Nanotechnology for the forest Products Industry.Dept.of Forest Sciences, Seoul National University. 1-43.

-Lindström, T., 2009. Sizing, In: Paper Chemistry and Technology (Edited by Monica Ek, Göran Gellerstedt, Gunnar Henriksson), Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, 10785 Berlin, pp. 276-318.

-Modaressi, H., and Garnier, G., 2002. Mechanism of Wetting and Absorption of Water Droplets on Sized Paper:  Effects of Chemical and Physical Heterogeneity. Langmuir, 2002, 18 (3): 642–649.

-Moutinho, I., Figueiredo, M., and Ferreira, P., 2007. Evaluating the surface energy of laboratory-made paper sheets by contact angle measurements.TAPPI Journal, 6(6):26-32.

-Ogawa, T., Ding, B., Sone, Y., and Shiratori, S, 2007. Super-hydrophobic surfaces of layer-by-layer structured film-coated electrospun nanofibrous membranes. Nanotechnology, 18(16): 1-8.

-Otten, A., and Herminghaus, S., 2004. How plants keep dry:  A physicist's point of view. Langmuir, 20(6): 2405-2408.

-Ou, R., Zhang, J., Deng, Y., and Ragauskas, A.J, 2007.  Polymer clay self-assembly complexes on paper. Journal of Applied Polymer Science, 105(4): 1987-1992.

-Song, J., and Rojas, O.J., 2013. Approaching super-hydrophobicity from cellulosic materials: A Review. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 28(2): 1-23.

-Teisala, H., Tuominen, M., and Kuusipalo, J., 2014.Superhydrophobic Coatings on Cellulose-Based Materials: Fabrication, Properties, and Applications. Journal of Advanced Material Interfaces, 1(1): 1-20.

-Verplanck, N., Coffinier, Y., Thomy, V., and Boukherroub, R, 2007. Wettability switching techniques on superhydrophobic surfaces. Invited Nano Review for Nanoscale Research Letters, 2(12): 577-596.

-Wågberg, L., Forsberg, S., Johansson, A., and Juntti, P, 2002. Engineering of fibre surface properties by application of the polyelectrolyte multilayer concept. Part I. Modification of paper strength. Journal of Pulp and Paper Science, 28(7): 222-228.

-Yuan, Y., and Lee, T.R., 2013. Contact angle and wetting properties, In: Surface Science Techniques (Volume 51), Bracco G. and Holst B. (eds.), Springer-Verlag, Berlin, Germany, pp. 3-34.