نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشیار، گروه مهندسی چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران
2 استادیار، گروه صنایع چوب، دانشگاه فنی و حرفه‌ای، تهران، ایران
3 استادیار، پژوهشکده شیمی و پتروشیمی، گروه پژوهشی بسته‌بندی و سلولزی، پژوهشگاه استاندارد، کرج، ایران
چکیده
سابقه و هدف: بازیافت کاغذ باطله به عنوان یک صنعت در ایران و جهان رشد کرده است و به محیط‌زیست و انسان‌ها مزایای زیادی ارائه می‌دهد. زباله‌های شهری نیز پس از فرایندهای بازیافت دوباره استفاده می‌شوند. صنعت بازیافت مقوا اهمیت زیست‌محیطی و اقتصادی زیادی دارد و با کمبود منابع چوبی و تقاضای بالا برای محصولات کاغذی، نقش مهمی در توسعه صنایع مرتبط با کاغذ ایفا می‌کند. بااین‌حال، بازیافت می‌تواند با کاهش ویژگی‌های نوری کاغذ همراه باشد. استفاده از نانوذرات در صنعت کاغذسازی نیز روز به‌روز در حال گسترش است. نانوسیلیکا یکی از مهمترین نانوذرات است که به‌عنوان ماده کمک نگه‌دارنده در صنعت کاغذسازی استفاده می‌شود. به منظور کاهش مصرف الیاف بلند و به‌دست‌آوردن ویژگی‌های نوری مطلوب، استفاده از نانوسیلیکا به‌تنهایی یا در ترکیب با مواد دیگر مانند نشاسته کاتیونی و پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی بررسی می‌شود. هدف از این پژوهش، مقایسه تأثیر استفاده مجزا و ترکیبی از افزودنی‌های نانوسیلیکا، پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی، نشاسته کاتیونی و الیاف بلند بر خواص نوری خمیرکاغذ لاینر سفید است.
مواد و روشها: در این مطالعه، برای تهیه کاغذهای دست‌ساز از خمیرکاغذ سفید با روشنی حداقل 78 درصد و براقیت حداقل 45 درصد استفاده شد. خمیرکاغذ شیمیایی الیاف بلند از کرافت سوزنی وارداتی از روسیه با درجه روشنی 89 درصد در آزمایشگاه استفاده گردید. برای افزودنی‌ها، از پودر نانوسیلیس (NanoSiO2) تولیدشده توسط شرکت Degussa آلمان، پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی با نام تجاری Farinret K325 تولید شرکت Degussa آلمان و نشاسته کاتیونی از شرکت LyckebyAmylex اسلواکی استفاده شد. تیمارهای مستقل شامل افزودن 10 درصد خمیرکاغذ الیاف بلند پالایش شده، 6 درصد نانوسیلیس، 5/1 درصد نشاسته کاتیونی و 15/0 درصد پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی و تیمارهای ترکیبی شامل 6 درصد نانوسیلیس و 5/1 درصد نشاسته کاتیونی و 6 درصد نانوسیلیس و 15/0 درصد پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی بود. سپس کاغذهای دست‌ساز 127 گرمی تهیه شده و خواص نوری و میکروسکوپی آنها ارزیابی شد.
نتایج: نتایج نشان داد که با افزودن 10% الیاف بلند، روشنی کاهش یافت و با استفاده از 6% نانوسیلیکا، روشنی بیشینه حاصل شد. همچنین، سفیدی کاغذها با 6% نانوسیلیکا کمینه و با 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی بیشینه بود. ماتی بیشترین مقدار خود را با ترکیب 6% نانوسیلیکا و 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی نشان داد. همچنین، با افزایش میزان پلی آکریل آمید و نشاسته کاتیونی، به‌صورت جداگانه یا ترکیبی با نانوسیلیکا، ماتی افزایش یافت. ضریب جذب نور در کاغذهای دارای 6% نانوسیلیکا کمینه و ضریب پخش نور در کاغذهای حاوی 6% نانوسیلیکا و 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی بیشینه بود. از دستگاه رنگ‌سنج برای اندازه‌گیری مؤلفه‌های رنگ استفاده شد و نتایج نشان داد که افزودنی‌ها تأثیری در روشنی و سفیدی کاغذها داشتند. همچنین، تغییرات در طیف رنگی و میزان تغییر رنگ نیز مشاهده شد. افزودنی‌ها موجب افزایش تیرگی و تغییرات در رنگ‌های مختلف شدند.
نتیجهگیری: استفاده از نانوسیلیکا به‌صورت مجزا و در ترکیب با نشاسته و پلی آکریل آمید کاتیونی، باعث افزایش روشنی کاغذها می‌شود. همچنین، استفاده از پلی آکریل آمید کاتیونی به‌صورت مجزا و در ترکیب با نانوسیلیکا، منجر به افزایش سفیدی و ماتی کاغذها می‌شود. عامل روشنی کاغذها که با نماینده مؤلفه L* است، به استثنای افزودن 10% الیاف بلند و 6% نانوسیلیکا، کاهش یافت. میزان تغییر رنگ کلی نیز با ∆E*، در نمونه‌هایی که 5/1% نشاسته کاتیونی داشتند، کمترین و در نمونه‌هایی که 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی داشتند، بیشترین مقدار را داشت. استفاده از برخی تیمارها می‌تواند منجر به کاهش خواص نوری و کاهش کیفیت چاپ‌پذیری لاینر سفید شود که برای رفع این مشکل می‌توان از خمیرکاغذ مکانیکی رنگبری‌شده یا اندود سطح کاغذ استفاده کرد. حضور ذرات نانوسیلیکا در ساختار کاغذ، باعث بهبود سطح پیوند و کاهش خلل و فرج می‌شود که درنتیجه به کاهش ناهمواری سطح و شکست کمتر نور منجر می‌شود و باعث افزایش انعکاس نور و روشنی کاغذ می‌گردد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
)