نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، بخش تحقیقات علوم چوب و فراورده‌های آن، مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، تهران، ایران

2 دانشجوی دکتری، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

10.22092/ijwpr.2023.363105.1760

چکیده

سابقه و هدف: بازیافت کاغذ علاوه بر کاهش مصرف منابع مختلف مانند آب، انرژی و نیز چوب درختان در کشورهای مختلف، به­دلیل آلایندگی­ کمتر همواره رو به افزایش است. یکی از نقاط ضعف اصلی خمیرکاغذ کارتن کهنه، ویژگی­های مقاومتی آن است که سبب محدود شدن کاربرد آن در بخش­های مختلف صنعت بسته­بندی شده است. در این مطالعه، به بررسی تأثیر استفاده از مواد افزودنی برای بهبود ویژگی­های مقاومتی خمیرکاغذ کارتن کهنه در دو حالت تر و خشک به منظور ساخت کاغذ لاینر رویه کارتن پرداخته شده است.
مواد و روش ­ها: خمیرکاغذ کارتن کهنه از کارتن­های تولید داخل کشور تهیه شد. به منظور بررسی عملکرد و تعیین مقدار بهینه مواد افزودنی، ابتدا از نشاسته کاتیونی ذرت (با سطوح 1، 4/1 و 2 درصد)، رزین بهبوددهنده مقاومت تر کاغذ (با سطوح 1، 2 و 3 درصد)، AKD (با سطوح 1، 2 و 3 درصد) و خمیرکاغذ الیاف بلند بازیافتی لفاف چای وارداتی (با سطوح 10، 15 و 20 درصد) بر اساس وزن خشک خمیرکاغذ به‌عنوان مواد افزودنی و به‌صورت جداگانه به خمیرکاغذ کارتن کهنه استفاده شد و کاغذهای دست‌ساز آزمایشگاهی با جرم پایه 120 گرم بر مترمربع ساخته شد. برای مقایسه اثر مستقل افزودنی­ها، مقاومت کششی، مقاومت به ترکیدن و مقاومت به پاره شدن در دو حالت تر و خشک و مقدار جذب آب (کاپ) بر روی نمونه­های آزمونی اندازه­گیری شد. بر این اساس، سطح بهینه مواد افزودنی مشخص شد و بعد از تیمار ترکیب بهینه شامل خمیر کارتن کهنه و سطوح مناسب همه افزودنی­ها، کاغذهای دست­ساز ساخته شد و خواص مختلف آنها مقایسه آماری گردید.  
نتایج: مقدار جذب آب (کاب) کاغذهای دست­ساز با افزودن AKD، نسبت به نمونه تا حدود 90 درصد کاهش یافت و این افزودنی توانست مقدار جذب آب کاغذ دست­ساز تهیه شده از کارتن کنگره­ای کهنه را تا محدوده مناسبی (حدود 20 گرم بر مترمربع) کاهش دهد. بیشترین افزایش مقاومت کششی در حالت تر کاغذ با استفاده از 3 درصد رزین مقاومت تر نسبت به شاهد حاصل شد. این رزین مقاومت کششی، ترکیدن و پاره شدن باقیمانده در کاغذ بازیافتی را در حالت تر به­ترتیب در حدود 25، 46 و 58 درصد نسبت به حالت خشک حفظ کرده است و عملکرد مناسبی داشته است. نتایج نشان داد که با افزودن نشاسته کاتیونی و خمیرکاغذ الیاف بلند بازیافتی، همه مقاومت­­های کاغذ دست­ساز در حالت خشک نسبت به نمونه شاهد، به­صورت مستقل افزایش یافتند. تیمار ترکیب بهینه براساس نتایج حاصل از استفاده افزودنی­ها به­طور مستقل در خمیرکاغذ OCC، شامل استفاده از 1 درصد نشاسته کاتیونی، 1 درصد AKD و 3 درصد رزین مقاومت تر براساس ملاحظات فنی- اقتصادی انتخاب شد. استفاده از این تیمار باعث شد که میانگین مقاومت­های کششی و ترکیدن در حالت خشک کاغذهای دست­ساز، با افزودن 20 درصد خمیرکاغذ الیاف بلند بازیافتی اختلاف معنی­داری نداشته باشد و میانگین آنها در یک گروه آماری قرار بگیرد.
نتیجه­ گیری: استفاده از 20 درصد خمیرکاغذ الیاف بلند بازیافتی لفاف چای، موجب بهبود قابل ­توجه مقاومت­های خمیرکاغذ کارتن کهنه در حالت خشک شده است، اما افزودن 1 درصد نشاسته کاتیونی ذرت موجب بهبود ناچیزی در مقاومت­های خشک خمیرکاغذ کارتن کهنه شد. استفاده از 3 درصد رزین مقاومت تر نیز موجب بهبود معنی­دار مقاومت­های خمیرکاغذ کارتن کهنه در حالت تر شده است و افزودن 1 درصد AKD موجب کاهش معنی­دار جذب آب خمیرکاغذ کارتن کهنه تا حدود 14 گرم بر مترمربع شد. تیمار بهینه اختلاط افزودنی­های شیمیایی شامل 1 درصد نشاسته کاتیونی ذرت، 1 درصد AKD و 3 درصد رزین مقاومت تر برای بهبود مقاومت­های تر و خشک کاغذ لاینر ساخته شده از خمیرکاغذ کارتن کهنه برای استفاده برای بسته­بندی­ فراورده­های سردخانه­ای و فریزری توصیه می­شود.
 

کلیدواژه‌ها

موضوعات

-Ashori, A. and Nourbakhsh, A., 2008. A comparative study on mechanical properties and water absorption behavior of fiber‐reinforced polypropylene composites prepared by OCC fiber and aspen fiber. Polymer Composites, 29(5), pp.574-578.
-Bhardwaj, N.K., Kumar, S. and Bajpai, P.K., 2005. Effect of zeta potential on retention and drainage of secondary fibres. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 260(1-3), pp.245-250.
-Bhardwaj, S., Bhardwaj, N.K. and Negi, Y.S., 2016. Effect of chitosan and cationic starch as wet-end additives to enhance the strength properties of paperboard using OCC recycled pulp. IPPTA-The Official International Journal, 28(4), pp.164-172.
-Charani, P.R. and Moradian, M.H., 2019. Utilization of cellulose nanofibers and cationic polymers to improve breaking length of paper. Cellul Chem Technol, 53(7–8), pp.767-774.
-Chan, L.L., 1994. Wet-strength resins and their application. Tappi Pr.
-Chen, H., Yang, J., Hu, Z., Zheng, B., Sun, J., Wo, Q., Zeng, X., Qiu, X., Song, C. and Zhu, R., 2019. Effects of AKD sizing on the morphology and pore distribution properties of OCC fibers. Journal of Nanomaterials, pp.1-6.
-Dash, S. and Swain, S.K., 2013. Synthesis of thermal and chemical resistant oxygen barrier starch with reinforcement of nano silicon carbide. Carbohydrate polymers, 97(2), pp.758-763.
-Dunlop-Jones, N., 1997. Paper chemistry, second edition, Blackie academic & professional, London, UK. Chapter 7 Wet -strength chemistry, 265 p.
-Francolini, I., Galantini, L., Rea, F., Di Cosimo, C. and Di Cosimo, P., 2023. Polymeric Wet-Strength Agents in the Paper Industry: An Overview of Mechanisms and Current Challenges. International Journal of Molecular Sciences, 24(11), p.9268.
-Ghasemian, A. and Khalili, A., 2011. Principle and methods of paper recycle. Tehran. (In Persian)
-Grigoriev, V., Strengell, K., Virtanen, M. and Hietaniemi, M., 2012. Strength chemistry for board and tissue production: Scientific outlook and end applications.
-Grommers, H.E., Van der Krogt, D.A., Miller, J. and Whistler, R., 2009. Starch: Chemistry and Technology. Elsevier Inc, 511, p.539.
-Ghaffari, M., Ghasemian, A., Resalati, H. and Asadpour, G., 2012. Determination of the optimum use of cationic starch on the basis of the mechanical strengths of mixed OCC and virgin NSSC pulps. Iranian Journal of Wood and Paper Industries2(2), pp.121-133. (In Persian)
-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), pp.577-583.
-Hamzeh, Y., Najafi, S.M.H., Hubbe, M.A., Salehi, K. and Firouzabadi, M.R.D., 2012. Recycling potential of unbleached and bleached chemical pulps from juvenile and mature wood of Populus deltoides. 155-161.
-Karimi, L., Aryaie Monfared, M.H. and Afra, E., 2022. Influence of Cationic Starch and Nano-Wood addition on improving the Old Corrugated Containers (OCC) pulp properties. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 12(4), pp.481-493. (In Persian)
-Kirwan, M.J. ed., 2012. Handbook of paper and paperboard packaging technology. John Wiley & Sons.
-Khosravani, A., Asadollahzadeh, M., Rahmaninia, M., Bahramifar, N. and Azadfallah, M., 2016. The effect of external and internal application of organosilicon compounds on the hydrophobicity of recycled OCC paper. BioResources, 11(4), pp.8257-8268.
-Koubaa, A. and Koran, Z., 2018. Effect of press-drying parameters on paper properties. Pulp and paper processing, pp.87-107.
-Marcello, C. and Salam, A., 2023. A biobased synthesized N-hydroxymethyl starch-amide for enhancing the wet and dry strength of paper products. Carbohydrate Polymers, 299, p.120194.
-Mosavi, N., Nazarnezhad, N.A. and Zabihzadeh, M., 2013. Study of the Performance of the Cationic Startch of Potatoes and Wheat in Improving the Strength Properties of the Paper Produced from Old Corrugated Cartons. Forest and Wood Products66(1), pp.125-133.
-Schier, F., Morland, C., Dieter, M. and Weimar, H., 2021. Estimating supply and demand elasticities of dissolving pulp, lignocellulose-based chemical derivatives and textile fibres in an emerging forest-based bioeconomy. Forest Policy and Economics, 126, p.102422.
-Sharma, D., Kumar, V. and Sharma, P., 2020. Application, synthesis, and characterization of cationic galactomannan from ruderal species as a wet strength additive and flocculating agent. ACS omega, 5(39), pp.25240-25252.
-Soleimani, R., Asadpour,G, Resaleti, H., 2015. The effect of using cationic starch on increasing old corrugated container dewatering and strength properties, collection of papers of first national conference of wood and lignocellulosic materials, May, Gonbad Kavous University. (In Persian)
-Tajik, M., Torshizi, H.J., Resalati, H. and Hamzeh, Y., 2018. Effects of cationic starch in the presence of cellulose nanofibrils on structural, optical and strength properties of paper from soda bagasse pulp. Carbohydrate polymers, 194, pp.1-8.
-Lindström, T., Wågberg, L. and Larsson, T., 2005, September. 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 (Vol. 1, pp. 457-562). Cambridge, UK: The Pulp and Paper Fundamental Research Society.
-Siqueira, E.J., 2012. Polyamidoamine epichlorohydrin-based papers: mechanisms of wet strength development and paper repulping (Doctoral dissertation, Grenoble).
-Varshoei, A., Javid, E., Rahmaninia, M. and Rahmany, F., 2013. The performance of alkylketene dimer (AKD) for the internal sizing of recycled OCC pulp. Lignocellulose Journal2(1), pp.316-326.
-Yadollahi, R., Hamzeh, Y., Mahdavi, H. and Pourmousa, S., 2015. Influence of Glyoxylated Polyacrylamide on Dry and Wet Web Strengths of Paper.
-Yang, W., Ding, Y., Liang, J., Li, C., Bian, H., Dai, H. and Hu, C., 2023. Constructing carboxymethyl cellulose-metal ion crosslinked networks in old corrugated recycled paper enhances its strength and wet stability. Cellulose, pp.1-13.
-Yoon, S.Y. and Deng, Y., 2006. Clay–starch composites and their application in papermaking. Journal of Applied Polymer Science, 100(2), pp.1032-1038.