نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه پالایش زیستی، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، پردیس زیراب، دانشگاه شهید بهشتی، ایران

2 استادیار، گروه پالایش زیستی، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، پردیس زیراب، دانشگاه شهید بهشتی، ایران

10.22092/ijwpr.2023.363900.1763

چکیده

سابقه و هدف: در تولید خمیرکاغذ از موادی مانند هیپوکلریت سدیم، دی‌اکسید کلر، ازن، پروکسید هیدروژن و ... در فرایند رنگبری استفاده می­شود. بعلاوه، از مواد ذکرشده می‌توان به‌عنوان مواد اکسیدکننده و افزایش بار سطحی الیاف استفاده کرد که با حضور بر روی سطح الیاف در کاغذ نهایی می­تواند به مقاومت تر کاغذ کمک کند. ازاین‌رو، این تحقیق برای بررسی اثر اکسیداسیون الیاف با دو ماده پروکسید هیدروژن و هیپوکلریت سدیم بر ویژگی‌های خمیرکاغذهای NSSC و OCC به ترتیب به‌عنوان خمیرکاغذهای بکر و بازیافتی انجام شد.
مواد و روش‌ها: خمیرکاغذهای مورد نیاز این تحقیق، خمیرکاغذ NSSC به‌صورت رنگبری نشده و خمیرکاغذ OCC از کارخانه چوب و کاغذ مازندران تهیه گردید و درصد خشکی، درجه روانی اولیه و روشنی خمیرکاغذها اندازه­گیری شد. همچنین، مواد شیمیایی مورد نیاز همگی از درجه صنعتی استفاده شدند که پروکسید هیدروژن (به‌صورت مایع 52 درصد) از شرکت کلر پارس تبریز و هیپوکلریت سدیم (به‌صورت مایع 4/16 درصد) از شرکت کلران سمنان و سیلیکات سدیم از شرکت باوند شیمی قزوین، کاستیک (سود مایع) با درصد خلوص 47 برای رنگبری با پروکسید از پتروشیمی اروند آبادان و سود پرک­ (سود جامد) با درصد خلوص 90 برای رنگبری با هیپوکلریت از کلران پارس سمنان تهیه گردید. برای کنترل اثرهای تخریبی فلزات انتقالی، تمام خمیرکاغذها قبل از رنگبری، با 2/0% DTPA، در شرایط 2 درصد خشکی، زمان 30 دقیقه، دمای 90 درجه سلسیوس و 5/5-5pH=  تیمار شدند. در پایان این مرحله، خمیرکاغذها با آب مقطر به‌طور کامل شستشو داده شده و برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. برای اکسیداسیون هر دو نوع خمیرکاغذ با پروکسید هیدروژن از نسبت‌های 3،4 و 5 درصد و هیپوکلریت سدیم برای اکسیداسیون خمیرکاغذ NSSC از نسبت‌های ذکرشده (مشابه پروکسید) و برای خمیرکاغذ OCC از نسبت‌های 0،5، 1 و 1، 5 درصد هیپوکلریت استفاده شد. سپس ویژگی‌های ساختاری الیاف مانند درجه روانی، عدد کاپا، قابلیت نگهداری آب، گرانروی و گروه‌های کربوکسیل بررسی و در پایان خمیرکاغذها به‌وسیله طیف‌سنجی FT-I.R ارزیابی شدند.
نتایج: نتایج نشان داد با افزایش میزان مصرف هیپوکلریت، در خمیرکاغذ NSSC اکسید­شده درجه روانی افزایش یافته ولی در خمیرکاغذ OCC اکسید­شده روند درجه روانی کاهشی است. این موضوع در مورد استفاده از پروکسید حالت عکس را نشان می­دهد. همچنین، اکسیداسیون خمیرکاغذ توسط هیپوکلریت سدیم نسبت به پروکسید، باعث خروج مقدار لیگنین بیشتری شده است و از این نظر، اثرپذیری خمیرکاغذ OCC در مقایسه با خمیرکاغذ NSSC بیشتر بوده است. میزان نگهداری آب در الیاف خمیرکاغذ در تیمارهای خمیرکاغذ NSSC نسبت به خمیرکاغذ شاهد روند افزایشی داشته است و در مورد تیمارهای OCC نسبت به تیمار شاهد آن تغییر معنی­دار نداشته و تنها در یک مورد (OC-Na1) کاهش معنی­دار داشته است. با افزایش مصرف پروکسید در فرایند اکسیداسیون هر دو نوع خمیرکاغذ NSSC و OCC، با وجود افزایش میزان گرانروی، بین سطوح مختلف مصرف اختلاف معنی­داری وجود ندارد. بعلاوه، با افزایش سطح مصرف هیپوکلریت، روند افزایش معنی‌دار بین گرانروی خمیرکاغذهای ذکرشده مشاهده می‌شود. مقدار گروه‌های کربوکسیل خمیرکاغذهای تیمار شده با پروکسید در هر دو نوع خمیرکاغذ NSSC و OCC نسبت به نمونه شاهد افزایش یافت. اثرگذاری هیپوکلریت در مقایسه با پروکسید در ایجاد گروه‌های کربوکسیل در هر دو نوع خمیرکاغذ بیشتر بوده است. ارزیابی طیف‌سنجی FT-IR هم نشان می‌دهد که عملیات اکسیداسیون با پروکسید و هیپوکلریت باعث افزایش گروه‌های کربوکسیل بر روی هر دو نوع خمیرکاغذ نسبت به نمونه‌های شاهد شده است.
نتیجه‌ گیری: اثرگذاری هیپوکلریت در مقایسه با پروکسید در ایجاد گروه‌های کربوکسیل در هر دو نوع خمیر بیشتر بوده است، به‌طوری‌که به نظر می‌رسد افزایش گروه‌های کربوکسیل روی زنجیره سلولزی توسط پروکسید بیشتر بر روی C6 و توسط هیپوکلریت بیشتر بر روی C2 و C3 رخ داده است. عملیات اکسیداسیون با افزایش گروه‌های کربوکسیل و به‌دلیل ایجاد وزن مولکولی بالاتر باعث افزایش گرانروی خمیرکاغذها می­شود. بعلاوه، افزایش گروه‌های کربوکسیل به دلیل فعالیت شیمیایی بالاتر، قادر به جذب آب بالاتر و WRV بالاتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

 
-Barbosa, L.C.A., Maltha, C.R.A., Demuner, A.J., Cazal, C.M., Reis, E.L. and Colodette, J.L., 2013. A rapid method for quantification of carboxyl groups in cellulose pulp, BioResources. 8(1): 1043-1054.
-Buchert, J., Tenkanen, M. and Tamminen, T., 2001. Characterization of carboxylic acids during Kraft and Super-Batch Pulping. TAPPI Journal, 84 (4): 1-9.
-Carlsson, M., Stenman, D., Merényi, G. and Reitberger, T., 2005. The Carbonate Radical as One-Electron Oxidant of Carbohydrates in Alkaline media. Holzforschung, 59: 143–146.
-Chen, Y., Wan, J., Ma, Y., Dong, X., Wang, Y. and Huang, M., 2015. Fiber Properties of De-inked Old Newspaper Pulp after bleaching with Hydrogen Peroxide, BioResources 10(1): 1857-1868.
-Dence C.W. and Douglas W.R., 1996. Pulp Bleaching: Principles and Practice. Tappi Press, Atlanta, Georiga.
-Fellers, C. and Norman, B., (Eds.) 1998. Paper technology (3 ed.). Stockholm: Royal Institute of Technology.
-Filpponen I. and Argyropoulos D.S., 2008. Determination of Cellulose Reactivity by Using Phosphitylation and Quantitative 31P NMR Spectroscopy. Industrial & Engineering Chemistry Research, 47(22): 8906-8910.
-Fras L., Stana-Kleinschek K., Ribitsch V., Sfiligoj-Smole M. and Kreze T., 2002. Quantitative Determination of Carboxyl Groups in Cellulose by Complexometric Titration, Lenzinger Berichte, 81: 80-88.
-Jalalvand, S., kermanian, H., Ramezani, O., Rasooly Garmaroody, E. and Hejazi, S., 2016. Effect of pH in the hypochlorite bleaching on dissolving pulp   properties of Cotton Lintner. Journal of Forest and wood products, 69(2): 387-396. (In Persian).
-Jaschinski, T., Gunnars, S., Besemer, A.C., Bragd, P., Jetten, J.M., Van den Dool, R. and van Hartingsveldt, W., 1999. Europe Patent No. EP1155040B1.
-Ketola, H. and Andersson, T., 1999. Dry strength additives, 269–287. In Papermaking. Chemistry” Ed by Neimo L, Fapet Oy Helsinki, 329p.
-Kim, U.J., Kuga, S., Wada, M., Okano, T. and Kondo, T., 2000. Periodate Oxidation of Crystalline Cellulose. Biomacromolecules, 1(3): 488-492.
-Klemn D., Philipp B., Heinze T., Heinze U. and Wagenknecht W., 1998. Comprehensive Cellulose Chemistry Volume 2: Functionalization of Cellulose, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 390p.
-Li, M., Yina, J., Hua, L., Chen, S., Min, D., Wang, Sh. and Lu, L., 2020. Effect of hydrogen peroxide bleaching on anionic groups and structures of sulfonated chemo-mechanical pulp fibers, Colloids and Surfaces A, 585: 124068.
-Martinsson, A., Hasani, M. and Theliander, H., 2022. Physical properties of kraft pulp oxidized by hydrogen peroxide under mildly acidic conditions. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 2022; aop.
-Mirshokraee, S.A., 2008. Wood Chemistry, translated, Aeezh Press, Tehran, 208p.
-Mohkami M. and Talaeipour M., 2014. Investigation of the Chemical Structure of Carboxylated and Carboxymethylated Fibers from Waste Paper via XRD and FT-IR Analysis, Bioresources, 6(2): 1988-2003.
-Nikkhah Dafchahi, M. and Resalati, H., 2012. Evaluation of Pre-Hydrolyzed Soda-Aq Dissolving Pulp from Populus Deltoides Using an Oded Bleaching Sequence. BioResources,7(3): 3283-3292.
-Rasooly Garmaroody, E., Mohammadi, E., Jalali Torshizi, H. and Razzaghi A.A., 2015. Improvement in reactivity of alpha Cellulose pulp by Sono-chemical method. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 34(1): 59-68. (In Persian).
-Saito, T. and Isogai, A., 2005. A novel method to improve wet strength of paper. Tappi Journal, 4(3): 3-8.soda pulp bleached using totally chlorine free (TCF) method. Journal of Wood & Forest Science and Technology, Vol. 26 (3). (In Persian).
-Toven, K., 2003. Paper Properties and swelling Properties of ozone-based ECF bleached Softwood Kraft pulp. TAPPI Journal, 86 (2): 3-7.
-Tsuguyuki, S., Masayukim, H., Naoyuki, T. and Akira, I., 2010. Oxidation of bleached wood pulp by TEMPO/NaClO/NaClO2 system: effect of the oxidation conditions on carboxylate content and degree of polymerization. The Japan Wood Research Society, 56: 227–232.
-Vaysi, R., 2019. Investigating the optical and mechanical properties of bagasse
-Wuorimaa, A., Jokela, R. and Aksela, R., 2006. Recent developments in the stabilization of hydrogen peroxide bleaching of pulps: An overview. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 21(4): 435-443.
-Zhang, D., Pu, Y., Courchene, C.E., Chai, X.S. and Ragauskas, A., 2006. Total fiber charge of fully bleach SW Kraft pulps. A Comparative study. Journal of pulp and paper Science, 32(4): 231-237.
-Zheng, D., Elder, T. and Ragauskas, A.J., 2006. Influence of Kraft pulping on Carboxyl ate Content of Softwood Kraft Pulps. American Chemical Society, 45(13): 4509-4519.