غوطه‌وری کاغذ در موم‌زنبور‌عسل امولسیون‌شده با روش اولتراسونیک و بررسی تأثیر آن بر ویژگی‌های کاغذ

اکبری, مقدسه; افرا, الیاس; دهقانی فیروزآبادی, محمد رضا; ذبیح‌زاده, سید مجید

doi:10.22092/ijwpr.2024.366132.1775

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ دانشجوی دکتری، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

² دانشیار، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران

³ دانشیار، گروه صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

10.22092/ijwpr.2024.366132.1775

چکیده

سابقه و هدف: بسته بندی های پلاستیکی، به عنوان یکی از مهم‌ترین منابع ایجاد مشکلات زیست محیطی به دلیل تجزیه کند آن محسوب میشود. برای حل این مسئله، مواد زیستی به دلیل تجزیه سریع و تجدیدپذیری توجه زیادی را به خود جلب کرده اند. در این زمینه، استفاده از الیاف سلولزی در بسته بندی بر پلاستیک ترجیح داده می شود. بااین‌حال، چالش اصلی استفاده از الیاف سلولزی در تولید بسته بندی، مقاومت ضعیف آن در برابر آب است. این مسئله را می توان با یک پوشش زیستی مناسب بهبود داد که الهام بخش مطالعه فعلی است. هدف از این مطالعه، استفاده از یک روش ساده برای تهیه کاغذ آبگریز با پلیمر زیستی بود که سازگار با محیط زیست است.
مواد و روش ها: ماده اولیه مورد استفاده برای تهیه کاغذهای دست ساز، خمیر کرافت سوزنی برگان رنگبری شده تهیه شده از کارخانه کاغذ پارس بوده است. درجه روانی خمیرکاغذ با پالایش از 750 میلی‌لیتر CSF به 350 میلی‌لیتر CSF کاهش یافت. برای تقویت ویژگیهای مقاومتی، الیاف با کربوکسی متیل سلولز (CMC) در حضور الکترولیت (CaCl₂) تیمار شد. سوسپانسیونی از الیاف سلولزی تیمار نشده (70 درصد) (LF) و تیمار شده باCMC (30 درصد) (MLF)، برای تهیه کاغذ دست ساز با گرماژ g/m² 60 استفاده شد. برای تهیه امولسیون، موم زنبورعسل با غلظت های مختلف (1، 5، 10، 15 و 20 درصد) در آب گرم ذوب شد، سپس با استفاده از اولتراسونیک به مدت 9 دقیقه با دامنه 100، در آب پراکنده گردید. این کاغذها در هوا خشک شده بود و در غلظت های مختلف امولسیون موم زنبورعسل غوطه ور شدند و بعد در دماهای مختلف (25، 60، 70، 80 و 90 درجه سانتی‌گراد) تحت تیمار حرارتی قرار گرفتند. اثر تیمار حرارتی بر کارایی موم زنبورعسل، با اندازه گیری زمان جذب آب و زاویه تماس آب برای تمامی این تیمارها بررسی شد. 70 درجه سانتی‌گراد به‌عنوان دمای بهینه شناسایی شد. مرحله بعد ارزیابی تأثیر غلظت های مختلف موم زنبورعسل بر ویژگی هایی مانند جذب آب (کاب)، ضخامت، گراماژ، شاخص مقاومت به کشش، درجه روشنی و ماتی است.
نتایج: در مقایسه با کاغذهای تیمار نشده، زمان جذب آب و زاویه تماس آب تمام کاغذهای تیمار شده با غلظت های مختلف موم زنبورعسل در دماهای متفاوت (25، 60، 70، 80 و 90 درجه سانتی‌گراد) به طور قابل توجهی افزایش ‌یافته است. زاویه تماس کاغذهای دست ساز تیمار شده با موم زنبورعسل با افزایش دمای تیمار حرارتی، به طور قابل توجهی افزایش یافت. بیشترین زاویه تماس آب از کاغذهای دست ساز غوط هور شده در 20 درصد موم زنبورعسل و در دمای تیمار حرارتی 70 درجه سانتی‌گراد به‌دست‌آمده است. باوجوداین، افزایش بیشتر دمای بیش از 70 درجه سانتی‌گراد، زاویه تماس آب نمونه های کاغذ به طور قابل توجهی تحت تأثیر قرار نگرفته اند. جذب آب در کاغذهای LF و MLF به ترتیب g/m² 65/96 و g/m² 7/96 بوده است. تیمار با موم زنبورعسل جذب آب را در مقایسه با تیمار شاهد در تمامی غلظت ها کاهش داده است. پوشش دهی کاغذ ضخامت و گرماژ کاغذ را افزایش داد که با غلظت بیشتر امولسیون موم زنبورعسل، این افزایش روند صعودی داشته است. شاخص مقاومت کششی پس از استفاده از الیاف اصلاح شده با CMC، در مقایسه با کاغذ LF، افزایش ‌یافته است اما پوشش دهی با امولسیون موم زنبورعسل شاخص مقاومت کششی کاغذ را کاهش داد. تیمار MLF و کاغذهای پوشش دهی شده با موم زنبورعسل، در مقایسه با LF، درجه روشنی بیشتری داشتند. غوطه وری کاغذ در موم زنبورعسل کمی ماتی را کاهش داد اما این تغییر به لحاظ آماری معنی دار نبوده است.
نتیجه گیری: نتایج نشان داد که ویژگی های ممانعتی در نمونه های پوشش داده شده با موم زنبورعسل در مقایسه با نمونه شاهد بهبود یافته است. این مطالعه تولید کارآمد، ساده و مقرون به‌صرفه کاغذ آبگریز را به‌عنوان یک ماده زیست تخریب پذیر نشان می‌دهد. یکی از مزایای اصلی این روش، عدم وجود مواد شیمیایی حاوی فلور یا حلال‌های آلی در آماده سازی است که آن را برای کاربردهای صنعتی مناسب می‌کند و الزامات توسعه پایدار را از طریق استفاده از مواد سبز برآورده می‌کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

خمیر کاغذ و کاغذ

مراجع

-Al-Shehri, B.M., Haddadi, T.M., Alasmari, E., Ghramh, H.A., Khan, K.A., Mohammed, M.E.A. & Khayyat, M.M., 2022. Effect of storage time and floral origin on the physicochemical properties of beeswax and the possibility of using it as a phase changing material in the thermal storage energy technology. Foods, 11(23), 3920.‏

-Andersson, C., 2008. New ways to enhance the functionality of paperboard by surface treatment–a review. Packaging Technology and Science: An International Journal, 21(6), 339-373.‏

-Basta, A.H., Khwaldia, K., Aloui, H. & El-Saied, H., 2015. Enhancing the performance of carboxymethyl cellulose by chitosan in producing barrier coated paper sheets. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 30(4), 617-625.‏

-Bian, P., Dai, Y., Qian, X., Chen, W., Yu, H., Li, J. & Shen, J., 2014. A process of converting cellulosic fibers to a superhydrophobic fiber product by internal and surface applications of calcium carbonate in combination with bio-wax post-treatment. Rsc Advances, 4(95), 52680-52685.‏

-Chowdhury, P., Gupta, P., Kumar, M., Bajpai, P.K. & Varadhan, R., 2005. Study on Improving the Opacity of Paper Using Adjunct Filler Pigments. IPPTA, 17(3), 57

-Chungsiriporn, J., Khunthongkaew, P., Wongnoipla, Y., Sopajarn, A., Karrila, S. & Iewkittayakorn, J., 2022. Fibrous packaging paper made of oil palm fiber with beeswax-chitosan solution to improve water resistance. Industrial Crops and Products, 177, 114541.‏

-Darband, G.B., Aliofkhazraei, M., Khorsand, S., Sokhanvar, S. & Kaboli, A., 2020. Science and engineering of superhydrophobic surfaces: review of corrosion resistance, chemical and mechanical stability. Arabian Journal of Chemistry, 13(1), 1763-1802.‏

-Diggle, A. & Walker, T.R., 2020. Implementation of harmonized Extended Producer Responsibility strategies to incentivize recovery of single-use plastic packaging waste in Canada. Waste Management, 110, 20-23.‏

-Ding, R., Tong, L. & Zhang, W., 2021. Microplastics in freshwater environments: sources, fates and toxicity. Water, Air, & Soil Pollution, 232, 1-19.‏

-Diyana, Z.N., Jumaidin, R., Selamat, M.Z. & Suan, M.S.M., 2021. Thermoplastic starch/beeswax blend: Characterization on thermal mechanical and moisture absorption properties. International journal of biological macromolecules, 190, 224-232.‏

-Du, Y.F., Zang, Y.H., Liu, S.F. & Xu, Y., 2011. The influence of CMC on paper coating properties. Advanced materials research, 236, 1391-1395.‏

-Forsman, N., Johansson, L.S., Koivula, H., Tuure, M., Kääriäinen, P. & Österberg, M., 2020. Open coating with natural wax particles enables scalable, non-toxic hydrophobation of cellulose-based textiles. Carbohydrate polymers, 227, 115363.

-He, Y., Li, H., Fei, X. & Peng, L., 2021. Carboxymethyl cellulose/cellulose nanocrystals immobilized silver nanoparticles as an effective coating to improve barrier and antibacterial properties of paper for food packaging applications. Carbohydrate polymers, 252, 117156.‏

-Hendrawati, N., Wibowo, A.A., Chrisnandari, R.D. & Adawiyah, R., 2021. Biodegradable foam tray based on sago starch with beeswax as coating agent. In IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (Vol. 1073, No. 1, p. 012006). IOP Publishing.‏

-Iewkittayakorn, J., Khunthongkaew, P., Wongnoipla, Y., Kaewtatip, K., Suybangdum, P. & Sopajarn, A., 2020. Biodegradable plates made of pineapple leaf pulp with biocoatings to improve water resistance. Journal of Materials Research and Technology, 9(3), 5056-5066.‏

-Jiang, X., Li, Q., Li, X., Meng, Y., Ling, Z., Ji, Z., & Chen, F., 2022. Preparation and characterization of degradable cellulose− based paper with superhydrophobic, antibacterial, and barrier properties for food packaging. International Journal of Molecular Sciences, 23(19), 11158.‏

-Khwaldia, K., 2010. Water vapor barrier and mechanical properties of paper‐sodium caseinate and paper‐sodium caseinate‐paraffin wax films. Journal of Food Biochemistry, 34(5), 998-1013.‏

-Khwaldia, K., Arab‐Tehrany, E. & Desobry, S., 2010. Biopolymer coatings on paper packaging materials. Comprehensive reviews in food science and food safety, 9(1), 82-91.‏

-Laine, J. & Lindström, T., 2000. Studies on topochemical modification of cellulosic fibres: Part 1. Chemical conditions for the attachment of carboxymethyl cellulose onto fibres. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 15(5), 520-526.‏

-Li, H., He, Y., Yang, J., Wang, X., Lan, T. & Peng, L., 2019a. Fabrication of food-safe superhydrophobic cellulose paper with improved moisture and air barrier properties. Carbohydrate polymers, 211, 22-30

-Li, H., Wang, X., He, Y. & Peng, L., 2019b. Facile preparation of fluorine-free superhydrophobic/ superoleophilic paper via layer-by-layer deposition for self-cleaning and oil/water separation. Cellulose, 26, 2055-2074

-Li, H., Yang, J., Li, P., Lan, T. & Peng, L., 2017. A facile method for preparation superhydrophobic paper with enhanced physical strength and moisture-proofing property. Carbohydrate polymers, 160, 9-17.‏

-Liu, K., Liang, H., Nasrallah, J., Chen, L., Huang, L. & Ni, Y., 2016. Preparation of the CNC/Ag/beeswax composites for enhancing antibacterial and water resistance properties of paper. Carbohydrate polymers, 142, 183-188.‏

-Liu, Y., Ma, Y., Feng, T., Luo, J., Sameen, D.E., Hossen, M.A. & Qin, W., 2021. Development and characterization of aldehyde-sensitive cellulose/ chitosan/beeswax colorimetric papers for monitoring kiwifruit maturity. International Journal of Biological Macromolecules, 187, 566-574.‏

-Marzbani, P., Azadfallah, M., Yousefzadeh, M., Najafi, F., Pourbabaee, A.A., Koivula, H. & Ritala, M., 2021. Effect of polyethylene wax/soy protein-based dispersion barrier coating on the physical, mechanical, and barrier characteristics of paperboards. Journal of Coatings Technology and Research, 18, 247-257.‏

-Monedero, F.M., Fabra, M.J., Talens, P. & Chiralt, A., 2009. Effect of oleic acid–beeswax mixtures on mechanical, optical and water barrier properties of soy protein isolate based films. Journal of Food Engineering, 91(4), 509-515.‏

-Mousavipazhouh, H., Azadfallah, M. & Jouybari, I.R., 2018. Encapsulation of precipitated calcium

carbonate fillers using carboxymethyl cellulose/polyaluminium chloride: Preparation and its influence on mechanical and optical properties of paper. Maderas. Ciencia y tecnología, 20(4), 703-714.‏

-Strand, A., Sundberg, A., Retulainen, E., Salminen, K., Oksanen, A., Kouko, J. & Rojas, O., 2017. The effect of chemical additives on the strength, stiffness and elongation potential of paper. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 32(3), 324-335.‏

-Vaithanomsat, P., Kongsin, K., Trakunjae, C., Boonyarit, J., Jarerat, A., Sudesh, K. & Chollakup, R., 2021. Biosynthesized Poly (3-Hydroxybutyrate) on coated pineapple leaf fiber papers for biodegradable packaging application. Polymers, 13(11), 1733.‏

-Yun, T., Tao, Y., Li, Q., Cheng, Y., Lu, J., Lv, Y. & Wang, H., 2023. Superhydrophobic modification of cellulosic paper-based materials: Fabrication, properties, and versatile applications. Carbohydrate Polymers, 305, 120570.‏

-Zhang, W., Lu, P., Qian, L., & Xiao, H. (2014). Fabrication of superhydrophobic paper surface via wax mixture coating. Chemical Engineering Journal, 250, 431-436.‏

-Zhang, W., Xiao, H. & Qian, L., 2014. Beeswax–chitosan emulsion coated paper with enhanced water vapor barrier efficiency. Applied Surface Science, 300, 80-85.‏

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

غوطه‌وری کاغذ در موم‌زنبور‌عسل امولسیون‌شده با روش اولتراسونیک و بررسی تأثیر آن بر ویژگی‌های کاغذ

مراجع

مراجع

دوره 39، شماره 4 - شماره پیاپی 89
دی 1403
صفحه 257-271

غوطه‌وری کاغذ در موم‌زنبور‌عسل امولسیون‌شده با روش اولتراسونیک و بررسی تأثیر آن بر ویژگی‌های کاغذ

مراجع

مراجع

دوره 39، شماره 4 - شماره پیاپی 89دی 1403صفحه 257-271

دوره 39، شماره 4 - شماره پیاپی 89
دی 1403
صفحه 257-271