نوع مقاله : خمیر کاغذ و کاغذ

نویسندگان

• شقایق رضانژاد ¹
• نورالدین نظرنژاد ²
• حسین رسالتی ³
• سید مجید ذبیح‌زاده ⁴

¹ فارغ التحصیل دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

² دانشیار، گروه صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران

³ استاد گروه صنایع خمیروکاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. دانشکده مهندسی چوب و کاغذ- گروه صنایع خمیروکاغذ

⁴ گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

سابقه و هدف: کربوکسی متیل سلولز جزو مشتقات اتری سلولز محسوب می‌شود و به‌طور گسترده‌ای در صنایع مختلف به کار می-رود. این ماده یکی از مهم‌ترین و پرکاربردترین مشتقات سلولزی است که به دلیل دارا بودن گروه‌های کربوکسی متیل و هیدروکسیل به عنوان بستر تولید مواد مرکب در پژوهش‌های زیادی مورد توجه قرار گرفته است. می‌توان از کربوکسی متیل سلولز به عنوان بستر جهت تولید ترکیبات مغناطیسی سلولز نیز بهره برد. مواد مغناطیسی مانند اکسید آهن قادر به تشکیل پیوندهای مؤثری با گروه‌های هیدروکسیل موجود در کربوکسی متیل سلولز و تولید کامپوزیت مغناطیسی با ویژگی زیست تخریب‌پذیری هستند. هدف از این پژوهش، ساخت و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوشش‌دهی آن روی سطح کاغذ می‌باشد.

مواد و روش‌ها: در این پژوهش جهت تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی از کربوکسی متیل سلولز به عنوان بستر استفاده شد. از فرآیند سنتز درجا، جهت تولید کامپوزیت زیستی استفاده شد. در این فرآیند نمک‌های آهن (4 و 6 آبه) و کربوکسی متیل سلولز در محیط آبی و در محیط نیتروژن با هم مخلوط شدند، سپس با افزودن هیدروکسید آمونیوم تا pH 11، ذرات اکسید آهن (مگنتیت) روی کربوکسی متیل سلولز تشکیل شد. جهت تکمیل واکنش‌ها و بازدهی تولید بیشتر ذرات مغناطیسی، مواد به مدت 1 ساعت در دمای 40 درجه سانتی‌گراد در حمام آب گرم همزده شد. با استفاده از الیاف کرافت تجاری کاغذ دست‌ساز 5 ± 120 گرمی تهیه گردید و سپس با کامپوزیت زیستی مغناطیسی پوشش داده شد. مواد مغناطیسی سنتز شده و کاغذ پوشش داده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی با پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه ذرات مغناطیسی اکسید آهن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ریخت‌شناسی و ویژگی‌های سطحی ذرات مغناطیسی، کامپوزیت زیستی مغناطیسی، الیاف و کاغذ پوشش داده شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. ویژگی مغناطیسی نمونه‌ها با دستگاه مغناطیس‌سنج ارتعاشی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین ویژگی‌های مقاومتی کاغذ پوشش داده شده، با آزمون‌های مقاومت کششی، مقاومت به پاره شدن، جذب آب و مقاومت به عبور هوا بررسی شد.

نتایج: نتایج آزمون مغناطیسی نشان داد که در فاز اول، کامپوزیت زیستی‌ مغناطیسی با موفقیت آماده‌سازی شد و نمونه‌‌ خاصیت فرا پارا مغناطیس از خود نشان داد. بالاترین مقدار اشباع مغناطیسی در نمونه اکسید آهن حدود emu/g 25 بود. همچنین کامپوزیت زیستی‌ مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز، اشباع مغناطیسی حدود emu/g 4 داشت. نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپی اکسید آهن، شکل ظاهری آن را به صورت ساختار مکعبی شکل یکنواخت نشان داد. شکل‌گیری این ساختار به دلیل تجمع ذرات با یکدیگر است. بعلاوه درگیری مکانیکی و اتصال کامپوزیت زیستی مغناطیسی با کاغذ مشاهده گردید. همچنین بررسی میکروسکوپی اندازه ذرات نشان داد که بیشترین فراوانی اندازه ذرات، 45 نانومتر می‌باشد. نتایج بررسی ویژگی‌های مقاومتی کاغذ نشان داد که پوشش‌دهی با ماده مغناطیسی سبب کاهش شاخص مقاومت به پارگی و کشش شد. مقاومت به عبور هوا در نمونه‌های کاغذهای پوشش داده شده در مقایسه با نمونه شاهد افزایش نشان داد. بر اساس نتایج مربوط به آزمون کاب (جذب آب)، کمترین میزان جذب آب مربوط به نمونه کاغذ پوشیده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز می‌باشد. در الگوی پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه اکسید آهن، پنج پیک مهم در زوایای 2 تتای 35، 41، 50، 67 و 74 درجه ظاهر شد که مربوط به ماده اکسید آهن می‌باشند.

نتیجه‌گیری: هدف از این تحقیق، ایجاد و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوشش‌دهی آن روی سطح کاغذ می‌باشد. لذا آزمایشات در 2 مرحله انجام شد. در مرحله اول کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز با فرآیند سنتز درجا با نمک‌های آهن تولید شد. در فاز دوم با استفاده از الیاف تجاری کرافت، کاغذ دست‌ساز تهیه و پوشش‌دهی شد. نتایج حاصل از آزمون نمونه‌های تهیه شده نشان داد که تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی با موفقیت انجام شد. همچنین کاغذ پوشش داده شده با این ماده دارای خاصیت مغناطیسی می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

• ک کاغذ مغناطیسی
• پوشش‌دهی
• کامپوزیت زیستی مغناطیسی
• کربوکسی متیل سلولز

موضوعات

• نانو کامپوزیت