اصلاح الیاف خمیرکاغذ کرافت به روش اکسیداسیون اسیدی

صدفی اردجانی, آرمان; رسولی گرمارودی, اسماعیل; قربان نزاد سرخکلایی, پیام

doi:10.22092/ijwpr.2025.367997.1790

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

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

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

10.22092/ijwpr.2025.367997.1790

چکیده

سابقه و هدف: الیاف سلولزی به دلیـل داشـتن گروه‌های اسیدی که در هنگام پخت شـیمیایی و رنگبـری خمیر ایجاد شده است تا حدودی خاصـیت آنیـونی دارند. این گروه‌های اسیدی ممکن است گروه‌های کربوکسیلیک (COOH) باشد که در مقایسه با گروه‌های هیدروکسیل موجود در کربوهیدرات‌های مواد لیگنوسلولزی، از فعالیت و واکنش‌پذیری بیشتری برخوردار می‌باشند. چنانچه بتوان تعداد این گروه‌ها را بر روی سطح الیاف افزایش داد می‌توان در جهت بهبود مقاومت کاغذهای نهایی اقدام نمود. این تحقیق به‌منظور اصلاح ویژگی‌های خمیرکاغذ کرافت شرکت چوکا با استفاده از روش اکسیداسیون اسیدی با کمک ماده شیمیایی پروکسید هیدروژن انجام شد.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق از خمیرکاغذ کرافت که از کارخانه چوکا تهیه شده بود، به‌عنوان ماده اولیه استفاده شد. در این راستا، ابتدا خمیرهای کرافت با استفاده از پروکسید هیدروژن با نسبت‌های 1، 3، 5 و 10 درصد در دمای 85 درجه سلسیوس، زمان 90 دقیقه، pH=4 و درصد خشکی 5/2 درصد تحت تیمار اکسیداسیون اسیدی قرار گرفتند. در پایان این مرحله، خمیرها با آب مقطر به‌طور کامل شستشو داده شدند و برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. سپس ویژگی‌های ساختاری الیاف مانند عدد کاپا، قابلیت نگهداشت آب (WRV)، ویسکوزیته و گروه‌های کربوکسیل هم به روش شیمیایی و هم با آنالیز FT-IR مورد ارزیابی قرار گرفته و با نمونه شاهد کرافت کارخانه مقایسه شدند. برای تجزیه‌وتحلیل آماری این پژوهش از نرم‌افزار SPSS استفاده شد و داده‌ها به‌صورت طرح کاملاً تصادفی با استفاده از تکنیک تجزیه واریانس مورد تجزیه‌وتحلیل آماری قرار گرفتند. مقایسه بین نمونه‌ها و تیمارهای مختلف براساس گروه‌بندی میانگین‌ها و به روش آزمون دانکن در سطح اطمینان 95 درصد انجام شد.
نتایج: نتایج نشان داد که خمیرکاغذهای اکسیدشده تا مصرف 3% پروکسید دارای کمترین عدد کاپا، گروه‌های کربوکسیل و ویسکوزیته و بیشترین WRV بودهاند. افزایش مصرف پروکسید در غلظت بیشتر از 3% باعث افزایش عدد کاپا، گروه‌های کربوکسیل و ویسکوزیته شده است و در عوض WRV آن افت کرده است. این تغییرات توسط ارزیابی‌های FT-IR نیز تأیید گردید. علت کاهش عدد کاپا تا غلظت 3% به دلیل خروج لیگنین از دیواره الیاف و دلیل افزایش آن در غلظت‌های بیشتر از 3% پروکسید، احتمالاً به ایجاد گروه‌های هگزورونیک اسیدی هنگام عملیات اکسیداسیون برمی‌گردد که معمولاً اندازه‌گیری عدد کاپا را با خطا مواجه می‌کنند. بعلاوه خروج لیگنین تا مصرف 3% پروکسید هیدروژن باعث بهبود ویژگی WRV الیاف و بیشتر از آن باعث کاهش این ویژگی شده است. اثر شرایط تیمارهای پروکسید قلیایی و اسیدی بر روی محتوای گروهای کربوکسیل، کم‌وبیش بدون تغییر به نظر می‌رسند که این موضوع در کربن شماره 6 بیشتر آلدئیدها به گروه‌های کربوکسیل تبدیل شده و در کربن‌های 2 و 3 اکسیداسیون غالبا باعث تشکیل کتون‌ها می‌شود. از سوی دیگر، به نظر می‌رسد که افزایش گروه‌های کربوکسیل در تیمارهای بالای 3% منجر به افزایش وزن مولکولی سلولز شده که این موضوع باعث افزایش ویسکوزیته شده است.
نتیجه‌گیری: ارزیابی نتایج نشان داد که اکسیداسیون پروکسید هیدروژن اسیدی باعث اصلاح و بهبود ویژگی‌های خمیرکاغذ کرافت شده که اثرهای آن بر روی ویژگی‌های کاغذهای نهایی، مثبت پیش‌بینی می‌شود. دراین‌ارتباط، تیمارهای 1 و 3 درصد اکسیداسیون اسیدی با پروکسید هیدروژن برای تولید کاغذ، مناسب‌تر به نظر می‌رسد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

خمیر کاغذ و کاغذ

مراجع

-Buchert, J., Tenkanen, M. and Tamminen, T., 2001. Characterization of carboxylic acids during Kraft and Super Batch Pulping. TAPPI Journal, 84 (4), 70:1-9.

-Esmaeili, O., Rasooly Garmaroody, E. and Djafari Petroudy, S.R., 2023. Effect of Alkali Oxidation of fiber on characteristic of virgin and recycled pulp, Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 38(4): 316-329. (In Persian)

-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. https://doi.org/10. 1021/ie800936x

-Fredricks, P.S., Lindgren, B.O. and Theander, O., 1971. Chlorine Oxidation of Cellulose. Sven. Papp.tidn. 74(19):597–603.

-Gierer, J., Reitberger, t., Jansbo, k. and Yoon B-H., 1991. On the participation of hydroxyl radicals in oxygen and hydrogen peroxide bleaching processes, Conference: 6th Int. Sump. On Wood and Pulping Chemistry,.At: Melbourne, Australia,. Volume: Proceedings Vol. 1, page 93-97. https://doi.org/10.1080/02773819308020534

-Hamzeh, Y., Rostampour, A. and Haftkhani, L., 2009. Principles of papermaking chemistry, Tehran University Press. 424p.

-Jahan Latibari, A., Hosseinzadeh, A., Fakhrian-Roghni, A. and Ghasemian, A., 2008. Investigating papermaking properties of Eucalyptus Camedolensis, wood. Journal of Wood and Paper Research, Issue No. 7. (In Persian).

-Kathy, K. and Gast, D., 2001. Waste paper recycling guide. Mirshokraei, S.A., Tehran: Aizh Publications. 152p.

-Ketola, H. and Andersson, T., 1999. Dry strength additives, 269–287. In Papermaking. Chemistry” Ed by Neimo L, Fapet Oy Helsinki, 329p.

-Lewin, M. and Ettinger A., 1969. Oxidation of cellulose by hydrogen peroxide. Cellulose Chemistry and Technology, 3:9-20.

-Li, J. and Gellerstedt, G., 1998. On the structural significance of the kappa number measurement, Nordic Pulp & Paper Research Journal. 13-02-p153-158. https://doi.org/10.3183/npprj-1998-13-02-p153-158

-Li, J. and Gellerstedt, G., 1999. The contribution to kappa number from hexeneuronic acid groups in pulp xylan, Carbohydrate Research, 302(3–4): 213-218. https://doi.org/10.1016/s0008-6215(97)00125-0

-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; 37(2): 330–337. https://doi.org/10.1515/npprj-2022-0020

-Martinsson, A., Hasani, M.and Theliander, H., 2021. Hardwood kraft pulp fibre oxidation using acidic hydrogen peroxide. Nordic Pulp and Paper Research Journal, 36(1): 166-176. https://doi.org/10.1515/ npprj-2020-0088

-Mirshokraei, S. A. and Sadeghifar, H. (2003). Paper chemistry, Aizh publication, Tehran, 184p.

-Mohkami M. and Talaeipour M., 2011. Investigation of the Chemical Structure of Carboxylated and Carboxymethylated Fibers from Waste Paper via XRD and FT-IR Analysis, Bioresources, 6(2): 1988-2003. https://doi.org/10.15376/biores.6.2.1988-2003

-More, A., Elder, T. and Jiang, Z., 2021. A review of lignin hydrogen peroxide oxidation chemistry with emphasis on aromatic aldehydes and acids. Holzforschung, 75(9): 806-823. https://doi.org/10.1515/hf-2020-0165

-Oksanen, J. and Minchin, P.R., 1997. Instability of ordination results under changes in input data order: explanations and remedies, Journal of Vegetation Science, 8:447-454. https://doi.org/10.2307/3237336

-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).

-Rasoulpour Hedayati, N., Nazarnezhad, N. and Ramezani, O., 2014. Fiber Surface Modification of Kraft Pulp in Presence of Chitosan Polymer, 67(3): 489-501.

-Suess, H.U., 2010. Pulp Bleaching Today. Walter de Gruyter GmbH & Co. KG, Berlin/New York, 320p.

-Vera-Loor, A., Rigou, P., Mortha, G. and Marlin, N., 2023. Oxidation Treatments Using Hydrogen Peroxide to Convert Paper-Grade Eucalyptus Kraft Pulp into Dissolving-Grade Pulp. Molecules, 4;28(23):7927. https://doi.org/10.3390/molecules28237927

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

اصلاح الیاف خمیرکاغذ کرافت به روش اکسیداسیون اسیدی

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 91
تیر 1404
صفحه 138-148

اصلاح الیاف خمیرکاغذ کرافت به روش اکسیداسیون اسیدی

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 91تیر 1404صفحه 138-148

دوره 40، شماره 2 - شماره پیاپی 91
تیر 1404
صفحه 138-148