نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 دانشکده منابع طبیعی ساری
2 گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران، صندوق پستی ۴۹۱۳۸۱۵۷۳۹
3 دانشیار، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران، صندوق پستی ۴۹۱۳۸۱۵۷۳۹
4 دانشیار، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران،صندوق پستی 4818168984
چکیده
سابقه و هدف: کاغذ سلولزی یک منبع مهم تجدیدپذیر است و از سلولز، همی‌سلولزها و لیگنین تشکیل شده است. به دلیل مزایای آن در سبک‌وزن، انعطاف‌پذیری، کم‌هزینه و دوستدار محیط‌زیست بودن استفاده میشود. بااین‌حال، کاغذ سلولزی به‌طور ذاتی قابل‌اشتعال و سوختن است. در نتیجه، اصلاح کاغذ با مواد کند‌سوز‌کننده آلی برای کاهش مقدار بلایای آتش‌سوزی و گسترش دامنه کاربرد کاغذ سلولزی قابل‌توجه است. این مطالعه به بررسی تأثیر دی‌آمونیوم فسفات و نانو رس به همراه نشاسته کاتیونی بر ویژگیهای کاغذ تولید شده از خمیر سودا باگاس پرداخته است.
مواد و روش‌ها: برای این منظور، کاغذ حاصل ازخمیرسودای باگاس کارخانه پارس با وزن پایه 2- g.m 120 و ضخامت میانگین mm0.185 تهیه شد و سپس با غلظتهای مختلف دی‌آمونیوم فسفات و نانو رس (10، 20 و30 درصد) و 10درصد نشاسته کاتیونی پوششدهی شدند. عملیات پوششدهی با استفاده از دستگاه Auto Bar Coater انجام شد و نمونهها در آون با دمای 65-60 درجه سانتی‌گراد به مدت 10 دقیقه خشک شدند. پس از خشک‌شدن، نمونهها به مدت 2 روز در دمای محیط قرار گرفتند. آزمون‌های مختلفی مانند مقاومت به نفوذ مایعات(آزمون Cobb)، ضخامت، زاویه تماس، مقاومت به کشش، مقاومت به ترکیدن و مقاومت به پاره شدن بر روی نمونهها انجام شد. همچنین ویژگیهای آتش کاغذ شامل: پایداری حرارتی و سوختن و اشتعال‌پذیری عمودی نیز بررسی شد.
نتایج: پوششدهی کاغذ با دی‌آمونیوم فسفات (DAP) و نانو رس مونت‌موریلونیت(MMT) در حضور نشاسته کاتیونی، موجب بهبود ویژگیهای آب‌گریزی و مقاومت در برابر شعله در کاغذ شد. با این حال، به‌طور کلی، کاغذهای پوشش‌یافته با دی‌آمونیوم فسفات در مقایسه با نانو رس، عملکرد بهتری از خود نشان دادند. این برتری به دلیل تشکیل لایه‌های یکنواخت و مسدود کردن منافذ سطحی است که از نفوذ آب جلوگیری کرده و موجب افزایش خاصیت آب‌گریزی نسبت به کاغذهای پوشش‌یافته با نانو رس و نمونه کنترل میشود. استفاده از دی‌آمونیوم فسفات با غلظت بهینه ۲۰ درصد، مقاومت کششی را افزایش داده اما موجب کاهش مقاومت به پاره شدن و ترکیدن گردید. در غلظتهای بالاتر، این پوشش نقش موثرتری در بهبود ویژگیهای مکانیکی کاغذ ایفا می‌کند.
افزایش غلظت دی‌آمونیوم فسفات به ۳۰ درصد، بازده زغال (Char Yield) را به میزان قابل توجهی بالا برد، که بیانگر بهبود مقاومت حرارتی کاغذ است. هر دو ماده پوششی باعث کاهش دمای تجزیه حرارتی و افزایش بازده زغال شدند و به عنوان مانعی برای پیشگیری از سوختن بیشتر عمل کردند. در آزمایش‌های اشتعال‌پذیری عمودی، کاغذهای پوشش‌یافته با دی‌آمونیوم فسفات در غلظتهای بالاتر، زمان اشتعال و طول زغال کمتری داشتند و رفتار خودخاموش‌شوندگی از خود نشان دادند.
نتایج طیف‌سنجی مادون قرمز (FTIR)، عملکرد بازدارنده شعله در فاز متراکم را تأیید کرد. همچنین، تحلیل وزن‌سنجی حرارتی (TGA) نمونهها نشان داد که نمونه‌های تیمارشده، در مقایسه با نمونه کنترل، بالاترین درصد باقی‌مانده زغال را داشتند. بررسی شکل گسترش شعله نیز حاکی از بهبود ویژگیهای مقاومت به آتش در نمونه‌های تیمارشده نسبت به نمونه تیمار نشده بود. علاوه بر این، تمام ویژگیهای مقاومتی (مانند مقاومت کششی، مقاومت به ترکیدن و مقاومت به پاره شدن) در نمونه‌های تیمارشده بهبود یافت.
در مجموع، پژوهش حاضر نشان داد که پوششدهی با دی‌آمونیوم فسفات و نانو رس در حضور نشاسته کاتیونی، موجب بهبود چشمگیر ویژگیهای فیزیکی و مقاومت به شعله در کاغذ باگاس میشود. به‌ویژه، استفاده از دی‌آمونیوم فسفات در غلظت ۳۰ درصد، بازده زغال را به ۴۸.۱۶۵ درصد رساند که معادل افزایش ۱۳۳ درصدی نسبت به نمونه شاهد و ۱۱۱ درصدی نسبت به نانو رس بود. این نتایج تأیید می‌کند که اصلاح کاغذ حاصل از خمیر سودای باگاس با این ترکیب، امکان تولید کاغذ با خواص بازدارندگی شعله بالا، بازده زغال مطلوب و بدون انتشار مواد مضری مانند هالوژن یا فرمالدئید را فراهم می‌سازد.
نتیجه‌گیری: به‌‌طورکلی، استفاده از دی‌آمونیوم فسفات و نانو رس در حضور نشاسته کاتیونی به‌‌عنوان مواد پوششی می‌تواند ویژگیهای فیزیکی و مقاومتی کاغذ باگاس را بهبود ببخشد و آن را برای کاربرد‌های مختلف مقاوم به شعله مناسب‌تر سازد. بنابراین از این ورق‌‌های کاغذ تیمار شده می توان به عنوان مواد مبتنی برکاغذ مقاوم در برابر آتش استفاده کرد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات
)