ارزیابی اثر پوشش‌ با نانوگرافن، زئین-فلورین روی ویژگی‌های فیزیکی و چاپ‌پذیری کاغذ لاینر سفید کارخانه چوب و کاغذ مازندران

ابراهیم پور کاسمانی, جعفر; ثمریها, احمد

doi:10.22092/ijwpr.2025.369187.1802

نوع مقاله : خمیر کاغذ و کاغذ

نویسندگان

¹ دانشیار، گروه چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد‌ اسلامی، سوادکوه، ایران

² استادیار، گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

https://doi.org/10.22092/ijwpr.2025.369187.1802

چکیده

سابقه و هدف: کاغذ و مقوا به‌عنوان یک ماده زیست‌تخریب‌پذیر و سبک در بسته‌بندی صنایع مختلف کاربرد دارد. پوشش‌دهی کاغذ ویژگی‌های آن را بهبود بخشیده و کیفیت چاپ را افزایش می‌دهد. پوشش‌های زیست‌پلیمری به دلیل زیست‌تخریب‌پذیری و غیرسمی بودن، نسبت به پلیمرهای معمولی برتری دارند. هدف این مطالعه آماده کردن یک ورق مقوایی پوشش داده شده با نانو مواد و ترکیبات معدنی به‌عنوان یک وسیله برای بسته‌بندی و ارزیابی ویژگی‌های فیزیکی و چاپپذیری کاغذ لاینر سفید کارخانه چوب و کاغذ مازندران است. از مقادیر مختلف سه ماده نانو گرافن، پروتئین زئین و فلورین به همراه رزین آکریل آمید برای اندودزنی این کاغذ به روش تیغه‌ای استفاده شد. ویژگی‌های مورد بررسی شامل: ضخامت، مقدار خاکستر کاغذ، مقاومت به عبور هوا، زبری، ماتی، سفیدی، روشنی، زردی، براقیت، دانسیته نوری و چسبندگی بودند. هدف این تحقیق ایجاد ممانعتی در برابر عبور هوا از طریق پوشش‌دهی سطح بیرونی کارتن (لاینر رویه) است. این پوشش به‌عنوان اولین لایه کارتن که به‌طور مستقیم با بیرون در تماس است، طراحی شده است تا علاوه بر کاهش ارتباط داخل و خارج مقوا، خواص چاپ‌پذیری را نیز بهبود ببخشد.
مواد و روش ها: کاغذ لاینر سفید با گراماژ ۱۱۰ گرم از کارخانه چوب و کاغذ مازندران تهیه شد. نانوگرافن نوع AO-4 از شرکت گرافن سوپرمارکت آمریکا، پروتئین زئین از شرکت سیگما آلدریچ و فلورین نیز از گروه تولیدی معدن کاوان تأمین گردید. به‌منظور پوشش‌دهی، نانوگرافن، زئین و فلورین با درصدهای وزنی مشخص توزین و متناسب با شرایط تیمار، به‌مدت ۳۰ دقیقه در دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد با ۱۰۰ گرم آب مقطر مخلوط شدند. سپس 5/2 گرم لاتکس استایرن بوتادین و 5/0 گرم پراکنده‌ساز D200 به مخلوط اضافه شده و به‌مدت ۲۰ دقیقه با دور ۱۵۰۰ همگن گردیدند. برای افزایش پوشش، محلول نشاسته کاتیونی (۵ درصد) به‌عنوان یک کمک نگهدارنده استفاده شد. این فرایند منجر به هشت نوع تیمار مختلف از کاغذ لاینر سفید می‌شود که هریک به‌طور خاص با ترکیبات متفاوت پوشش‌دهی شده‌اند. تیمارها به شرح زیر هستند: تیمار 1، لاینر سفید شاهد (CWL)، تیمار 2، لاینر سفید پوشش‌داده شده با نانوگرافن (WLG)، تیمار 3، لاینر سفید پوشش‌داده شده با زئین (WLZ)، تیمار 4، لاینر سفید پوشش‌داده شده با فلورین (WLF)، تیمار 5، لاینر سفید پوشش‌داده شده با نانوگرافن و زئین (WLZG)، تیمار 6، لاینر سفید پوشش‌داده شده با نانوگرافن و فلورین (WLFG)، تیمار 7، لاینر سفید پوشش‌داده شده با فلورین و زئین (WLFZ)، تیمار 8، لاینر سفید پوشش‌داده شده با نانوگرافن، زئین و فلورین (WLZFG) و خواص فیزیکی و نوری براساس استانداردهای مربوطه اندازه‌گیری شد. طرح آزمایشی از نوع کاملاً تصادفی بوده و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها با استفاده از تجزیه واریانس یک‌طرفه و آزمون دانکن در سطح اعتماد ۹۵ درصد انجام گردید.
نتایج: نتایج آنالیز واریانس یک‌طرفه نشان داد که بین ضخامت، خاکستر، مقاومت به عبور هوا، زبری، ماتی، سفیدی، روشنی، زردی، براقیت و دانسیته نوری این کاغذها در سطح احتمال 5% اختلاف معنیداری وجود ندارد. در مورد خاکستر، بیشترین میزان مربوط به کاغذ لاینر سفید پوشش‌دار با فلورین و گرافن بود. در مورد مقاومت به عبور هوا، کاغذ پوشش‌دار با فلورین و نانوگرافن بهترین عملکرد را داشت. نتایج زبری نشان داد که کاغذ لاینر سفید پوشش‌دار با زئین و فلورین دارای بیشترین زبری است. همچنین، کمترین میزان ماتی و سفیدی مربوط به کاغذ لاینر سفید پوشش‌دار با زئین، نانوگرافن و فلورین بود. آزمون چسبندگی نشان داد که لایه‌های پوشش‌دار و مرکب فلکسو به‌خوبی به کاغذ چسبیده‌اند.
نتیجه گیری: نتایج به‌دست‌آمده از مطالعات میکروسکوپی نشان داد که افزودن نانو گرافن، زئین و فلورین باعث بهبود کیفیت پوشش الیاف کاغذ می‌شود. در مورد ضخامت کاغذ، افزایش معنیداری مشاهده شد که به دلیل تغییرات ضخامت کاغذ پایه است. مقاومت به عبور هوا با پوششدهی به‌طور قابل‌توجهی افزایش یافته و در برخی موارد این مقاومت به حدی بالا بود که قابل اندازه‌گیری نبود. استفاده از فلورین و زئین منجر به حداکثر زبری شد، در حالی ‌که نانو گرافن کمترین زبری را ایجاد کرد. همچنین، ماتی کاغذها پس از پوشش‌دهی کاهش یافت. به‌علاوه، دانسیته نوری در پوشش‌های ترکیبی بهبود یافت که نشان‌دهنده کیفیت بهتر چاپ بود. نتایج نشان می‌دهند که چسبندگی لایه پوشش به مرکب فلکسو عالی بوده و در مقایسه با نمونه‌های بدون پوشش، میزان کنده شدن کاغذ پایه کمتر بود. درنهایت، این تحقیق نشان می‌دهد که استفاده از نانو مواد و مواد معدنی و پروتئینی زیست‌تخریب‌پذیر می‌تواند بهبود قابل‌توجهی در ویژگی‌های چاپ‌پذیری کاغذهای پوشش‌دار ایجاد کند و این مواد می‌توانند جایگزینی مناسب برای مواد پلاستیکی و پلیمرهای سنتزی باشند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

خمیر کاغذ و کاغذ

مراجع

-Afra, E., and Narchin, P., 2016. Study of the antibacterial effects and physical characters of paper coated with nanoclay and homogenized nano clay. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(4), 561-572.

-Asadi Khansari, A., Dehghani Firouzabadi, M., Resalati, H. 2017. Double coating effects of latex and MFC on barrier and printability properties in paper, Gorgan University of Agriculural Sciences and Natural Resources, Faculty of Wood and Paper Engineering, 228 p.

-Chen, H., Su, J., Brennan, C. S., Van der Meeren, P., Zhang, N., Tong, Y., & Wang, P. 2022. Recent developments of electrospun zein nanofibres: Strategies, fabrication and therapeutic applications. Materials Today Advances, 16, 100307. https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2022.100307

-Dashtbani, R., Resalati, H. and Afra, A., 2013. Investigating the Improvement of Antimicrobial and Resistance Properties of Packaging Paper Using Chitosan. Promotional Scientific Quarterly of Packaging Sciences and Arts, 4(13), 77-68. (In Persian).

-Ebrahimpour Kasmani, J., Mahdavi, S., and Samariha, S., 2014. Improvement of Physical Properties and Printability of Wood Containing Paper by Light Weight Coting. Journal of Color Science and Tecnology, 7, 265-274.

-Elyasi, S., & Jalali Torshizi, H. 2017. Concentration of Anionic starch Solution in Paper Surface Sizing on Physical and Strength Properties of Recycled Paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(4), 487-497. (In Persian).

-Gällstedt, M., Brottman, A., and Hedenqvist, M.S. 2005. Packaging-related Properties of Protein- and Chitosan-coated Paper. Packaging technology and science, 18(4): 167- 170. https://doi.org/10.1002/pts.685

-Gadakh, D., Dashora, P., & Wadhankar, G. 2020. A review paper on graphene coated fibres. Graphene, 8(4), 53-74. https://doi.org/10.4236/graphene.2019.84004

-Gatto, M., Ochi, D., Yoshida, C.M.P. and da Silva, C.F., 2019. Study of Chitosan with Different Degrees of Acetylation as Cardboard Paper Coating. Carbohydrate Polymers, 210, 56-63. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.053

-Guillaumem, C. Pinte, J., Gontard, N., and Gastaldi, E. 2010. Wheat gluten-coated paper for bio-basedfood packaging: Structure, surface and transfer properties. Food research international, 43(5), 1395-1401. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.04.014

-Guzman-Puyol, S. 2024. Fluorinated compounds in paper and paperboard based food packaging materials. npj Science of Food, 8(1), 82. https://doi.org/10.1038/s41538-024-00326-2

-Hosseini, S. M., Saraeiyan, A., Ghasemian, A., & Dehghani, M. 2017. The effect of synthesis zeolite as pigment on paper physical properties. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 24(2), 143-156. doi: 10.22069/jwfst.2017.10975.1574. https://doi.org/10.22069/jwfst.2017.10975.1574

-Huang, Q., Xu, M., Sun, R., & Wang, X. 2016. Large scale preparation of graphene oxide/cellulose paper with improved mechanical performance and gas barrier properties by conventional papermaking method. Industrial Crops and Products, 85, 198-203. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.03.006

-Kumar, N., Bhardwaj, N. K., & Chakrabarti, S. K. 2011. Influence of particle size distribution of calsum carbonate pigments on coated paper whiteness, Journal of coatings technology and research, 8(5), 613-618. https://doi.org/10.1007/s11998-011-9353-y

-Liu, Y., Xie, B., Zhang, Z., Zheng, Q., & Xu, Z. 2012. Mechanical properties of graphene papers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60(4), 591-605. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2012.01.002

-Marvizadeh, M.M., Oladzadabbasabadi, N., Mohammadi Nafchi, A., and Jokar, M. 2017. Preparation and characterization of bionanocomposite film based on

tapioca starch/bovine gelatin/nanorod zinc oxide. International Journal of Biological Macromolecules, 99, 1-7. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.02.067

-McHugh, T.H., and Krochta, J.M. 1994. Plasticized whey protein edible films: water vapor permeability properties. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(2), 416-419. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1994.tb06980.x

-Molaei, M., Azadfallah, M., Hamzeh, Y., and Khodaeian Chegini, F. 2015. The effect of chitosan – poly (vinyl alcohol) coatings on strength and barrier properties of packaging paper. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 30(2), 330-340.

-Nazarnezhad, N., Orand, M., Resalati, H. and rezanezhad, S. 2022. The effect of corn zein coating on the strength and barrier properties of liner paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 13(2), 213-223. (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.20089066.1401.13.2.8.8

-Ozcalik, O., & Tihminlioglu, F. 2013. Barrier properties of corn zein nanocomposite coated polypropylene films for food packaging applications. Journal of Food Engineering, 114(4), 505-513. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.09.005

-Perng, Y.-S., Wang, E.I., Hsia, Y.-J. and Tsai, S.-H., 2015. Effects of different filler combination with talc and calcium carbonate on paper properties/printability. Cellulose chemistry and technology, 49, 511-516.

-Pérez-Guzmán, C. J., & Castro-Muñoz, R. 2020. A review of zein as a potential biopolymer for tissue engineering and nanotechnological applications. Processes, 8(11), 1376. https://doi.org/10.3390/pr8111376

-Sodeifi, B., Nazarnezhad, N., & Sharifi, S. H. 2019. Investigation of mechanical and optical properties of papers coated with Polycaprolactone - Nanocrystalline cellulose - zinc oxide Nanoparticle. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 34(1), 27-38. (In Persian). https://doi.org/10.22092/ijwpr.2019.124469.1508

-Reis, B. R., Yoshida, C. M. P., Reis, A. P. and Franco, T. T., 2011. Application of chitosan emulsion as a coating on kraft paper. Polymer International, 60(6), 963 – 969. https://doi.org/10.1002/pi.3023

-Singhal, A. K., Kumar, S., Gupta, S., Bhardwaj, N. K., and Varadhan, R. 2015. Calcium sulphate as pigment for improved functional properties of coated paper. Progress in Organic Coatings, 79, 31-36.https://doi.org/10.1016/j. porgcoat. 2014.11.002

-Tihminlioglu, F., Atik, İ. D., & Özen, B. 2010. Water vapor and oxygen-barrier performance of corn–zein coated polypropylene films. Journal of Food Engineering, 96(3), 342-347. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.08.018

-You, X., Wang, H., He, J., & Qi, K. 2025. Fluorine-free superhydrophobic breathable membranes with lotus-leaf/corncob-like composite structure for highly water-resistant fabrics. Chemical Engineering Journal, 160214. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160214

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

ارزیابی اثر پوشش‌ با نانوگرافن، زئین-فلورین روی ویژگی‌های فیزیکی و چاپ‌پذیری کاغذ لاینر سفید کارخانه چوب و کاغذ مازندران

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92
مهر 1404
صفحه 280-296

ارزیابی اثر پوشش‌ با نانوگرافن، زئین-فلورین روی ویژگی‌های فیزیکی و چاپ‌پذیری کاغذ لاینر سفید کارخانه چوب و کاغذ مازندران

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92مهر 1404صفحه 280-296

دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92
مهر 1404
صفحه 280-296