تاثیر کمپلکس نانوسلولز- پلی‌دادمک (p-DADMAC) بر ویژگی های خمیرکاغذ و کاغذ بازیافتی از آخال قهوه ای (OCC)

پورکریم دودانگه, حسین; جلالی ترشیزی, حسین; رودی, حمیدرضا

doi:10.22092/ijwpr.2025.371038.1817

نوع مقاله : خمیر کاغذ و کاغذ

نویسندگان

¹ کارشناسی ارشد، گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشگاه شهید بهشتی. ایران

² دانشیار، گروه مهندسی پالایش زیستی، دانشگاه شهید بهشتی. ایران

https://doi.org/10.22092/ijwpr.2025.371038.1817

چکیده

سابقه و هدف: نقصان دسترسی به آخالهای تمیز و با پیشینه بازیابی اندک و نیز الیاف بکر در سالیان اخیر در کشور، منجر به کاهش شدید کیفیت فراوردههای کاغذی بستهبندی و نیز فرایند تولید کاغذ بازیافتی شده است. استفاده از مواد افزودنی شیمیایی راهکاری کارآمد در بهبود ویژگیهای خمیرکاغذ و کاغذهای بازیافتی محسوب میشود. در این میان کاربرد مواد مبتنی بر زیست‌توده مانند نانوسلولز و نیز مواد چند کاربردی مانند پلیمر کاتیونی دیآلیل دیمتیل آمونیوم کلراید (پلی دادماک) از جنبههای مختلف فنی و زیست‌محیطی رو به گسترش و مورد توجه است. بنابراین در راستای بهبود ویژگیهای فراورده و فرایند تولید، تأثیر نانوسلولز و پلیدادمک بهعنوان پلیمرهای دارای ظرفیت های مزبور، در مقیاس آزمایشگاهی مورد پژوهش قرار گرفت.
مواد و روشها: خمیرکاغذ بازیافتی از آخال قهوهای OCC از کارخانه‌های داخلی و بدون هرگونه افزودنی و با درجه روانی 350 میلیلیتر تهیه شد. مواد شیمیایی پلی دیآلیل دیمتیل آمونیوم کلراید کاتیونی (پلیدادماک) با وزن مولکولی متوسط از شرکت Sigma Aldrich و نانوالیاف سلولزی با میانگین قطر 35 نانومتر از شرکت نانونوین پلیمر خریداری شد. مواد شیمیایی مزبور در چهار سطح مصرف صفر، 1/0، 15/0 و 2/0 بر مبنای جرم خشک خمیرکاغذ بررسی گردید. تأثیر کاربرد پلیمرهای مزبور به‌صورت منفرد و ترکیبی بر ویژگیهای خمیرکاغذ شامل درجه روانی، ماندگاری کل و اتلاف مواد در آنالیزگر DDJ و نیز ویژگیهای کاغذ بازیافتی دستساز آزمایشگاهی مشتمل بر دانسیته و شاخصهای مقاومت کششی، ترکیدن و پارگی برابر استاندادهای TAPPI مورد پژوهش قرار گرفت.
نتایج: کاربرد منفرد پلیمرکاتیونی p-DADMAC (سامانه وصلهزنی) منجر به افزایش درصد ماندگاری کل اجزای دوغاب خمیرکاغذ بازیافتی شد، اما افزایش میزان مصرف تغییر محسوسی را در ماندگاری کل نداشت. همچنین میزان مواد عبورکرده از توری DDJ را کاهش داده و نیز افزایش درجه روانی خمیرکاغذ از 350 میلیلیتر در نمونه شاهد و فاقد هرگونه افزودنی به 430 میلیلیتر در کمترین سطح کاربرد آن (1/0%) را سبب شده است. همچنین به‌طور چشمگیری دانسیته ظاهری را ارتقا داده که افزایش سطح مصرف آن نیز تأثیر معنیداری بر این ویژگی ساختاری کاغذ نداشته است. کاربرد منفرد p-DADMAC و افزایش درصد افزودن آن به خمیرکاغذ بازیافتی به‌طور نسبی تغییراتی را عمدتاً افزایشی اما محدود، در مقاومت به کشش و ترکیدن کاغذ بازیافتی به وجود آورده است. نانوالیاف سلولزی نیز به‌صورت کاربرد منفرد منجر به افزایش ماندگاری خمیرکاغذ، دانسیته، شاخصهای کشش و ترکیدن کاغذ، کاهش درجه‌روانی و اتلاف مواد از خمیرکاغذ و نیز افت شاخص پارگی گردید. ماهیت آنیونی، سطح ویژه بالا و دارای ظرفیت پیوندهای هیدروژنی سبب این نتایج گزارش شد. کاربرد نانوالیاف سلولزی پس از پلیدادمک به خمیرکاغذ بهعنوان سامانه مرکب در پایانه تر کاغذسازی، بر ماندگاری روی توری افزوده است که در قالب کاهش اتلاف مواد قابل گزارش است. همچنین غالباً از تأثیر معنیداری نامطلوب شدیدی بر درجه روانی برخوردار بوده و آبگیری را کندتر و سختتر کرده است. کاربرد نانوسلولز پس از p-DADMAC نیز با توجه به درصد افزودن هریک از افزودنیهای مزبور، تأثیرات متفاوتی عمدتاً افزایشی بر ویژگیهای مقاومتی کششی، ترکیدن و پارگی داشته است.
نتیجه گیری: نشان داده شد که به‌استثنای تأثیر نامطلوب کاهنده کاربرد منفرد نانوسلولز بر شاخص پارگی و درجه روانی، در سایر حالتهای کاربرد منفرد و ترکیبی افزودنیهای شیمیایی نانوسلولز و پلی دادماک، افزایش تمامی ویژگیهای مقاومتی و دانسیته کاغذ، بهبود سهولت آبگیری از خمیرکاغذ، افزایش ماندگاری خمیرکاغذ به هنگام شکلگیری و کاهش اتلاف مواد در مقایسه با تیمار شاهد قابل دستیابی است. بااین‌حال، کاربرد منفرد پلیمر کاتیونی نسبت به کاربرد منفرد نانوسلولز و نیز ترکیبی آنها، شرایط بهتری را در خمیرکاغذ از منظر ماندگاری و آبگیری پدیدار نمود. البته روند تغییرات ویژگیهای مقاومتی نیز وابسته به درصدهای کاربرد ترکیبی دو ماده شیمیایی متفاوت بوده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

خمیر کاغذ و کاغذ

مراجع

-Ahmadi Lajimi, A. Azadfallah, M. Hamzeh, Y. and Rahmaninia, M., 2020. Effect of cationic polyDADMAC-based fixing agent on strength properties of OCC pulp. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 10(4): 605-616.

-Askarabadi, S. A., Talaeipour, M., Jalali Torshizi, H., and Hemmasi, A. (2025). Enhanced retention, drainage, and strength of old corrugated container pulp using poly (aluminum chloride), nanofibrillated cellulose, and hydrophobic colloidal silica particles. BioResources, 20(4): 8993–9007. https://doi.org/10.15376/biores.20.4.8993-9007

-Baradaran Khaksar, A., Jalali Torshizi, H. and E. Rasooly Garmaroody, Hamzeh, Y., 2017. Effect of raw and cationic starch Iranian oak (Quercus Persica) fruit (Acorn) as a novel biopolymer on properties improvement of dry network and cellulosic fiber suspension. Forest and Wood Products, 70 (3): 519-528.

-Baradaran Khaksaar, A., Jalali Torshizi, H. and Hamzeh, Y., 2023. Valorization and development of acorn starch as sustainable and high-performance papermaking additive for improving bagasse pulp and paper properties. Waste and Biomass Valorization, 14 (3): 937-947. https://doi.org/10.1007/s12649-022-01912-9

-Cai, H., Sha, J., Lu, C., Qiu, W., Liu, J. and Liu, Y., 2023. High Performance of paper strength and energy savings in occ pulp papermaking via MFC addition. Paper & Biomaterials, 8(2): 66-77. https://doi.org/10.26599/pbm.2023.9260010

-Chiaani, E., Jalali Torshizi, H., Rudi H. and Nabid, M., 2018. Performance of chitosan and polyamide epichlorohydrin (PAE) on wet strength and water absorption of deinked pulp. Forest and Wood Products, 70 (4): 709-717.

-Chiani, E., Jalali Torshizi, H., Ashori, A., Rudi, H. and Nabid, M., 2025. Valorizing recycled paper through chitosan and glyoxal-chitosan treatments: synergistic effects on mechanical and physical properties. Journal of Thermoplastic Composite Materials, 38 (3): 1122-1141. https://doi.org/10.1177/0892705 7241271760

-Elyasi Bakhtyari, S., Jalali Torshizi, H. and Resalati, H., 2015. Investigation on the effect of different levels of alum consumption in alun-rosin sizing on the properties of paperboard. Journal of forest and wood products, 69 (2): 375-385.

-Elyasi Bakhtyari, S. and Jalali Torshizi, H., 2017. The effect of 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.

-González-Pérez, M.M., Manríquez-González, R., Robledo-Ortíz, J.R., Silva-Guzmán, J.A., de Muniz, G.I.B. and Lomelí-Ramírez, M.G., 2021. Old corrugated container (OCC) cardboard material: an alternative source for obtaining microfibrillated cellulose. Journal of Natural Fibers, 19(14): 9296–9308. https://doi.org/10.1080/15440478.2021.1982820

-Gullichsen, J. and Paulapuro, H., 1999. Papermaking Chemistry, Papermaking science and technology 19 series, 229 p.

-Hassan, E.A., Hassan, M.L. and Oksman, K., 2011. Improvement of paper sheets properties of bagasse pulp with microfibrillated cellulose isolated from xylanase treated bagasse. Wood and Fiber Science, 43(1):1-7.

-Khosravani, A., Jahan Latibari, A., Mirshokraei, A., Rahmania, M. and Nazhad, M., 2010. Studying the effect cationic starch- anionic Nano silica system on detention and drainage. Bioresearches, 5(2): 939-950. https://doi.org/ 10.15376/biores.5.2.939-950

-Jalali Torshizi, H., Jahan-Latibari, A., Mirshokraei, S.A. and Faezipour M., 2009. Investigation on the performance of cationic starch and CMC addition on strength properties of fluting paper produced from OCC. Pajouhesh & Sazandegi, 81: 69-76.

-Jalali Torshizi, H., Mirshokraie, S.A., Faezipour, M., Hamzeh, Y. and Resalati, H., 2010. Application of Galbanum gum polysaccharide as a natural polymer to improve dry strength properties of recycled papers obtained from old corrugated cartons. Iranian Journal of Polymer Science and Technology 23 (4): 345-353.

-Jalali Torshizi, H. Zare Bidok, S., Ramezani, O. and Rudi, H. 2014. Effect of cationic poly acrylamide - nano bentonite system on retention, drainage and properties of recycled paper from OCC.Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 29 (3): 474-483. https://doi.org/10. 22092/ijwpr.2014.7544

-Jalali Torshizi, H. Zare Bidok, S., Ramezani, O. and Rudi, H. 2015. Effect of nano silica and cationic polyacrylamide on retention, drainage and strength properties of recycled paper from OCC. Forest and Wood Products, 68 (4): 771-784.

-Lindstrom, T., Wagberg, L. and Larsson, T., 2005. On the nature of joint strength in paper: a review of dry and wet strength resins used in paper manufacturing. 13th Fundamental research symposium, Cambridge, Sept. 2005, p 457- 562. https://doi.org/10.15376/frc.2005.1.457

-Nakib Hossen, M., Mostafizur Rahman, M., Islam, S. and Sarwar Jahan, M., 2024. Alkaline treatment and fractionation of OCC for strength improvement. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 39(3): 493-499. https://doi.org/10.1515/ npprj-2024-0008

-Pourkarim Dodangeh, H., Jalali Torshizi, H., Rudi, H. and Ramezani, O., 2016. Performance of nano fibrillated cellulose (NFC) and chitosan bio-polymeric system on recycled pulp and paper properties of old corrugated containers (OCC). Iranian journal of wood and paper industries, 7 (2): 297-309.

-Pourkarim Dodangeh, H. and Jalali Torshizi, H., 2018. The effect of cellulose nanofibres on cationic starch efficiency in pulp and paper recycled from packaging waste paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 9 (2): 187-197.

-Tajik, M., Kiaei, M. and Jalali Torshizi, H., 2015. apricot wood–a potential source of fibrous raw material for paper industry. Comptes rendus de l’Académie bulgare des Sciences 68 (3): 329-336.

-Tajik, M., Resalati, H., Hamzeh, Y., Jalali Torshizi, H., Kermanian, H. and Kord B., 2017. Effect of cationic nanofibrillated cellulose and nanofibrillated cellulose-cationic starch on properties of soda bagasse pulp. Forest and Wood Products, 70 (3): 529-537. https://doi.org/ 10.15376/biores.11.4.9126-9141

-Wu, C., Bing, L., Li, S., Yu, D. and Wang, D., 2016. Effect of coagulating agents on lignin and oligosaccharide contents in pre-hydrolysis liquor obtained in the production of dissolving pulp from poplar Residual Slabs. Bioresources, 11(1): 87-94. https://doi.org/10.15376/biores.11.1.87-94

-Yang, J., Huang, L., Ni, Y., Chen, L. and Miao, Q., 2021. Nano-SiO2 used with cationic polymer to improve the strength of sack paper. BioResources 16(2): 3348-3359. https://doi.org/10.15376/biores.16.2.3348-3359

تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران

تاثیر کمپلکس نانوسلولز- پلی‌دادمک (p-DADMAC) بر ویژگی های خمیرکاغذ و کاغذ بازیافتی از آخال قهوه ای (OCC)

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 4 - شماره پیاپی 93
دی 1404
صفحه 379-394

تاثیر کمپلکس نانوسلولز- پلی‌دادمک (p-DADMAC) بر ویژگی های خمیرکاغذ و کاغذ بازیافتی از آخال قهوه ای (OCC)

مراجع

مراجع

دوره 40، شماره 4 - شماره پیاپی 93دی 1404صفحه 379-394

دوره 40، شماره 4 - شماره پیاپی 93
دی 1404
صفحه 379-394