نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• امید درویش زاده ¹
• احمد جهان لتیباری ²
• امیر لشگری ³
• شادمان پورموسی ³
• آژنگ تاجدینی ²

¹ دانش‌آموخته دکتری صنایع خمیر و کاغذ، گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، ایران

² استاد گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، ایران

³ دانشیار گروه مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه آزاد اسلامی، واحد کرج، ایران

چکیده

سابقه و هدف: فرایند پالایش خمیر­کاغذ به‌عنوان یکی از ارکان اساسی در صنایع تولید کاغذ، نقش اصلی در توسعه ویژگی‌های مقاومتی شبکه الیاف کاغذ ایفا می‌کند. ولی کاغذسازی همسو با بحران جهانی انرژی با چالش‌ مصرف زیاد انرژی، به‌ویژه در بخش پالایش الیاف مواجه است. به‌ناچار این صنعت کوشش­های زیادی در راستای کاهش انرژی از جمله افزودن مواد شیمیایی جایگزین به عمل‌آورده است. همچنین در مرحله پالایش، تنش‌های فشاری و برشی موجب واکشیدگی، انعطاف‌پذیری و فیبریلاسیون داخلی و خارجی الیاف می‌شوند و سطح تماس بالقوه برای پیوندهای ‌الیافی را افزایش می‌دهند. در نقطه مقابل پالایش بیش از اندازه، می‌تواند کوتاه‌ شدن الیاف و تولید نرمه را افزایش دهد. این پژوهش باهدف ارزیابی استفاده از آنزیم سلولاز به‌عنوان یک فراوری دوستدار محیط‌زیست برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و بهبود خواص خمیرکاغذ و کاغذ، انجام شده است.
مواد و روش‌ها: دو توالی «اول آنزیم سپس پالایش ER» و «اول پالایش سپس آنزیم  RE» در سه مقدار مصرف سلولاز ۲۰۰، ۳۰۰ و ۴۰۰ قسمت در میلیون (نسبت به وزن الیاف) و سه زمان واکنش ۶۰، ۹۰ و ۱۲۰ دقیقه (جمعاً 18 ترکیب شرایط) بررسی شدند. خمیر­کاغذ پایه، مخلوطی شامل ۷۰ درصد وزنی خمیرکاغذ کرافت الیاف کوتاه پهن‌برگان و ۳۰ درصد وزنی خمیرکاغذ کرافت الیاف بلند سوزنی‌برگان بود. از خمیرکاغذ هریک از ۱۹ ترکیب، (شاهد و 18 ترکیب) براساس دستورالعمل‌های TAPPI درجه روانی خمیرکاغذ اندازه­گیری و کاغذ دست‌ساز تهیه و ویژگی­های مقاومتی و نوری آن اندازه­گیری شد. فایل تحلیلی شامل میانگین ۱۹ ترکیب فاکتوریل، برای پاسخ‌های مکانیکی، درجه روانی و ویژگی‌های نوری بود. مدل‌های سطح پاسخ با انتخاب بر پایه اعتبارسنجی حذف‌تکی، تحلیل مؤلفه‌های اصلی، خوشه‌بندی سلسله‌مراتبی، مقایسه توصیفی نه جفت هم‌شرایط، همبستگی رتبه‌ای و مطلوبیت چندپاسخی همراه با تحلیل حساسیت بود.
نتایج: بر پایه میانگین شرایط دوز–زمان، ER در مقایسه با RE شاخص مقاومت به ترکیدن (۲٫۵۰ در برابر ۱٫۷۰ kPa·m²/g)، شاخص مقاومت به کشش (۵۱٫۴۴ در برابر ۴۴٫۱۶ N·m/g) و روشنی (۸۲٫۷۸ در برابر ۸۰٫۰۵ درصد) بیشتری داشت، درحالی‌که در هر دو توالی شاخص مقاومت به پاره شدن کمتری از شاهد نشان دادند. بیشترین شاخص مقاومت به ترکیدن و شاخص مقاومت به کشش در ER 300-120 به‌ ترتیب ۲٫۹۰ و ۶۰٫۱۴ بود که ۶۶٫۷ و ۴۳٫۵ درصد بیشتر از شاهد است. نتایج توصیفی نشان داد که ER 300-120 مناسب‌ترین توازن تعیین­شده میان خواص مبتنی بر پیوند و پاسخ پالایش را در شرایط این آزمایش فراهم می‌کند.
نتیجه‌گیری: نتایج ویژگی‌های مقاومتی، درجه روانی و خصوصیات نوری نشان داد که ترتیب انجام تیمار آنزیمی و پالایش بر عملکرد خمیرکاغذ مؤثر است. توالی ER در مقایسه با RE میانگین ویژگی‌های مقاومتی و نوری برتری داشت. در ER 300-120، مقاومت به ترکیدن و مقاومت به کشش نسبت به شاهد به ترتیب 7/66 و 5/43 درصد افزایش یافت. عملکرد RE یکنواخت نبود، چون میانگین شاخص مقاومت به کشش آن اندکی بیشتر از شاهد بود، ولی در مورد سایر ویژگی‌ها کمتر از شاهد قرار گرفتند و میانگین زردی در این توالی افزایش یافت. شاخص مقاومت به پاره شدن در همه شرایط آنزیمی کمتر از شاهد بود. این محدودیت باید هنگام انتخاب دوز و زمان به همراه مزایای مقاومت به کشش و مقاومت به ترکیدن در نظر گرفته شود؛ علت آن، کم شدن اندازه الیاف و ایجاد نرمه و صدمه به مقاومت ذاتی الیاف است.

کلیدواژه‌ها

• سلولاز
• پالایش
• خمیر کاغذکرافت
• درجه روانی
• ویژگیهای‌های مقاومتی
• نوری

موضوعات

• خمیر کاغذ و کاغذ