نوع مقاله : مقاله پژوهشی
نویسندگان
1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
2 استاد- دانشکده منابع طبیعی کرج- دانشگاه تهران
چکیده
مقدمه و هدف: تکرار چرخة خشکشدن و بازپالایش الیاف موجب پدیدة شاخیشدن و کاهش تورمپذیری، انعطافپذیری و قابلیت پیوندی آنها میشود. در نتیجه، کاغذهای تولیدشده از خمیر کاغذ بازیافتی ممکن است در مقایسه با کاغذهای تولیدشده از الیاف بکر از مقاومت پایینتری برخوردار باشند. استفاده از مواد شیمیایی افزایشدهندة استحکام در پایانة تر یکی از روشهای متداول برای جبران این کاهش خواص است. مواد کاتیونی به دلیل جذب مناسب بر سطح آنیونی الیاف معمولاً عملکرد مطلوبی دارند، مواد آنیونی بهتنهایی تمایل کمتری برای جذب مستقیم بر سطح الیاف دارند. ازاینرو، استفادة ترکیبی از مواد کاتیونی و آنیونی میتواند امکان بهبود عملکرد مواد آنیونی را فراهم کند. هدف این پژوهش، بررسی و مقایسة عملکرد مواد کاتیونی و آنیونی در حالت منفرد و ترکیبی، و تعیین شرایط مناسب کاربرد آنها برای بهبود خواص کاغذ حاصل از خمیر کاغذ بازیافتی OCC بود.
مواد و روشها: خمیر کاغذ بازیافتی حاصل از OCC بهعنوان مادة اولیه استفاده شد. نشاستة کاتیونی، نشاستة آنیونی، CMC و آلوم بهعنوان مواد افزودنی انتخاب شدند. ابتدا نمونههای کاغذ دستساز بدون افزودنی بهعنوان شاهد تهیه و خواص مقاومتی آنها تعیین شد. سپس اثر مستقل هر یک از مواد افزودنی در سطوح مختلف بر مقاومت به ترکیدگی بررسی شد و بر اساس نتایج، محدودة مصرف مناسب هر ماده تعیین گردید. در مرحلة دوم، مواد ترکیبی شامل آلوم و نشاستة آنیونی و همچنین ترکیب CMC، آلوم و نشاستة آنیونی مورد بررسی قرار گرفتند. برای مواد آلوم - نشاستة آنیونی، علاوه بر مقدار مصرف، اثر ترتیب افزودن مواد نیز ارزیابی شد. در مرحلة بعد، شرایط منتخب برای ترکیب نشاستة کاتیونی - CMC، ترکیب آلوم - نشاستة آنیونی و ترکیب سهجزئی نشاستة کاتیونی – آلوم - نشاستة آنیونی از نظر مقاومت به ترکیدگی، مقاومت کششی، مقاومت لهیدگی حلقهای (RCT)، مقاومت لهیدگی کنگرهای (CCT) و مقاومت لهیدگی موجدار (CMT) مقایسه شدند. همچنین جذب آب نمونهها با آزمون Cobb60s بررسی شد.
نتایج: نتایج نشان داد که نشاستة کاتیونی و CMC در حالت منفرد قادر به افزایش قابل توجه مقاومت به ترکیدگی بودند. در نشاستة کاتیونی، افزایش مقاومت تا حدود 2 درصد مصرف چشمگیر بود و در مقادیر بالاتر، نرخ افزایش مقاومت کاهش یافت. در مورد CMC نیز بیشترین افزایش در حدود 1 درصد مشاهده شد و افزایش بیشتر دوز موجب بهبود محدودی شد. این رفتار بیانگر کاهش بازده افزایشی و نزدیکشدن افزودنی به رفتار شبهاشباع در دوزهای بالاتر است. در مقابل، نشاستة آنیونی و آلوم در حالت منفرد اثر محدودی بر مقاومت به ترکیدگی داشتند. با این حال، کاربرد ترکیبی آلوم و نشاستة آنیونی موجب افزایش قابل توجه مقاومت شد. نتایج همچنین نشان داد که ترتیب افزودن مواد اهمیت زیادی دارد و افزودن آلوم به خمیر کاغذ و سپس اضافهکردن نشاستة آنیونی، عملکرد مطلوبتری نسبت به افزودن نشاستة آنیونی پیش از آلوم یا پیشمخلوطکردن دو ماده ایجاد کرد. در مقایسة نهایی، CMC در مقدار 1 درصد موجب افزایش 48 درصدی مقاومت به ترکیدگی شد، در حالی که نشاستة کاتیونی در مقدار 2 درصد، ترکیب آلوم و نشاستة آنیونی و ترکیب سهجزئی نشاستة کاتیونی، آلوم و نشاستة آنیونی بهترتیب موجب افزایش حدود 54، 58 و 77 درصدی مقاومت به ترکیدگی شدند. در ارزیابی سایر خواص مقاومتی، ترکیب سهجزئی بیشترین عملکرد را نشان داد و موجب افزایش حدود 70 درصدی مقاومت کششی، 100 درصدی RCT، 71 درصدی CCT و 139 درصدی CMT شد. همچنین هیچیک از ترکیبهای مورد بررسی تغییر قابل توجهی در جذب آب کاغذ ایجاد نکردند.
نتیجهگیری: نتایج نشان داد که عملکرد مواد افزایشدهندة استحکام در خمیر کاغذ بازیافتی نهتنها به ماهیت یونی و مقدار مصرف آنها، بلکه به نحوة کاربرد و ترکیب مواد نیز وابسته است. در حالی که نشاستة کاتیونی و CMC در حالت منفرد عملکرد مناسبی داشتند، ترکیب آلوم و نشاستة آنیونی توانست محدودیت عملکرد نشاستة آنیونی در حالت منفرد را تا حد زیادی برطرف کند. ترکیب سهجزئی نشاستة کاتیونی، آلوم و نشاستة آنیونی بیشترین بهبود کلی خواص مقاومتی را ایجاد کرد. با این حال، افزایش تعداد اجزای سامانة شیمیایی الزاماً به معنای افزایش متناسب کارایی اقتصادی نیست و انتخاب سامانة مناسب باید بر اساس تعادل میان میزان افزایش مقاومت، مقدار مصرف مواد و پیچیدگی فرایند انجام شود. بنابراین، نتایج این پژوهش نشان میدهد که مدیریت هدفمند نوع، مقدار و ترتیب افزودن مواد کاتیونی و آنیونی در پایانة تر میتواند رویکردی مؤثر برای ارتقای خواص مقاومتی کاغذهای تولیدشده از خمیر کاغذ بازیافتی OCC باشد.
کلیدواژهها
موضوعات
)