آهاردهی مقوای بازیافتی- بکر با مهندسی ناهمگن لایه ای توسط الکیل کتین دایمر (AKD) در شرایط خنثی و قلیایی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته کارشناسی ارشد دانشگاه شهید بهشتی

2 عضو هیأت علمی

3 هیات علمی دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

سابقه و هدف: در بسیاری از مصارف کاغذ و مقوا، مقاومت در برابر جذب مایعات دارای اهمیت است که این ویژگی از طریق اعمال موادی شیمیایی برای آبگریزکردن ساختار کاغذ میسر می‌گردد. به این فرایند، آهاردهی اطلاق می‌شود که به دو صورت درونی و سطحی قابل انجام است که آهاردهی درونی به مراتب رایج‌تر است. لزوم و مشوق‌های استفاده از الیاف بازیافتی و نیز تامین ویژگی‌های مورد نیاز در محصول، ایده لایه‌ای کردن مهندسی تولید کاغذ و مقوا برای تامین و تطبیق شرایط و الزامات را برجسته نموده‌است. هدف از این پژوهش، تاثیر آهاردهی درونی مقوای چندلایه با آلکیل کتن دیمر بر ویژگی‌های مقوائی است که در لایه‌های مختلف آن از ترکیب متنوع و ناهمگنی از الیاف استفاده شده‌است.
مواد و روش‌ها: مقوای چندلایه‌ای (گراماژ gr/m2‌330‌) با الگوی لایه‌گذاری مهندسی ناهمگن خمیرکاغذهای بکر و بازیافتی، توسط آهار آلکیل کتین دایمر (AKD‌) به‌میزان یک درصد براساس جرم خشک خمیرکاغذ؛ در دو شرایط کاغذسازی خنثی و قلیایی آهاردهی درونی گردید. سپس تاثیر شرایط مورد بررسی بر ویژگی‌های جذب آب لایه‌های روئی و پشتی (آزمون کاب)، حجیمی، درخشش، زبری سطح و مقاومت‌های مقوای بازیافتی-بکر مورد پژوهش قرار گرفت.
یافته‌ها: بطور کلی ماهیت واکنش‌پذیری مستقیم آلکیل کتن دیمر کاتیونی با سلولز، منجر به بهبود ویژگی‌های مقاومتی و نیز جذب آب مقوا در مقایسه با عدم کاربرد AKD شده است. ایجاد مقاومت به جذب آب در شبکه الیاف پس از پیوندیابی الیاف روی داده و مانع موثری در پیوندیابی الیاف نبوده‌است. در شرایط قلیایی تمامی ویژگی‌های مورد بررسی بویژه جذب آب و مقاومت‌های مقوا در مقایسه با شرایط خنثی، بهبود قابل توجهی را تجربه نموده‌است. در شرایط قلیایی، به‌دلیل یونیزه‌شدن بیشتر گروه‌های کربوکسیل سطح الیاف، اتصال بهتر و بیشتر الیاف با ‌AKD که عامل آهاردهی کاتیونی است، پدید آمده و کاهش جذب آب و همچنین امکان پیوندیابی بیشتر اجزای دوغاب را فراهم ساخته‌است. از طرفی نیز واکشیدگی بیشتر اجزای دوغاب و همچنین افزایش نیاز کاتیون‌خواهی سطح الیاف در شرایط قلیایی، ماندگاری نرمه‌ها و پیوندیابی بین الیاف را افزایش داده و صافی سطح بهتری را نیز در ورقه کاغذ رقم زده‌است.
نتیجه گیری: آهاردهی مقوای چندلایه با AKD منجر به کاهش جذب آب لایه‌های روئی و پشتی و نیز زبری سطح مقوا گردید. افزایش حجیمی و ویژگی‌های مقاومتی کشش، سفتی خمشی و پیوندیابی بین لایه‌های مقوا ناشی از آهاردهی مزبور مشاهده گردید، درحالیکه تاثیری در درخشش مقوای دوپلکس نداشته‌است. بهبودهای اشاره‌شده به افزایش پیوندیابی الیاف و نیز لایه‌های مقوا با یکدیگر توسط AKD نسبت داده‌شد که سپس پرورده‌شدن این عامل آهاردهی در محیط خشک‌کن منجر به ایجاد ماهیت آبگریزی در ساختار مقوا و جذب آب کمتر آن می‌گردد.
واژه‌های کلیدی: آهاردهی، مقوای بازیافتی چندلایه مهندسی،‌ AKD، جذب آب، ویژگی‌های مقاومتی.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Alkyl Ketene Dimer (AKD) Sizing of Recycled-Virgin Cardboard with Engineered Heterogeneous Layers under Neutral and Alkaline Condition

چکیده [English]

Background and objectives: Resistance to liquid sorption is important in various paper and board applications which would be contributed by chemicals as hydrophobizers of the structures. The hydrophobization process is called; Sizing, that could be done as internal and surface treatment with prevalence happening on internal sizing. Necessity and inspirations of recycled fiber together with bringing of required properties in the product, predominate engineering layering of paper and board production to supply and compromise requirements. The aim of this study focused on internal sizing effect of alkyl ketene dimer in multilayered cardboard constructed by heterogeneous and diverse fiber in its different layers.
Materials and methods: Multi-layer cardboard (330 g/m2) patterned on engineered heterogeneous layering of recycled and virgin pulp were internally sized by Alkyl Ketene Dimer (AKD) as 1% based on the pulp O.D. in two papermaking conditions; neutral and alkaline. Then, effects of the considered conditions on the recycled-virgin board properties were evaluated such as top and back layers Cobb test, bulk, gloss, surface roughness and strengths criteria.
Results: The cellulose reactive nature of cationic alkyl ketene dimer led to improvements in strength and water sorption of sized board compared to the unsized one. Resisting to water sorption in the fibrous network have been occurred after the fiber bonding and have not been as an effective obstacle in fiber bonding. At alkaline condition, all of addressed properties, especially water sorption and strengths of the board, improved considerably compared to the neutral. At alkaline condition, regarding to more ionization of fiber surface carboxylic groups, more and better bonding are occurred between fiber and AKD, as a cationic sizing agent, resulted in reduction in water sorption and provided more bonding ability among pulp ingredients. On the other hand, higher swelling of the ingredients together with higher cationic demand of fiber at alkaline situation, enhanced fines retention and fiber bonding which is resulted in the board surface smoother.
Conclusion: The sizing treatment of multi-layer cardboard by AKD reduced its water sorption in top and back layers and its surface roughness. Increment of bulk and strength properties of the cardboard include tensile, bending stiffness and ply bond were observed as a sizing results, with no effect on the duplex cardboard gloss. The noted improvements were attributed to the bonding enhancement among fibers and also the board layers via AKD, followed by sizing agent curing at drying section lead to hydrophobic creation in the board structure and lower water sorption.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sizing
  • Engineered Multi-layer Recycle Board
  • Water absorption
  • strength properties