تأثیر تیمار لایه نشانی اصلاح شده بر ویژگیهای کاغذ تهیه شده از الیاف بازیافتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیئت علمی/دانشگاه شهید بهشتی

2 دانشگاه تهران

چکیده

چکیده
سابقه و هدف:
روش های نانوفنّاوری همچون تکنیک لایه ‌‌به ‌‌لایه پتانسیل زیادی را برای اصلاح خواص الیاف سلولزی و بهبود کیفیت آن نشان داده است. در این تکنیک، الیاف سلولزی با ذرات یونی با بار مخالف در یک محیط واکنش قرار می‌گیرد و طی آن ذرات یونی عمدتاً با جاذبة الکترواستاتیکی توسط سطح الیاف جذب می‌شود. بین لایه نشانی های متوالی مرحله شستشو قرار دارد که بیشتر برای حذف ذراتی است که بصورت فیزیکی و سست جذب سطح الیاف شده اند. بکارگیری مراحل مختلف شستشو در این تکنیک تا حدود زیادی امکان کاربردی کردن آن را مشکل نموده است. از اینرو در این تحقیق، تأثیر بکارگیری سیستم لایه به لایه اصلاح شده (بدون شستشو) بر بهبود مقاومت‌های کاغذ تهیه شده از الیاف بازیافتی مورد ارزیابی قرار گرفته است.
مواد و روشها:
آزمایشات لایه‌نشانی با استفاده از پلیمرهای نشاسته کاتیونی و نشاسته آنیونی برای تشکیل یک تا سه لایه متوالی بر روی الیاف بازیافتی تهیه شده از کارتن های کنگره ای کهنه انجام شد. برای هر مرحله لایه‌نشانی، 500 میلی‌لیتر سوسپانسیون خمیر الیاف با خشکی حدود 48/0 درصد، با دور ثابت 750 در دقیقه بمدت 10 دقیقه، با محلول‌‌‌های نشاسته توسط همزن آزمایشگاهی بهم زده شد. سپس از خمیرکاغذ تیمارنشده و تیمار شده، کاغذ‌‌های دست‌ساز با وزن‌پایهg/m2 3±60 تهیه و ویژگی‌‌‌های فیزیکی (ضخامت و دانسیته ظاهری) و مقاومتی (شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن و انرژی کششی جذب شده) آن مورد مقایسه قرار گرفت.
یافته ها:
نتایج نشان داد که با تیمار الیاف بازیافتی با سیستم لایه به لایه اصلاح شده ضخامت کاغذ کاهش و دانسیته ظاهری آن افزایش یافته است. بعلاوه، این سیستم تأثیر قابل توجهی در توسعه مقاومتهای کاغذ داشته است. برای مثال؛ با لایه نشانی سه لایه از نشاسته های یونی، شاخص مقاومت به کشش کاغذ از N.m/g 9/15 به N.m/g 29/47، شاخص ترکیدن از kPa.m2/g 1/05 به kPa.m2/g 15/2 و انرژی کششی جذب شده ازJ/m2 42/2 بهJ/m2 28/10 افزایش یافت. همچنین در ریزنگار‌‌های الکترونی تهیه شده نیز ظاهر متفاوتی از الیاف تیمارشده نسبت به الیاف تیمار نشده مشاهده شده است؛ که بیانگر افزایش ژلاتینی شدن سطح الیاف تیمارشده در اثر افزایش جذب نشاستة کاتیونی می باشد.
نتیجه گیری:
لایه نشانی نشاسته کاتیونی و نشاسته آنیونی در سیستم لایه به لایه اصلاح شده زمینة افزایش جذب الکترواستاتیکی نشاسته کاتیونی را بر روی الیاف بازیافتی فراهم می آورد. این امر با توسعه پیوندهای بین الیاف، موجب بهبود مقاومتهای کاغذهای تهیه شده از الیاف بازیافتی شده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Effect of modified layering treatment on the properties of papers made from recycled fibers

نویسنده [English]

  • hamidreza Rudi 1
چکیده [English]

Background and objectives:
Nanotechnology methods like layer-by-layer technique has shown large potential for modifying the cellulose fibers characteristics and improving its quality. In this technique, cellulosic fibers and counter-ionic particles are placed in an interaction media. During the interaction, ionic particles are absorbed by fibers surface mainly via electrostatic absorption. There is rinsing step between consecutive layering in order to remove physically and loosely absorbed of particles on the fiber surface. Application of different steps of rinsing in this technique has made difficult its practical use. Therefore in current research, effect of using a modified layer-by-layer system (without rinsing stages) on enhancing the strength of papers made from recycled fibers has been examined.
Materials and methods:
The experiments were conducted to form 1 to 3 successive layers of cationic and anionic starches on recycled fibers prepared from old corrugated container. For each layering stage, 500 ml pulp suspension having 0.48 consistency with was mixed with starch solutions using a laboratory mixer at constant mixing of 750 rpm for 10 minutes. Then, the physical properties (thickness and apparent density) and strengths characteristics (tensile index, burst index and TEA) of handsheets with 60±3 g/m2 basis weight prepared from treated and untreated fibers were compared.
Results:
The results have revealed that by treatment of recycled fibers with modified system of layer-by-layer technique, unlike apparent density the thickness of paper decrease. Moreover, this system had considerable impact on development of paper strengths. For example, by layering of three layers of ionic starches, tensile index of papers increased from 15.9 N.m/g to 47.29 N.m/g, burst index improved from 1.05 kPa.m2/g to 2.15 kPa.m2/g and tensile energy absorption increased from 2.42 J/m2 to 10.28 J/m2. Furthermore, SEM micrographs have shown a different appearance in treated fibers compared to the untreated fibers; indicated an increase in gelatinization of treated fiber surface due to an increase in cationic starch absorption.
Conclusions:
Layering of cationic starch and anionic starch in modified system of layer-by-layer lead to increase electrostatic absorption of cationic starch onto the recycled fibers. This phenomena with enhancing the bonds between fibers resulted in improving the strengths of papers made from recycled fibers.
Conclusions:
Layering of cationic starch and anionic starch in modified system of layer-by-layer lead to increase electrostatic absorption of cationic starch onto the recycled fibers. This phenomena with enhancing the bonds between fibers resulted in improving the strengths of papers made from recycled fibers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modified Layering
  • Recycled Fibers
  • Mechanical Testing
  • Physical properties
  • Cationic Starch