بررسی تاثیر فرایند کاتیونیاسیون سوسپانسیون سنتز کربنات کلسیم رسوبی بر ویژگی‌های کاغذ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 استاد گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

3 دانشیار گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

4 استادیار گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

چکیده
این پژوهش به بررسی تاثیر استفاده از پلیمرهای کاتیونی با هدف کاتیونیاسیون سوسپانسیون سنتز کربنات کلسیم رسوبی (PCC) بر ویژگی‌های کاغذ انجام شد.

سابقه و هدف:
کاغذ ترکیبی از مواد لیگنوسلولزی و ترکیبات غیر آلی می‌باشد. ترکیبات غیرآلی شامل افزودنی‌های عاملی و کمک فرایندی‌ها می‌باشند، که پرکننده‌های معدنی جزء افزودنی‌های عاملی است. امروزه با توجه به کمبود ماده اولیه لیگنوسلولزی و افزایش قیمت آنها موجب شده است تا صنایع کاغذسازی درصد مصرف پرکننده معدنی در کاغذ را افزایش دهند. اما پرکننده‌های معدنی در کنار مزیت‌های فراوان همچون بهبود ویژگی‌های نوری، بهبود چاپ‌ پذیری کاغذ و کاهش هزینه تولید، دارای معایبی همچون عدم توزیع یکنواخت در بافت کاغذ، افت خواص مکانیکی، ماندگاری کم و ناپایداری خط تولید و در نهایت سبب افزایش بار آلودگی پساب می‌شوند.
سینق و همکاران (2011)، بهینه‌کردن استفاده از مواد شیمیایی برای انواع کاغذهای پربازده مکانیکی با PCC با نشاسته و سیلیکا ابراز داشتند که نشاسته کاتیونی با بار کاتیونی متوسط، بیشترین ماندگاری کل را می‌دهد، درحالی که نشاسته کاتیونی با بار بالا، دارای بهترین عملکرد آبگیری دارا می‌باشد.
تحقیقات شن و همکاران (2010)، کربنات کلسیم رسوبی اصلاح شده با کربوکسی متیل سلولز/ آلوم و نشان داد که پلیمرهای مصرفی سبب بهبود ماندگاری پرکننده ‌ و همچنین خواص نوری از جمله درجه روشنی و ماتی بطور قابل ملاحظه نسبت به نمونه شاهد افزایش یافته است. همچنین نتایج نشان داد کاغذ بدون پرکننده معدنی از مقاومت بالاتری نسبت به کاغذ حاوی پرکننده معدنی برخوردار است اما مقاومت مکانیکی کاغذ حاوی پرکننده معدنی اصلاح نشده و اصلاح شده تغییر چندانی نسبت به هم نداشتند.
در نهایت با توجه به مسائلی از جمله هزینه تولید، حجم پساب و بار آلودگی پساب و افزایش سرعت تولید ماشین کاغذ و همچنین لزوم تولید کاغذ با شکل‌پذیری و کیفیت مناسب، لازم است اثرات متقابل افزودنی‌های مختلف در کاغذ بسته به کاربرد آنها مورد بررسی قرار گیرد. بر همین اساس در این تحقیق به بررسی تاثیر حضور پلیمرهای مختلف در سوسپانسیون سنتز کربنات کلسیم رسوبی و تاثیر آن در ساخت کاغذ مورد بررسی قرار گرفت.

مواد و روش‌ها:
سنتز کربنات کلسیم رسوبی با استفاده از تزریقCO2 به محلول آهک و یا آزادسازیCO2با استفاده از هیدرولیز دی متیل کربنات در محیط قلیایی انجام شد. پلیمرهای کاتیونی مصرفی شامل نشاسته کاتیونی، پلی اکریل آمید، پلی آمینو پلی آمید اپی کلرهیدروین و پلی دادمک در سطوح 15 درصد در سوسپانسیون سنتز کربنات کلسیم استفاده شد و در نهایت ویژگی‌های کاغذ حاوی کربنات کلسیم اصلاح شده مورد ارزیابی قرار گرفت.



یافته‌ها:
نتایج نشان داد سوسپانسیون کاتیونی حاصل از پلیمرهای مختلف، منجر به تغییر در رفتار کربنات کلسیم سنتز شده به عنوان پرکننده در کاغذ می‌گردد. بطور کلی کاغذهای حاوی کربنات کلسیم اصلاح شده نسبت به کاغذهای حاوی کربنات کلسیم صنعتی و کربنات کلسیم سنتز شده در شرایط خنثی سبب بهبود ویژگی‌های مکانیکی و نوری کاغذ به استثنای مقاومت به پارگی می‌گردد.

نتیجه گیری:
در تحقیق حاضر، با اصلاح کربنات کلسیم رسوبی سطوح خاکستر در کاغذهای حاوی کربنات کلسیم اصلاح شده نسبت به کاغذهای حاوی کربنات کلسیم صنعتی و کربنات کلسیم سنتز شده در شرایط خنثی افزایش یافته است. حجیمی کاغذها کاهش اما مقاومت به عبور هوای، مقاومت کششی و مقاومت به ترکیدن و ویژگی‌های نوری کاغذهای حاوی کربنات کلسیم اصلاح شده نسبت به نمونه‌های شاهد افزایش یافته است. به طور معمول پرکننده‌های معدنی

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Studying effect of cationization process of precipitated calcium carbonate (PCC) synthesis’s suspension on paper properties

چکیده [English]

Abstract
The study is carried out to survey the effect of using cationic polymers for cationization of precipitated calcium carbonate (PCC) synthesis’s suspension on paper properties.
Introduction
Paper is made by lignocellulosic material and inorganic compounds. Inorganic compounds are including functional additives and process aids which mineral fillers belong to functional additives. Todays, due to shortage and high price of lignocellulosic raw material, papermakers raised the consumption of mineral fillers. However, mineral fillers though have numerous advantageous like improvement in optical properties, printability, reduce production costs, also induces disadvantageous like weak distribution in paper structure, loss of mechanical properties, less retention, instability of production line and increasing effluent pollution loading.
Singh et al (2011) optimized the application of chemicals for high yield papers using PCC thereby starch and silica. They claimed that cationic starch with medium cationic charge induces highest retention value, while cationic starch with high charge density results in most drainage.
Studies by Shen et al (2010) showed that modified-PCC with carboxyl methyl cellulose (CMC) / alum improved filler retention and also optical properties like brightness and opacity in comparison with control sample significantly. They also found that paper without mineral filler have higher strength than those have fillers, but mechanical strength of paper contained unmodified filler and paper contained modified filler hadn’t significant difference.
Eventually, considering issues like production cost, effluent and its pollution loading, enhancement of paper machine speed, and also necessity of production paper with appropriate formation and quality, it’s necessary to study the interactions of various additives in paper, depending on their application.
Material and Methods
Synthesis of PCC carried out by injecting the carbon dioxide (CO2) to lime solution, or releasing the CO2 thereby hydrolysis of di-methyl carbonate in alkaline media. Cationic polymers including cationic starch, polyacrylamide, poly amino polyamide-epichlorohydrin and polydadmac in 15% level were used in synthesis suspension of calcium carbonate. Finally, paper properties filled with modified-PCC were examined.
Results
It’s found that cationic suspension of different polymers lead to variation on synthesized calcium carbonate as papermaking filler. Generally, papers filled with modified-PCC compared with papers contained industrial calcium carbonate and those had synthesized calcium carbonate, improved optical and mechanical properties in neutral media except tear strength.
Conclusion
In this study, values of ash in papers contained modified calcium carbonate increased compared with papers with industrial calcium carbonate and those with synthesized calcium carbonate in neutral media. Bulk of papers with modified fillers reduced, but the air resistance, tensile and burst strengths and also optical properties increased. Normally, since mineral fillers have no bounding ability with cellulose fibers, so due to restricted and weaker bonds between fibers and also lack of appropriate formation and lack of stress distribution as a result, tensile and burst indices of paper decreased respectively. However, by synthesizing calcium carbonate in cationic suspension, because of improved bounding area induced by presence of cationic polymers in surface of precipitated calcium carbonate and uniform distribution of mineral filler in paper different response found.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Precipitated Calcium Carbonate
  • Cationic Starch
  • polyacrylamide
  • polyaminoamid-epichlorohydrin
  • polydadmac