ارزیابی توالی افزودن نانوالیاف سلولز، نشاسته و پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی بر مقاومت کششی کاغذ

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی صنایع سلولزی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی خاتم الانبیاء بهبهان، ابتدای جداه دیلم، بهبهان، خوزستان

چکیده

سابقه و هدف: افزودنی‌های فراوانی در پایانه تر کاغذسازی معمولاً در قسمت‌های متفاوتی، برای اهداف معین، استفاده می‌شوند. هنگامی‌که از چند افزودنی به خمیر‌کاغذ استفاده می‌شود اغلب ترتیب اضافه کردن مواد تاثیر متفاوتی بر خواص کاغذ نهایی می‌گذارد. در این پژوهش، توالی افزودن نانوالیاف سلولز، نشاسته و پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی به خمیرکاغذ و اندازه‌گیری زمان زهکشی خمیر‌کاغذ، دانسیته و مقاومت کششی کاغذ دست‌ساز حاصل مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: در این تحقیق خمیر کاغذ رنگبری شده باگاس از کارخانه کاغذ پارس، نانوالیاف سلولز تهیه شده به روش سوپر آسیاب، نشاسته کاتیونی با درجه جایگزینی حدود mol/mol 035/0، و پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی با وزن ملکولی زیاد و شارژ الکتریکی کم مورد استفاده قرار گرفت. قبل از تهیه کاغذها نمونه‌های خمیرکاغذ پایه با افزودن 3 درصد نانوالیاف سلولز با غلظت 3/0 درصد ، 1 درصد نشاسته کاتیونی با غلظت 5/0 درصد و 3/0 درصد پلی‌اکریل‌آمید ‌کاتیونی با غلظت 05/0 درصد با توالی‌های متفاوت تهیه و سپس کاغذ ساخته شد.
یافته‌ها: نتایج نشان داد که استفاده از این مواد افزودنی با هر توالی باعث افزایش دانسیته، مقاومت کششی و زمان زهکشی شد. اما مناسبترین توالی با استفاده از دو افزودنی با ترتیب ابتدا بسپار و سپس نانوالیاف سلولز به سوسپانسیون رقیق خمیرکاغذ بدست آمد که تحت این شرایط فرض می‌شود الیاف سلولز ابتدا توسط بسپار کاتیونی شبکه‌های بزرگ کلوخه‌ای‌شکل تشکیل دهند و سپس طی نیروهای برشی به شبکه کوچکتر خرد ‌شوند و بعد نانوالیاف سلولز با جذب به درون شبکه موجب بهبود اتصالات و افزایش مقاومت کششی کاغذ، ضمن افزایش محدودی در زمان زهکشی ‌شود. بین توالی‌های مختلف استفاده از سه ماده افزودنی، شاخص مقاومت کششی و دانسیته تفاوت معنی‌داری نشان نداد. اما استفاده از سه ماده افزودنی در تمام حالات سبب بهبود مقاومت کششی نسبت به توالی دوتایی و کاغذ شاهد به‌طور معنی-داری شده است. همچنین هنگامی‌که ابتدا نشاسته کاتیونی افزوده شود کمترین زمان زهکشی و هنگامی‌که ابتدا نانوالیاف سلولز افزوده شود بیشترین زمان زهکشی مشاهده شد. بعلاوه در نمونه‌های دارای سه ماده افزودنی بیشترین ضخامت در تیماری به‌دست آمد که نانوالیاف سلولز در مرحله اول به سوسپانسیون اضافه شده بود.
نتیجه‌گیری: استفاده از نانوالیاف سلولز همراه با نشاسته و پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی ضمن اعمال نیروی برشی محدود می‌تواند با ماندگاری نرمه‌های میکرونی و نانویی بیشتر سبب افزایش دانستیه کاغذ و زمان زهکشی شود. با ارزیابی اثرات استفاده از توالی این افزودنی‌ها بر مقاومت به کشش، دانسیته و زهکشی می‌توان گفت که توالی دوتایی ابتدا نشاسته کاتیونی و سپس نانوالیاف سلولزی و توالی سه‌تایی ابتدا نشاسته کاتیونی و سپس نانوالیاف سلولز و نهایتاً پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی می‌تواند به‌عنوان بهترین توالی برای کاغذسازی از خمیر کاغذ سودای باگاس برای دست‌یابی به بیشترین مقاومت کششی و کمترین زمان زهکشی معرفی شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Sequence analysis using cellulose nanofibers, cationic starch and polyacrylamide in the paper tensile strength

نویسندگان [English]

  • Pejman Rezayati Charani
  • Mohammad Hadi Moradian
  • Mohammad Ali Saadatnia
Department of Cellulose Industries Engineering, Faculty of Natural Resources, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology , Beginning of Deylam Road, Behbehan, Khuzestan
چکیده [English]

Background and objectives: Many additives are usually used in wet end papermaking in different sections for specific goals. When using several additives, the sequence of adding materials often influences differently on final paper properties. In this research, the sequence of adding cellulose nanofibers, cationic starch and polyacrylamide to pulp and their impact on drainage time, handsheet density and tensile strength were investigated.
Materials and methods: In this research, bagasse bleached pulp from Pars paper mill, supper grinded cellulose nanofibers, cationic starch with 0.035 mol/mol substitution degree, and high molecular weight and low electrical charge cationic polyacrylamide were used. Prior to make papers, 3% cellulose nanofibers (with 0.3 % concentration), 1% cationic starch (with 0.5 % concentration), and 0.3% cationic polyacrylamide (with 0.05 % concentration) were added in different orders to bagasse pulp to make handsheets.
Results: The results showed that adding materials in every sequence increased density, tensile strength, and drainage. The best sequence of two adding materials was for adding cationic polymer firstly and cellulose nanofibers secondly to dilute pulp suspension through which it is assumed that fibers and cationic polymers make large agglomerates which break to smaller fractions afterwards with shear force. In the following, adding cellulose nanofibers and being absorbed to cellulose fiber networks resulted in paper higher tensile strength and a limited increase in drainage. Between the sequences of adding three materials, tensile index and density of papers showed no significant differences. Nevertheless, adding three materials in every sequence increased tensile strength significantly compared with two materials and control specimen. In addition, when cationic starch is added firstly the least drainage time and when cellulose nanofibers added firstly the highest drainage time were observed. Furthermore, in specimen with three adding materials, the highest thickness was measured when cellulose nanofibers had been added firstly.
Conclusion: using cellulose nanofibers together with cationic starch and polyacrylamide, while implementing shear forces, retains micro and nano fines and can increase paper density and pulp drainage time. To sum up the influences of additive sequences on tensile, density and drainage, it can be concluded that the sequence of adding two materials of cationic starch at first and cellulose nanofibers at second, and the sequence of adding three materials in the order of cationic starch, polyacrylamide, and cellulose nanofibers respectively were introduced as the best orders for papermaking from bagasse pulp to be able to gain the highest tensile strength and the least drainage time.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tensile strength
  • Cationic Starch
  • Cellulose nanofibers
  • Cationic Polyacrylamide
  • Papermaking