بهبود پیوندپذیری الیاف سه بار بازیافت‌شده خمیرکاغذ کرافت با پوشش‌دهی چندلایه کایتوزان/کربوکسیل متیل سلولز

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسنده

عضو هیئت علمی/دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

سابقه و هدف:
امروزه بازیافت کاغذهای باطله یک راهکار مناسب برای مصرف ضایعات کاغذی و به عنوان یک منبع غنی الیاف سلولزی توسعه فراوانی پیدا کرده است. با توجه به اینکه ویژگی‌های ساختاری این نوع الیاف بسیار متفاوت از الیاف بکر می‌باشند، اولین و مهمترین چالش در بکارگیری آنها، مناسب‌سازی آن برای استفاده مجدد در صنعت کاغذسازی است. بنظر می‌رسد اگر این الیاف به صورت مکرر مورداستفاده قرار گیرند، قابلیت استفاده از آنها کاهش ‌یابد. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که تکنیک لایه ‌‌به ‌‌لایه روش خوبی برای اصلاح خواص الیاف سلولزی و بهبود پیوندپذیری آن می‌باشد. در این تکنیک، الیاف سلولزی با ذرات یونی با بار مخالف در یک محیط واکنش قرار می‌گیرد و طی آن ذرات عمدتاً با جاذبة الکترواستاتیکی توسط سطح الیاف جذب می‌شود. در نتیجه مقاومت شبکه الیاف بطور قابل ملاحظه‌ای توسعه می‌یابد. لذا در این تحقیق، امکان اصلاح و توسعه پیوندیابی الیاف کرافت سه مرتبه بازیافت‌شده با استفاده از تکنیک لایه به لایه مورد بررسی قرار گرفته است.
مواد و روش‌ها:
برای انجام این تحقیق، ابتدا الیاف کرافت سه مرتبه در چرخه بازیافت قرارگرفت. سپس الیاف سه‌بار بازیافت‌شده با روش لایه به لایه و با لایه‌نشانی یک در میان 1 درصد پلیمر کایتوزان کاتیونی و 1 درصد کربوکسیل متیل سلولز (CMC) آنیونی بر مبنای وزن خشک الیاف لایه‌نشانی شدند. لایه نشانی برای تشکیل یک، دو و سه جفت‌لایه از این پلیمرها بر روی سطح الیاف انجام گرفت. برای تشکیل جفت‌لایه‌های متوالی، 500 میلی‌لیتر سوسپانسیون خمیر الیاف با خشکی حدود 6/0 درصد به مدت 10 دقیقه با محلول‌‌‌های کایتوزان و CMC توسط دستگاه DDJ بهم زده شد. از نمونه خمیرکاغذها، کاغذهای دست‌ساز با وزن پایه g/m2 80±5 تهیه و ویژگی‌های آن مطابق روش-های استاندارد TAPPI مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین از نمونه‌های ذکرشده تصاویر الکترونی تهیه شد تا تغییرات در ساختار سطح الیاف مورد ارزیابی قرارگیرد.
یافته‌ها:
تغییرات متناوب پتانسیل زتا حاکی از تشکیل لایه‌های متوالی جفت پلیمر کایتوزان و CMC بر روی سطح الیاف بازیافتی کرافت می‌باشد. ارزیابی مقاومت‌های کاغذ تهیه‌شده تأیید می‌کند که با تیمار الیاف سه‌بار بازیافت‌شده کرافت با روش لایه به لایه و جذب این دو پلیمرها مقاومت‌دهنده، پیوندیابی الیاف توسعه یافته است. زیرا دانسیته ظاهری، شاخص کششی، پیوند داخلی و انرژی جذب کششی کاغذ بطور معنی‌داری افزایش یافته‌اند. سفتی خمشی کاغذ بعلت افزایش دانسیته (کاهش ضخامت) کاهش قابل ملاحظه‌ای را نشان داده است. در ریزنگار‌‌های الکترونی تهیه شده نیز تفاوت واضحی در سطح الیاف تیمارشده نسبت به الیاف تیمارنشده مشاهده شده است که بیانگر جذب پلیمرها می‌باشد که منجر به توسعه سطح پیوندیافته بین الیاف و افزایش مقاومت‌های کاغذ می‌شود.
نتیجه‌گیری:
از نتایج این تحقیق می‌توان نتیجه گرفت که این امکان وجود دارد که با استفاده از روش لایه به لایه و با تشکیل چندلایه هایی از پلیمرهای کایتوزان و CMC، قابلیت پیوندپذیری الیاف کرافت بازیافت شده را اصلاح و ویژگی‌های مقاومتی کاغذ حاصل از آن را بهبود بخشید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Bonding improvement of three times recovered Kraft fibers through coating of chitosan/carboxyl methyl cellulose multilayers

نویسنده [English]

  • hamidreza Rudi
چکیده [English]

Background and objectives:
Paper recycling has been greatly developed as a suitable approach to use waste paper and as a huge source of cellulose fibers in recent years. Regarding to the structural characteristics of these fibers, which differ largely from those virgin fibers; the first and most important challenge of their application is to modify them for reusing in papermaking industry. It seems that if these fibers are repeatedly used, their applicability will reduce. Although the impact of recycling number for these type of fibers on the paper properties has always been taken into consideration, but there are not many reports available in the literature review. Recent studies show that layer-by-layer technique is a good way 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. Thus, the fibers network strength would improve considerably. Therefore, in current study, the Kraft paper recovered three times at first. The possibility of modifying of three times recovered Kraft fibers has been investigated using layer-by-layer technique in order to develop the bonding potential of the fibers.
Materials and methods:
Kraft fibers were first recycled three times. Then, the three times recycled fibers were treated by 1 % cationic chitosan and 1 % anionic carboxyl methyl cellulose (CMC), based on the oven dry (OD) weight of fibers, by using layer-by-layer method. The treatment was applied to form one, two and three double layers of pair polymers on the fiber surface. To form a consecutive double layers, 500 ml of fiber suspension with consistency of about 0.6 % was mixed with chitosan and CMC solutions for 10 minutes by using dynamic drainage jar (DDJ) machine. Paper sheets with base weight of about 80±5 g/m2 were prepared from the pulp samples and their characteristics were evaluated according to TAPPI standard methods. In addition, SEM micrographs were prepared from the papers to evaluate the changes in the structure of the fiber surface.
Results:
The alternate variation of zeta potential confirmed the formation of chitosan and CMC layers on the surface of Kraft recycled fibers. The evaluation of paper strengths showed that the fibers bonding has been developed by treating the three times recycled Kraft fibers with layer-by-layer method, through absorbing of these two strength-enhancing polymers. Meanwhile, paper apparent density, tensile index, internal bonding, and tensile energy absorption have significantly increased. However, the bending stiffness of the paper has shown a significant decrease due to the increased in paper density (decrease in thickness). In addition, based on SEM results there was a clear difference between the surface of treated and untreated fibers, which indicated the absorption of polymers, leading to the development of bonds between the fibers, and paper strength.
Conclusions:
It can be concluded that it is possible to modify the bonding-ability of three times recycled Kraft fibers by using layer-by-layer technique. This method can be applied to assemble multilayers of chitosan and CMC polymers on the fiber surfaces, to improve the strength properties of the resulting paper.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Recycled paper
  • Layer-by-layer technique
  • Chitosan
  • Carboxyl methyl cellulose
  • Zeta potential