بهبود ویژگی‌های مکانیکی، نوری و ضد‌باکتری کاغذ با استفاده از سلولز نانو‌فیبریله‌شده تیماره شده با نانو ذرات نقره ‏

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

2 گروه صنایع خمیروکاغذ دانشگاه منابع طبیعی گرگان

3 گروه صنایع خمیروکاغذ، دانشگاه منابع طبیعی گرگان

4 دانشجو/دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان

چکیده

رشد روز افزون مصرف مصنوعات کاغذی نیاز‌های مقاومتی ویژه بالاتر در محصولات جدید، از ‏جمله استفاده از مصنوعات سلولزی در مصارف غیر تحریر مثل محصولات بسته‌بندی و بهداشتی و ‏همچنین بهبود خواصی همچون چاپ پذیری و ...، نیاز به استفاده از روش‌ها و مواد مختلف تقویت ‏کننده ساختار کاغذ را افزایش می‌دهد‎. ‎در صنایع بسته‌بندی هدف‎ ‎از‎ ‎بسته‌بندی‎ ‎مواد‎ ‎غذایی‎ ‎جلوگیری‎ ‎از‎ ‎فساد‎ ‎باکتریایی‎ ‎و‎ ‎از‎ ‎دست‎ ‎رفتن‎ ‎مواد‎ ‎مغذی و‎ ‎در‎ ‎نتیجه،‎ ‎افزایش‎ ‎مدت زمان‎ ‎ماندگاری‎ ‎آن‌ها‎ ‎است. ‏بسته‌بندی مواد غذایی راهکاری حیاتی برای تضمین ایمنی آن‌ها است. در این مقوله یکی از ‏موضوعات مهم، بهداشتی بودن و بهداشتی کردن ماده مورد استفاده در این صنایع است که می‌توان ‏با ایجاد این خاصیت در کاغذ دامنه کاربرد آن را افزایش داد و موارد مصرف جدیدی را برای آن ‏تعریف کرد. در دنیای صنعتی امروز به دلیل ارتقای سطح آگاهی و توقع مصرف‌کننده نسبت به ‏کیفیت، همواره بایستی به دنبال راه حل‌های کارا و سودمند در جهت بهبود کیفیت بود. در حال ‏حاضر فرآیند‌های تکمیلی گسترش چشمگیری یافته‌اند و نقش به‌سزایی در کیفیت محصول دارند‎ ‎‏ ‏امروزه تلاش‌های زیادی به منظور بهبود خواص فیزیکی، مقاومتی و ممانعتی کاغذ‌ها انجام شده که ‏از جملهی آن می‌توان به افزودن مواد افزودنی فیبری چون الیاف بلند سوزنی‌برگان، الیاف نرمه‌ی ‏حاصل از خمیر شیمیایی و مواد افزودنی غیر‌فیبری مانند پرکننده‌ها، عوامل آهاردهی درونی و ‏چسب‌های ویژه خمیر‌کوب از جمله پلیمر‌های طبیعی و مصنوعی نام برد. هدف این تحقیق تولید نانو ‏کامپوزیت سلولز نانو‌فیبریله‌شده/ نانو‌نقره و به کارگیری آن در کاغذ به منظور بهبود همزمان ‏ویژگی‌های مکانیکی و ضد‌باکتری کاغذ می‌باشد. در این پژوهش احیای نانو ذرات نقره در دو سطح ‏مصرفیppm ‎‏ 5 و 10 بر روی سلولز نانو‌فیبریله‌شده با کمک سدیم‌بور‌هیدرید انجام شد و در نهایت ‏نانو کامپوزیت ‏NFC‏/ نانو نقره در سه سطح 5، 10 و 15% وزنی نسبت به وزن کاغذ به منظور بهبود ‏همزمان ویژگی‌های مکانیکی و ضد‌باکتری استفاده شد. نتایج افزایش دانسیته و شاخص مقاومت به ‏ترکیدگی را نشان می‌دهد. همچنین درجه روشنی کاغذ‌های تیمار شده با نانو کامپوزیت ‏NFC‏/ نانو ‏نقره‌ کاهش و شاخص ماتی افزایش یافت. ویژگی‌های‎ ‎ضدباکتریایی بر‎ ‎علیه‎ ‎دو‎ ‎نوع‎ ‎باکتری‎ ‎اشرشیاکلای‎ ‎و‎ ‎استفیلوکوکوس‌اورئوس که به ترتیب نماینده باکتری‌های گرم منفی و گرم مثبت هستند ‏مورد بررسی قرار گرفت.‏‎ ‎نتایج حاکی از آن است که با وجود مقادیر کم نقره در کاغذ‌های تیمار شده ‏مانع رشد باکتری شدند. به منظور هدف جانبی خواص ضد‌باکتری فیلم نانو کامپوزیت ‌‏NFC‏/ نقره و ‏فیلمNFC ‎‏ تیمار شده با نانو ذرات نقره به روش غوطه‌وری در دو سطح نقره مصرفیppm ‎‏ 5 و 10 ‏تهیه شد. نتایج نشان می‌دهد خواص ضد‌باکتری نانو کامپوزیت ‏NFC‏/ نانو نقره به دلیل لایه نشانی ‏نانو ذرات نقره بر روی ‏‎ NFCنسبت به فیلم ‏NFC‏ تیمار شده با نانو ذرات نقره به روش غوطه‌وری ‏بیشتر می‌باشد.‏

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Mechanical, optical and antibacterial properties improvement of paper using nanofibrillated ‎cellulose modified with nanosilver particles

نویسندگان [English]

  • Elyas Afra 1
  • mahdis shafaee 2
  • Ali Abyaz 3
  • parvaneh narchin 4
1 Department of Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and ‎Natural Resources, Gorgan, Iran‎
2 Department of Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and ‎Natural Resources, Gorgan, Iran‎
3 Department of Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural ‎Resources, Gorgan, Iran‎
4 Department of Pulp and Paper Technology, Gorgan University of Agricultural Sciences and ‎Natural Resources, Gorgan, Iran‎
چکیده [English]

The packaging industry is one of the most important consumers of paper, in that about one ‎third of materials used in the packaging industry are paper and paperboard. In general, ‎packaging papers need to have high barrier and mechanical properties. Regarding the importance ‎of sustainable development and debates on using petrochemical-based polymers in food ‎packaging, there is an increasing interest in replacing synthetic and fossil-based polymers with ‎more renewable and sustainable materials. A renewable biomaterial that may be a good ‎alternative for improving strength and barrier properties of paper and composites is ‎nanofibrillated cellulose (NFC).‎
Cellulose is the most abundant natural, renewable, biodegradable and biocompatible polymer. ‎Cellulose and its derivatives have been used in a variety of applications in several areas, such as ‎the textile industry, the paper industry and in the medical field, where they are used as tissue ‎engineering materials owing to their good biocompatibility and mechanical properties similar to ‎those of hard and soft tissue and easy fabrication into a variety of shapes with adjustable ‎interconnecting porosity. Cellulose and its derivatives are viable alternatives to alleviate such ‎issues, due to their inherent properties such as non-toxicity, hydrophilicity, and chemical ‎resistivity (1). The use of nanofibrillated cellulose (NFC) for the production of nanocomposites ‎containing inorganic nanoparticles has attracted the attention of the scientific community. ‎Nanofibrillated cellulose (NFC) and microbial cellulose, due to their nanosized dimensions can ‎impart improvement and in many cases new properties to the ensuing (nano) composite ‎materials (2). With the growing public health awareness of disease transmissions and cross-‎infection caused by microorganisms, use of antimicrobial materials has increased in many ‎application areas like protective clothing for medical and chemical works, other health related ‎products. The aim of this study was to produce NFC/Ag nanocomposites and used paper to ‎improve the mechanical and antibacterial properties. Silver nanoparticles reducing was used to ‎help NaBH4 on nanofibrillated cellulose at the level 5 and 10 ppm and finally, nanocomposite ‎NFC /Ag at 5, 10, 15% w/w of the paper were used to improve mechanical and antibacterial ‎properties. The results show an increase density and burst index. The brightness of paper treated ‎with nanocomposite NFC /Ag was low and opacity index was increased. Antibacterial properties ‎investigated towards gram negative (E.colie) and gram positive (S. aureus) bacteria. The results ‎indicated that the presence of few amounts of silver in treated paper were inhibited bacterial ‎growth. Lateral to target antibacterial properties was prepared of nanocomposite NFC/Ag ‎nanocomposite the immersion method used by the silver 5 and 10 ppm.‎

کلیدواژه‌ها [English]

  • Mechanical
  • optical and antibacterial properties of paper
  • nanofibrillated cellulose
  • nanosilver