تأثیر تیمار خمیرکاغذ کارتن کنگره‌ای کهنه با آنزیم لاکاز بر مقاومت‌های آن

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیأت علمی مؤسسه تحقیقات جنگل‌ها و مراتع کشور

2 رییس پردیس دانشگاه شهید بهشتی- زیرآب

3 فارغ التحصیل

4 عضو هیأت علمی دانشگاه شهید بهشتی

چکیده

سابقه و هدف: کاغذهای تهیه شده از الیاف بازیافتی به علت تعدد چرخه بازیافت، دارای مقاومت‌های کمتری نسبت به کاغذهای تهیه شده از الیاف بکر می‌باشند. به منظور رفع این مشکل، تاکنون راه‌کارهای مختلفی ارائه شده که استفاده از آنزیم-های تخصصی از جمله آنهاست. در حالی که استفاده از آنزیم‌ها در صنایع خمیر و کاغذسازی هنوز در مرحله تحقیق و توسعه است، اما برخی از این واحدهای پیشتاز توانسته‌اند این فناوری را به کار گیرند. راهکارهای مختلفی برای تقویت اتصال الیاف بازیافتی و در نتیجه بهبود مقاومت‌های کاغذ ساخته شده از آنها وجود دارد. یکی از این روش‌ها استفاده از آنزیم‌های اکسیدکننده مثل سلولاز و لاکاز است که موجب تسریع در لیگنین‌زدایی می‌شوند. بر اساس تحقیقات انجام شده، سیستم لاکاز- واسطه‌گر بیشترین تاثیر را بر روی افزایش مقاومت‌های کاغذ داشته است. از جمله واسطه‌گرهای متداول لاکاز، ABTS و HBT هستند که دارای جرم مولکولی پایینی بوده و به عنوان بهترین اکسیدکننده قسمت‌های غیرفنلی لیگنین مورد استفاده قرار می-گیرند. در این تحقیق اثر تیمار خمیرکاغذ کارتن کهنه با آنزیم لاکاز به منظور افزایش مقاومت‌های کاغذهای بازیافتی مورد بررسی قرار گرفت.
مواد و روش‌ها: خمیرکاغذ کارتن کنگره‌ای کهنه (OCC) از جعبه تغذیه یک واحد تولید کاغذهای بازیافتی در شمال کشور (شرکت افرنگ نور) تهیه شد و سپس کلاسه‌بندی الیاف آن توسط دستگاه باور مگ‌نت انجام شد. برای تیمار آنزیمی خمیرکاغذ OCC از آنزیم لاکاز و واسطه‌گر HBT استفاده شد. شرایط تیمار آنزیمی شامل رساندن درصد خشکی به 2 و pH به 5 بود که در مدت زمان 2 ساعت و دمای 60 درجه سانتی‌گراد با سه سطح آنزیم (005/0، 01/0 و 015/0 درصد بر مبنای وزن خشک خمیرکاغذ) اعمال شد. برای ساخت کاغذ دست‌ساز و اندازه‌گیری ویژگی‌های آن از استاندارد TAPPI استفاده شد و نیز تجزیه و تحلیل آماری نتایج به کمک طرح آماری کاملاً تصادفی انجام شد.
یافته‌ها: نتایج کلاسه‌بندی الیاف خمیرکاغذ کارتن کنگره‌ای کهنه نشان داد که حدود 31 درصد وزن خمیرکاغذ OCC را نرمه‌ها تشکیل می‌دهند. همچنین تجزیه و تحلیل آماری نتایج به دست آمده نشان داد که تیمار خمیرکاغذ OCC با آنزیم لاکاز بر مقاومت‌های کاغذ دست‌ساز در سطح احتمال 99 درصد معنی‌دار است. با مصرف 005/0 درصد آنزیم لاکاز، شاخص مقاومت به کشش و ترکیدن کاغذ نسبت به نمونه شاهد به طور معنی‌داری افزایش یافت. آزمون دانکن نشان داد که بین میانگین این دو شاخص با مصرف 005/0 و 015/0 درصد آنزیم (بر مبنای وزن خشک خمیرکاغذ) اختلاف معنی‌داری وجود ندارد و در یک گروه آماری قرار می‌گیرند. روند تغییرات شاخص مقاومت به پاره شدن برعکس دو شاخص دیگر بوده و مقاومت کنکورای لایه میانی (CMT) در کلیه سطوح مورد استفاده آنزیم کاهش پیدا کرد.
نتیجه‌گیری: با توجه به اهمیت و نقش دو مقاومت اصلی کشش و ترکیدن در کاغذهای تست لاینر که به طور قابل توجهی در صنایع بسته‌بندی کاربرد دارد، مصرف 005/0 درصد آنزیم لاکاز (نسبت به وزن خشک خمیرکاغذ) به همراه واسطه‌گر HBT برای بهبود این مقاومت‌‌ها توصیه می‌شود. باتوجه به افت شاخص مقاومت کنکورای لایه میانی (CMT)، به کارگیری لاکاز برای تیمار خمیرکاغذ مورد استفاده در ساخت کاغذ کنگره‌ای مناسب نمی‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Effect of laccase enzyme treatment on the strength properties of OCC pulp

نویسندگان [English]

  • Saeed Mahdavi 1
  • Hossein Kermaniyan 2
  • Masoumeh Moradi 3
  • Omid Ramzani 4
1
2
3
4
چکیده [English]

Background and objectives: Paper made of recycled fibers has less strength compared to virgin fibers due to the multiplicity of recycling. Several solutions have been proposed to solve this problem consist of specialized enzymes application. While the applications of enzymes in the pulp and paper industry is still in the research and development stage, but some of them have pioneered the technology to operate. There are various methods to increase recycled fiber bonding and improves the paper strength. Oxidant enzymes such as cellulase and laccase are one of the methods that could accelerate delignification. Laccase-mediator system has the greatest effect on increasing of paper strength according to previous studies. Common Low molecular weight of mediator such as ABTS or HBT are the best non-phenolic lignin oxidizing that have been used yet. In order to increase the strength of recycled paper the effect of laccase treatment on old corrugated container (OCC) pulp was investigated in this study.
Materials and methods: OCC pulp was obtained from headbox of recycled paper factory in the north of Iran (Afrang Noor), and then was fractionated by Bauer-McNett classifier. HBT mediator was selected to treatment of OCC pulp by laccase. The pulp was treated by the enzyme in the adjusted conditions including consistency: 2%, pH: 5, reaction time: 2 hours, and reaction temperature: 60 °C in dosing levels of 0.005%, 0.01% , and 0.015 % based on oven-dried weight of pulp. Handsheet making and characteristic measurement carried out by TAPPI test methods and also statistical analysis was conducted using completely randomized design.
Results: Fiber classification result showed that fines constitute about 31% of weight of the pulp. There are significant differences at 1% level among the pulp strength properties of OCC which treated with laccase enzyme. Tensile and burst indices significantly were increased compared to the control using 0.005% of laccase. Multiple Duncan test showed that the average of these two indices by using 0.005% and 0.015% laccase (based on O.D. weight of pulp) had no significant difference and placed in the same statistical group. The variation trend of tear index unlike the other indices was observed and concora medium test (CMT) decreased at all levels of the treatments.
Conclusion: OCC pulp treated with 0.005% laccase-HBT (based on O.D. weight of pulp) is recommended according to the important role of tensile and burst strength in test liner for packaging industry. Due to decreasing of Concora medium test (CMT) by the enzyme, laccase application is not suitable for making corrugated paper.

کلیدواژه‌ها [English]

  • OCC pulp
  • Laccase-HBT
  • enzymatic treatment
  • paper strength

مراجع

1.Adela Salca, E., and Hiziroglu, S. 2014. Evaluation of hardness and surface quality of
different wood species as function of heat treatment. Materials and Design., 62: 416–423.
2.Amaral, R., and Hochong, L. 2002. Surface roughness. Power point.
3.Awoyemi, L., Cooper, P.A., and Ung, T.Y. 2009. In-treatment cooling during thermal
modification of wood in soy oil medium: Soy oil uptake, wettability, water uptake and
swelling properties. Eur. J. Wood.
4.Aydemir, D., Gunduz, G., Altuntas, E., Ertas, M., Sahin, H.T., and Alma, M.H. 2011.
Investigating changes in the chemical constituents and dimensional stability of heat-treated
hornbeam and uludag fir wood. Bio. Resources., 6: 2. 1308-1321.
5.Ayrilimis, N. 2005. Variations in compression strength and surface roughness of heat-treated
Turkish rirred gum (Eucalyptus Camaldulensis) wood. Scince links Japan. 4: 405- 409.
6.Ayrilmis, N., Candan, Z., Akbulut, T., and Balkiz, O. 2010. Effect of sanding on surface
properties of medium density fiber board. TnbusTRJA. 61: 3. 175-181.
7.Aytin, A., and Korkut, S. 2016. Effect of thermal treatment on the swelling and surface
roughness of common alder and wych elm wood. J. For. Res., 27: 1. 225–229.
8.Boonstra, M.J. 2008. A two-stage thermal modification of wood. Ph.D. Dissertation in
cosupervision Ghent University and Université Henry Poincaré- Nancy, France. 1-297p.
9.Candan, Z., Buyuksarıa, U., Korkut, S., Unsala, O., and Cakıcıer, N. 2012. Wettability and
surface roughness of thermally modified plywood panels. Industrial Crops and Products, 36:
434–436.
10.Chehreh, F., Farahani, M.R.M., and Mahounak, A.R.S. 2012. Effect of rapeseed oil heat
treatment using rapeseed oil on dimensional stability of Populus deltoides wood. Gorgan, J.
of Wood and Forest Science and Technology. 19: 2. 105-117. (In Persian)
11.Hill, A.S.C. 2006. Wood Modification Chemical, Thermal and other processes. John Wiley
and Sons Press England, Pp: 99– 127.
12.Hossaini, M. 2007. Investigation on dimensional stability and decay resistance of aceic
anhydryd and propionic anhidryde modified beech wood. M.Sc. Thesis. Gorgan, University
of Agricultural Science and Natural Resources. 75p. (In Persian)
13.Kamdem, P., and Grelier, S. 2002. Surface roughness and color change of Copper Amine
and UV maple (Acer rubrum) exposed to artificial ultraviolet light Holzforschung. 56: 473–
478. 14.Kantay, R., Unsal, O., and Korkut, S. 2003. Investigations of surface roughness of sliced
Walnut and Beech veneers produced in Turkey. Rev Forest Faculty, University of Istanbul
Ser A. 51: 1. 15–31.
15.Kasemsiri, P., Hiziroglu, S., and Rimdusit, S. 2012. Characterization of heat treated eastern
redcedar (Juniperus virginianaL). J. Materials Process Technology. 212: 1324 – 1330.
16.Kor, S. 2013. Investigation the effect of furfuryl alcohol on surface roughness of poplar
wood. M.Sc. thesis. College of wood and paper Engineering. Gorgan University of
Agricultural sciences and natural Resources. 1-67. (In Persian)
17.Moftikolayi, F.T. 2010. Surface roughness of chemical modified wood. M.Sc. thesis. College
of wood and paper Engineering. Gorgan University of Agricultural sciences and natural
Resources. 1-67. (In Persian)
18.Nuopponen, M., Vuorinen, T., Jämsä, S., and Viitaniemi, P. 2003. The effects of a heat
treatment on the behaviour of extractives in softwood studies by FTIR spectroscopic
methods. Wood Science and Technology, 37: 2. 109–115.
19.Ozcan, S., Ozcifci, A., Hiziroglu, S., and Toker, H. 2012. Effects of heat treatment and
surface roughness on bonding strength. Construction and Building Materials. 33: 7-13.
20.Rusche, H. 1973. Thermal degradation of wood at temperatures up to 200°C. Part II.
Reaction kinetics of loss of mass during heat treatment of wood. Holz als Roh-und
Werkstoff., 31: 8. 307-312. 21.Sailer, M., Rapp, A.O., Leithoff, H., and Peek, R.D. 2000. Vergu¨tung von Holz durch
Anwendung einerO¨ l- Hitzebehandlung (Upgrading of wood by application of an oil heat
treatment). Holz Roh Werkst., 58: 15-22. 22.Spear, M.J., Fowler, P.A., Hill, C.A.S., and Elias, R.M. 2006. Assessment of the envelope
effect of three hot oil treatments: Resistance to decay by Coniophora puteana and Postia
placenta. The International Research Group on Wood Protection, IRG/WP 06 – 40, Pp: 209–
216.
23.Tanaomi, A.R., Mohebby, B., and Ghahri, S. 2012. The Effect of Oleothermal Treatment on
Physical and Mechanical Properties of Beech Wood. J. Wood Forest Sci. Tech., 19: 3. 111-
126. (In Persian) 24.Tasdemir, C., and Hiziroglu, S. 2014. Measurement of various properties of Southern pine
and aspen as function of heat treatment. Measurement, 49: 91- 98.
25.Wang, J.Y., and Cooper, P.A. 2005. Effect of oil type, temperature and time on moisture
properties of hot oil-treated wood. Holz Roh Werkst. 63: 417– 422.
26.Zhong, Z.W., Hiziroglu, S., and Chan, C.T.M. 2013. Measurement of the surface roughness
of wood based materials used in furniture manufacture. Measurement. 46: 1482–1487.
پژوهش‌های علوم و فناوری چوب و جنگل
دوره 24، شماره 4
اسفند 1396
صفحه 66-70

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار