مقایسه اثر اختلاط خمیرکاغذ کرافت رنگبری نشده ساقه برگ و خوشه بدون میوه نخل خرما در ارتقاء کیفیت خمیرکاغذ بازیافتی کارتن کنگره ای کهنه (OCC)

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

2 کارشناس‌ارشد علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 دانشیار گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

چکیده

سابقه و هدف: افزایش استفاده از کاغذهای بازیافتی در تولید انواع کاغذ لاینر و کنگره‌ای، به دلایل اقتصادی و محیط زیستی، از رویکردهای مهم در صنایع کاغذسازی محسوب می‌شود. الیاف بازیافتی به مرور زمان و به دلیل استفاده‌های مکرر، مقاومت اولیه خود را از دست می‌دهند. در این راستا در برخی تحقیقات، پژوهشگران با اضافه کردن درصدی از الیاف بکر به مخلوط الیاف بازیافتی، مقاومت و کیفیت کاغذ تولیدی را مورد بررسی قرار داده‌اند. محدودیت استفاده از الیاف بکر چوب‌های جنگلی و اتخاذ سیاست‌های محیط زیستی موجب شده تا صنایع خمیر و کاغذ به دنبال استفاده از الیاف گیاهان غیرچوبی و ضایعات لیگنوسلولزی کشاورزی به‌عنوان منابعی پایدار و ارزان قیمت باشند. در این پژوهش با افزودن درصدهای مختلف الیاف بکر تهیه شده از دو نوع ضایعات لیگنوسلولزی نخل خرما شامل ساقه برگ و خوشه بدون میوه نخل خرما به صورت مجزا به خمیرکاغذ حاصل از بازیافت کارتن کنگره‌ای کهنه (OCC)، تاثیرات افزودن آنها و امکان ارتقاء کیفیت کاغذ تولیدی و در نهایت قابلیت استفاده از این دو نوع پسماند مورد بررسی، ارزیابی و مقایسه قرار گرفته است.
مواد و روش‌ها: ضایعات لیگنوسلولزی نخل خرما (شامل ساقه برگ و خوشه بدون میوه) از مزارع نخل خرما، واقع در شهرستان دشتستان استان بوشهر، جمع‌آوری و پس از خرد کردن، خمیرکاغذ رنگ‌بری نشده آن‌ها به صورت مجزا با روش کرافت با قلیایت موثر 20 درصد و سولفیدیته 25 درصد و دمای پخت 165 درجه سانتی‌گراد تهیه گردید. زمان پخت برای ساقه برگ 120 دقیقه و برای خوشه بدون میوه 20 دقیقه در نظر گرفته شد. عدد کاپا، درصد بازده و درجه روانی خمیرکاغذ بکر اندازه‌گیری شدند. خمیرکاغذ OCC از کارخانه کاغذ گلستان پرشیا تهیه گردید. سپس دو نوع خمیرکاغذ بکر به صورت مجزا با نسبت‌های مختلف 10، 20، 30، 40 و 50 درصد با خمیرکاغذ OCC ترکیب و کاغذهای استاندارد دست‌ساز با گراماژ 120 گرم بر متر مربع از این اختلاط‌ها تهیه گردید. ویژگی‌های فیزیکی، مکانیکی، نوری و ممانعتی این کاغذها با دستگاه‌های موجود در آزمایشگاه خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع و طبیعی گرگان بر اساس استاندارد TAPPI اندازه‌گیری شدند.
یافته‌ها: اختلاط خمیرکاغذ بکر کرافت رنگ‌بری‌نشده حاصل از ضایعات لیگنوسلولزی نخل خرما شامل ساقه برگ (R) و خوشه بدون میوه (E) با خمیرکاغذ بازیافتی OCC به‌طور معنی‌داری موجب بهبود ویژگی‌های فیزیکی و مکانیکی کاغذ می‌گردد. افزایش درصد خمیرکاغذ بکر در ترکیب کاغذ، باعث ارتقاء شاخص مقاومت به کشش، ترکیدن، لهیدگی حلقوی و تاخوردگی کاغذهای حاصل شد. در مجموع کاغذهای حاوی خمیرکاغذ بکر E عملکرد بهتری نسبت به خمیرکاغذ بکر R نشان دادند. افزایش دانسیته و کاهش نفوذپذیری به هوا نیز در نمونه‌های حاوی خمیرکاغذ بکر مشاهده شد که بیانگر تراکم بیشتر و ساختار منسجم‌تر کاغذ است. در مقابل، کاهش درجه روشنی در تیمارهای دارای خمیرکاغذ بکر به‌دلیل لیگنین باقی‌مانده در خمیرکاغذهای بکر، مشاهده شد. همچنین شاخص مقاومت به پارگی در مقایسه با سایر ویژگی‌ها حساسیت کمتری به ترکیب خمیرکاغذ نشان داد که احتمالاً ناشی از تأثیر مستقیم طول مؤثر الیاف و پالایش یکنواخت در تیمارها است.
نتیجه‌گیری: فرآیند بازیافت کاغذ، با وجود مزایای محیط زیستی و اقتصادی، با چالش‌هایی نظیر افت کیفیت الیاف و کاهش دوام محصول نهایی همراه است. در همین حال، ضایعات لیگنوسلولزی فراوان نخل خرما از جمله ساقه برگ (R) و خوشه بدون میوه (E)، در بسیاری از مناطق کشور بدون استفاده بهینه دفع یا سوزانده می‌شوند و پیامدهای محیط زیستی قابل توجهی به‌دنبال دارند. نتایج این پژوهش نشان داد که استفاده از خمیرکاغذ کرافت رنگ‌بری‌نشده حاصل از این ضایعات لیگنوسلولزی، به‌ویژه خوشه بدون میوه، به‌عنوان بخشی از ترکیب خمیرکاغذ بازیافتی، موجب بهبود قابل‌توجه خواص فیزیکی و مکانیکی کاغذ بازیافتی می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Comparison of the effect of mixing unbleached Kraft pulp from date palm rachis and empty fruit bunch in improving the quality of recycled old corrugated containers (OCC) pulp

نویسندگان [English]

  • Rahman Abbasi 1
  • Sediqeh Hossein Khani 2
  • Sahab Hedjazi 3
1 Ph.D. Student in Paper Science and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
2 M.Sc. in Paper Science and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Associate Prof., Dept. of Paper Science and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
چکیده [English]

Background and Objectives: Enhancing the use of recycled paper in the production of liner and corrugated paper is a vital strategy within the papermaking industry, driven by both economic and environmental considerations. Over time, recycled fibers tend to lose their strength due to repeated use. Consequently, some studies have explored the effects of incorporating virgin fibers into the recycled fiber mixture to improve the strength and quality of the resulting paper. Due to restrictions on the use of virgin forest fibers and the implementation of environmental policies, the pulp and paper industries have increasingly turned to non-wood plant fibers and agricultural lignocellulosic waste as sustainable and cost-effective resources. This study investigates the effects of incorporating varying percentages of virgin fibers derived from two types of lignocellulosic waste from date palms—rachis (R) and empty fruit bunch (E)—into the pulp obtained from recycled old corrugated containers (OCC). The research evaluates and compares the impact of this addition on the quality of the produced paper, ultimately highlighting the usability of these two types of waste.
Materials and methods: Date palm lignocellulosic wastes (R) and (E) were collected from plantations located in Dashtestan, Bushehr Province, Iran. The wastes were air-dried, crushed, and separately pulped using the kraft process under an effective alkali charge of 20%, sulfidity of 25%, and a cooking temperature of 165 °C. The cooking durations were set at 120 min for rachis and 20 min for empty fruit bunch. The resulting unbleached kraft pulps were characterized by determining kappa number, yield, and freeness. OCC pulp was obtained from Golestan Persia Paper Mill (Gorgan, Iran). Each type of virgin pulp derived from date palm wastes (R) and (E) was separately blended with the OCC pulp at substitution levels of 10%, 20%, 30%, 40%, and 50%. Standard laboratory handsheets with a grammage of 120 g/m² were prepared from these mixed pulps in accordance with TAPPI standard procedures. The physical, mechanical, optical, and barrier properties of the produced papers were evaluated according to TAPPI standard methods using the available instruments in the Pulp and Paper Laboratory of Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources.
Results: Blending unbleached kraft pulps derived from date palm lignocellulosic wastes (R) and (E) with recycled OCC pulp significantly enhanced the physical and mechanical properties of the resulting papers. Increasing the proportion of virgin pulp in the furnish resulted in significant improvements in tensile and burst indices, as well as ring crush (RCT) and folding endurance. Overall, the papers incorporating virgin pulp from (E) demonstrated superior performance compared with those containing (R) pulp. An increase in sheet density and a decrease in air permeability were also observed in samples containing virgin pulp, indicating the formation of denser and more cohesive paper structures. In contrast, a reduction in brightness was detected in treatments containing virgin pulp, which can be attributed to the presence of residual lignin in the unbleached pulps. Moreover, the tear index showed lower sensitivity to pulp composition than the other properties, which is likely due to the direct influence of fiber length and the uniform refining conditions among the treatments.
Conclusion: Despite its environmental and economic advantages, the paper recycling process presents challenges such as diminished fiber quality and lower durability of the final product. In many regions, abundant lignocellulosic waste from date palms particularly (R) and (E) is often disposed of or incinerated without full utilization, leading to notable environmental repercussions. The findings of this study indicate that incorporating unbleached kraft pulp derived from these lignocellulosic wastes, especially (E) into the recycled pulp composition significantly enhances the physical and mechanical properties of recycled paper.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Date palm waste
  • Kraft pulp
  • Recycling
  • Old corrugated containers
1.Mirshokrayi, A. (2008). Guide to waste paper (2nd ed.). Tehran: Aiizh Publications. 140p. [In Persian]
2.Bajpai, P. K. (2010). Solving the problems of recycled fiber processing with enzymes. BioResources. 5(2), 1311-1325.
3.Mahdavi, S., Karmanian, H., Moradi, M., & Ramazani, O. (2017). Effect of laccase enzyme treatment on the strength properties of old corrugated container (OCC) pulp. J. of Wood and Forest Science and Technology researches.
24(4), 66-70. [In Persian]
4.Toudarvari, Z., Farsi, M., & Asadpour Atouei, G. (2016). Effect of fiber length variations in different OCC pulps on the strength properties of corrugated paper. J. of Wood and Forest Science and Technology researches. 23(4), 255-268. [In Persian]
5.Roudi, H. R., & Hamzeh, Y. (2015). Identification of qualitative and quantitative papermaking parameters of OCC pulp fibers. J. of Wood and Paper Industries. 6, 2. [In Persian]
6.Filipova, I., Andze, L., Skute, M., Zoldners, J., Irbe, I., & Dabolina, I. (2023). Improving recycled paper materials through the incorporation of hemp, wood virgin cellulose fibers, and nanofibers. Fibers. 11(12), 101.
7.Mahdavi, S. (2016). Importance of fiber composition identification in improving the properties of packaging papers. Packaging Science and Technology. 7, 25. [In Persian]
8.Ghasemian, A., & Khalili, A. (2011). Fundamentals and methods of paper recycling. Tehran: Aiizh Publications. 184p. [In Persian]
9.Al-Otaibi, H. M., Al-Suhaibani, A. S., & Alsoliman, H. A. (2016). Physical and rheological properties of asphalt modified with cellulose date palm fibers. World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Civil, Environmental, Structural, Construction and Architectural Engineering. 10(5), 583-587.
10.Sobhani, S. M., Jaberi, M., & Chaabi, M. (2022). Designing a business model canvas for date palm waste in Khuzestan province. The 3rd National Conference on Agriculture Industry and Commercialization, Iran. [In Persian]
11.Wanrosli, W. D., Zainuddin, Z., & Roslan, S. (2005). Upgrading of recycled paper with oil palm fiber soda pulp. Industrial Crops and Products. 21(3), 325-329.
12.Schal, N., Krüger, E., Blum, R., & Rubenacker, M. (2009). Soda-AQ pulping of wheat straw and its blending effect on old corrugated cardboard pulp properties. Tappsa J. Pp: 30-35.
13.Sheikhi, P., Asadpour, G., Zabihzadeh, S. M., & Amoee, N. (2013). An optimum mixture of virgin bagasse
pulp and recycled pulp (OCC) for manufacturing fluting paper. BioResources. 8(4), 5871-5883.
14.Nassar, M. A., Awad, H. M., El-Sakhawy, M., & Hassan, Y. R. (2015). An optimum mixture of virgin rice straw pulp and recycled old Newsprint pulp and their antimicrobial activity. International Journal of Technology. 6(1), 63-72.
15.Mohd Hassan, N. H., Mohammed, S., & Ibrahim, R. (2018). Recycled paper enhancement with Semantan Bamboo virgin pulp for corrugated paper manufacturing. In Regional Conference on Science, Technology and Social Sciences (RCSTSS 2016) Theoretical and Applied Sciences (Pp: 751-757). Singapore: Springer Singapore.
16.Jafari Gandomani, R., Rahmaninia, M., & Khosravani, A. (2024). Improving the mechanical properties of packaging papers produced in OCC recycling industries with bagasse soda pulp. The 2nd National and 1st International Conference on Environmental Challenges: Green Industry and Mine, Noor, Iran. [In Persian]
17.Rowell, R., Young, R., & Rowell, R. (1945). Paper and composite materials from crop resources.
18.Razmpour, Z., Kermanian, H., Ramazani, A., Mahdavi, S., & Rahmaninia, M. (2012). Investigation of the effect of recycling frequency of NSSC waste paper on the properties of recycled pulp. Environmental Sciences. 9, 2. [In Persian]
19.Gulsoy, S. K., & Erenturk, S. (2017). Improving strength properties of recycled and virgin pulp mixtures
with dry strength agents. StarchStärke. 69(3-4), 1600035.
20.Afra, E., Mohammadnejad, S., & Saraeyan, A. (2016). Cellulose nanofibils as coating material and its effects on paper properties. Progress in Organic Coatings. 101, 455-460.
21.Afra, E., Yousefi, H., & Lakani, S. A. (2014). Properties of chemi-mechanical pulp filled with nanofibrillated and microcrystalline cellulose. Journal of Biobased Materials and Bioenergy. 8(5), 489-494.
22.Afra, E. (2003). Properties of paper. Agricultural Sciences Press. 392p. [In Persian]
23.Sarayian, A. (2019). Investigation on the feasibility of producing high-yield bleached pulp by alkaline peroxide mechanical pulping (APMP) from wheat straw in Khorasan (PhD dissertation, University of Tehran). 527p. [In Persian]