نشریه جنگل و فرآورده های چوب

نشریه جنگل و فرآورده های چوب

بررسی تأثیر اکسایش سطوح الیاف و پوشش‌دهی با لیگنوسولفونات بر ویژگی‌های کاغذ بسته‌بندی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
گروه چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران.
10.22059/jfwp.2026.417929.1404
چکیده
مقدمه: در سال­ های اخیر، تلاش­ های زیادی جهت استفاده از پلیمرهای طبیعی به ­ویژه سلولز و لیگنین به‌عنوان مواد تجدیدپذیر و دوست­دار محیط‌زیست انجام شده است. لیگنین با واحدهای فنیل پروپانی پتانسیل زیادی جهت واکنش­، اصلاح و استفاده در کاربردهای مختلف دارد. سالانه این ماده به مقدار زیادی از صنایع خمیرکاغذ بازیابی می ­شود. لیگنوسولفونات از فرآیند خمیرسازی سولفیت به‌دست می­ آید. این ماده محلول در آب و دارای وزن مولکولی بالا است. از لیگنوسولفونات می­توان به‌عنوان تثبیت­ کنندة امولسیون، پراکنده ­ساز، ترکیب سیمان و پوشش کاغذ استفاده کرد. با توجه به اهمیت لیگنین، بررسی قابلیت ­های لیگنین در ساخت کاغذ و مقوا ضروری می ­باشد. از این‌رو در این تحقیق تأثیر استفاده از لیگنین در ویژگی ­های کاغذ بسته­ بندی مورد مطالعه قرار گرفت.
روش پژوهش: در ابتدا ورق ­های خمیرکاغذ الیاف بلند کرافت به ابعاد کوچک خرد شدند. الیاف به‌مدت 24 ساعت خیسانده شد، سپس جداسازی و دفیبره کردن الیاف انجام شد. پس از تعیین رطوبت، الیاف مطابق با استاندارد تاپی، برای دست­یابی به درجة روانی 25±250 میلی ­لیتر تحت پالایش قرار گرفت. مطابق با استاندارد تاپی از الیاف پالایش و دفیبره شده، کاغذ دست­ساز با وزن ­پایه 5±60 گرم بر متر مربع ساخته شد. در نهایت پس از ساخت کاغذ و قبل از پرس کاغذهای ساخته شده، سطوح الیاف ابتدا به ­وسیلة هیدروکسید سدیم و سپس پراکسید هیدروژن 3 درصد، با روش اسپری بر سطح، اصلاح سطحی شدند. پس از انجام پرس سرد، سطح کاغذ دست­ساز به روش اسپری، توسط محلول لیگنوسولفونات پوشش داده شد. غلظت مادة پوشش‌دهندة 2/5 و 5 درصد بود. کاغذهای دست­ساز به­ وسیلة صفحه و حلقه ­های مخصوص کاغذ، تحت قید قرار گرفتند تا بدون ایجاد چروک و ناصافی سطح خشک شوند. سپس ویژگی مقاومتی، فیزیکی و ممانعتی کاغذهای شاهد و پوشش داده شده شامل مقاومت کششی، مقاومت به پاره شدن، مقاومت به ترکیدن کاغذ، دانسیته و ضخامت، مقدار خاکستر و زبری سطح، جذب آب و مقاومت به عبور هوا مورد بررسی قرار گرفتند.
یافته­ ها: بررسی نتایج نشان داد که بیشترین شاخص مقاومت کشش، ترکیدن و پاره شدن در کاغذهای دست­ساز مربوط به نمونه کاغذ اصلاح شده با تیمار سطحی اکسیداسیونی و پوشش­ دهی شده با لیگنوسولفونات 5 درصد است. همچنین تجزیه‌و‌تحلیل آماری داده ­های مربوط به ویژگی ­های مقاومتی نشان داد که تفاوت داده­ ها در سطح اعتماد 95 درصد معنی‌دار است. بیشترین ضخامت کاغذ مربوط به نمونة کاغذ بدون تیمار سطحی اکسیداسیونی و پوشش ­دهی شده با لیگنوسولفونات 2/5 درصد و بیشترین مقدار دانسیتة ظاهری کاغذ مربوط به نمونة تیمار سطحی اکسیداسیونی و پوشش­دهی شده با لیگنوسولفونات 5 درصد بود. همچنین بیشترین مقدار خاکستر و کمترین مقدار زبری سطح در نمونه­ های کاغذ مربوط به نمونة کاغذ اصلاح شده با تیمار سطحی اکسیداسیونی و پوشش ­دهی شده با لیگنوسولفونات 5 درصد بود. کمترین مقدار جذب آب در نمونة کاغذ شاهد و سپس نمونة بدون تیمار سطحی اکسیداسیونی و پوشش ­دهی شده با لیگنوسولفونات 5 درصد مشاهده شد. بیشترین مقدار مقاومت به عبور هوا در کاغذ مربوط به نمونه با تیمار سطحی اکسیداسیونی و پوشش­ دهی شده با لیگنوسولفونات 5 درصد بود. همچنین تجزیه‌و‌تحلیل آماری داده ­های مربوط به ویژگی­ های فیزیکی و ممانعتی کاغذهای دست­ساز نشان داد که تفاوت داده­ ها در سطح اعتماد 95 درصد معنی‌دار است.
نتیجه­ گیری: هدف این پژوهش، پوشش ­دهی الیاف اصلاح شده با لیگنوسولفونات و بررسی ویژگی­ های کاغذ دست­ساز بود. در این فرآیند از مادة پراکسید هیدروژن به‌عنوان عامل اکسایشی در محیط قلیایی استفاده شد. نتایج نشان داد که فرآیند اکسیداسیون سطحی سبب ایجاد گروه ­های عاملی مانند COOH در سطح الیاف سلولزی شد. همچنین این عامل سطحی، سبب افزایش واکنش ­پذیری الیاف و لیگنوسولفونات شد، به­ طوری‌که در نمونه ­های با فرآیند اکسیداسیون مقدار جذب لیگنوسولفونات و در نتیجه درصد خاکستر موجود در کاغذ افزایش یافت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

The effect of fiber surface oxidation and lignosulfonate coating on packaging paper properties

نویسندگان English

Sheida Shafiei
Nouredin Nazarnezhad
Shaghaygh Rezanezhad
Seyed Majid Zabihzadeh
Department of Wood and Cellulosic Product, Agricultural Sciences and Natural Resources University of Sari, Sari, Iran.
چکیده English

Introduction: In recent years, many efforts have been made to use natural polymers, especially cellulose and lignin, as renewable and environmentally friendly materials. Lignin with phenylpropane units has great potential for reaction, modification, and use in various applications. This material is recovered in large quantities from the pulp and paper industry every year. Lignosulfonate (LS) is obtained from the sulfite pulping process. It is water-soluble and has a high molecular weight. Lignosulfonate can be used as an emulsion stabilizer, dispersant in oil well drilling, cement compounding and paper coating. Given the importance of lignin, it is essential to investigate the capabilities of lignin in the manufacture of paper and cardboard. Therefore, in this research, the effect of using lignin on the properties of packaging paper was studied.
Method: First, long-fiber kraft pulp sheets were crushed into small pieces. The fibers were soaked for 24 hours, then they were defibrated using a laboratory disintegrator. After moisture content determination, the fibers were refined according to the TAPPI standard to achieve freeness about 250 ± 25 ml. Hand-sheets with a basis weight (g/m2) of 60 ± 5 was made from the refined fibers, according to the TAPPI standard. Finally, after making the hand-sheets and before press, the hand-sheets surface was modified by using spray method the sodium hydroxide and then 3% hydrogen peroxide. After cold pressing, the surface of the hand-sheets was sprayed with a lignosulfonate solution. The concentration of the coating solution was 2.5 and 5%. The hand-sheets were fixed by using plate and rings to prevent wrinkles. Then, the strengths, physical and barrier properties of the control and coated papers, including tensile, tear, burst, density, thickness, ash content, surface roughness, water absorption, and air resistance, were investigated.
Results: The results showed that the highest tensile, burst and tear strengths index in hand-sheets is related to the modified hand-sheets samples with oxidative surface treatment and coated with lignosulfonate 5%. Also, statistical analysis of the data of the strength's properties indicated that the difference in the data is significant at the 95% confidence level. The highest hand-sheets thickness is related to the hand-sheet sample without oxidative surface treatment and coated with lignosulfonate 2.5%. The highest apparent density of the hand-sheets is related to the sample with oxidative surface treatment and coated with lignosulfonate 5%. Also, the highest ash content and the lowest surface roughness value in the hand-sheet samples are related to the modified hand-sheet sample with oxidative surface treatment and coated with lignosulfonate 5%. The lowest water absorption is related to the control hand-sheet sample and then the sample without oxidative surface treatment and coated with lignosulfonate 5%. The highest value of air resistance in the hand-sheets is related to the sample with oxidative surface treatment and coated with lignosulfonate 5%. Also, statistical analysis of the physical and barrier properties' data of hand-sheets showed that the difference in data is significant at the 95% confidence level.
Conclusion: The aim of this research is to coat modified fibers with lignosulfonate and investigate the properties of handmade paper. In this process, hydrogen peroxide was used as an oxidizing agent in an alkaline environment. The results showed that the surface oxidation process caused the creation of functional groups such as COOH on the surface of cellulose fibers. Also, this surface agent increased the reactivity of fibers and lignosulfonate, so that in the samples with the oxidation process, the amount of lignosulfonate absorption and, as a result, the percentage of ash in the paper increased.

کلیدواژه‌ها English

Lignin
Lignosulfonate
Oxidation
Packaging paper
Surface modification

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 22 مهر 1405