اصلاح سطح الیاف خمیرکاغذ کرافت در حضور پلیمر کیتوزان

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

2 استادیار گروه مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

3 استادیار گروه فناوری سلولز و کاغذ، دانشگاه شهید بهشتی، پردیس 1، زیرآب، سوادکوه، ایران

چکیده

در این تحقیق، اثر اصلاح سطح الیاف بر ویژگی‏های فیزیکی و مکانیکی خمیر و کاغذ کرافت به‌تنهایی و به همراه کیتوزان، به‌عنوان یک زیست‌پلیمر طبیعی، ارزیابی شد. به این منظور، ابتدا با استفاده از روش جذب متیلن ‏بلو مقدار گروه‏های کربوکسیل نمونه‌کاغذ‏های خمیر قهوه‏ای در سطح 0، 2، 3، 4، و 6 درصد پراکسید هیدروژن اندازه‏ گیری شد. سپس نمونه ‏های با بیشترین مقدار گروه کربوکسیل، توسط کیتوزان در سطح مصرف 75/0 درصد و 5/8pH= مورد تیمار قرار گرفت. در‌نهایت، خواص فیزیکی و مکانیکی کاغذ ساخته‌شده از آن‏ها اندازه ‏گیری شد. نتایج نشان داد که اصلاح سطح الیاف به‌تنهایی موجب افزایش مقاومت‏ های کاغذ می‏شود. همچنین، کیتوزان در حالت بدون تیمار پراکسید نیز می‏تواند به‌عنوان یک ماده بهبود‌ دهنده مقاومت خشک کاغذ عمل کند که این نتیجه می‏تواند ناشی از توانایی کیتوزان در ایجاد سه نوع پیوند هیدروژنی، یونی، و کووالانسی باشد. از طرفی، اصلاح سطح الیاف توسط پراکسید هیدروژن، الیاف با بار منفی را افزایش می‏دهد و به همراه کیتوزان با بار مثبت یک سیستم دوتایی موفق تشکیل می‌دهد. به‌طوری که اثر کیتوزان در تیمارهای متفاوت بر دانسیتة ظاهری، شاخص مقاومت در برابر کشش، و ترکیدن معنی‏دار بوده و بر روی شاخص مقاومت در برابر پاره‏شدن معنی‏دار نیست. بهترین نتایج در این پژوهش در سطح 3 درصد پراکسید هیدروژن به‌دست آمد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Fiber Surface Modification of Kraft Pulp in Presence of Chitosan Polymer

نویسندگان [English]

  • Nasser Rasoulpour Hedayati 1
  • Nooredin Nazarnezhad 2
  • Omid Ramezani 3
1 MSc., Department of Wood and Paper, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, I.R. Iran
2 Assistant Professor, Department of Wood and Paper, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari, I.R. Iran
3 Assistant Professor, Department of Cellulose & Paper Technology, Campus 1, Shahid Beheshti University, Zirab, Savadkooh, I.R. Iran
چکیده [English]

The effect of fiber surface modification on physical and mechanical properties of Kraft pulp was
studied with and without Chitosan. First, the amount of carboxyl groups of Kraft pulp at different
addition levels (0, 2, 3, 4 and 6%) of hydrogen peroxide was determined by means of methylene blue
test. Then, the samples containing the highest carboxyl groups were treated at pH=8.5 with Chitosan at
0.75% addition level (based on oven dry pulp). Results showed that individual surface modification of
fibers increased the strength properties of paper. It was also indicated that alone application of
Chitosan can act as a dry strength agent due to its ability to produce Hydrogen, Ionic and Covalent
bonding. Also, surface modification of fibers by H2O2 lead to increase of Carboxyl groups followed by
increasing anionic charge with together with Chitosan formed a dual system. The effect of Chitosan on
apparent density, tensile index and burst index of Kraft paper were significant and on the tear index of
paper was not significant. In the current study, the best results obtained at level of 3% hydrogen
peroxide.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Chitosan
  • Kraft pulp
  • Methylene blue number
  • Physical and mechanical Properties
  • Surface modification
[1]. Mardon, J., Cutshall, K. A., Smook, G.A., Branion, R.M.R., and Michie, R.I.C. (1975). Effect of wet-web furnishes properties on newsprint runnability. Pulp and Paper Canada, 15, 203-209.

[2]. Seth, R.S., Barbe, M.C., Williams, J.C.R., and Page, D.H. (1982). The strength of wet webs: A new approach. Tappi Journal, 3: 70-77.

[3]. Nicu, R., Bobu, E., and Desbrieres, J. (2010). Chitosan as Cationic Polyelectrolyte In Wet-end Papermaking Systems, Cellulose Chemistry and Technology Journal, 10: 102-108.

[4]. Roberts, J.C. (1996). The Chemistryof Paper, Translated by Mirshokraei, S. A., Aeij Press, Tehran.

[5]. Barzyk, D. (1997). The impact of acidic group content and location on the beating bonding characteristics of holocellulose soft wood pulp. Ph.D thesis. Institute of Paper Science and Technology: Atland G.A.P.123.

[6]. Zhang, D.C., Kim, D, Allisem, A., Dang, Z., and Raguskas, A.J. (2005). The fate of fiber charges during peroxide bleaching and oxygen delegnification. Pulp Bleaching Conference. Stockholm, Sweden. Proceeding, pp.21-30.

[7]. Zhang, D., Pu, Y., Courchene, C.E., Chai, X.S., and Ragauskas, A. (2006). Total fiber charge of fully bleach SW Kraft pulps. A comparative study. pulp and paper Science Journal, 32(4): 231-237.

[8]. Steckel, H., and Nogly, F. M. (2003). Production of chitosan pellets by extrusion/Herinization, European Journal. PHarm. BiopHar, 46:1-6.

[9]. Pariser, E.R., and Lombardi, d.p. (1988). A guide to the research literature chitin, Source book. Plenum Press. New York, U.S.A, p. 560.

[10]. Ashori, A., Harun, J., Raverty, J.D., Zin, W.Md., and Nor, M. (2005).  Effect of chitosan addition on the surface Properties of kenaf (Hibiscus cannabinus) paper. Iranian Polymer Journal, 9: 807-814.

[11]. Laleg, M., and Pikalik, I.I. (1990). Wet-web strength increase by Chitosan. Nordic Pulp Paper Resource Journal, 6(3):99-108.

[12]. Philipp, B., Rehder, W., and Lang H. (1965). Determination of the carboxyl content of dissolving pulps. Papier, 79: 1-10.

[13]. Sarwar jahan, M., Noori, A., Ahsan, L., Chowdhury, D.A., and Nasima M.A. (2009). Effects of chitosan as dry and wet Strength additive in bamboo and acacia Pulp. TAPPI Journal, 104(2): 58-69.

[14]. Toven, K. (2003). Paper properties and swelling properties of ozone-based ECF bleached softwood Kraft pulps. TAPPI Journal, 86 (2): 3-7.

[15]. Lidija, L.Z., Zdenka, P., Stenius, P., and K. S., Kleinschek (2008). Carboxyl groups in pre-treated regenerated cellulose fibers. Cellulose, 15:681–690.

[16]. Kenneth, E., SundbergBjarne R., Holmbom., and Andrey, V.  (2003). Chemical Change in Thermomechanical Pulp at Alkaline Conditions. Journal of Wood Chemistry and Technology, 23(1): 89-112.

[17].Lewin, M., Herman, F.(1997).Oxidation and aging of cellulose.  Macromol Symposium, 118: 715-724

[18].Bhardwaj, N. K., Nguyen, K.L. (2005). Charge aspects of hydrogen peroxide bleached de-inked pulps. Colloids and SurfacesA:Physicochem and Engineerig Aspects, 262 (1): 232–237

[19]. Myllyti, P., Salmi, J., and Laine, J. (2009). The influence of pH on the adsorption and interaction of Chitosan with Cellulose.Bioresources, 40: 1647-1662.

[20]. Li, H., Du, Y., and Xu, Y. (2004). Interaction of Cationized Chitiosan with Components in a Chemical Pulp Suspension. Carbohydrate Polymers Journal, 58: 205-214.

[21]. Nada, A.M.A., El-Sakhawy, M., Kamel, S., and Eid, M.A.M. (2005). Effect of Chitosan and Its Derivatives on the Mechanical and Electrical Properties of Paper Sheets. Egyptian journal of solids, 28 (2): 202-208.

[22]. Ashori, A., Harun, J., Zin, W., Nor, M., and Yusoff, M. (2006). Enhancing dry-Strength Properties of and kenaf (Hibiscus Cannabinus) Paper through Chitosan. Polymer-Plastic Technology Engineering Journal, 45: 125-129.

[23]. Ebrahimi, Z., Kermania, H., Ramazani, O., and Zabihzadeh, S.M. (2013). Comparative analysis of paper properties from rice straw with sodium and potassium based chemimechanical pulping processes. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 28(3): 534-544.