مقایسة نانوفنّاوری لایه به لایه و پالایش بر ویژگی های خمیر و کاغذ حاصل از الیاف بازیافتی

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 تهران- دانشگاه شهید بهشتی- دانشکده مهندسی انرژی و فناوری های نوین- گروه مهندسی فناوری سلولز و کاغذ

2 دانشگاه تهران- دانشکده منابع طبیعی- گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ

3 دانشگاه تهران- دانشکده منابع طبیعی-گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ

چکیده

در این تحقیق، جهت تشکیل چندلایه پلیمری (PEM) با نانوفنّاوری لایه به لایه (LbL)، الیاف بازیافتی (OCC) با لایه نشانی یک در میان نشاسته کاتیونی (CS) و نشاسته آنیونی (AS) هرلایه بمدت 10 دقیقه در pH خنثی تیمار شدند. برای مقایسه با تیمار مکانیکی پالایش، خمیر با کوبنده والی با 25 دقیقه تا درجه روانی حدود 291 میلی لیتر (CSF) پالایش شده، از هر دو نوع خمیر پالایش شده و تیمار شده کاغذهای دستی با وزن پایه (g/m2 60) تهیه و ویژگیهای آنها مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج نشان داد که با تشکیل چندلایه، بار سطح الیاف در پتانسیل زتای مثبت و منفی بیشتری نسبت به پالایش اتفاق می افتد و این امر امکان جذب الکترواستاتیک ذراتی همچون نشاسته کاتیونی را افزایش می دهد. با پالایش خمیر OCC تا درجه روانی 291 میلی لیتر (CSF)، دانسیته کاغذ 545/0 گرم برسانتی مترمکعب، اندیس مقاومت به کشش آن N.m/g 92/37 و مقاومت خمشی mN 2/12 اندازه گیری شد. در حالیکه در سیستم های چندلایه CS/AS، مقاومت ها بدون افزایش قابل ملاحظه دانسیته، بیشتر شده است. در سیستم چندلایه CS/AS و در لایه هفتم، دانسیته کاغذ g/cm3445/0، مقاومت کششی N.m/g 51/33 و مقاومت خمشی mN 4/21 اندازه گیری شده است. با افزودن نمک کلرید سدیم 001/0 مولار (هدایت الکتریکی µS/cm 140) به سیستم چندلایه CS/AS، این مقادیر بترتیب g/cm3472/0، N.m/g 65/36 و mN 6/25 اندازه گیری شد. بنابراین این نتایج نشان می دهد که سیستم های چندلایه ها (CS/AS PEMs) بلحاظ بهبود مقاومتها، قابل مقایسه و رقابت با تیمار مکانیکی پالایش می باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Comparison of LbL Nanotechnology and Refining on the Properties of Pulp and Paper Made from Recycled Fibers

نویسنده [English]

  • Hamid Rudi 1
چکیده [English]

In this study, in order to constitute polyelectrolyte multilayers (PEM) using Layer-by-Layer nanotechnology, recycled fibers were subsequently treated with cationic starch (CS) and anionic starch (AS) multi-layers each layer conducted at neutral pH for 10 minutes. Also, to compare with mechanical of refining, the pulp was refined for 25 minutes to the freeness of about 291 mL.CSF using Valley beater, and finally, handsheets (60 g/m2) were made from both types of refined and unrefined pulps and its characteristics were evaluated. The results showed that with PEM forming the charge inversion of fiber surface took place in higher value of zeta potential compare to the refining, led to increase the electrostatic absorption of particles like cationic starch. In consistent with above result, with beating of OCC pulp to the freeness of 291 mL.CSF with paper density of 0.545 g/cm3, tensile index and bending resistance were measured 37.92 N.m/g and 12.2 mN respectively. However, in CS/AS multilayer systems paper strength has dramatically increased without significant increase of density. In CS/AS multilayer system at 7th layer, density 0.445 g/cm3, tensile index, 33.51 N.m/g and bending resistance, 21.4 mN were measured. Adding 0.001M NaCl (conductivity, 140μS/cm) to the CS/AS multilayer system these values were measured 0.472 g/cm3, 36.65 N.m/g and 25.6 mN, respectively. Therefore, these results indicated that CS/AS PEMs systems are comparable and competitive with beating or refining from strength improvement point of view.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Beating
  • bending resistance
  • cationic and anionic starch
  • polyelectrolyte multi-layers
  • recycled fibers
[1]. Navaee-Ardeh, S. (2007). A new model for maximizing the bending stiffness of a symmetric three-ply paper or board. Pulp and Paper Canada, 108(4):45-47.

[2]. Wistara, N., and Young, R.A. (1999). Properties and treatment of pulps from recycled paper. Part I. Physical and chemical properties of pulps. Cellulose, 6: 291-324.

[3]. Malton, S., Kuys, K., Parker, I., and Vanderhoek, N. (1998). Adsorption of cationic starch on eucalypt pulp fibers and fines. Appita Journal, 51(4):292-298.

[4]. Hubbe, M.A., Venditti, R.A., and Rojas, J.O. (2007). What happens to cellulosic fibers during papermaking and recycling? A Review. BioResources, 2(4):739-788.

[5]. Ellis, R.L., and Sendlachek, K.M. (1993). Recycled versus virgin-fiber characteristics: A comparison in secondary fiber recycling, R. J. Spangenberg (ed.), TAPPI Press, Atlanta, GA.

[6]. Gurnagul, N. (1995). Sodium hydroxide addition during recycling: effects on fiber swelling and sheet strength. Tappi Journal, 78 (12), 119–124.

[7]. Eriksson, M., Notley, S.M., and Wagberg, L.J. (2005). The influence on paper strength properties when building multilayers of weak polyelectrolytes onto wood fibres. Journal of Colloid and Interface Science, 292:38-45.

[8]. Torgnysdotter, A., Kulachenko, A., and Gradin, P. (2007). The link between the fiber contact zone and the physical properties. Journal of Colloidal and Interface Science, 41(13):1619-1633.

[9]. Youn, H.J., Chin, S.M., Ryu, J., and Lee, S. (2007). Basic study on electrochemical properties of multilayered pulp fibers with polyelectrolytes. Journal of KTAPPI, 40(3): 53-60.

[10]. Vermohlen K., Lewandowski H., Narres H.D., and Schwuger, M.J. (2000). Adsorption of Polyelectrolytes onto oxides- the influence of ionic strength, molar mass, and Ca2+ ions. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 163(1): 45-53.

[11]. Wang, F., and Martin, H. (2002). Charge properties of fibers in the paper mill environment. 1. Effect of electrical conductivity. Journal of Pulp and Paper Science, 28(10): 347-353.

[12]. Bhardwaj, K.N., Duong, T.D., and Nguyen, K.L. (2004).Pulp charge determination by different methods: effect of beating/refining. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 236: 39–44.

[13]. Youn, H.J., Chin, S.M., Ryu, J., and Kwon, H.S. (2007). Basic study on electrochemical properties of multilayered pulp fibers with polyelectrolytes. Journal of KTAPPI, 40(3): 15-22.

[14]. Lingstrom, R. (2006). Formation of polyelectrolyte multilayers on fibers: influence on wettability and fiber/fiber interaction. Journal of Colloid and Interface Science, 296: 396-408.

[15]. Wagberg, L., Forsberg, S., Johansson A., and Juntti, P. (2002). Engineering of fiber surface properties by application of the polyelectrolyte multilayer concept. part 1: Modification of paper strength. Journal of Pulp and Paper Science, 28. 222-228.

[16]. Lundstrom-Hamala, L., Johansson, E., and Wagberg, L. (2010). Polyelectrolyte multilayers from cationic and anionic starch: Influence of charge density and salt concentration on the properties of adsorbed layers. Starch, 62: 102-114.

[17]. Bachman, J.S. (1968). Stiffness: its importance and its attaintment. In: 12th Eucepa conference: multiply board. Berlin, Germany, pp. 8-16.