تأثیر درجۀ جایگزینی نشاستۀ کاتیونی بر کارایی سیستم نانوذره در بازیافت کارتن‌های کنگره‌ای کهنه

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس

2 استادیار دانشگاه تربیت مدرس

3 استادیار دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تربیت مدرس

چکیده

نشاستۀ کاتیونی به‌طور گسترده‌ای به‌همراه انواع نانوذرات معدنی مانند نانوسیلیکا در پایانۀ تر کاغذسازی کاربرد دارد. در این مطالعه تلاش شد تا اثر درجۀ جایگزینی‌های نشاستۀ کاتیونی (018/0 و 045/0) در سیستم نانوذرۀ حاوی نانوسیلیکا در خمیر بازیافتی حاصل از کارتن‌های کنگره‌ای کهنه بررسی شود. در ابتدا به‌منظور بررسی ویژگی‌های نانوذرات، شکل، اندازه و پراکنش ابعاد ذرات نانوسیلیکاسل مصرفی، با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی و نیز میکروسکوپ الکترونی عبوری مطالعه شد که میانگین ابعاد نانوذرات کمتر از 50 نانومتر اندازه‌گیری شد. همچنین، در بررسی شاخص‌های فرایندی در تولید کاغذ، نتایج نشان از تعامل و اثرگذاری بیشتر نشاستۀ کاتیونی با درجۀ جایگزینی زیاد به‌همراه نانوذرات سیلیکا دارد، به‌نحوی که با استفاده از نشاستۀ ‌کاتیونی با درجۀ جایگزینی 045/0، قابلیت آبگیری از 300 میلی‌لیتر (CSF) در نمونۀ شاهد به حدود 560 میلی‌لیتر (CSF) افزایش یافت. به‌علاوه، با توجه به اینکه ویژگی پیوند درونی کاغذ، شاخص مناسبی از کارایی نشاسته است، اثر درجۀ جایگزینی نشاستۀ کاتیونی در این ویژگی مقاومتی مشهودتر بود. چنانکه با استفاده از نشاستۀ کاتیونی با درجۀ جایگزینی زیاد، مقاومت درونی کاغذ نسبت به شاهد به بیش از دوبرابر افزایش یافت. از سوی دیگر، هرچند به‌طور کلی در فرایند جذب نشاستۀ کاتیونی، به لحاظ الکتروسینتیکی، معکوس شدن بار عمومی سیستم کاغذسازی به‌عنوان یک عامل محدودکننده در استفاده از نشاستۀ کاتیونی با DS زیاد است، اما نتایج نشان داد در تولید کاغذ بازیافتی از کارتن‌های کنگره‌ای کهنه، استفاده از نشاستۀ کاتیونی با DS زیاد مؤثرتر بوده است. 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

The effect of cationic starch degree of substitution on nanoparticle system performance in old corrugated containers recycling

نویسندگان [English]

  • Amir Khosravani 1
  • amir hossein mehranfar 2
  • Mehdi Rahmaninia 3
2 tarbiat modares university
3 Tarbiat Modares University
چکیده [English]

Cationic starch has been widely used with various mineral nanoparticles such as nanosilica, in wet-end of papermaking. This study was aimed to study the effect of cationic starch with different degrees of substitution (DS: 0.018 and 0.045) in nanoparticle containing system with nanosilica, in recycled OCC pulp. In this respect, initially, to study the shape and dimensions of nanosilica sol particles, atomic force microscopy (AFM) and transmission electron microscopy (TEM) was used; thereby the average size of nanosilica sols were measured less than 50 nm. Moreover, in order to study the papermaking process parameters, the results revealed that high DS cationic starch (0.045) resulted more effective interactions with silica nanoparticles, so that, an increase in drainability of the furnish from 300 ml CSF for blank sample to about 560 ml CSF, was observed. In addition, as the internal bonding strength of paper can be a proper indicator of the starch performance, the effect of cationic starch DS was more prominent in the case of this strength index; such that, following application of high DS cationic starch, the internal bonding strength was raised more than twice as much. On the other hand, generally, although, due to electro-kinetics of cationic starch adsorption, reversing the charge of the whole paper-making system can be as a limiting factor for application of high DS cationic starch, but, in OCC recycling production lines, application of high DS cationic starch was much more effective.

کلیدواژه‌ها [English]

  • degree of substitution
  • Drainability
  • retention
  • paper additives
  • nanosilica
  • Cationic starch
[1]. Hubbe, M.A. )2005(. Micro and Nanoparticle in Papermaking, J.M. Rodriguez (ed), TAPPI PRESS, Georgia, Atlanta, pp.1-33.

[2]. Moberg, K. )1993(. A visual perspective on microparticles. In: TAPPI Papermakers Conf. Proc., TAPPI PERSS, Atlanta, pp.115-121.

[3]. Gess, J.M. )1998(. Retention of Fines and Fillers During Papermaking. TAPPI PERSS, Atlanta, Georgia.

[4]. Khosravani, A., Jahan Latibari, A., Mirshokraei, S.A., Rahmaninia, M., and Nazhad, M.M. (2010). Studying the effect of cationic starch-anionic nanosilica system on retention and drainage. BioResources, 5(2): 939-950.

[5]. Rahmaninia, M., and Khosravani, A. )2015(. Improving the paper recycling process of old corrugated container wastes. Cellulose Chemistry and Technology, 49(2): 203-208.

[6]. Hedborg, F., and Lindstrom, T. )1993(. Adsorption of cationic starch on bleached softwood cellulosic fibers. Nordic Pulp and Paper Resources Journal, 8(2): 258-263.

[7]. Rahmaninia, M., Mirshokraei, S.A., Ebrahimi, Gh., and Nazhad, M.M. (2011). Effect of cationic starch-nanosilica system on retention and drainage of washed OCC pulp. Journal of Forest and Wood Products, 64(1): 15-22.

[8]. Au, C.O., and Johansson, K.A. )1993(. The use of cationic starch and anionic colloidal silica in waste. Pulp and Paper Canada, 94(6): 55-58.

[9]. Wagberg, L. )2000(. Polyelectrolyte adsorption onto cellulose fibres - a review. Nordic Pulp and Paper Resources Journal, 15(5): 586-597.

[10]. Khosravani, A., and Rahmaninia, M. )2013(. The potential of nanosilica-cationic starch wet-end system for applying higher filler content in fine paper. Bioresource, 8(2): 2234-2245.

[11]. Khosravani, A., Jahan Latibari, A., Tajvidi, M., Mirshokraee, S.A., and Mohammad Nazhad, M. (2010). Studying the influence of cationic starch dosage on performance of anionic nanosilica- cationic starch system in fine paper. Journal of Forest and Wood Products, 63(1): 1-8.

 

[12]. Hosseinian, Kh., Rahmaninia, M., and Khosravani, A. (2016). Comparison of chitosan performance in a single or nanoparticle system as a wet end additive in recycled printing and writing papers. Journal of Forest and Wood Products, 68(4):815-827.