عیارسنجی لیگنوسلولز نانوفیبریله براساس ارزیابی کدری سوسپانسیون

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه تربیت مدرس، نور، مازندران، ایران.

2 گروه جنگلداری و صنایع سلولزی، دانشکدة منابع طبیعی، دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان، ایران.

10.22059/jfwp.2026.402024.1369

چکیده

تولید و کاربرد انواع سلولز و لیگنوسلولز نانوفیبریله در طیف وسیعی از زمینه‌ها توسعه پیدا کرده‌ است. با این حال، تنوع منابع اولیه و روش ­های تولید موجب تفاوت‌های چشمگیر در ویژگی‌های نانوفیبریل‌ها شده و نیاز به شاخص‌های ساده و کارآمد برای سنجش کیفیت آنها برای عیارسنجی را آشکار می‌سازد. هدف این پژوهش، بررسی قابلیت استفاده از شاخص کدورت سوسپانسیون به‌عنوان معیاری غیرمستقیم برای عیارسنجی کیفیت سلولز و لیگنوسلولز  نانوفیبریله بود. برای این منظور، سه نوع خمیر کرافت صنوبر با مقادیر متفاوت لیگنین (0/3، 6/6 و 12/6درصد) تهیه و سپس با استفاده از دستگاه سوپر آسیاب دیسکی تحت فرآیند نانوفیبریله شدن قرار گرفتند. ترکیب شیمیایی، درصد بلورینگی، میانگین قطر نانوالیاف، کدورت سوسپانسیون، بازدة نانوفیبریله شدن و خواص مکانیکی فیلم‌های تولیدی ارزیابی شد. براساس نتایج، شاخص کدری به‌عنوان یک شاخص مهم در ارزیابی کیفیت و عیارسنجی لیگنوسلولز نانوفیبریله شناخته شد، به‌طوری که 38 درصد تفاوت این ویژگی در اثر تغییر مادة اولیه مشاهده شد در حالی‌که در عیارسنجی براساس مقایسة مقاومت کششی فیلم‌های تولیدی، با وجود صرف وقت بسیار، خطاهای متعدد در نحوة تولید فیلم و اندازه‌گیری، حداکثر تفاوت مشاهده شده بین کمترین و بیشترین مقدار، در حد 20 درصد برآورد شد. همچنین نتایج نشان داد، لیگنوسلولز نانوفیبریلة حاوی 6/6 درصد لیگنین، به‌دلیل نانوفیبریله شدن بهتر، کمترین شاخص کدری را داشته ‌است. بنابراین، سنجش کدورت، به‌عنوان روشی ساده، کم‌هزینه و غیرمخرب برای ارزیابی کیفیت نانوفیبریل در کنار شاخص‌های مرسوم مانند مقاومت کششی و بازدة نانوفیبریلاسیون ارزیابی شد که می‌تواند حتی به‌صورت برخط در عیارسنجی صنعتی لیگنوسلولز نانوفیبریله نقش مؤثری ایفا کند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Benchmarking of nano-fibrillated Lignocellulose based on evaluation of turbidity of suspension

نویسندگان [English]

  • Faegheh Mousavi 1
  • Amir Khosravani 1
  • Pejman Rezayati Charani 2
1 Wood and Paper Science and Technology Department, Natural Resources Faculty, Tarbiat Modares University, Iran.
2 Department of Forestry and Cellulose Industry, Faculty of Natural Resources, Behbahan Khatam Alanbia University of Technology, Iran.
چکیده [English]

The production and application of nano-fibrillated cellulose and lignocellulose have been developed across a wide range of fields. Nevertheless, the diversity of raw materials and processing methods results in considerable variation in nanofibril properties, highlighting the need for simple and efficient indices to assess their quality for benchmarking purposes. The objective of this study was to investigate the feasibility of using suspension turbidity as an indirect criterion for benchmarking the quality of nano-fibrillated cellulose and lignocellulose. For this purpose, three types of poplar kraft pulp with different lignin contents (0.3%, 6.6%, and 12.6%) were produced and subjected to nano-fibrillation using an ultra-fine grinder. The chemical composition, crystallinity index, average nanofibril diameter, suspension turbidity, fibrillation yield, and mechanical properties of the produced films were evaluated. The results indicated that turbidity is a significant indicator for evaluating the quality and benchmarking of nano-fibrillated lignocellulose. Specifically, a 38% variation in turbidity was observed depending on the type of raw material, whereas benchmarking based on the tensile strength of the produced films—despite being time-consuming and susceptible to numerous errors during film preparation and measurement—showed a maximum difference of only 20% between the lowest and highest values. Moreover, the results showed that nano-fibrillated lignocellulose containing 6.6% lignin exhibited the lowest turbidity index, which was attributed to more effective fibrillation. Therefore, turbidity measurement is proposed as a simple, low-cost, and non-destructive approach for evaluating nanofibril quality, alongside conventional indices such as tensile strength and fibrillation yield. This method may also play a valuable role in the development of on-line, industrial-scale benchmarking of nano-fibrillated lignocellulose.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nano-fibrillated lignocellulose
  • Cellulose nanofiber
  • Benchmarking
  • Turbidity

مراجع

[1] Schmidt, C., Krauth, T. & Wagner, S. (2017). Export of plastic debris by rivers into the sea. Environmental Science & Technology, 51(21), 12246-12253.
[2] Shaghaleh, H., Xu, X. & Wang, S. (2018). Current progress in production of biopolymeric materials based on cellulose, cellulose nanofibers, and cellulose derivatives. RSC Advances, 8(2), 825-842.
[3] Nechyporchuk, O., Belgacem, M.N. & Bras, J. (2016). Production of cellulose nanofibrils: A review of recent advances. Industrial Crops and Products, 93, 2-25.
[4] Antony Jose, S., Cowan, N., Davidson, M., Godina, G., Smith, I., Xin, J. & Menezes, P. L. (2025). A comprehensive review on cellulose Nanofibers, nanomaterials, and composites: Manufacturing, properties, and applications. Nanomaterials, 15(5), 356.‏
[5] Espinosa, E., Rol, F., Bras, J. & Rodríguez, A. (2020). Use of multi-factorial analysis to determine the quality of cellulose nanofibers: Effect of nanofibrillation treatment and residual lignin content. Cellulose, 27(18), 10689-10705.‏
[6] Desmaisons, J., Boutonnet, E., Rueff, M., Dufresne, A. & Bras, J. (2017). A new quality index for benchmarking of different cellulose nanofibrils. Carbohydrate Polymers, 174, 318-329.
[7] Balea, A., Fuente, E., Tarrés, Q., Pèlach, M.À., Mutjé, P., Delgado-Aguilar, M., Blanco, A. & Negro, C. (2021). Influence of pretreatment and mechanical nanofibrillation energy on properties of nanofibers from Aspen cellulose. Cellulose, 28(14), 9187-9206.‏
[8] Lizumi, Y., Kato, Y. & Okazaki, T. (2025). Particle size and porosity measurements of cellulose nanofibers in slurries using centrifugal sedimentation. Cellulose, 32(3), 1597-1605.‏
[9] Ämmälä, A., Sirviö, J. A., Laitinen, O., Liimatainen, H., Evikari, O., Siljander, S. & Björkqvist, T. (2025). Apparent specific surface area as an indicator of the degree of cellulose microfibrillation. Cellulose, 32(2), 797-809.‏
[10] Brännvall, E. & Aulin, C. (2022). CNFs from softwood pulp fibers containing hemicellulose and lignin. Cellulose, 29(9), 4961-4976.‏
[11] Wakabayashi, M., Fujisawa, S., Saito, T. & Isogai, A. (2020). Nanocellulose film properties tunable by controlling degree of fibrillation of TEMPO-oxidized cellulose. Frontiers in Chemistry, 8, 37.
[12] Naderi, A., Lindström, T., and Sundström, J. (2015). Repeated homogenization, a route for decreasing the energy consumption in the manufacturing process of carboxymethylated nanofibrillated cellulose. Cellulose, 22(2), 1147-1157.
[13] Segal, L. G. J. M. A., Creely, J. J., Martin Jr, A. E., and Conrad, C. M. (1959). An empirical method for estimating the degree of crystallinity of native cellulose using the X-ray diffractometer. Textile research journal, 29(10), 786-794.‏
[14] Albornoz-Palma, G., Henriquez-Gallegos, S., Ortega-Sanhueza, I., Teruel-Juanes, R., Ribes-Greus, A. & Pereira, M. (2025). Influence of hemicellulose and lignin on the fibrillation efficiency and properties of cellulose nanofibrils from native and oxidized Eucalyptus nitens and Pinus radiata pulps. Cellulose, 1-20.‏
[15] Yuan, T., Zeng, J., Wang, B., Cheng, Z., & Chen, K. (2021). Lignin containing cellulose nanofibers (LCNFs): Lignin content-morphology-rheology relationships. Carbohydrate Polymers, 254, 117441.‏
[16] Almeida, R.O., Ramos, A., Kimiaei, E., Österberg, M., Maloney, T.C. & Gamelas, J.A. (2024). Improvement of the properties of nanocellulose suspensions and films by the presence of residual lignin. Cellulose, 31(18), 10951-10967.
[17] Zhang, X., Zhang, L., Fan, Y. & Wang, Z. (2023). The case-dependent lignin role in lignocellulose nanofibers preparation and functional application-A review. Green Energy & Environment, 8(6), 1553-1566.
[18] Dias, M. C., Zidanes, U. L., Martins, C. C. N., de Oliveira, A.L.M., Damásio, R.A.P., de Resende, J.V., de Barros Vilas Boas, E.V., Belgacem, M.N., Tonoli, G.H.D. & Ferreira, S. R. (2022). Influence of hemicellulose content and cellulose crystal change on cellulose nanofibers properties. International Journal of Biological Macromolecules, 213, 780-790.‏
[19] Moser, C., Lindström, M. E., & Henriksson, G. (2015). Toward industrially feasible methods for following the process of manufacturing cellulose nanofibers. BioResources, 10(2), 2360-2375.‏
[20] Oliaei, E., Lindén, P.A., Wu, Q., Berthold, F., Berglund, L. & Lindström, T. (2020). Microfibrillated lignocellulose (MFLC) and nanopaper films from unbleached kraft softwood pulp. Cellulose, 27(4), 2325-2341.‏
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 78، شماره 4
بهمن 1404
صفحه 367-379

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار