آهاردهی سطحی کاغذ تست لاینر با لیگنین سودای آمین‎دار شده و ارزیابی ویژگی‌های سطحی، ممانعتی و مکانیکی کاغذهای تولیدی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران.

2 گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، گرگان، ایران.

3 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشگاه تهران، کرج، ایران.

4 پژوهشگاه علوم و فناوری رنگ، تهران، ایران.

5 گروه فرآوری زیستی منابع، دانشگاه بوروس، بوروس، سوئد.

10.22059/jfwp.2023.357826.1248

چکیده

استفاده از نشاسته به‌دلیل رقابت غذایی در آیندة صنایع کاغذسازی با محدودیت‌هایی مواجه خواهد شد. در این پژوهش لیگنین حاصل از فرآیند خمیرکاغذسازی سودا به‌عنوان یک جایگزین، جهت بهبود ویژگی‌های واکنش‌پذیری و افزایش قابلیت انحلال در آب با استفاده از فرآیند آمین‌دار کردن تحت اصلاح شیمیایی قرار گرفت. محلول‌های آهاردهی بر پایة لیگنین اصلاح نشده و لیگنین آمین‌دار شده، به‌طور خالص و نیز به‌صورت ترکیبی با نشاسته در نسبت‌ 25 به 75 روی کاغذهای تست لاینر اعمال شدند و ویژگی‌های سطحی، ممانعتی و مکانیکی کاغذ‌های آهاردهی شده مورد بررسی قرار گرفتند. ارزیابی ریزنگار‌ه‌های میکروسکوپ الکترونی از سطح کاغذهای آهاردهی شده نشان داد که لیگنین‌های اصلاح نشده/آمین‌دار، هر دو، با پر کردن فضاهای خالی و منافذ، توانایی تشکیل فیلم‌های همگن و یکنواخت در سطح کاغذ را دارند. میزان زبری در کاغذ آهاردهی شده با لیگنین اصلاح نشده و نیز در نمونة حاوی لیگنین آمین‌دار بیشتر از نمونة کاغذ شاهد گزارش شد. اعمال یک لایه آهار بر پایة لیگنین اصلاح نشده در سطح کاغذ، باعث افزایش شدت جریان هوای عبوری از مقطع عرضی کاغذهای آهاردهی شد؛ اما آمین‌دار شدن لیگنین، باعث کاهش فشار عبور هوا شد. نتایج آزمون زاویة تماس بیانگر از بهبود قابل توجه میزان آب‌گریزی در کاغذ آهاردهی شده با محلول لیگنین آمین‌دار شده (با و بدون نشاسته) است. همچنین آهاردهی سطحی با لیگنین آمین‌دار، حتی در عدم حضور نشاسته، موجب افزایش میزان سفتی، شاخص ترکیدن و مقاومت به خردشدگی حلقوی کاغذهای تست لاینر در مقایسه با کاغذهای شاهد شد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Surface sizing of testliner paper with aminated soda lignin and evaluation of the surface, barrier and mechanical properties of produced papers

نویسندگان [English]

  • Omid Ghaffarzadeh 1
  • Sahab Hedjazi 2
  • ِِAli Abdolkhani 3
  • Maryam Ataeefard 4
  • Mohammad Taherzadeh 5
1 Department of Wood and Paper Science and Engineering, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran.
2 Department of Paper Sciences and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Gorgan, Iran.
3 Department of Wood and Paper Science and Engineering, University of Tehran, Faculty of Natural Resources, Karaj, Iran.
4 Institute for Color Science and Technology, Tehran, Iran.
5 Swedish Center of Resource Recovery, University of Borås, Borås, Sweden
چکیده [English]

The use of starch in the future will face limitations due to food competition in the paper industry. Therefore, in this research, soda lignin was chemically modified using the amination method to extend its reactivity and improve water solubility. Sizing solutions were prepared using both unmodified and aminated lignin, as well as a combination of starch and lignin in a 25:75 ratio. The surface, barrier, and mechanical properties of the sized testliner papers were measured using the aforementioned sizing solutions. SEM images show that both unmodified and aminated lignin almost completely fill the voids and spaces between the fibers, creating a relatively uniform and homogenous sizing layer on the paper surface. The roughness values increased for the sized papers using both unmodified and aminated lignin. Applying a sizing layer with unmodified lignin reduced the air resistance of the paper, while papers treated with aminated lignin showed a slight increase in air resistance, though not as high as those sized with pure starch. Contact angle evaluation confirmed the positive effect of chemical modification through amination on the hydrophobicity rate of the paper. Surface sizing with aminated soda lignin, even without starch combination, resulted in increased stiffness, burst index, and Ring Crush Test (RCT) compared to the control papers.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Sizing
  • Chemical modification
  • Aminated lignin
  • Applied properties

مراجع

 [1]. Acosta, J.L.E., Chavez, P.I.T., Ramirez-Wong, B., Bello-Perez, L.A., Rios, A.V., Millán, E.C., Jatomea, M.P., & Osuna, A.I.L. (2015). Mechanical, thermal, and antioxidant properties of composite films prepared from durum wheat starch and lignin. Starch, 67(5-6), 502-511.
[2]. Belgacem, M.N., & Gandini, A. (2008). Monomers, polymers and composites from renewable resources, London: Elsevier.
[3]. Ekhtera, M.H., Rezayati Charani, P., Ramezani, O., & Azadfallah, M. (2008). Effects of poly-aluminum chloride, starch, alum, and rosin on the rosin sizing, strength, and microscopic appearance of paper prepared from old corrugated container (OCC) pulp. Bioresources Technology, 4(2): 291-318.
[4]. Ghaffari, M., Ghasemian, A., Resalati, H., & Asadpour, G. (2011). Determination of the optimum use of cationic starch on the basis of the mechanical strengths of mixed OCC and virgin NSSC pulps. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 2(2): 121-123. (In Persian)
[5]. Hambardzumyan, A., Foulon, L., Bercuc, N.B., Pernes, M., Maigret, J.E., Molinari, M., Chabbert, B., & Aguié-Béghin, V. (2015). Organosolv lignin as natural grafting additive to improve the water resistance of films using cellulose nanocrystals. Chemical Engineering Journal, 264: 780-788.
[6]. Han, K.M., & Cho, B. (2016). Effect of Surface Sizing of Black Liquor on Properties of Corrugated Medium. BioResources, 11(4): 10391-10403.
[7]. Hong, P., Gang, S., & Tao, Z. (2014). Synthesis and characterization of aminated lignin. International Journal of Biological Macromolecules, 59(1): 221-226.
[8]. Jalali Torshizi, H., & Chaalaakeh, R. (2017). Biorefinery of Black Liquor from Bagasse Soda Pulping as Surface Coating on Recycled Based Paper. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 32(4): 498-508. (In Persian)
[9]. Javed, A., Rättö, P., Järnström, L., & Ullsten, H (2018). Lignin-containing coatings for packaging materials. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 33 (3):548-556.
[10]. Kaewtatip, K., & Thongmee, J. (2013). Effect of Kraft lignin and esterified lignin on the properties of thermoplastic starch. Material and Design, 49(1): 701-704.
[11]. Kopacic, S., Ortner, A., Guebitz, G., Kraschitzer, T., Leitner, J., & Bauer, W. (2018). Technical lignins and their utilization in the surface sizing of paperboard. Industrial Engineering and Chemistry Research, 57(18): 6284-6291.
[12]. Maximova, N., Österberg, M., Laine, J., & Stenius, P. (2004). The wetting properties and morphology of lignin adsorbed on cellulose fibres and mica, Colloids and Surfaces A: physicochemical and engineering aspects, 239(s 1-3): 65-75.
[13]. Meister, J.J. (2002). Modification of lignin. Journal of Macromolecular Science- Polymer Reviews, 42(2): 235-289.
[14]. Mousavi, S.N., Nazarnezhad, N., Asadpour, G., & Kumar, R.S. (2021). Ultrafine Friction Grinding of Lignin for Development of Starch Bio composite Films. Polymers, 13(12): 2024.
[15]. Nasiri, A., Wearing, J., & Dubé, M.A. (2020). Using lignin to modify starch-based adhesive performance. ChemEngineering, 4(3): 1-11.
[16]. Ni, S., Bian, H., Zhang, Y., Fu, Y., Fu, Y. Liu, W., Qin, M., & Xiao, H. (2022). Starch-based composite films with enhanced hydrophobicity, thermal stability, and UV-shielding efficacy induced by lignin nanoparticles. Biomacromolecules, 23(3): 829- 838.
[17]. Paul, J., & Inwood, W. (2014). Sulfonation of Kraft lignin to water-soluble value-added products. Bioresources, 13(1): 53-70.
[18]. Richardson, G., Sun, Y., Langton, M., & Hermansson, A.M. (2004). Effects of Ca and Na lignosulfonate on starch gelatinization and network formation. Carbohydrate Polymer, 57(1): 369-377.
[19]. Sadeghifar, H., & Argyropoulos, D.S. (2016). Macroscopic Behavior of Kraft Lignin Fractions: Melt Stability Considerations for Lignin-polyethylene Blends. ACS Sustainable Chemistry and Engineering, 4(10): 5160-5166.
[20]. Spiridon, I., Teaca, C.A., & Bodirlau, R. (2011). Preparation and characterization of adipic acid- modified starch microparticles/plasticized starch composite films reinforced by lignin. Journal of Materials Science, 46(2): 3241-3251
[21]. Wu, Q., Shao, W., Xia, N., Wang, P., & Kong, F. (2020). A separable paper adhesive based on the starch-lignin composite, Carbohydrate Polymers, 229(1): 115488.
[22]. Zhang, H., Bai, Y., Zhou, W., & Chen, F. (2017). Color reduction of sulfonated eucalyptus kraft lignin. International Journal of Biological Macromolecules, 97(1): 201-208.
نشریه جنگل و فرآورده های چوب
دوره 76، شماره 2
شهریور 1402
صفحه 165-179

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار