كليدواژه :
كاغذ باطله , تكنيك لايه به لايه , كايتوزان , كربوكسيل متيل سلولز , پتانسيل زتا
چكيده فارسي :
امروزه بازيافت كاغذهاي باطله يك راهكار مناسب براي مصرف ضايعات كاغذي و به عنوان يك منبع غني الياف سلولزي توسعه فراواني پيدا كرده است. با توجه به اينكه ويژگي‌هاي ساختاري اين نوع الياف بسيار متفاوت از الياف بكر مي‌باشند، اولين و مهمترين چالش در بكارگيري آنها، مناسب‌سازي آن براي استفاده مجدد در صنعت كاغذسازي است. بنظر مي‌رسد اگر اين الياف به صورت مكرر مورداستفاده قرار گيرند، قابليت استفاده از آنها كاهش يابد. تحقيقات اخير نشان مي‌دهد كه تكنيك لايه به لايه روش خوبي براي اصلاح خواص الياف سلولزي و بهبود پيوندپذيري آن مي‌باشد. در اين تكنيك، الياف سلولزي با ذرات يوني با بار مخالف در يك محيط واكنش قرار مي‌گيرد و طي آن ذرات عمدتاً با جاذبة الكترواستاتيكي توسط سطح الياف جذب مي‌شود. در نتيجه مقاومت شبكه الياف بطور قابل ملاحظه‌اي توسعه مي‌يابد. لذا در اين تحقيق، امكان اصلاح و توسعه پيونديابي الياف كرافت سه مرتبه بازيافت‌شده با استفاده از تكنيك لايه به لايه مورد بررسي قرار گرفته است.
مواد و روش‌ها: براي انجام اين تحقيق، ابتدا الياف كرافت سه مرتبه در چرخه بازيافت قرارگرفت. سپس الياف سه‌بار بازيافت‌شده با روش لايه به لايه و با لايه‌نشاني يك در ميان 1 درصد پليمر كايتوزان كاتيوني و 1 درصد كربوكسيل متيل سلولز (CMC) آنيوني بر مبناي وزن خشك الياف لايه‌نشاني شدند. لايه نشاني براي تشكيل يك، دو و سه جفت‌لايه از اين پليمرها بر روي سطح الياف انجام گرفت. براي تشكيل جفت‌لايه‌هاي متوالي، 500 ميلي‌ليتر سوسپانسيون خمير الياف با خشكي حدود 6/0 درصد به مدت 10 دقيقه با محلول‌‌‌هاي كايتوزان و CMC توسط دستگاه DDJ بهم زده شد. از نمونه خميركاغذها، كاغذهاي دست‌ساز با وزن پايه g/m2 80±5 تهيه و ويژگي‌هاي آن مطابق روش-هاي استاندارد TAPPI مورد ارزيابي قرار گرفت. همچنين از نمونه‌هاي ذكرشده تصاوير الكتروني تهيه شد تا تغييرات در ساختار سطح الياف مورد ارزيابي قرارگيرد. يافته‌ها: تغييرات متناوب پتانسيل زتا حاكي از تشكيل لايه‌هاي متوالي جفت پليمر كايتوزان و CMC بر روي سطح الياف بازيافتي كرافت مي‌باشد. ارزيابي مقاومت‌هاي كاغذ تهيه‌شده تأييد مي‌كند كه با تيمار الياف سه‌بار بازيافت‌شده كرافت با روش لايه به لايه و جذب اين دو پليمرها مقاومت‌دهنده، پيونديابي الياف توسعه يافته است. زيرا دانسيته ظاهري، شاخص كششي، پيوند داخلي و انرژي جذب كششي كاغذ بطور معني‌داري افزايش يافته‌اند. سفتي خمشي كاغذ بعلت افزايش دانسيته (كاهش ضخامت) كاهش قابل ملاحظه‌اي را نشان داده است. در ريزنگار‌‌هاي الكتروني تهيه شده نيز تفاوت واضحي در سطح الياف تيمارشده نسبت به الياف تيمارنشده مشاهده شده است كه بيانگر جذب پليمرها مي‌باشد كه منجر به توسعه سطح پيونديافته بين الياف و افزايش مقاومت‌هاي كاغذ مي‌شود.
نتيجه‌گيري: از نتايج اين تحقيق مي‌توان نتيجه گرفت كه اين امكان وجود دارد كه با استفاده از روش لايه به لايه و با تشكيل چندلايه هايي از پليمرهاي كايتوزان و CMC، قابليت پيوندپذيري الياف كرافت بازيافت شده را اصلاح و ويژگي‌هاي مقاومتي كاغذ حاصل از آن را بهبود بخشيد.
چكيده لاتين :
Background and objectives: Paper recycling has been greatly developed as a suitable approach to use waste paper and as a huge source of cellulose fibers in recent years. Regarding to the structural characteristics of these fibers, which differ largely from those virgin fibers; the first and most important challenge of their application is to modify them for reusing in papermaking industry. It seems that if these fibers are repeatedly used, their applicability will reduce. Although the impact of recycling number for these type of fibers on the paper properties has always been taken into consideration, but there are not many reports available in the literature review. Recent studies show that layer-by-layer technique is a good way for modifying the cellulose fibers characteristics and improving its quality. In this technique, cellulosic fibers and counter-ionic particles are placed in an interaction media. During the interaction, ionic particles are absorbed by fibers surface mainly via electrostatic absorption. Thus, the fibers network strength would improve considerably. Therefore, in current study, the Kraft paper recovered three times at first. The possibility of modifying of three times recovered Kraft fibers has been investigated using layer-by-layer technique in order to develop the bonding potential of the fibers.
Materials and methods:
Kraft fibers were first recycled three times. Then, the three times recycled fibers were treated by 1 % cationic chitosan and 1 % anionic carboxyl methyl cellulose (CMC), based on the oven dry (OD) weight of fibers, by using layer-by-layer method. The treatment was applied to form one, two and three double layers of pair polymers on the fiber surface. To form a consecutive double layers, 500 ml of fiber suspension with consistency of about 0.6 % was mixed with chitosan and CMC solutions for 10 minutes by using dynamic drainage jar (DDJ) machine. Paper sheets with base weight of about 80±5 g/m2 were prepared from the pulp samples and their characteristics were evaluated according to TAPPI standard methods. In addition, SEM micrographs were prepared from the papers to evaluate the changes in the structure of the fiber surface.
Results:
The alternate variation of zeta potential confirmed the formation of chitosan and CMC layers on the surface of Kraft recycled fibers. The evaluation of paper strengths showed that the fibers bonding has been developed by treating the three times recycled Kraft fibers with layer-by-layer method, through absorbing of these two strength-enhancing polymers. Meanwhile, paper apparent density, tensile index, internal bonding, and tensile energy absorption have significantly increased. However, the bending stiffness of the paper has shown a significant decrease due to the increased in paper density (decrease in thickness). In addition, based on SEM results there was a clear difference between the surface of treated and untreated fibers, which indicated the absorption of polymers, leading to the development of bonds between the fibers, and paper strength.
Conclusions:
It can be concluded that it is possible to modify the bonding-ability of three times recycled Kraft fibers by using layer-by-layer technique. This method can be applied to assemble multilayers of chitosan and CMC polymers on the fiber surfaces, to improve the strength properties of the resulting paper.
