كليدواژه :
ژل ويسكوالاستيكي , شاخص هاي رئولوژي , كاغذ و مقوا , نانو الياف سلولزي
چكيده فارسي :
سابقه و هدف: امروزه كاربرد نانوالياف سلولزي براي ساخت محصولات مختلف از جمله كاغذ و مقوا، به شدت مورد تحقيق و پژوهش قرار گرفته است. نانوالياف سلولزي از خميركاغذ حاصل از منابع ليگنوسلولزي مختلف و با روش‌هاي متنوعي ساخته مي‌شود. كيفيت اين مواد مي‌تواند با روش‌هاي مختلفي مورد ارزيابي قرار گيرد. در اين ميان، شاخص‌هاي رئولوژي نانوالياف سلولزي يكي از ساده‌ترين و كم‌هزينه‌ترين روش‌ها براي پيش‌بيني عملكرد آنها در صورت استفاده براي ساخت كاغذ و مقوا محسوب مي‌شود. در اين مطالعه، به طور مشخص بر روابط بين شاخص‌هاي رئولوژي نانوالياف سلولزي بر خصوصيات نهايي محصولات كاغذي پرداخته مي‌شود.
مواد و روش‌ها: در اين مقاله، به دسته بندي مواد از لحاظ علوم رئولوژي پرداخته شد و جايگاه نانوالياف سلولزي در بين آنها مشخص شد. سپس ضمن معرفي شاخص‌هاي مهم رئولوژي نانوالياف سلولزي مثل نقطه تسليم، ضريب ميرايي، مدول ذخيره و مدول اتلاف و كرنش بحراني، با ارائه مواردي از نتايج اندازه‌گيري شاخص‌هاي رئولوژي نانوالياف سلولزي ارتباط آنها براي تعيين قابليت تقويت كنندگي شاخص‌هاي كششي و تركيدگي محصولات كاغذ و مقوا مورد بررسي قرار گرفت.
يافته‌ها: مقادير مدول ذخيره، به‌عنوان حساس‌ترين پارامتر در سنجش‌هاي ويسكوالاستيكي، هر چه نسبت به مدول اتلاف بيشتر باشد نشان از قابليت ويسكوالاستيكي با گرايش الاستيك بيشتر مي‌باشد كه در مورد نانوالياف سلولزي در صورتي كه نسبت مقدار مدول ذخيره حدود 4 برابر مدول اتلاف در غلظت‌هاي يكسان برسد دلالت بر ويسكوالاستيك بودن ماده با ميزان الاستيسيته قابل توجه است. در صورتي كه مقدار ضريب ميرائي براي ژل نانوالياف سلولزي كم‌تر از 0/3 بدست آيد نشان‌دهنده كشسان بودن زياد اين ژل‌ها با اجزايي در مقياس نانومتر مي‌باشد كه اين خصوصيات دلالت بر وجود ساختار درهم فرورفته شبكه‌اي نانوالياف سلولزي و در نتيجه قابليت تقويتي بيشتر براي كاربردهاي مختلف از جمله تقويت استحكام كاغذ و مقوا است. كرنش بحراني در مورد رفتار رئولوژي نانوالياف سلولزي، تقريبا مستقل از درصد خشكي آن ظاهر مي‌شود كه دلالت بر پايداري خصوصيات ويسكوالاستيكي اين ژل‌ها است. ژل‌هاي نانوالياف توليدي غليظ و رقيق‌شده داراي رابطه نمايي با توان 3 با درصد خشكي مي‌باشند. رابطه نمايي با توان 3 بين مدول و درصد خشكي، به‌عنوان يكي از معيارهاي دستيابي به ژل نانوالياف سلولزي در مقياس نانومتري مي‌باشد.
نتيجه گيري: در مجموع ژل نانوالياف سلولزي جز سيال‌هاي ويسكوالاستيك و تيسكوتروپيك محسوب مي‌شود كه در استفاده براي توليد كاغذ و مقوا هر ميزان شاخص‌هاي الاستيك بيشتري داشته باشد نشان دهنده نانوالياف با ضريب لاغري بيشتري است كه مي‌تواند نقش بهتري براي بهبود خواص استحكامي محصولات كاغذ و مقوا ايفاء كند. بنابراين هنگام توليد براي پيش‌بيني دستيابي به ژل نانوالياف سلولزي در مقياس نانو، مي‌توان از ارزيابي ارزان قيمت تعيين شاخص‌هاي رئولوژي نانوالياف سلولزي به جاي تهيه تصاوير الكتروني گران قيمت استفاده نمود و حتي در قياس دو نوع نانوالياف سلولزي، با ارزيابي خواص رئولوژي آنها عملكردشان را براي تقويت كاغذ و مقوا پيش بيني نمود.
چكيده لاتين :
Background and Objectives: Today, the use of cellulosic nanofibers is widely researched for the
production of various products, such as paper and paperboard. Cellulose nanofibers are made from
pulp produced from various lignocellulosic sources in various methods. The quality of these
materials can be evaluated in different ways. Meanwhile, the rheology indices of cellulosic
nanofibers are one of the simplest and least costly methods to evaluate the quality of this material. In
this paper, specifically, the relationship between indices of rheology of cellulosic nanofibers and
their ability to improve paper and board strengths for papermaking are introduced.
Materials and Methods: In this article, materials were categorized in terms of rheology sciences
and cellulose nanofibers were specified among them. Then, important indices of rheology of
cellulose nanofibers such as yield point, damping coefficient, storage modulus, loss modulus, and
yield strain were introduced by presenting some of the results of measuring the rheological indices
of cellulosic nanofibers. In the following, the relationship between rheological indices and
strengthening ability of cellulose nanofibers to improve tensile and burst strengths of paper and
paperboard production were investigated.
Results: The more storage modulus, as the most sensitive parameter in viscoelastic measurements
compared to the loss modulus, the more viscoelastic ability and more elastic tendency. For cellulose
nanofibers, if the ratio of the storage modulus is about 4 times greater than the loss modulus in the
same concentrations, this indicates that the material is viscoelastic with considerable elasticity. If the
amount of damping coefficient for cellulose nanoparticle gel is less than 0.3, this indicates that these
gels are highly elastic with components in the nanometer scale and these characteristics indicate the
presence of tangled cellulose nanofiber network and as a result, more strengthening feature is
available for a variety of applications as strengthening paper and paperboard products. The critical
strain on the behavior of the cellulosic nanofiber’s rheology appears almost independent of its dry
matter content which implies the sustainability of the viscoelastic properties of these gels. The thick
and dilute produced nanofiber gels have an exponential, with power 3, relationship with dry content
( ). The exponential, with power 3, relationship between the modulus and dry matter
percentage is one of the criteria for the achievement of a gel of nanoscale cellulosic fibres.
Conclusion: In general, cellulose nanofibers gel is considered as a viscoelastic and thixotropic fluid
and when used in paper and paperboard productions, the higher elastomeric index of it creates more
strength properties of products. Therefore, in order to predict the achievement of nanosized fibres gel
during production, a cheaper evaluation of the cellulosic rheology indices could be used instead of
expensive images and even with the comparison of two types of cellulosic nanofibers, their
rheological properties predict their performance for reinforcing paper and paperboard.
