مقايسه اثر نانوذرات سيليكاسل و بنتونيت بر عملكرد نشاسته كاتيوني به لحاظ قابليت آبگيري، ماندگاري و ويژگي هاي مقاومتي كاغذ بازيافتي

Comparing the Effect of Silica Sol and Bentonite Nanoparticles on the Performance of Cationic Starch for Drainability, Retention and Strength Properties of Recycled Paper

تولید انواع تست لاینر و فلوتینگ از كارتن‌های كنگره‌ای كهنه، یكی از رایج‌ترین فرآیندهای بازیافت كاغذ در ایران می‌باشد. این نوع كاغذ، دارای وزن پایه زیاد و حاوی مقادیر قابل توجهی قطعات ریز لیفی و غیرلیفی است و لذا معمولا آبگیری از این نوع مقوا و نیز ماندگاری ذرات ریز، از معضلات اینگونه كارخانجات به‌حساب می‌آید. از این‌رو در چنین مواردی استفاده از مواد كمك آبگیری/ماندگاری، مانند سیستم‌های برپایه نانوذرات می‌تواند راهگشا باشد. درهمین ارتباط از رایجترین و پرمصرف‌ترین انواع نانوذرات مورد استفاده در صنعت كاغذ، دو نوع نانوذره سیلیكای‌ كلوییدی و بنتونیت هستند كه به همراه پلی الكترولیت‌های كاتیونی در پایانه تر كاغذسازی قابل استفاده می‌باشند. بنابراین در این مطالعه، اثر نانوذرات بنتونیت و سیلیكاسل، بطور مقایسه‌ای، بر عملكرد نشاسته‌كاتیونی به لحاظ قابلیت آبگیری، ماندگاری و ویژگی‌های مقاومتی مقوای حاصل از بازیافت كارتن‌های كنگره-ای كهنه مورد بررسی قرارگرفت. نتایج بررسی ابعاد این دو نوع نانوذره نشان داد، هرچند میانگین ضخامت ورقه‌های بنتونیت (حداكثر 22 نانومتر) از میانگین ابعاد نانوذره كروی سیلیكای كلوییدی (كمتر از 50 نانومتر) كوچكتر بوده است اما به لحاظ شاخص ماندگاری، برخلاف نانوسیلیكا، اثر نانوبنتونیت- نشاسته كاتیونی معنی‌دار نبود. در خصوص قابلیت آبگیری، با افزودن هر دو نوع نانوذره نانوسیلیكا و نانوبنتونیت، این ویژگی بهبود قابل ملاحظه‌ای ( حتی تا مقدار 186% در خصوص نانوسیلیكا) داشته است. از سوی دیگر، استفاده از نشاسته كاتیونی در كاغذ دست‌ساز، سبب بهبود شاخص‌‌های مقاومت به كشش و پاره‌شدن گردید، در حالی‌كه این ویژگی‌ها با افزودن نانوذرات، كاهش یافت. همچنین مقاومت پیوند درونی كاغذ، با افزودن نشاسته كاتیونی و نانوسیلیكا افزایش فوق‌العاده‌ای (تا 354%) نشان داد. در نهایت به طور كلی، در خمیر كاغذ OCC، سیستم نشاسته كاتیونی- نانوسیلیكا به لحاظ قابلیت آبگیری، ماندگاری ذرات ریز و همچنین ویژگی‌های مقاومتی، عملكرد بهتری نسبت به سیستم نشاسته كاتیونی- نانوبنتونیت داشته است.

Production of test liner and fluting from old corrugated containers, is one of the most common paper recycling processes in Iran. This type of papers, have high basis weight and also contain significant fine fibrous and non-fibrous materials; hence, the drainage and in addition, the retention of fine materials, are the obstacles these paper mills may encounter. In these cases, usually application of drainage/retention aids, such as nanoparticle systems can be of much help. In this due, colloidal silica and bentonite are the two of the most commonly used nano-particles with polyelectrolytes in papermaking wet-end. Therefore, in this research, the effect of bentonite and silica sol nano-particles on the performance of cationic starch was compared in terms of drainability, retention and strength properties of paperboard from recycled old corrugated containers. The analysis of the particle size for these two nanoparticles showed that although the thickness of bentonite platelets (maximum 22 nm) was less than nanosilica dimensions (less than 50 nm), the effect of bentonite-cationic starch was not significant in terms of retention, against the nanosilica. Regarding the drainability, following dosing of both silica and bentonite, the parameter much improved (up to 186% in the case of nanosilica). On the other hand, application of cationic starch containing systems in paper handsheets resulted in improvement in tensile and tear indices, however, these properties decreased following addition of nano-particles. Also, internal bonding (Scott- type) incredibly increased (up to 354%) by application of cationic starch and nanosilica. At last, generally in the case of OCC furnish, the nanosilica-cationic starch system had a better performance in terms of drainability, retention of fine materials and fiber fines and also strength properties, rather than cationic starch-bentonite.