مهندسی علوم صنایع چوب و کاغذ

××وبلاگ تخصصی مهندسی علوم و صنایع چوب و کاغذ **

بررسی رفتارهای مقاومتی و ممانعتی نانوکاغذهای نانوفیبرسلولز در مقابل رطوبت
ساعت ۱٢:۱٥ ‎ق.ظ روز چهارشنبه ۱۱ امرداد ۱۳٩۱ 

با سلام به کلیه همراهان این وبلاگ.

متوجه شدید که نسبت به قبل کمتر فرصت میشود تا برای وبلاگ متنی ارسال کنم. شاید یکی از دلایل آن پیگیری امور پایان نامه ام بود.

به هر حال دراین پست مقاله ای همایشی از خود را ارسال نموده ام.

مقاله حاضرف مقاله ای است از بنده که در اولین کنفرانس ملی اصول و کاربردھای نانو تکنولوژی در علوم کشاورزی و منابع طبیعی پذیرفته شده است. این کنفرانس در پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران برگزار گردید.

خواهشمندم در این پست و پست های دیگر و بالاخص پست هایی که مقالات و متن های مربوط به بنده حقیر آورده شده دوستان و کاربران اینترتنی محترم در صورت استفاده منبع دهی (رفرنس نویسی) را فراموش نکنند. لزا بدین وسیله کلیه حقوق مطالب شخصی از طرف خود محفوط دانسته و امیدوارم و مطمئن که همه دوستان در زمان مطالعه و استفاده  منبع دهی به شخص بنده فراموش نخواهند کرد.

عکس ها اضافه گردید.

پیروز و سربلند باشید.

 

بررسی رفتار­های مقاومتی و ممانعتی نانوکاغذهای نانوفیبرسلولز در مقابل رطوبت

محمد مهدی هادیلام، الیاس افرا ، حسین یوسفی، علی قاسمیان

چکیده

در این تحقیق، الیاف بلند آلفا سلولز سوزنی برگان با فرآیند سریع و ساده آسیاب به نانوفیبرهای سلولزی تبدیل شدند. از این نانوفیبر، نیز نانوکاغذ تهیه گردید. آزمون  نفوذ آب و پایداری ساختاری کاغذ­های حاصل در آب بررسی شد. نانوکاغذ نسبت به کاغذ میکرو الیاف زمان طولانی را جهت عبور قطره آب نیاز داشت و پایداری ساختاری کاغذ نهایی آن در آب از کاغذ میکرو الیاف بیشتر بوده است. ویژگی مقاومتی و ممانعتی جالب این ماده در مقابل پتانسیل­های کاربردی جالبی از این ماده به ویژه در بسته­بندی را به وجود خواهد آورد.

واژه­های کلیدی : نانوفیبرسلولزی، روش آسیاب، سوختن، ، پایداری در آب، نفوذ آب

Investigate Resistive and  barrier against moisture  behavior of cellulose paper containing Nanofiber cellulose

 

Mohamad Mahdi Hadilam

Elyas Afra

Hossein Yousefi

Ali ghasemiyan

 

Abstract

In this research NFC prduced from long fiber α-cellulose pulp. Hnad sheets were made using produced NFC. Then, wet ability and structural stability of hand sheet were tested. Nanopaper showed more resistance to wet ability and more stability comparing to micro fiber. Finally, this intresting properties indicate suitable potential of this papers application spatially in packaging industries.

Keywords:  Cellulose nanofiber, grinding method, stability in water, water absorption

 


بررسی رفتار­های مقاومتی و ممانعتی نانوکاغذهای نانوفیبرسلولز در مقابل رطوبت

محمد مهدی هادیلام، الیاس افرا ، حسین یوسفی، علی قاسمیان

چکیده

در این تحقیق، الیاف بلند آلفا سلولز سوزنی برگان با فرآیند سریع و ساده آسیاب به نانوفیبرهای سلولزی تبدیل شدند. از این نانوفیبر، نیز نانوکاغذ تهیه گردید. آزمون  نفوذ آب و پایداری ساختاری کاغذ­های حاصل در آب بررسی شد. نانوکاغذ نسبت به کاغذ میکرو الیاف زمان طولانی را جهت عبور قطره آب نیاز داشت و پایداری ساختاری کاغذ نهایی آن در آب از کاغذ میکرو الیاف بیشتر بوده است. ویژگی مقاومتی و ممانعتی جالب این ماده در مقابل پتانسیل­های کاربردی جالبی از این ماده به ویژه در بسته­بندی را به وجود خواهد آورد.

واژه­های کلیدی : نانوفیبرسلولزی، روش آسیاب، ، پایداری در آب، نفوذ آب

 

مقدمه

نانو­تکنولوژی یکی از  شاخه­های تحقیقاتی در حال رشد در جهان است. بحث­هایی کم و بیش در زمینه کاربرد این نوع فناوری چه منتقدانه و یا طرفدارانه وجود دارد. بیشترین اشکالی که منتقدان در این زمینه وارد می­کنند، ترس از انباشت زباله­های نانوساختار خطرناک است. اما در مقابل این نقطه نظر، طرفداران سرسخت این نوع فناوری بیشتر توجه تاثیر مثبت آن در ارتقای زندگی، تولیدات جدید و تولید محصولات ارزان­تر است. زمینه این تکنولوژی در صنایع سلولزی و مولکول سلولز نیز وجود دارد.

می­توان گفت یکی از موادی که در تمدن انسان نقش به­سزایی دارد، کاغذ است. با توجه به نیاز انسان، روش­های ساخت و فرآوری آن مورد تغییر قرار گرفته­است. این ماده اینک در قرن جدید با ساختار جدیدی از مواد و روش­های فرآوری و تکنولوژی نوینی روبرو می­شود که خواص ویژه جدیدی بدان می­­بخشد و این ماده طبیعی را بیش از پیش مورد توجه انسان­ها قرار می­دهد. این تکنولوژی­ها نانوفناوری در عرصه خمیر و کاغذ است(2).

داشتن مقاومت ساختاری و در عین حال خواص ممانعتی مناسب در مقابل ­رطوبت، در بسته­بندی مایعات همچون پاکت­های کاغذی شیر و آب­میوه و دسته خاص دیگری از بسته­بندی­های کاغذی همچون بسته­بندی گوشت و بسته­بندی محصولات غذایی تازه حاوی رطوبت، از اهمیت خاصی برخوردار است. روش­های مختلفی جهت ایجاد این خاصیت در کاغذ وجود دارد که از آن جمله به پوشش­دهی، آهار­دهی و اضافه­کردن مواد افزودنی مقاومت تر به کاغذ را می­توان نام برد. با توجه به خاصیت تقویت­کنندگی مناسب [1]NFC در اختلاط با الیاف معمول سلولزی و پیونددهی بالا و مناسب NFC و میکرو الیاف با همدیگر، می­توان پیش­بینی کرد که این ماده می­تواند علاوه بر بهبود مقاومت ساختاری، خواص ممانعتی جالبی در برابر سیالات به ویژه آب (رطوبت) ار خود نشان دهد. شواهد علمی موئد خواص ممانعتی این ماده به صورت خالص و ترکیبی در برابر هوا است. در این مقاله و در ادامه به بررسی رفتار­های مقاومتی و ممانعتی کاغذهای حاوی نانوفیبر سلولز در مقابل رطوبت پرداخته شده است.

 

مواد و روش­ها

 خمیر آلفا سلولز سوزنی­برگان (وارداتی) پس از شتشو با آب در محلول هیدروکسید پتاسیم[2] با غلظت 5% تیمار شدند. سوسپانسیون با غلظت یک درصد آلفاسلولز تهیه شده و از دستگاه آسیاب[3] یکبار عبور داده شد تا نانوفیبر تهیه گردد. در دستگاه آسیاب در اثر نیروهای برشی و فشاری نانوفیبرهای سلولزی تولید شدند (شکل 1). میکروفیبرها و نانوفیبرها طبق استاندارد T205 TAPPI به فیلم­های میکروفیبر و نانوفیبر تبدیل شدند. خشک کردن فیلم­ها در آون (دمای 100 درجه سلسیوس و زمان 12 ساعت) انجام شد.

 

شکل 1. ریزنگاره میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) نانوفیبرهای سلولزی تهیه شده با روش آسیاب

آزمون ها

در تست پایداری کاغذ در آب، زمان خیس خوردن 24 ساعت بوده است. روش انجام آزمون به گونه­ای ابتکاری طرح­ریزی شد. این آزمون بین 2 تیمار یعنی کاغذ نانوفیبر، کاغذ تهیه­شده از خمیر الیاف­بلند با درجه روانی CSF 500 انجام شد. پس از زمان خیس خوردن با میله هم­زن محتویات هر ظرف هم زده شد. چگونگی انجام آزمون جذب قطره آب نیز بر اساس آزمون ذکر شده در کتاب مبانی ویژگی­های کاغذ اسکات (1)  انجام شد.

 نتایج

آزمون زمان جذب قطره آب

هدف از تصویر آورده شده تعیین زاویه تماس قطره آب با نانو کاغذ نبود(شکل2). شکل و زاویه قطره می­تواند گویای میزان ترشوندگی و ناهمواری سطح، و آزمون جذب قطره بیانگر مقدار و اندازه منافذ و تخلخل کاغذ سلولزی باشد. هم­چنین این آزمون نشانگر رفتار ممانعتی کاغذ نانو­فیبر، نسبت به آب است. متوسط زمان جذب کامل آب توسط کاغذ الیاف بلند شاهد حدود  5/0 ثانیه به­دست آمد و این زمان برای نانو­فیبر سلولز حدود نیم ساعت (30 دقیقه) بود. این تفاوت مربوط به اختلاف فاحش تخلخل و خرج و فرج برای نفوذ آب در کاغذ می­باشد.  شبکه پیوسته و منافذ بسیار ریزتر کاغذ نانوفیبر باعث افزایش زمان جذب قطره آب می­شوند (2).

 

شکل 2- تصویر وضعیت قطره آب و تر­شوندگی کاغذ نانو­الیاف (خطوط محل و شکل تقریبی قطره را نشان می­دهد).

آزمون پایداری کاغذ در آب  

این آزمون که به­گونه­ای پایداری کاغذ در آب پس از خشک شدن نهایی و یا به بیان دیگر مقاومت تر آن را نشان می­دهد. همانطور که در تصویر 2 مشاهده می­شود بعد از زمان­ماند معین­ در آب، کاغذ­حاصل از الیاف بلند پس از هم­زدن به­صورت توده الیاف در آمده­اند، اما کاغذ نانو­الیاف حالت خود را حفظ کرده است. سطح پیوند هیدروژنی زیاد در کاغذ نانوفیبر که خود متأثر از سطح ویژه بسیار بالای نانوفیبرها است سبب مقاومت زیاد نانوفیبرهای سلولزی نسبت به ازهم­پاشیدگی در حالت تر شده است. از این آزمون در پیش­بینی رفتار نانوکاغذ در محیط­­های آبی(مانند عملیات چاپ در محیط­های آبی و یا در کاغذ­های بسته­بندی مایعات و ...) می­توان استفاده کرد.  لذا می­توان استدلال کرد مقاومت­ تر نانوکاغذ مطلوب­تر باشد و بدین ترتیب شاید بتوان به عنوان یک راه­کار در بهبود مقاومت تر کاغذ­ها از آن بهره برد. از­سوی­دیگر در فرآیند­هایی همچون خمیرسازی مجدد این نوع کاغذ­ها پیش­بینی می­شود در در پراکندگی الیاف مشکلاتی به وجود آید(2).

 

شکل3- تصاویر پایداری کاغذ در آب. (سمت راست نانوکاغذ- سمت چپ میکرو کاغذ (کاغذ معمولی) (تصاویر کوچک مربوط به ابتدا و تصاویر بزرگ مربوط به انتهای آزمون است).

 

نتیجه گیری

بر اساس نتایج، کاغذ تهیه شده با نانو الیاف مقاومت به عبور آب بالایی نیز دارد و به صورت کاغذ نسبت به کاغذ معمولی در آب پایدار­تر و مقاومت تر بیشتری دارد. با توجه به این خواص جالب توجه می­توان پیش­بینی کرد با پیشرفت تجهیزات صنعتی شاهد تولید محصولات سلولزی خاص به ویژه در حیطه صنایع بسته­بندی از این نانو ماده زیستی خواهیم بود.

 

مراجع

  1. افرا، ا. 1385. مبانی ویژگی­های کاغذ؛ ساختاری؛ مکانیکی، اپتیکی. اسکات ویلیام. انتشارات آییژ، چاپ اول.
  2. هادیلام، م. 1391. تولید و ارزیابی سلولز نانوفیبریله شده (NFC) از α- سلولز و بررسی مقایسه­­ای تاثیر استفاده از آن بر خواص کاغذ شیمیایی و کاغذ خمیر باگاس رنگبری شده ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
  1. Favier, V., Chanzy, H., and Cavaillé, J.Y. 1995. Polymer Nanocomposites Reinforced By Cellulose Whiskers. Macromol.  28:6365-6367.
  2. Li, R., Fei, J., Cai, Y., Li, Y., Feng, J., and Yao, J. 2009. Cellulose whiskers extracted from mulberry: A novel biomass production. Carbohydrate Polymers. 76: 94–99.

 

Investigate Resistive and  barrier against moisture  behavior of cellulose paper containing Nanofiber cellulose

 

Mohamad Mahdi Hadilam

Elyas Afra

Hossein Yousefi

Ali ghasemiyan

 

Abstract

In this research NFC prduced from long fiber α-cellulose pulp. Hnad sheets were made using produced NFC. Then, wet ability and structural stability of hand sheet were tested. Nanopaper showed more resistance to wet ability and more stability comparing to micro fiber. Finally, this intresting properties indicate suitable potential of this papers application spatially in packaging industries.

Keywords:  Cellulose nanofiber, grinding method, stability in water, water absorption



[1] Nano Fiber Cellulose

[2] Pottassium hydroxide (KOH), Nacalai Tesque Co., Japan

[3] MKCA6-3; Masuko Sangyo Co., Ltd., Japan