مقایسه تاثیر نانوسلولز و نانوسیلیکا روی ویژگی‌های مقوای بسته‌بندی ساخته شده از خمیر سفید ضایعاتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، گروه مهندسی چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران

2 استادیار، گروه صنایع چوب، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران

3 استادیار، گروه کشاوزری، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران

چکیده

این بررسی با هدف مقایسه تاثیر نانوسلولز و نانوسیلیکا روی ویژگی­های مقوای ساخته شده از خمیرسفید ضایعاتی انجام شد. برای این منظور خمیرکاغذ سفید، از کارخانه کاغذسازی اترک تهیه و با افزودن 4 و 8 درصد نانوالیاف سلولز و نانو سیلیکا بصورت خالص، و این ترکیبات با 5/1 درصد نشاسته کاتیونی کاغذ دست ساز تهیه و مورد آزمون­های فیزیکی، مکانیکی و بررسی ریخت­شناسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد 4 درصد نانوالیاف سلولزی و 5/1 درصد نشاسته کاتیونی به­ترتیب دارای 5/2، 1/14، 9/46، 9/35، 5/9، 9/8، 5/20 و 1/5 درصد جذب آب، صافی سطح، شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن، شاخص مقاومت به پاره­شدن، روشنی، سفیدی و ماتی بیشتر نسبت به 4 درصد نانوالیاف سلولزی است و به­ترتیب دارای 9/30، 3/19 درصد مقاومت به عبور هوا، و زردی کمتر نسبت به آن است. 8 درصد نانوالیاف سلولزی و 5/1 درصد نشاسته کاتیونی به­ترتیب دارای 1/16، 7/43، 6/7، 3/21، 7/10، 1/6، 1/1، 6/6 درصد جذب آب، مقاومت به عبور هوا، شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن، شاخص مقاومت به   پاره­شدن، روشنی، سفیدی و ماتی بیشتر نسبت به 8 درصد نانوالیاف سلولزی است و به­ترتیب دارای 2/36 و 1/23 درصد صافی سطح، و زردی کمتر نسبت به 4 درصد نانوالیاف سلولزی است. 4 درصد نانوسیلیکا و 5/1 درصد نشاسته کاتیونی به­ترتیب دارای 1/8، 3/18، 1/34 و 9/6 درصد صافی سطح، سفیدی و ماتی بیشتر نسبت به 4 درصد نانوسیلیکا است و به­ترتیب دارای 1/10، 1/13، 8/10، 5/1، 9/9 و 2/75 درصد جذب آب، شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن، شاخص مقاومت به پاره شدن، روشنی و زردی کمتر نسبت به 4 درصد نانوسیلیکا است. 8 درصد نانوسیلیکا و 5/1 درصد نشاسته کاتیونی به­ترتیب دارای 1، 7/14، 2/40 و 7/6 درصد جذب آب، مقاومت به عبور هوا، سفیدی و ماتی بیشتر نسبت به 8 درصد نانوسیلیکا است و به­ترتیب دارای 2/5، 3/36، 3/69، 5/74، 1/5 و 8/14 درصد صافی سطح، شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن، شاخص مقاومت به پاره شدن، روشنی و زردی کمتر نسبت به 8 درصد نانوسیلیکا است. نتایج نشان داد استفاده از نانو الیاف سلولزی ارجحیت بالاتری دارد، و به جهت اینکه منجر به کاهش واردات می­گردد می­تواند حائز اهمیت باشد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Comparison of the effect of nanocellulose and nanosilica on the properties of packaging cardboard made from waste white pulp

نویسندگان [English]

  • Jafar Ebrahimpour Kasmani 1
  • Ahmad Samariha 2
  • Abdolah Alizadeh 3
1 Department of Wood and Paper Science & Technology, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran
2 Department of Wood Industry, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran
3 Department of Agriculture, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Savadkooh, Iran
چکیده [English]

The aim of this study was to compare the effect of nanocellulose and nanosilica on the properties of packaging cardboard made from waste white pulp. In this study, waste pulp was transferred to the laboratory. Handsheet cardboard was made of 60 g.m-2 with 4 and 8% nano-silica condition, and nanocellulose and cationic starch at 1.5% level. Finally, the physical, mechanical and morphological properties of the prepared cardboard were tested according to the TAPPI standards and compared with each other. The results showed that 4% cellulose nanofibers and 1.5% cationic starch had 2.5, 14.1, 46.9, 35.9, 9.5, 8.9, 20.5 and 5.1%, respectively, water absorption, surface smoothness, tensile strength index, burst resistance index, tensile strength index, brightness, whiteness and opacity more than 4% cellulosic nanofibers and have 30.9%, 19.3% of air resistance, and fewer yellowness than 4% cellulose nanofibers. 8% cellulose nanofibers and 1.5% cationic starch have 16.1%, 43.7%, 7.6%, 21.3%, 10.7%, 6.1%, 1.1%, 6.6% of water absorption, air resistance, tensile strength index, burst strength index, tear strength index, brightness, whiteness and opacity are higher than 8% cellulose nanofibers and have 36.2 and 23.1% surface fines, respectively, and fewer yellowness than 4% of cellulosic nanofibers. 4% nano-silica and 1.5% cationic starch have 8.1%, 18.3%, 34.1% and 6.9% surface smoothness, whiteness and opacity, more than 4% nano-silica, respectively, with 10.1% 13.1, 10.8, 1.5, 9.9 and 75.2% water absorption, tensile strength index, burst strength index, tear strength index, brightness and fewer yellowness than 4% nano-silica. 8% nanosilica and 1.5% cationic starch have 1, 14.7, 40.2 and 6.7% water absorption, air resistance, whiteness and opacity are more than 8% nano-silica, respectively, and have 5.2, 36.3, 69.3, 74.5, 5.1, and 14.8 percent surface smoothness, tensile strength index, burst strength index, tear strength index, brightness and fewer yellowness than 8% nano-silica. The results showed that the use of cellulose nanofibers is more preferable, and it can be important because it leads to a decrease in imports.
 

کلیدواژه‌ها [English]

  • white cardboard
  • cellulose nanofibers
  • nano-silica
  • cationic starch

Smiley face

مراجع

  • A. Hubbe, R. A. Venditti and O. J. Rojas, “What happens to cellulosic fibers during Papermaking and recycling? A review,” BioResources, vol. 2(4), pp 739-788, 2007.
  • Miao, S. Xiang, Y. Wei, X. Long, J. Qiu, J. and Y. Miao, “Physical Properties of Pulp and Paper: A Comparison of Forming Procedures,” Forest Products Journal, vol. 73(2), pp 175-185, 2023. DOI: https://doi.org/10.13073/FPJ-D-23-00007
  • K. Bajpai, “Solving the problems of recycled fiber processing with enzymes,” BioResources, vol. 5(2), pp. 1311-1325, 2010.
  • A. Hubbe, and R. A. Gill, “Fillers for papermaking: a review of their properties, usage practices, and their mechanistic role,” BioResources, vol. 11(1), pp 2886-2963, 2016. DOI: 10.15376/biores.11.1.2886-2963
  • D. Ramos, H. M. Da Costa, V. L. Soares, and R. S. Nascimento, “Modification of epoxy resin: a comparison of different types of elastomer,” Polymer Testing, vol. 24(3), pp 387-394, 2005. DOI: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0142941804001436
  • Albala, D. Olmos, A. J. Aznar, J. Baselga, and J. Gonzalez-Benito, “Fluorescent labels to study thermal transitions in epoxy/silica composites,” Journal of colloid and interface science, vol. 277(1), pp 71-78. 2004. DOI: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/15276040/
  • A. Hassan, M. L. Hassan, and K. Oksman, “Improvement of paper sheets properties of bagasse pulp with microfibrillated cellulose isolated from xylanase treated bagasse,” Wood and Fiber Science, vol. 43(1), pp 1-7. 2011.
  • Taipale, M. Österberg, A. Nykänen, J. Ruokolainen, and J. Laine, “Effect of microfibrillated cellulose and fines on the drainage of kraft pulp suspension and paper strength,” Cellulose, vol. 17, pp 1005-1020. 2010. DOI: https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-010-9431-9
  • Motie, M. Jonoobi, M. Fazei Pour, M. M. Mahboobian, and S. Borzacchiello, “Nanocellulose based biohydrogel: Preparation and characterization of some properties,” Iranian Journal of Wood and Paper Industries, vol. 9(4), pp 497-509. 2019. (In Persian).
  • Brinchi, F. Cotana, E. Fortunati, and J. M. Kenny, “Production of nanocrystalline cellulose from lignocellulosic biomass: technology and applications,” Carbohydrate polymers, vol. 94(1), pp 154-169. 2013. DOI: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0144861713000490
  • Siró, and D. Plackett, “Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review,” Cellulose, vol. 17, pp. 459-494. 2010. DOI: https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-010-9405-y
  • Fukuzumi, T. Saito, T. Iwata, Y. Kumamoto, and A. Isogai, “Transparent and high gas barrier films of cellulose nanofibers prepared by TEMPO-mediated oxidation,” Biomacromolecules, vol. 10(1), pp 162-165. 2009. DOI: https://pubs.acs.org/doi/10.1021/bm801065u
  • Goli, M. Zabihzadeh, S. Mahdavi, and H. Sadeghifar, “The effect of TCF bleaching before and after refining on the CMP pulp properties,” Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, vol. 31(3). pp 510-521, 2016. (In Persian).
  • Gullichsen, H. Paulapuro, and L. Neimo, Book 4 Papermaking Chemistry.
  • Davodian, G. Asadpour, and S. M. Zabihzadeh, “Effect of using dual composition of cationic starch-nano silica and nano cellulose-poly acrylamide on physical and strength properties of cotton papers,” Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, vol. 33(3). pp 428-437, (2018). (In Persian).
  • Ashori, “Pulp and paper from kenaf bast fibers,” Fibers and Polymers, vol. 7, pp 26-29, 2006.
  • Ashori, and W. D. Raverty, “Printability of sized kenaf (Hibiscus cannabinus) papers,” Polymer-Plastics Technology and Engineering, vol. 46(7), pp 683-687. 2007. DOI: https://www.tandfonline.com/doi/abs/10.1080/03602550701429250
  • Ashori, W. D. Raverty, and J. Harun, “Effect of chitosan addition on the surface properties of kenaf (Hibiscus cannabinus) paper,” Fibers and Polymers, vol. 6, pp 174-179. 2005. DOI: https://link.springer.com/article/10.1007/BF02875611
  • , Asadpour, H., Resalati, M. R., Dehghani, A.Ghasemian, and M., Mohammad Nazhad, “Comparison of using single and dual retention aid system on newspaper pulp properties,” Wood and Forest Science and Technology, vol. 22(2), pp 75-93, 2015. (In Persian).
  • , Yousefi, M., Faezipour, T., Nishino, A., Shakeri, and G. Ebrahimi, “All-cellulose composite and nanocomposite made from partially dissolved micro-and nanofibers of canola straw,” Polymer Journal, vol. 43(6), pp 559-564, 2011. DOI: https://www.nature.com/articles/pj201131
  • , Hii, Ø. W., Gregersen, G., Chinga-Carrasco, and Ø. Eriksen, “The effect of MFC on the pressability and paper properties of TMP and GCC based sheets,” Nordic Pulp & Paper Research Journal, vol. 27(2), pp 388-396. 2012. DOI: https://www.degruyter.com/document/doi/10.3183/npprj-2012-27-02-p388-396/pdf
  • Hamzeh, and A., Rostampour-Haftkhani, “Principales of Pepermaking Chemistry,” University of Tehran Press, Tehran, Iran. 2008. (In Persian).
  • Elyasi, H. Jalali-Torshizi, and H. Resalati, “Investigation on the effect of different levels of alum consumption in alun-rosin sizing on the properties of plyboard,” Journal of forest and wood products, vol. 69(2), pp 375-385, 2015. (In Persian).
  • Tajik, H. Resalati, Y. Hamzeh, H. J. Torshizi, H. Kermanian, and B. Kord, “Improving the properties of soda bagasse pulp by using cellulose nanofibers in the presence of cationic polyacrylamide,” BioResources, vol. 11(4), pp 9126-9141, 2016. DOI: 10.15376/biores.11.4.9126-9141
  • Rezayati Charani, M. Dehghani-Firouzabadi, E. Afra, Å. Blademo, A. Naderi, and T. Lindström, “Production of microfibrillated cellulose from unbleached kraft pulp of Kenaf and Scotch Pine and its effect on the properties of hardwood kraft: microfibrillated cellulose paper,” Cellulose, vol. 20, pp 2559-2567. 2013. DOI: https://link.springer.com/article/10.1007/s10570-013-9998-z
  • M. A. Nada, M. El-Sakhawy, S. Kamel, M. A. M. Eid, and A. M. Adel, “Effect of chitosan and its derivatives on the mechanical and electrical properties of paper sheets,” Egyptian journal of solids, vol. 28(2), pp 359-377. 2005. DOI: https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/abs/2023/08/e3sconf_afe2023_01045/e3sconf_afe2023_01045.html
  • Alinia, “Comparative study on the properties of paper produced from chemimechanical pulp (CMP) reinforced with Nanofibrillated Cellulose (NFC) and Microcrystalline Cellulose (MCC) (M.Sc. thesis. Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources). 2011. (In Persian).
  • Delgado-Aguilar, I. González, M. A. Pèlach, De La E. Fuente, C. Negro, and P. Mutjé, “Improvement of deinked old newspaper/old magazine pulp suspensions by means of nanofibrillated cellulose addition,” Cellulose, vol. 22, pp 789-802, 2015. DOI: https://doi.org/10.1007/s10570-014-0473-2
  • H. Moradian, P. Rezayati Charani, and M. Saadat Niya, “Improving paper breaking length using cellulosic nanofibers in bagasse pulp,” Forest and Wood Products, vol. 69(3), pp 603-614. 2016. (In Persian).
علوم و فنون بسته‌بندی
دوره 15، شماره 58 - شماره پیاپی 58
شماره پیا پی 58 تابستان 1403
شهریور 1403
صفحه 37-46

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 اردیبهشت 1403
  • تاریخ بازنگری: 26 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش: 31 مرداد 1403
  • تاریخ انتشار: 25 شهریور 1403

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار