مقایسه تاثیر مجزا و ترکیبی نانوسیلیکا و افزودنی‌های کاتیونی بر ویژگی‌های نوری لاینر سفید بسته‌بندی

سابقه و هدف: بازیافت کاغذ باطله به عنوان یک صنعت در ایران و جهان رشد کرده است و به محیط‌زیست و انسان‌ها مزایای زیادی ارائه می‌دهد. زباله‌های شهری نیز پس از فرایندهای بازیافت دوباره استفاده می‌شوند. صنعت بازیافت مقوا اهمیت زیست‌محیطی و اقتصادی زیادی دارد و با کمبود منابع چوبی و تقاضای بالا برای محصولات کاغذی، نقش مهمی در توسعه صنایع مرتبط با کاغذ ایفا می‌کند. بااین‌حال، بازیافت می‌تواند با کاهش ویژگی‌های نوری کاغذ همراه باشد. استفاده از نانوذرات در صنعت کاغذسازی نیز روز به‌روز در حال گسترش است. نانوسیلیکا یکی از مهمترین نانوذرات است که به‌عنوان ماده کمک نگه‌دارنده در صنعت کاغذسازی استفاده می‌شود. به منظور کاهش مصرف الیاف بلند و به‌دست‌آوردن ویژگی‌های نوری مطلوب، استفاده از نانوسیلیکا به‌تنهایی یا در ترکیب با مواد دیگر مانند نشاسته کاتیونی و پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی بررسی می‌شود. هدف از این پژوهش، مقایسه تاثیر استفاده مجزا و ترکیبی از افزودنی‌های نانوسیلیکا، پلی‌اکریل‌آمید کاتیونی، نشاسته کاتیونی و الیاف بلند بر خواص نوری خمیرکاغذ لاینر سفید است.مواد و روش ها: در این مطالعه، برای تهیه کاغذهای دست‌ساز از خمیرکاغذ سفید با روشنی حداقل 78 درصد و براقیت حداقل 45 درصد استفاده شد. خمیرکاغذ شیمیایی الیاف بلند از کرافت سوزنی وارداتی از روسیه با درجه روشنی 89 درصد در آزمایشگاه استفاده گردید. برای افزودنی‌ها، از پودر نانوسیلیس (nanosio2) تولیدشده توسط شرکت degussa آلمان، پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی با نام تجاری farinret k325 تولید شرکت degussa آلمان و نشاسته کاتیونی از شرکت lyckebyamylex اسلواکی استفاده شد. تیمارهای مستقل شامل افزودن 10 درصد خمیرکاغذ الیاف بلند پالایش شده، 6 درصد نانوسیلیس، 5/1 درصد نشاسته کاتیونی و 15/0 درصد پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی و تیمارهای ترکیبی شامل 6 درصد نانوسیلیس و 5/1 درصد نشاسته کاتیونی و 6 درصد نانوسیلیس و 15/0 درصد پلی‌آکریل‌آمید کاتیونی بود. سپس کاغذهای دست‌ساز 127 گرمی تهیه شده و خواص نوری و میکروسکوپی آنها ارزیابی شد.نتایج: نتایج نشان داد که با افزودن 10% الیاف بلند، روشنی کاهش یافت و با استفاده از 6% نانوسیلیکا، روشنی بیشینه حاصل شد. همچنین، سفیدی کاغذها با 6% نانوسیلیکا کمینه و با 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی بیشینه بود. ماتی بیشترین مقدار خود را با ترکیب 6% نانوسیلیکا و 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی نشان داد. همچنین، با افزایش میزان پلی آکریل آمید و نشاسته کاتیونی، به‌صورت جداگانه یا ترکیبی با نانوسیلیکا، ماتی افزایش یافت. ضریب جذب نور در کاغذهای دارای 6% نانوسیلیکا کمینه و ضریب پخش نور در کاغذهای حاوی 6% نانوسیلیکا و 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی بیشینه بود. از دستگاه رنگ‌سنج برای اندازه‌گیری مولفه‌های رنگ استفاده شد و نتایج نشان داد که افزودنی‌ها تاثیری در روشنی و سفیدی کاغذها داشتند. همچنین، تغییرات در طیف رنگی و میزان تغییر رنگ نیز مشاهده شد. افزودنی‌ها موجب افزایش تیرگی و تغییرات در رنگ‌های مختلف شدند.نتیجه گیری: استفاده از نانوسیلیکا به‌صورت مجزا و در ترکیب با نشاسته و پلی آکریل آمید کاتیونی، باعث افزایش روشنی کاغذها می‌شود. همچنین، استفاده از پلی آکریل آمید کاتیونی به‌صورت مجزا و در ترکیب با نانوسیلیکا، منجر به افزایش سفیدی و ماتی کاغذها می‌شود. عامل روشنی کاغذها که با نماینده مولفه l* است، به استثنای افزودن 10% الیاف بلند و 6% نانوسیلیکا، کاهش یافت. میزان تغییر رنگ کلی نیز با ∆e*، در نمونه‌هایی که 5/1% نشاسته کاتیونی داشتند، کمترین و در نمونه‌هایی که 15/0% پلی آکریل آمید کاتیونی داشتند، بیشترین مقدار را داشت. استفاده از برخی تیمارها می‌تواند منجر به کاهش خواص نوری و کاهش کیفیت چاپ‌پذیری لاینر سفید شود که برای رفع این مشکل می‌توان از خمیرکاغذ مکانیکی رنگبری‌شده یا اندود سطح کاغذ استفاده کرد. حضور ذرات نانوسیلیکا در ساختار کاغذ، باعث بهبود سطح پیوند و کاهش خلل و فرج می‌شود که درنتیجه به کاهش ناهمواری سطح و شکست کمتر نور منجر می‌شود و باعث افزایش انعکاس نور و روشنی کاغذ می‌گردد.

comparison of individual and combined effect of nanosilica and cationic additives onthe optical properties of the white packaging liner

background and objectives: waste paper recycling has grown as an industry in iran and the world and offers many benefits to the environment and humans. municipal waste is also reused after recycling processes. cardboard recycling industry has great environmental and economic importance and with the lack of wood resources and high demand for paper products, it plays an important role in the development of paper-related industries. however, recycling can be associated with a reduction in the optical properties of the paper. the use of nanoparticles in the paper industry is also expanding day by day. nanosilica is one of the most important nanoparticles used as a retention aid in the paper industry. in order to reduce the consumption of long fibers and obtain the desired optical properties, the use of nanosilica alone or in combination with other materials such as cationic starch and cationic polyacrylamide is investigated. the purpose of this research is to compare the effect of separate and combined use of nanosilica additives, cationic polyacrylamide, cationic starch and long fibers on the optical properties of white liner paper pulp.methodology: in this study, white paper pulp with a brightness of at least 78% and a gloss of at least 45% was used to prepare handmade papers. long fiber chemical paper pulp from coniferous kraft imported from russia with a brightness of 89% was used in the laboratory. nanosilica powder (nanosio2) produced by degussa, germany, cationic polyacrylamide with farinret k325 brand, produced by degussa, germany, and cationic starch from lyckebyamylex, slovakia, were used. independent treatments include the addition of 10% refined long fibers paper pulp, 6% nanosilica, 1.5% cationic starch and 0.15% cationicpolyacrylamide and combined treatments include 6% nanosilica and 1.5% cationic starch and 6% nanosilica and 0.15% cationic polyacrylamide. then 127 g.m-2 handmade papers were prepared and their optical and microscopic properties were evaluated.results: the results showed that by adding 10% of long fibers, the brightness decreased and by using 6% of nanosilica, the maximum brightness was obtained. meanwhile, the whiteness of papers with 6% nanosilica was minimum and maximum with 0.15% cationic polyacrylamide. opacity showed its highest value with the combination of 6% nanosilica and 0.15% cationic polyacrylamide. also, by increasing the amount of polyacrylamide and cationic starch, individually or in combination with nanosilica, the opacity increased. the light absorption coefficient was the lowest in papers with 6% nanosilica and the light scattering coefficient was the highest in papers containing 6% nanosilica and 0.15% cationic polyacrylamide. a colorimeter was used to measure the color components and the results showed that the additives had an effect on the brightness and whiteness of the papers. also, changes in the color spectrum and the amount of color change were also observed. additives increased the darkness and changes in different colors.conclusion: the use of nanosilica separately and in combination with starch and cationic polyacrylamide increases the brightness of papers. also, the use of cationic polyacrylamide separately and in combination with nanosilica leads to an increase in the whiteness and opacity of papers. the brightness factor of the papers, which is representative of the l* component, decreased with the exception of the addition of 10% long fibers and 6% nanosilica. the amount of overall color change with ∆e* was the lowest in samples containing 1.5% cationic starch and the highest in samples containing 0.15% cationic polyacrylamide. the use of some treatments can lead to a decrease in the optical properties and a decrease in the printability quality of the white liner. to solve this problem, mechanical paper pulp that has been decolorized or coated on the surface of the paper can be used. the presence of nano-silica particles in the structure of the paper improves the bond surface and reduces the prosity, which results in the reduction of surface roughness and less light refraction, and increases the light reflection and brightness of the paper.