اثر نانوالیاف و نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده به‌عنوان ماده پوشش بر ویژگی‌های کندسوزی مقوای دست‌ساز

سابقه و هدف: اثرهای مخرب ناشی از افزایش حرارت در بستر‌های سلولزی که به‌عنوان پایه‌های اصلی صنایع بسته‌بندی، بسته‌بندی‌های مرغوب بهداشتی و بسته‌بندی مهمات به‌کار می‌روند، امری بدیهی و ناگزیر است. از این رو، اصلاح ساختار این فرآورده‌های زیستی توسط ترکیبات شیمیائی سبز و دوستدار‌ محیط زیست به‌منظور افزایش دوام در برابر حرارت، ضروری است. مواد و روش‌ها: در پژوهش حاضر، نانوالیاف سلولزی و نانوکریستال‌های سلولزی اکسید شده با تمپو، به‌صورت جداگانه، توسط ترکیبات حاوی مواد کندسوز‌کننده، به‌صورت مخلوط دو‌گانه شامل مونو‌آمونیوم فسفات و پروتئین آلبومین، سیلیکا و متیل تری‌متوکسی سیلان و مخلوط چهار‌گانه حاوی هر چهار ماده یاد شده، کندسوز شدند. سپس هر مخلوط به‌صورت جداگانه توسط پوشش‌دهنده میله‌ای روی مقوا‌های سلولزی تولیدی، پوشش‌دهی شد. ویژگی‌های کندسوزی مقوا‌های حاصل توسط سه آزمون حرارتی شامل: لوله آتش کوچک، درصد شاخص اکسیژن محدود و گرما‌سنج کاهش وزن ارزیابی شدند. نتایج: بر مبنای نتایج مشاهده شده، نقش مونو‌آمونیوم فسفات، به‌سبب حضور گروه‌های فسفات به‌عنوان عامل پیش‌برنده واکنش زغال‌سازی در حین سوختن، به‌تنهایی در مخلوط دو‌گانه برجسته‌تر از مخلوط چهار‌گانه پوشش‌دهی، در مقوا‌های پوشش دهی‌شده بر پایه نانوالیاف سلولزی و مقوا‌های پوشش‌دهی‌شده بر پایه نانوکریستال‌های سلولزی، بود. مقایسه نانوالیاف سلولزی و نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده، به‌عنوان پایه اصلی فرمول پوشش‌دهی نشان داد که مقوا‌های پوشش‌دهی‌شده با نانوالیاف سلولزی کندسوز شده، به‌سبب دارا بودن بخش‌های آمورف و کریستالی، میزان کاهش وزن بسیار کم‌تری در آزمون لوله آتش کوچک، درصد شاخص اکسیژن محدود تقریبا مشابه و حداکثر سرعت آزاد‌سازی گرما و سرعت آزاد‌سازی گرمای تقریبا یکسانی را در آزمون گرما سنج کاهش وزن، نسبت به مقوا‌های پوشش‌دهی‌شده با نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده، نشان دادند. نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، نانوالیاف سلولزی و نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده با مونو‌آمونیوم فسفات و آلبومین حتی در غلظت کم، می‌توانند به‌عنوان کندسوز‌کننده موثر و جایگزین کندسوز‌کننده‌های سنتی متداول، برای تولید بسته‌بندی‌های سلولزی باکیفیت استفاده شوند.

effect of the cnfs and cncs based flame retardants on the fire retardancy of the hand made coated paperboard

background and objectives: the destructive effects of heat increasing in cellulose substrates, which are the basic materials for the packaging industries, high quality hygiene packaging, and ammunition packaging, are obvious and inevitable. therefore, it is essential to modify the structure of these bio based products with green and environmentally friendly materials, to increase their durability against heat.methodology: in the current study, tempo oxidized cnfs and cncs, were initially and separately retarded using flame retardant mixtures, including dual “ammonium monophosphate+albumin”, “silica+methyltri methoxysilane”, and quadruple “ammonium monophosphate+albumin+silica+methyltri methoxysilane”. using a rod coater, each combination was then coated individually on the produced cellulosic paperboards. flame retardancy properties were evaluated by three thermal experiments, including a mini fire tube, limited oxygen index, and mass loss calorimeter. results: based on the observed results, the role of mono ammonium phosphate, due to the presence of phosphorus containing groups as the driving force of the charring during combustion, was more prominent and significant in the dual coating mixture than the quadruple coating mixture, containing silica and phosphorus, both in the paperboards coated based on cnfs and paperboards coated based on cncs. comparison of the cnfs and cncs based flame retardant, as the main basis of the coating formulation, showed that paperboards coated with cnfs based flame retardant, due to having amorphous and crystalline regions, had much lower amount of mass loss in the mini fire tube test, almost similar limited oxygen index, and peak heat release rate (phrr) and heat release rate (hrr) in the mass loss calorimeter test, compared to those of the paperboard coated with cncs based flame retardant. conclusion: in general, cnfs and cncs based flame retardants with mono ammonium phosphate and albumin, even in low concentrations, can be used as effective retardants and replacements for conventional flame retardants, in high quality cellulose based packaging production.