تاثیر اسپری نانوکیتوزان، نانو سلولز و dtpa بر ویژگی‌های نوری کاغذ حاصل از خمیرکاغذ شیمیایی- مکانیکی(cmp )

سابقه و هدف: امروزه با افزایش جمعیت، افزایش تقاضای مصرف کاغذ و مقوا و همچنین محدودیت بیشتر مواد اولیه مصرفی، تولید کاغذ از خمیرکاغذ های پربازده و مکانیکی جایگاه ویژه و خاص خود را پیدا کرده است. این خمیرکاغذها راندمان بیش از 85 درصد دارند و مقدار ماده چوبی حل شده در آن ها کمتر از خمیرهای شیمیایی و نیمه شیمیایی است، اما بعلت وجود لیگنین، مواد عصاره‌ای و یون‌های فلزی موجود در این خمیرکاغذ ها، مصرف آن ها را به زمان های کوتاه مدت محدود کرده است و در طولانی مدت دچار برگشت روشنی و زردشدگی نوری می‌شوند. این تحقیق با هدف تاثیر افشاندن dtpa، نانوسلولز و نانوکیتوزان بر ویژگی‌های نوری خمیرکاغذ شیمیایی- مکانیکی (cmp) انجام گرفت. مواد و روش ها: به همین منظور، ابتدا مقداری ازخمیرشیمیایی-مکانیکی(cmp) رنگبری شده کارخانه چوب و کاغذ مازندران به عنوان نمونه شاهد انتخاب شد. از خمیرکاغذ‌های مذکور کاغذهایی با وزن پایه gr/m2 60 تهیه شد. در این تحقیق، نانوسلولز از نوع نانوسلولز فیبریله شده، با پتانسیل زتا منفی، که با روش مکانیکی تهیه شده، از شرکت دانش بنیان نانونوین پلیمر( پارک علم و فن آوری مازندران)(ساری-ایران)، با متوسط قطر الیاف 35 نانومتر و درصد خلوص حدود 99 درصد خریداری و در 2سطح 0 و 2 درصد بر روی کاغذ های حاصل از خمیرکاغذ cmp افشانده شد. نانوکیتوزان نیز که به صورت پودری کرم رنگ و شفاف می‌باشد، از شرکت seafresh کشور تایلند با وزن ملکولی 270 کیلودالتون، درجه استیلاسیون 93 درصد تهیه شد. محلول نانوکیتوزان در 2سطح 0 و 2 درصد بر روی کاغذ های حاصل از خمیرکاغذ cmp افشانده شد. دی اتیلن تری آمین پنتا استیک اسید (dtpa) با مقدار مواد جامد 50 درصد و ویسکوزیته cps 25 از شرکت diper-samchun (کره جنوبی) تهیه گردید. ابتدا مقداری dtpa بصورت محلول 0/5 درصد آماده سازی و سپس بر روی کاغذ های دست ساز افشانده شد. بعد از ساخت کاغذهای دست‌ساز 60 گرمی، عملیات افشاندن بر روی سطح تعدادی از نمونه‌های آزمونی با استفاده از 2 درصد نانو کیتوزان، 2 درصد نانوسلولز و 0/5 درصد dtpa ، به‌صورت جداگانه و همزمان و در زمان20 ثانیه و در فاصله 20 سانتی‌متر انجام شد. سپس با رعایت شرایط استاندارد، ویژگی‌های نوری نمونه ها شامل روشنی، ماتی، زردی و سبزرنگی کاغذ ها با استفاده از آزمون‌های استاندارد tappi و astmاندازه‌گیری شد.یافته های تحقیق: نتایج این پژوهش نشان داد که با افشاندن dtpa، نانوسلولز و نانوکیتوزان روشنی، زردی، سبزرنگی، فاکتور l* و ماتی افزایش و فاکتورa* در کاغذ حاصل روند کاهشی را نشان داده است. با افشاندن نانوسلولز بر روی نمونه‌های آزمونی اکثر ویژگی‌های نوری بجز زردی کاغذ حاصل بهبود معنی‌داری از خود نشان داده است. در این حالت مناسب‌ترین ویژگی‌ها در کاغذ حاصل از افشاندن dtpa و همچنین در تیمار افشاندن هم‌زمان dtpa، نانوسلولز و نانوکیتوزان بر روی کاغذ های دست ساز مشاهده گردید، که باعث افزایش و بهبود تمامی ویژگی های نوری بصورت معنی‌داری شده است، که می‌توان آن را به عنوان تیمار برتر انتخاب و معرفی کرد. نتایج ارزیابی برگشت درجه روشنی کاغذ حاصل از خمیر کاغذ cmp نشان داد که اغلب تیمارها منجر به کاهش نسبی برگشت درجه روشنی کاغذ شده است. در بین تیمارهای مختلف، کمترین مقادیر برگشت درجه روشنی در کاغذ حاصل از افشاندن dtpa 5/0 درصد و بیشترین آن با افشاندن نانوکیتوزان بر روی کاغذ حاصل به‌دست آمده‌ است. نتایج ارزیابی تصاویر sem نمونه های آزمونی نیز نشان داد که در مقایسه با نمونه شاهد، با افشاندن نانو کیتوزان و نانوسلولز و همچنین در تیمار افشاندن هم‌زمان dtpa، نانوسلولز و نانوکیتوزان کاغذ حاصل دارای ویژگی‌های سطحی و ساختاری مطلوب‌تری بوده و وجود فضاهای خالی (حفره‌) کمتر و سطح اتصال بیشتری الیاف در نمونه‌های آزمونی آن، می تواند ویژگی‌های نوری مطلوب‌تری را از خود دهد.نتیجه گیری: نتایج نشان داد که با افشاندن نانوسلولز، نانو کیتوزان و dtpa بر روی نمونه‌های آزمونی، خواص نوری، روشنی، سبزی، ماتی، فاکتور a* ، فاکتور l* ، زردی و برگشت روشنی بهبود یافته است. علاوه بر این، در بین تیمارهای مختلف، تیمار افشاندن با dtpa در کهنه شدگی حرارتی طولانی مدت و استفاده از نانو کیتوزان و نانو سلولز در کهنه شدگی حرارتی کوتاه‌مدت، اثرات قابل‌توجهی بر پایداری روشنی و کاهش بازگشت رنگ کاغذ داشته، در نتیجه، دوام کاغذ در برابر تخریب حرارتی افزایش یافته است.

the effect of nano-chitosan, nano-cellulose and dtpa spray on the optical properties of paper obtained from chemical-mechanical pulp (cmp)

background and aim: today, with the increase in population, increasing demand for paper, as well as greater restrictions on raw materials, the production of pulp from high-yield pulps and mechanical pulps has found a special place. these pulps have a high yield greater than 85%, but due to the presence of lignin, extracts, and metal ions, their use is limited to short-term usage, as in the long run they suffer from brightness reversion and photo-yellowing. this study aimed to investigate the effect of dtpa, nano-cellulose, and nano-chitosan spray on the optical properties of chemical-mechanical pulp (cmp). materials and methods: for this purpose, first, a quantity of bleached chemical-mechanical pulp (cmp) was selected as a control sample from ‎mazandaran wood and paper industry.‎ papers with a base weight of 60 gr/m2 were prepared from the mentioned paper pulp. in this study, the nano-fibrillated cellulose (nfc) was purchased from nano novin polymer co. (sari, iran), which was prepared from softwood alpha cellulose pulp with an average fiber diameter of 32 nm. the nfc was loaded at 2% by spraying onto papersheets. nanochitosan (“seafresh”, thailand), obtained from exoskeletons of crustaceans, with a deacetylation degree of 93% and a molecular weight of 270 kda was used. nanochitosan was loaded at 1 and 2% of the dry pulp weight. diethylene triamine penta acetic acid (dtpa) was prepared from diper-samchun (south korea), with a 50% solid content and 25 cps viscosity. to spray the dtpa onto the paper surface, 0.5% dtpa was prepared. to prepare samples for the surface modification, paper sheets with a basis weight of 60 g/m2 were made. then, 0.5% dtpa, 2% nanochitosan, and 2% nanocellulose were sprayed separately on the papersheets. in addition, another treatment named mixed-solution (containing 0.5 % dtpa + 2% nanochitosan + 2% nanocellulose) was sprayed onto the handsheets. the spraying time and distance were 20 s and 20 cm, respectively, and the treatment process was named “spray-coated”. then, the optical properties (brightness, opacity, yellowness, and greenness) of the hand-‎sheets were measured according to astm and tappi standard methods. ‎results:the results showed that by dtpa, nano-cellulose, and nano-chitosan spray in the handsheet paper, brightness, yellowness, greenness, l* factor, and the opacity increased and the a* factor decreased. by spraying nano-cellulose on the test samples, most of the optical properties were significantly improved except for the yellowness of the hand-sheet paper. in addition, the most appropriate properties were observed in the paper obtained from dtpa spray and also in the simultaneous spray treatment of dtpa, nano-cellulose, and nano-chitosan on hand-sheet papers. therefore, it has caused a very sensible increase and improvement in all the optical properties, which can be selected and suggested as the best treatment. the evaluation results of the brightness reversion of the hand-sheet paper from cmp pulp showed that most of the treatments led to a relative reduction of the return of the paper brightness. on the other hand, the lowest and highest brightness return values in the hand-sheet paper were obtained from 0.5% dtpa spray and nano-chitosan spray, respectively. the evaluation results of the sem images of the test samples compared to the control sample showed that the hand-sheet paper with nano-chitosan and nano-cellulose spray and also in the simultaneous spray treatment of dtpa, nano-cellulose, and nano-chitosan had more favorable surface and structural properties. the existence of less empty spaces (cavity) and more overlap of fibers in the test samples can be a reason for the higher quality of the properties, as well.conclusion:the results showed that by spraying nanocellulose, nano- chitosan and dtpa on the test samples, the optical properties, brightness, greenness, opacity, a* factor, l* factor , yellowness and brightness ‎‎durability improved. in ‎addition, among the various treatments, the dtpa treatment in long-term thermal aging and the use of nano-chitosan and nano-cellulose in the short-term aging had noticeable effects on brightness ‎‎durability and decrease in the color reversion. as a result, there was an increase in the durability of the paper ‎against thermal deterioration.