اصلاح الیاف خمیرکاغذ کرافت به روش اکسیداسیون اسیدی

سابقه و هدف: الیاف سلولزی به دلیل داشتن گروه‌های اسیدی که در هنگام پخت شیمیایی و رنگبری خمیر ایجاد شده است تا حدودی خاصیت آنیونی دارند. این گروه‌های اسیدی ممکن است گروه‌های کربوکسیلیک (cooh) باشد که در مقایسه با گروه‌های هیدروکسیل موجود در کربوهیدرات‌های مواد لیگنوسلولزی، از فعالیت و واکنش‌پذیری بیشتری برخوردار می‌باشند. چنانچه بتوان تعداد این گروه‌ها را بر روی سطح الیاف افزایش داد می‌توان در جهت بهبود مقاومت کاغذهای نهایی اقدام نمود. این تحقیق به‌منظور اصلاح ویژگی‌های خمیرکاغذ کرافت شرکت چوکا با استفاده از روش اکسیداسیون اسیدی با کمک ماده شیمیایی پروکسید هیدروژن انجام شد.مواد و روش‌ها: در این تحقیق از خمیرکاغذ کرافت که از کارخانه چوکا تهیه شده بود، به‌عنوان ماده اولیه استفاده شد. در این راستا، ابتدا خمیرهای کرافت با استفاده از پروکسید هیدروژن با نسبت‌های 1، 3، 5 و 10 درصد در دمای 85 درجه سلسیوس، زمان 90 دقیقه، ph=4 و درصد خشکی 2.5 درصد تحت تیمار اکسیداسیون اسیدی قرار گرفتند. در پایان این مرحله، خمیرها با آب مقطر به‌طور کامل شستشو داده شدند و برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. سپس ویژگی‌های ساختاری الیاف مانند عدد کاپا، قابلیت نگهداشت آب (wrv)، ویسکوزیته و گروه‌های کربوکسیل هم به روش شیمیایی و هم با آنالیز ft-ir مورد ارزیابی قرار گرفته و با نمونه شاهد کرافت کارخانه مقایسه شدند. برای تجزیه‌وتحلیل آماری این پژوهش از نرم‌افزار spss استفاده شد و داده‌ها به‌صورت طرح کاملاً تصادفی با استفاده از تکنیک تجزیه واریانس مورد تجزیه‌وتحلیل آماری قرار گرفتند. مقایسه بین نمونه‌ها و تیمارهای مختلف براساس گروه‌بندی میانگین‌ها و به روش آزمون دانکن در سطح اطمینان 95 درصد انجام شد.نتایج: نتایج نشان داد که خمیرکاغذهای اکسیدشده تا مصرف 3% پروکسید دارای کمترین عدد کاپا، گروه‌های کربوکسیل و ویسکوزیته و بیشترین wrv بوده اند. افزایش مصرف پروکسید در غلظت بیشتر از 3% باعث افزایش عدد کاپا، گروه‌های کربوکسیل و ویسکوزیته شده است و در عوض wrv آن افت کرده است. این تغییرات توسط ارزیابی‌های ft-ir نیز تایید گردید. علت کاهش عدد کاپا تا غلظت 3% به دلیل خروج لیگنین از دیواره الیاف و دلیل افزایش آن در غلظت‌های بیشتر از 3% پروکسید، احتمالاً به ایجاد گروه‌های هگزورونیک اسیدی هنگام عملیات اکسیداسیون برمی‌گردد که معمولاً اندازه‌گیری عدد کاپا را با خطا مواجه می‌کنند. بعلاوه خروج لیگنین تا مصرف 3% پروکسید هیدروژن باعث بهبود ویژگی wrv الیاف و بیشتر از آن باعث کاهش این ویژگی شده است. اثر شرایط تیمارهای پروکسید قلیایی و اسیدی بر روی محتوای گروهای کربوکسیل، کم‌وبیش بدون تغییر به نظر می‌رسند که این موضوع در کربن شماره 6 بیشتر آلدئیدها به گروه‌های کربوکسیل تبدیل شده و در کربن‌های 2 و 3 اکسیداسیون غالبا باعث تشکیل کتون‌ها می‌شود. از سوی دیگر، به نظر می‌رسد که افزایش گروه‌های کربوکسیل در تیمارهای بالای 3% منجر به افزایش وزن مولکولی سلولز شده که این موضوع باعث افزایش ویسکوزیته شده است.نتیجه‌گیری: ارزیابی نتایج نشان داد که اکسیداسیون پروکسید هیدروژن اسیدی باعث اصلاح و بهبود ویژگی‌های خمیرکاغذ کرافت شده که اثرهای آن بر روی ویژگی‌های کاغذهای نهایی، مثبت پیش‌بینی می‌شود. دراین‌ارتباط، تیمارهای 1 و 3 درصد اکسیداسیون اسیدی با پروکسید هیدروژن برای تولید کاغذ، مناسب‌تر به نظر می‌رسد.

modification of kraft pulp fibers by acid oxidation method

background and purpose: cellulose fiber has an anionic property to some extent due to having acid groups created during the chemical cooking and pulp bleaching. these acid groups may be carboxylic groups (cooh) which have more activity and reactivity compared to the hydroxyl groups present on the carbohydrates of lignocellulosic materials. if it is possible to increase the number of these groups on the fiber surface, it can improve the strength of the final paper. this research was done in order to improve the characteristics of kraft pulp from chuka pulp and paper company by using acid oxidation method with hydrogen peroxide.materials and methods: in this research, kraft pulp, which was collected from chuka company, was used as a raw material. in this regard, first, kraft pulp were subjected to acid oxidation treatment using hydrogen peroxide the rate of 1, 3, 5 and 10% at 85 °c, in 90 min., ph = 4 and consistency of 2.5%. at the end of this step, the pulps were thoroughly washed with distilled water and used for the next steps. then the structural characteristics of the fibers such as kappa number, wrv, carboxyl groups, viscosity and ft-ir analysis were evaluated and compared with the control sample of chuka kraft pulp. spss software was used for the statistical analysis of this research and the data were statistically analyzed using the analysis of variance technique. the comparison between different samples and treatments was done based on the grouping of averages and by duncan’s test method at a confidence level of 95%.results: the results showed that the oxidized pulps with up to 3% peroxide consumption had the lowest kappa, carboxyl groups and viscosity and the highest wrv. increasing the consumption of peroxide the rate of greater than 3% has caused an increase in kappa number, carboxyl groups and viscosity, and instead they have faced with the decrease in wrv. these changes were also confirmed by ft-ir evaluations. the reason for the decrease in kappa number up to 3% concentration is due to the removal of lignin from the fiber wall, and the reason for its increase in concentrations at more than 3% peroxide, is probably due to the creation of acidic hexuronic groups during the oxidation process, which usually cause errors in the measurement of kappa. in addition, the removal of lignin improved the wrv properties of the fibers and further reduced this property. the content of carboxyl groups for both alkaline and acidic conditions seems to be more or less unchanged, which means that in c6, most aldehydes are converted into carboxyl groups, and in c2 and c3, oxidation often causes the formation of ketones. on the other hand, it seems that increasing the carboxyl groups in treatments above 3% has led to an increase in the molecular weight of cellulose, which has increased the viscosity.conclusion: the evaluation of the results showed that the oxidation of acidic hydrogen peroxide has modified and improved the characteristics of kraft pulp, and its effects are expected to be positive on the characteristics of the final papers. in this regard, 1% and 3% acid oxidation treatments with hydrogen peroxide seems more suitable for paper production.