تولید خمیر کاغذ شیمیائی از کاه گندم با استفاده از فرآیند کربنات

بیان مساله و اهداف: در این تحقیق، امکان تولید خمیرکاغذ از کاه گندم با استفاده از فرآیند کربنات مورد بررسی قرار گرفته است. با توجه به نیاز روزافزون به منابع جایگزین الیاف سلولزی در صنعت کاغذسازی و کاهش دسترسی به منابع چوبی، استفاده از ضایعات کشاورزی مانند کاه گندم می‌تواند به‌عنوان یک راهکار پایدار مطرح باشد. در این راستا، فرآیند پخت کربنات سدیم به‌عنوان یک روش جایگزین و دوستدار محیط‌زیست برای استخراج الیاف سلولزی مورد ارزیابی قرار گرفته است.مواد و روشها: برای انجام این تحقیق، کاه گندم به‌عنوان ماده اولیه انتخاب شده و تحت فرآیند پخت با محلول کربنات سدیم در شرایط مختلف قرار گرفت. دماهای عملیاتی 150 و 170 درجه سانتی‌گراد و زمان‌های 2، 3 و 5 ساعت مورد بررسی قرار گرفتند. همچنین، میزان قلیائیت محلول پخت بر مبنای na2o در چهار سطح 20، 22، 24 و 26 درصد تنظیم شد. برای بهبود فرآیند جداسازی لیگنین و افزایش بازده پخت، از آنتراکینون به میزان 0.1 درصد وزنی به‌عنوان افزودنی استفاده گردید. نسبت مایع پخت به کاه (l/s) نیز در مقادیر 4، 6، 8 و 10 به 1 تغییر داده شد تا تاثیر آن بر عملکرد فرآیند مشخص شود. پس از انجام فرآیند پخت، خمیرکاغذ تولیدی با استفاده از الک‌های مش 20 و 200 شستشو و جداسازی گردید. سپس پارامترهای عدد کاپا، بازده کل، بازده بعد از غربال و میزان وازده تعیین شد تا شرایط بهینه فرآیند پخت شناسایی شود. در ادامه، خمیرکاغذ بهینه در دو حالت پالایش شده و پالایش نشده، به کاغذ دست‌ساز در گراماژهای 60 و 120 گرم بر مترمربع تبدیل گردید. آزمایش‌های مکانیکی شامل شاخص‌های مقاومت به کشش، ترکیدن و پارگی بر روی کاغذهای تولیدی انجام شد تا کیفیت خمیرکاغذ حاصل از کاه گندم مورد ارزیابی قرار گیرد.نتایج: نتایج نشان داد که فرآیند پخت با کربنات سدیم در شرایط بهینه می‌تواند منجر به تولید خمیرکاغذی با ویژگی‌های مطلوب گردد. بر اساس داده‌های به‌دست‌آمده، بهترین شرایط برای فرآیند پخت، قلیائیت 22 درصد، دمای 170 درجه سانتی‌گراد، زمان 2 ساعت و نسبت l/s برابر 8 به 1 تعیین شد. خمیرکاغذ تولیدشده تحت این شرایط دارای عدد کاپای 37.72، بازده کل 63.52 درصد، بازده بعد از غربال 51.18 درصد و میزان وازده 1.45 درصد بود که نشان‌دهنده عملکرد مطلوب فرآیند پخت است. تبدیل خمیرکاغذ بهینه به کاغذ دست‌ساز و بررسی ویژگی‌های مکانیکی نشان داد که در هر دو گراماژ 60 و 120 گرم بر مترمربع، نمونه‌های پالایش‌شده دارای شاخص‌های مقاومت بالاتری نسبت به نمونه‌های پالایش‌نشده بودند. بیشترین میزان شاخص‌های مقاومت به کشش، ترکیدن و پارگی در کاغذهای پالایش‌شده حاصل شد که نشان‌دهنده بهبود خواص مکانیکی با پالایش الیاف است. با توجه به کاهش کیفیت مکانیکی و افت ویژگی‌های کاغذهای لاینر و تست لاینر در فرآیندهای بازیافت مکرر، استفاده از خمیرکاغذ کربنات کاه گندم به‌عنوان یک منبع الیاف تقویتی می‌تواند به بهبود کیفیت این نوع کاغذها کمک کند. این موضوع اهمیت زیادی در صنعت بسته‌بندی دارد، زیرا استفاده از مواد بازیافتی همراه با الیاف تقویتی مناسب می‌تواند به افزایش مقاومت و دوام کاغذهای تولیدی منجر شود.نتیجه گیری: به‌طور کلی، این تحقیق نشان داد که خمیرکاغذ کربنات تولید شده از کاه گندم دارای ویژگی‌های مناسبی برای استفاده در صنعت کاغذسازی است. این روش می‌تواند به‌عنوان یک جایگزین پایدار برای الیاف بکر مطرح شده و به کاهش وابستگی به منابع چوبی و افزایش بهره‌وری در تولید کاغذهای بسته‌بندی کمک کند. با توجه به نیاز روزافزون به مواد اولیه پایدار در این صنعت، توسعه و بهینه‌سازی بیشتر این فرآیند می‌تواند تاثیر بسزایی در بهبود عملکرد و پایداری زنجیره تامین کاغذ داشته باشد.

production of chemical pulp using carbonate process from wheat straw

problem definition and objectives: in this study, the possibility of producing pulp from wheat straw using the carbonate process was investigated. given the increasing demand for alternative sources of cellulose fibers in the paper industry and the declining availability of wood resources, utilizing agricultural residues such as wheat straw (ws) can be considered a sustainable solution. in this regard, the sodium carbonate cooking process was evaluated as an environmentally friendly alternative method for fiber extraction.methodology: for this study, wheat straw was selected as the raw material and subjected to a cooking process with a sodium carbonate solution under various conditions. the maximum cooking temperatures were set at 150 and 170°c, with cooking times of 2, 3, and 5 hours. additionally, the alkalinity of the cooking solution, based on na2o, was adjusted to four levels: 20, 22, 24, and 26%. to improve lignin separation and enhance the cooking yield, anthraquinone was added at a concentration of 0.1% by dry weight of ws. the liquor-to-straw ratio (l/s) was varied at 4, 6, 8, and 10:1 to determine its effect on the process performance. after the cooking process, the produced pulp was washed and separated using 20 and 200 mesh screens. the parameters of kappa number, total yield, screened yield, and reject content were measured to identify the optimal cooking conditions. subsequently, the optimized pulp was converted into handmade paper sheets at grammages of 60 and 120 g/m² in both refined and unrefined states. mechanical tests, including tensile, bursting, and tearing strength indices, were conducted on the produced paper to evaluate the quality of the pulp obtained from wheat straw.results: the results indicated that the sodium carbonate cooking process under optimal conditions could produce pulp with desirable properties. based on the obtained data, the best cooking conditions were determined as an alkalinity of 22%, a temperature of 170°c, a cooking time of 2 hours, and an l/s ratio of 8:1. the pulp produced under these conditions had a kappa number of 37.72, a total yield of 63.52%, a screened yield of 51.18%, and a reject content of 1.45%, demonstrating the effectiveness of the cooking process. the conversion of optimized pulp into handmade paper and the evaluation of its mechanical properties showed that in both 60 and 120 g/m² grammages, the refined samples exhibited higher mechanical strength indices compared to unrefined ones. the highest tensile, bursting, and tearing strength indices were achieved in the refined paper samples, indicating improved mechanical properties with fiber refining. considering the decline in mechanical properties and the degradation of liner and test liner papers during repeated recycling processes, incorporating wheat straw carbonate pulp as a reinforcing fiber source can help improve the quality of such papers. this aspect is crucial in the packaging industry, as using recycled materials along with suitable reinforcing fibers can enhance the strength and durability of the produced paper.conclusion: overall, this study demonstrated that carbonate pulp produced from wheat straw possesses suitable characteristics for use in the paper industry. this method can serve as a sustainable alternative to virgin fibers, reducing dependency on wood resources and enhancing efficiency in the production of packaging papers. given the increasing demand for sustainable raw materials in this industry, further development and optimization of this process can significantly contribute to improving the performance and sustainability of the paper supply chain.