نانوالیاف سلولز

جلوگیری از کلوخه شدن الیاف در دستگاه همگن ساز برای تولید نانو الیاف سلولزی لازم و ضروری است.

۳-۲-۶ روش پیش تیمار آنزیمی
پیش تیمار آنزیمی به منظور فیبریله کردن و نیز عبور بهتر خمیرکاغذ از دستگاه همگن ساز و همچنین با هدف کاهش مصرف انرژی در طول فرآیند تولید نانوالیاف سلولزی انجام شد. برای این منظور از روش پاکو و همکاران (۲۰۰۷) استفاده شده است. مقدار ۱۰۰ گرم (برمبنای وزن خشک) خمیر پالایش شده سودای باگاس در مقدار ۵/۲ لیتر بافر فسفات در ۷ =pH به همراه مقدار۱۷/۰ میکرولیتر آنزیم اندوگلوکاناز پراکنده شد. درجه حرارت مورد استفاده برای فعالیت آنزیم ? C50 و به مدت ۲ ساعت بود. پس از این مرحله، فعالیت آنزیم در درجه حرارت ? C80 و به مدت ۳۰ دقیقه متوقف گردید. در نهایت الیاف پیش تیمار شده با استفاده از آب دیونیزه شده و به مدت چند مرحله مورد شستشو قرار گرفت. این خمیر به عنوان ماده اولیه برای تولید نانو الیاف سلولز تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی مورد استفاده قرار گرفت.

۳-۲-۷ تهیه نانو الیاف سلولزی بدون پیش تیمار (سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز)
الیاف سلولزی پالایش شده (بند ۳-۲-۵) به منظور تهیه نانوالیاف سلولزی مورد استفاده قرار گرفت. روش مورد استفاده برای تولید نانوالیاف سلولزی بر اساس روش پیشنهاد شده موسسه تحقیقاتی کاغذ و الیاف نروژ((PFI-method بوده و با استفاده از دستگاه همگن ساز با قدرت بسیار زیاد انجام شد. ویژگی های دستگاه همگن ساز و مواد اولیه برای تولید نانوالیاف سلولزی شامل غلظت ورودی خمیر به میزان یک درصد و فشار دستگاه به میزان ۱۰۰۰ بار بوده است. با استفاده از این روش نانو الیاف سلولزی تهیه گردید و سپس نانوالیاف سلولزی تهیه شده پس از سه مرحله و پنج مرحله عبور از دستگاه همگن ساز جمع آوری شد. توجه کافی بعمل آید که الیاف سلولزی در هر مرحله به صورت کامل جمع آوری گردد.

۳-۲-۸ تهیه نانو الیاف سلولزی با پیش تیمار آنزیمی(سه و پنج مرحله عبور از همگن ساز)
الیاف سلولزی پیش تیمار شده (بند ۳-۲-۶) به منظور تهیه نانوالیاف سلولزی مورد استفاده قرار گرفت. روش مورد استفاده برای تولید نانوالیاف سلولزی، روش پیشنهاد شده موسسه تحقیقاتی کاغذ و الیاف نروژ (PFI-method) و با استفاده از دستگاه همگن ساز با قدرت بسیار زیاد بود. ویژگی های دستگاه همگن ساز و مواد اولیه برای تولید نانوالیاف سلولزی شامل غلظت ورودی خمیر به میزان یک درصد و فشار دستگاه به میزان ۱۰۰۰ بار بوده است. با استفاده از این روش نانو الیاف سلولزی تهیه گردید و سپس نانوالیاف سلولزی تهیه شده پس از سه مرحله و پنج مرحله عبور از دستگاه همگن ساز جمع آوری گردید. توجه کافی بعمل آید که نانو الیاف سلولزی در هر مرحله به صورت کامل جمع آوری گردد.

۳-۲-۹ تهیه نانوکاغذ به روش قالب گیری سوسپانسیونی۴۲ از نانوالیاف سلولزی تهیه شده در بند های۳-۲-۷و ۳-۲-۸
برای تولید نانوکاغذ از انواع مختلف نانوالیاف سلولزی باگاس از روش قالب گیری سوسپانسیونی استفاده شد. در روش قالب گیری سوسپانسیونی، ۱۰ عدد نانوکاغذ با وزن پایه ۲g/m30 ساخته شد. برای این کار مقداری از دوغاب نانوالیاف سلولز با درصد خشکی ۲/۰ درصد برابر با وزن پایه ذکر شده در ظرف پلاستیکی مخصوص ریخته شد و در حرارت ? C30 اجازه داده شد که خشک شود. لازم به ذکر است که زمان خشک شدن انواع مختلف نانوالیاف سلولز متفاوت بوده و به طور متوسط برای نانوالیاف سلولزی تهیه شده بدون پیش تیمار در حدود ۵ روز و برای نانوالیاف سلولزی تهیه شده با پیش تیمار آنزیمی ۷ روز می باشد.

۳-۲-۱۰ خمیرکاغذ حل شونده
۳-۲-۱۰-۱ روش تهیه
از روش استخراج قلیایی همی سلولزها با استفاده از هیدروکسید سدیم استفاده گردید. برای این منظور پس از تیمارهای مختلف به لحاظ نوع ماده استخراج کننده شامل هیدروکسید سدیم و پتاسیم، درصد ماده قلیایی فعال مورد استفاده از ۸- ۱۶ درصد، زمان تیمار از ۳۰ دقیقه تا ۱۲۰ دقیقه و نیز درجه حرارت مورد استفاده، در نهایت شرایط ارایه شده در جدول زیر به عنوان تیمار بهینه برای تولید خمیرکاغذ حل شونده انتخاب گردید. این شرایط با در نظر گرفتن تیمار ملایم برای حداکثر راندمان همی سلولزها استخراجی انتخاب شده است.

جدول ۳-۲: شرایط بهینه برای تولید خمیرکاغذ حل شونده
نوع ماده استخراج کننده
قلیای فعال (درصد)
زمان تیمار(دقیقه)
درجه حرارت (? C)
هیدروکسید سدیم
۸
۹۰
۳۰

۳-۲-۱۰-۲ روش شستشو
این روش برای استخراج کامل همی سلولزها بسیار مهم می باشد. چون در بعضی از مواقع به دلیل عدم به کارگیری روش مناسب برای شستشوی خمیرکاغذ احتمال رسوب مجدد همی سلولزها برای روی الیاف وجود دارد و در نتیجه کار استخراج را با مشکل جدی مواجه خواهد کرد و برای این منظور از روش جانزون۴۳ و همکاران (۲۰۰۷) استفاده شده است. برای استخراج همی سلولزها نیز از بشر شیشه ای حاوی ۲۰ گرم خمیر کاملاً خشک استفاده شد. باید توجه داشت که برای شستشو ترتیب استفاده از ۲۰۰ میلی لیتر هیدروکسید سدیم ۲ درصد، ۴۰۰ میلی لیترآب دیونیزه شده، ۴۰۰ میلی لیتر اسید استیک ۲۰ درصد و در نهایت ۲ لیتر آب داغ دیونیزه شده رعایت گردید.

۳-۲-۱۱ تعیین درجه روانی، گرانروی و درجه بسپارش خمیرکاغذ حل شونده
برای این منظور و به منظور یکسان سازی روشهای مورد استفاده در این تحقیق از روش به کار برده شده در بند های ۳-۲-۴-۲، ۳-۲-۴-۴ و ۳-۲-۴-۵ استفاده شده است.

۳-۲-۱۲ پالایش خمی
رکاغذ حل شونده و تهیه دوغاب از آن
خمیرکاغذ های حل شونده مورد استفاده در این تحقیق بر اساس استاندارد شماره ۲-۵۲۶۴آیین نامه ایزو و با استفاده از دستگاه پالایشگر آزمایشگاهی تا رسیدن به درجه روانی? SR184 پالایش گردید. سپس جداسازی الیاف خمیرهای پالایش شده با استفاده از دستگاه جداساز الیاف از نوع L&W و استاندارد شماره۱-۵۲۶۳آیین نامه ایزو انجام شد. این عمل برای جلوگیری از کلوخه شدن الیاف در دستگاه همگن ساز پرقدرت برای تولید نانو الیاف سلولزی لازم و ضروری است.

۳-۲-۱۳ تهیه نانو الیاف سلولز بدون پیش تیمار و با پیش تیمار آنزیمی از خمیرکاغذ حل شونده مطابق با بند های ۳-۲-۷ و ۳-۲-۸
روش مورد استفاده برای تولید نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ حل شونده نیز دقیقاً مشابه با روش پیشنهاد شده مرکز موسسه تحقیقاتی کاغذ و الیاف نروژ(PFI-method) بوده و با استفاده از دستگاه همگن ساز با قدرت بسیار زیاد و بر اساس روشهای مندرج در بندهای ۳-۲-۷ و ۳-۲-۸ انجام شد.

۳-۲-۱۴ تهیه نانو کاغذ
در این مرحله تعداد ۱۰ عدد نانوکاغذ با وزن پایه ۲g/m30 و با استفاده از روش قالب گیری سوسپانسیونی و نیز بر اساس روش پیشنهاد شده در بند ۳-۲-۹ساخته شد. تیمارهای مورد استفاده برای تهیه نانوکاغذ از خمیرکاغذهای سودا و حل شونده باگاس در جدول ۳-۳ نشان داده شده است.

جدول ۳-۳: تیمار های مورد استفاده برای تهیه نانوکاغذ از خمیرکاغذهای سودا و حل شونده باگاس
ردیف
تیمار
کد
۱
نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ سودای باگاس بدون پیش تیمار و با سه مرحله عبور از همگن ساز
۳SU
۲
نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ سودای باگاس بدون پیش تیمار و با پنج مرحله عبور از همگن ساز
۵SU
۳
نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ سودای باگاس با پیش تیمار آنزیمی و با سه مرحله عبور از همگن ساز
۳SE
۴
نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ سودای باگاس با پیش تیمار آنزیمی و با پنج مرحله عبور از همگن ساز
۵SE
۵
نانوالیاف سلولزی از خمیرحل شونده باگاس بدون پیش تیمار و با سه مرحله عبور از همگن ساز
۳DU
۶
نانوالیاف سلولزی از خمیرحل شونده باگاس بدون پیش تیمار و با پنج مرحله عبور از همگن ساز
۵DU
۷
نانوالیاف سلولزی از خمیرحل شونده باگاس با پیش تیمار آنزیمی و با سه مرحله عبور از همگن ساز
۳DE
۸
نانوالیاف سلولزی از خمیرحل شونده باگاس با پیش تیمار آنزیمی و با پنج مرحله عبور از همگن ساز
۵DE

۳-۲-۱۵ تهیه تصاویر الکترونی پیمایشی از نانوکاغذهای ساخته شده در بند های۳-۲-۹ و ۳-۲-۱۴
به منظور بررسی ریخت شناسی نانو الیاف سلولزی، از تصاویر الکترونی پیمایشی نانوالیاف سلولزی تهیه شده در بندهای۳-۲-۷، ۳-۲-۸ و۳-۲-۱۳و با استفاده از دستگاه میکروسکوپ الکترونی پیمایشی از نوع زیس و ساخت شرکت کارل زیس آلمان استفاده شد. روش مورد استفاده در این تحقیق روش پیشنهاد شده چینگا-کاراسکو و همکاران (۲۰۱۱) بوده است. در این روش نمونه هایی از نانوکاغذ به ابعاد ۵×۱۰ میلی متر روی صفحه آلومینیومی جاگذاری شده و با استفاده از لایه بسیار نازک طلا پوشش داده شد. تصاویر در بزرگنمایی ۱۰۰ و ۳۰۰۰۰ برابر تهیه گردید و ابعاد نانوالیاف سلولزی در بزرگنمایی ۳۰۰۰۰ برابر و به صورت تصادفی به میزان ۵۰ عدد اندازه گیری شد. دلیل استفاده از این نوع میکروسکوپ الکترونی پیمایشی در مقایسه با سایر میکروسکوپهای الکترونی، قدرت و توانایی بسیار خوب آن در تهیه تصاویر با بزرگنمایی و شفافیت بسیار زیاد است.

۳-۲-۱۶ پالایش خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس
از خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس به منظور بررسی تاثیر افزودن نانوالیاف سلولزی برویژگی های فیزیکی، مکانیکی و نوری کاغذ های ترکیبی استفاده شد. این خمیرکاغذ دارای درجه روانی اولیه ml,CSF630 بود و با استفاده از استاندارد شماره۲-۵۲۶۴آیین نامه ایزو و دستگاه پالایشگر آزمایشگاهی تا رسیدن به درجه روانی ml,CSF 350 پالایش گردید و به عنوان خمیر پایه اصلی در ساخت کاغذ های ترکیبی مورد استفاده قرار گرفت.

۳-۲-۱۷ آماده سازی پلی اکریل آمید کاتیونی۴۴
پلی اکریل آمید کاتیونی مورد استفاده به صورت محلول ۲/۱ درصدی از شرکت کاغذ سازی Norsk Skog نروژ تهیه گردید و سپس برای استفاده به صورت محلول با غلظت ۵/۰ گرم بر لیتر یا ۰۵/۰ درصد آماده سازی گردید. نظر به تخریب این پلیمر با گذشت زمان، حداکثر زمان مورد استفاده این پلیمر به مدت ۱۲ ساعت پس از آماده سازی بوده است. چون حساسیت بسیار زیاد این پلیمر باید حداکثر دقت در آماده سازی آن به عمل آید. این پلیمر دارای دانسیته یونی کم۴۵ و وزن ملکولی زیاد بوده است.

۳-۲-۱۸ تهیه کاغذ دست ساز از خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس
از خمیرکاغذ نیمه رنگ بری شده سودای باگاس به عنوان نمونه شاهد در تولید کاغذ دست ساز با وزن پایه ۲g/m60 طبق استاندارد شماره ۲۰۰۵: ۱-۵۲۶۹ آیین نامه ایزو و با سیستم بسته استفاده گردید. کاغذ دست ساز تولید شده به عنوان پایه اصلی برای مقایسه با افزودن درصد های مختلف نانوالیاف سلولزی بدون و با استفاده از پلی اکریل آمید کاتیونی مورد استفاده قرار گرفت.

۳-۲-۱۹ تهیه دوغاب برای تولید کاغذ های دست ساز ترکیبی
این مرحله به منظور توزیع یکنواخت نانوالیاف سلولزی در دوغاب تهیه کاغذ دست ساز انتخاب شده است. از آنجا که نانوالیاف سلولزی با درصد خشکی بیشتر از ۵/۱ تمایل به کلوخه شدگی دارند. ل
ذا معمولاً در درصد خشکی بین ۵/۰ تا ۱ تولید می گردند. ولی برای اختلاط در خمیرکاغذ برای تولید کاغذ های ترکیبی از درصد خشکی ۳/۰ آنها استفاده شده است. برای این منظور مقداری از خمیرکاغذ که دقیقاً برابر با وزن پایه ذکر شده می باشد در داخل محفظه ای با سرعت اختلاط ۲۰۰-۱۵۰ دور در دقیقه قرار گرفت. این عملیات مدت ۳ ساعت به طول انجامید و سپس برای تولید کاغذهای دست ساز ترکیبی با وزن پایه ۲g/m60 ، استاندارد شماره ۲۰۰۵: ۱-۵۲۶۹ آیین نامه ایزو و با سیستم بسته به کار گرفته شد.

۳-۲-۲۰ بررسی میزان ماندگاری در گذر نخست۴۶ نانوالیاف سلولزی
برای اندازه گیری مقدار ماندگاری نانوالیاف سلولزی به تنهایی و به همراه پلی اکریل آمید کاتیونی در گذر نخست از دستگاه تنگ آبگیری دینامیکی۴۷ و استاندارد شماره۶۶۰۵:CM آیین نامه اسکن۴۸ استفاده شده است. ابتدا مقدار ۵۰۰ میلی لیتر خمیر با درصدخشکی ۵/۰ تهیه و در محفظه اصلی دستگاه تنگ آبگیری دینامیکی ریخته شد. همزن دستگاه بر روی ۱۰۰۰ دور در دقیقه تنظیم شد. پس از شروع به چرخش همزن، خمیرکاغذ شیمیایی سودای باگاس بر اساس وزن پایه و نسبتهای مختلف نانوالیاف سلولزی به تنهایی و به همراه پلی اکریل آمید کاتیونی به خمیر در حال چرخش اضافه شد. بعد از ۳۰ ثانیه شیر پائینی دستگاه باز و مقدار ۵۰ میلی لیتر آب خارج شده از زیر توری جمع آوری و حذف شد.دور ریختن این ۵۰ میلی لیتر به دلیل وجود فاصله بین توری و شیر تخلیه بوده که ممکن است از آزمایشات قبلی ، مقداری مایع در آن جمع شده باشد. در مرحله بعدی حدود ۱۰۰ میلی لیتر آب خارج شده از زیر توری جمع آوری و توزین شد و درصد خشکی آن پس از خشک کردن آن در ظرف آلومینیومی مخصوص اندازه گیری گردید. سپس با در اختیار داشتن مقادیر درصد خشکی خمیر بر روی توری دستگاه تنگ آبگیری دینامیکی و همچنین درصد خشکی آب جمع آوری شده از زیر توری، با استفاده از فرمول ۳-۵، مقدار ماندگاری در گذر نخست محاسبه شد:

فرمول ۳-۵: ۱۰۰×{۱C /(2C-1C)}= مقدار ماندگاری در گذر نخست (درصد)
۱C: درصد خشکی خمیر برروی توری ۲C: درصد خشکی آب زیر توری

۳-۲-۲۱ اندازه گیری زمان آبگیری۴۹ از خمیرکاغذ
برای اندازه گیری زمان آبگیری از خمیرکاغذ و دوغاب حاوی نانوالیاف سلولزی و نیز پلی اکریل آمید کاتیونی از استاندارد شماره های۲-۵۲۶۷ و ۱-۵۲۶۷ آیین نامه ایزو و همچنین روش پیشنهاد شده موسسه تحقیقاتی کاغذ و الیاف نروژ و دستگاه کاغذ ساز آزمایشگاهی ساخت همین مرکز استفاده

این نوشته در مقالات و پایان نامه ها ارسال شده است. افزودن پیوند یکتا به علاقه‌مندی‌ها.

دیدگاهتان را بنویسید