استفاده از پرکننده معدنی PCC در خمیرکاغذ CMP تقویت شده با لایه نشانی نشاسته کاتیونی- نانوسیلیکای آنیونی

چکیده سابقه و هدف: افزودن پرکننده‌های معدنی به خمیرکاغذ موجب بهبود کیفی برخی از ویژگی‌های مهم کاغذ می شود. امّا به‌ علت عدم امکان اتصال بین ذرات پرکننده با الیاف سلولزی و ممانعت از پیوندهای بین فیبری مقاومت‌های مکانیکی کاغذ کاهش می‌یابد. یکی از راهکارهای مهم جهت غلبه بر این محدودیت، اصلاح سطح الیاف سلولزی جهت بهبود قابلیت پیوند یابی آنها با سایر اجزاء موجود در شبکه کاغذ می‌باشد. در نتیجه می‌توان پرکننده را به شبکه تقویت شده الیاف افزود. تحقیقات اخیر نشان می‌دهد که روش نانوفناوری لایه ‌‌به ‌‌لایه روش خوبی برای اصلاح خواص الیاف سلولزی و بهبود کیفیت آن می‌باشد. در این تکنیک، الیاف سلولزی با ذرات یونی با بار مخالف در یک محیط واکنش قرار می‌گیرد و طی آن ذرات یونی عمدتاً با جاذبة الکترواستاتیکی توسط سطح الیاف جذب می‌شود. در نتیجه مقاومت شبکه الیاف بطور قابل ملاحظه‌ای توسعه می‌یابد. لذا در این تحقیق، ابتدا الیاف خمیرکاغذ CMP با لایه‌نشانی سه‌لایه از نشاسته کاتیونی - نانوسیلیکای آنیونی - نشاسته کاتیونی تیمارشده و سپس پرکننده معدنی کربنات کلسیم رسوبی در سطوح مختلف به خمیرکاغذ تیمار شده اضافه شد. میزان توسعه مقاومت‌ها با تیمار لایه‌نشانی و افت آن با افزودن پرکننده کربنات کلسیم رسوبی موردارزیابی قرار گرفت تا سطح بکارگیری پرکننده در خمیر CMPتقویت‌شده محاسبه گردد. مواد و روش‌ها: تیمار لایه‌نشانی الیاف خمیرکاغذ CMP بصورت یک در میان با استفاده از پلیمر نشاسته کاتیونی و نانوسیلیکای آنیونی انجام شد. برای تشکیل سه‌لایه متوالی، 500 میلی‌لیتر سوسپانسیون خمیر الیاف با خشکی حدود 53/0 درصد به مدت 10 دقیقه با محلول‌‌‌های نشاسته کاتیونی (% 5/1)- نانوسیلیکای آنیونی (% 05/0)- نشاسته کاتیونی (% 5/1) توسط همزن آزمایشگاهی بهم زده شد. سپس پرکننده کربنات کلسیم رسوبی در سه سطح 5، 10 و 15 درصد به خمیرکاغذ CMPسه‌لایه تیمارشده اضافه شد. از خمیرکاغذ تیمارنشده، تیمارشده و خمیرکاغذ تیمارشده حاوی پرکننده، کاغذ‌‌های دست‌ساز با وزن‌پایه g/m23±60 تهیه و خواص فیزیکی (ضخامت، دانسیته ظاهری و حجیمی) و ویژگی‌های مقاومتی (شاخص مقاومت به کشش، شاخص مقاومت به ترکیدن و شاخص مقاومت به پارگی) آن مورد مقایسه قرار گرفت. همچنین از نمونه‌های ذکرشده تصاویر الکترونی تهیه شد تا تغییرات در ساختار سطح الیاف و شبکه کاغذ مورد ارزیابی قرارگیرد. یافته‌ها: نتایج نشان داد که با تیمار الیاف خمیرکاغذ CMP با روش لایه به لایه، تغییر معنی‌داری در خواص فیزیکی کاغذ ایجاد نمی‌شود. درصورتیکه این سیستم تأثیر قابل توجهی در توسعه مقاومت‌های کاغذ داشته است. ارزیابی ویژگیهای مقاومتی کاغذ نشان داد که با تیمار سه‌لایه الیاف خمیرکاغذ CMP، شاخص کششی کاغذ از N.m/g54/28 (در الیاف تیمارنشده) به N.m/g18/39، شاخص ترکیدن از kPa.m2/g 36/1 به kPa.m2/g 68/2 و شاخص پارگی کاغذ از mN.m2/g 11/6 به mN.m2/g 12/11 افزایش یافت. در ریزنگار‌‌های الکترونی تهیه شده نیز ظاهر متفاوتی از سطح الیاف سه‌لایه تیمارشده نسبت به الیاف تیمار نشده مشاهده شده است که بیانگر افزایش ژلاتینی‌شدن سطح الیاف تیمارشده در اثر افزایش جذب نشاستة کاتیونی می‌باشد. که منجر به توسعه سطح پیوندیافته بین الیاف و افزایش مقاومتهای کاغذ می‌شود. با افزودن 10 درصد پرکننده PCC به این خمیرکاغذ؛ شاخص کششی، شاخص ترکیدن و شاخص پارگی کاغذ بترتیب N.m/g40/26، kPa.m2/g 79/1 و mN.m2/g 07/8 اندازه‌گیری شد. ریزنگار‌‌های الکترونی نیز تثبیت پرکننده PCC در شبکه الیاف CMP تیمارشده و پراکنش تقریباً یکنواخت آن را تأیید می‌کند. نتیجه‌گیری: تحلیل نتایج نشان داد در صورت تقویت خمیرکاغذ CMP با روش لایه به لایه مورداستفاده در این تحقیق، ویژگیهای مقاومتی کاغذ بدون تغییر قابل ملاحظه خواص فیزیکی بهبود معنی‌داری می‌یابد. از نظر آماری، با افزایش مقاومت در خمیرکاغذ تیمارشده می‌توان تا 10 درصد پرکننده کربنات کلسیم رسوبی به آن اضافه نمود.