مروری بر رئولوژی نانوالیاف سلولزی در کاغذسازی

سابقه و هدف: امروزه کاربرد نانوالیاف سلولزی برای ساخت محصولات مختلف از جمله کاغذ و مقوا، به شدت مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته است. نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ حاصل از منابع لیگنوسلولزی مختلف و با روش‌های متنوعی ساخته می‌شود. کیفیت این مواد می‌تواند با روش‌های مختلفی مورد ارزیابی قرار گیرد. در این میان، شاخص‌های رئولوژی نانوالیاف سلولزی یکی از ساده‌ترین و کم‌هزینه‌ترین روش‌ها برای پیش‌بینی عملکرد آنها در صورت استفاده برای ساخت کاغذ و مقوا محسوب می‌شود. در این مطالعه، به طور مشخص بر روابط بین شاخص‌های رئولوژی نانوالیاف سلولزی بر خصوصیات نهایی محصولات کاغذی پرداخته می‌شود. مواد و روش‌ها: در این مقاله، به دسته بندی مواد از لحاظ علوم رئولوژی پرداخته شد و جایگاه نانوالیاف سلولزی در بین آنها مشخص شد. سپس ضمن معرفی شاخص‌های مهم رئولوژی نانوالیاف سلولزی مثل نقطه تسلیم، ضریب میرایی، مدول ذخیره و مدول اتلاف و کرنش بحرانی، با ارائه مواردی از نتایج اندازه‌گیری شاخص‌های رئولوژی نانوالیاف سلولزی ارتباط آنها برای تعیین قابلیت تقویت کنندگی شاخص‌های کششی و ترکیدگی محصولات کاغذ و مقوا مورد بررسی قرار گرفت. یافته‌ها: مقادیر مدول ذخیره، به‌عنوان حساس‌ترین پارامتر در سنجش‌های ویسکوالاستیکی، هر چه نسبت به مدول اتلاف بیشتر باشد نشان از قابلیت ویسکوالاستیکی با گرایش الاستیک بیشتر می‌باشد که در مورد نانوالیاف سلولزی در صورتی که نسبت مقدار مدول ذخیره حدود 4 برابر مدول اتلاف در غلظت‌های یکسان برسد دلالت بر ویسکوالاستیک بودن ماده با میزان الاستیسیته قابل توجه است. در صورتی که مقدار ضریب میرائی برای ژل‌ نانوالیاف سلولزی کم‌تر از 3/0 بدست آید نشان‌دهنده کشسان بودن زیاد این ژل‌ها با اجزایی در مقیاس نانومتر می‌باشد که این خصوصیات دلالت بر وجود ساختار درهم فرورفته شبکه‌ای نانوالیاف سلولزی و در نتیجه قابلیت تقویتی بیشتر برای کاربردهای مختلف از جمله تقویت استحکام کاغذ و مقوا است. کرنش بحرانی در مورد رفتار رئولوژی نانوالیاف سلولزی، تقریبا مستقل از درصد خشکی آن ظاهر می‌شود که دلالت بر پایداری خصوصیات ویسکوالاستیکی این ژل‌ها است. ژل‌های نانوالیاف تولیدی غلیظ و رقیق‌شده دارای رابطه نمایی با توان 3 با درصد خشکی می‌باشند. رابطه نمایی با توان 3 بین مدول و درصد خشکی، به‌عنوان یکی از معیارهای دست‌یابی به ژل نانوالیاف سلولزی در مقیاس نانومتری می‌باشد. نتیجه گیری: در مجموع ژل نانوالیاف سلولزی جز سیال‌های ویسکوالاستیک و تیسکوتروپیک محسوب می‌شود که در استفاده برای تولید کاغذ و مقوا هر میزان شاخص‌های الاستیک بیشتری داشته باشد نشان دهنده نانوالیاف با ضریب لاغری بیشتری است که می‌تواند نقش بهتری برای بهبود خواص استحکامی محصولات کاغذ و مقوا ایفاء کند. بنابراین هنگام تولید برای پیش‌بینی دستیابی به ژل نانوالیاف سلولزی در مقیاس نانو، می‌توان از ارزیابی ارزان قیمت تعیین شاخص‌های رئولوژی نانوالیاف سلولزی به جای تهیه تصاویر الکترونی گران قیمت استفاده نمود و حتی در قیاس دو نوع نانوالیاف سلولزی، با ارزیابی خواص رئولوژی آنها عملکردشان را برای تقویت کاغذ و مقوا پیش بینی نمود.