عنوان پایان‌نامه
تقویت خمیر کاغذ کرافت پربازده و NSSC صنوبر با نانو فیبرهای سلولزی جهت تولید نانو کاغذ برای مصارف بسته بندی
- رشته تحصیلی
- مهندسی منابع طبیعی -صنایع خمیر وکاغذ
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 6182;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66402
- تاریخ دفاع
- ۲۳ بهمن ۱۳۹۲
- دانشجو
- صالح قهرمانی
- استاد راهنما
- سحاب حجازی
- چکیده
- خمیرکاغذ های کرافت پربازده،کرافت شیمیایی و NSSCبا تولید کاغذهای کرافت لاینر و فلوتینگ مهمترین منابع لیگنوسلولزی تولید کاغذ جهت مصارف بسته بندی می باشند.نانوفیبرهای سلولزی به علت ساختار ویژه خود از مقاومت های مکانیکی فوق العاده ای برخوردار می باشند.این مواد علاوه بر مقاومت ذاتی از سطح ویژه بسیار گسترده ای برخوردار می باشند که به نظر می رسد در صورت استفاده به عنوان افزودنی در حین شکل گیری کاغذ پیوند های هیدروژنی وسیعی را با الیاف در شبکه کاغذ ایجاد و مقاومت های کاغذ را بهبود بخشند. لذا در این تحقیق برای اولین بار در جهان ظرفیت تقویت کنندگی نانو فیبرهای سلولزی در مورد کاغذهای بسته بندی مورد مطالعه واقع می شود. شرایط سه نوع پخت به این ترتیب انتخاب شدند:برای کرافت شیمیایی،سولفیدیته در سه سطح(25،23،20درصد)قلیای فعال در سه سطح(20،18،16درصد)،دما در سه سطح(170،165،160سانتی گراد)،زمان در سه سطح(180،120،160دقیقه)و نسبت مایع پخت به خرده چوب 4 به 1 انتخاب شد.برای کرافت پربازده،زمان پخت در دو سطح(120،90دقیق)دمای پخت در دو سطح(160،170 درجه سانتی گراد)،ولی سولفیدیته در همه پخت ها ثابت و برابر 20%،همچنین قلیای فعال در تمام پخت ها ثابت و برابر 16% و نسبت مایع پخت به خرده چوب 4 به 1 انتخاب شد.برای فرایندNSSCزمان پخت در دو سطح(20،40دقیقه)،نسبت سولفیت سدیم به کربنات سدیم در سه سطح(20/80، 30/70، 50/50)،درصد مواد شیمیایی در تمام پخت ها ثابت و برابر با 20%،همچنین دما در تمامی پخت ها ثابت و 170 درجه سانتی گرادو نسبت مایع پخت به خرده چوب 4به 1 انتخاب شدند.از بین خمیر کاغذ های ساخته شده ترکیب با شرایط بهینه برای ساخت کاغذ دست ساز وکاغذ تقویت شده با نانو فیبر برگزیده شد.درمورد کرافت شیمیایی سولفیدیته 23%،قلیای فعال 18%،رمان 180 دقیقه،و دمای 170 درجه سانتی گراد به عنوان پخت بهینه انتخاب شد که منجربه تولید خمیر کاغذی با عدد کاپای 2/17 و بازده 94/53% شده است.در مورد کرافت پربازده سولفیدیته 20%،قلیای 16%،زمان 90 دقیقه و دمای 160 درجه سانتی گراد به عنوان پخت بهینه انتخاب شد که منجر به تولید خمیرکاغذی با عدد کاپای 8/80 وبازده 43/68 %شده است.در مورد NSSCنسبت سولفیت سدیم به کربنات سدیم 30/70،درصد ماده شیمیایی 20%،زمان 20 دقیقه،و دمای 160 درجه سانتی گراد به عنوان شرایط بهینه انتخاب شد که منجر به عدد کاپای 5/121 و بازده 66/74 به عنوان پخت بهینه انتخاب شد.توسط پالایشگر PFIدرجه روانی خمیر کاغذها به 50±350 میلی لیتر رسانده شد.نانو فیبر سلولزی در سه سطح(5،10،15 درصد)بازمان اختلاط 5 دقیقه با استفاده از توری مخصوص اضافه گردید.نتایج این تحقیق نشان داد سیستم افزودن نانو الیاف سلولزی با استفاده از توری مخصوص در مقایسه با سیستم متداول کاغذ سازی آزمایشگاهی مقاومت های مکانیکی و فیزیکی بالاتر و چشمگیری دارد.همچنین مقاومت های فیزیکی و مکانیکی سه نوع فرایند پخت نیز با هم مقایسه شده است.با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین شاخص کشش مربوط به فرایند NSCC و کمترین شاخص کشش مربوط به فرایند کرافت شیمیایی می باشد.همچنین شاخص کشش در فرایند NSSC 62/24% ،در فرایند کرافت پر بازده 39% و در فرایند کرافت شیمیایی 31/26%افزایش یافته است.با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین شاخص ترکیدن مربوط به فرایند کرافت شیمیایی و کمترین شاخص ترکیدن مربوط به کرافت پربازده می باشد.همچنین شاخص ترکیدن در فرایند NSSC 56/16%، در فرایند کرافت پربازده 33% و در فرایند کرافت شیمیایی 8/20% افزایش یافته است.با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین شاخص پارگی مربوط به فرایند کرافت شیمیایی و کمترین شاخص پارگی مربوط به فرایند NSSC می باشد.همچنین شاخص پارگی در فرایند NSSC33% ، در فرایند کرافت پربازده 7/17% و در فرایند کرافت شیمیایی 07/10% افزایش یافته است. با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین مقدار سفتی خمشی مربوط به فرایند NSSC و کمترین مقدار سفتی خمشی مربوط به فرایند کرافت شیمیایی می باشد.همچنین با افزودن نانو الیاف سلولزی در سفتی خمشی در فرایند NSSC 92/43 % ،در فرایند کرافت پربازده 38% و در فرایند کرافت شیمیایی 48/24 % افزایش یافته است. با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین مقدار RCT مربوط به فرایند NSSC و کمترین مفدار RCT مربوط به فرایند کرافت شیمیایی می باشد.همچنین با افزودن نانو الیاف سلولزی مقدار RCT در فرایند NSSC 39% ،در فرایند کرافت پربازده 47/55 % و در فرایند کرافت شیمیایی 38/52% افزایش یافته است. با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین مقدار طول پارگی مربوط به فرایند NSSC و کمترین مقدار طول پارگی مربوط به فرایند کرافت پربازده می باشد.همچنین مقدار طول پارگی با افزودن نانو الیاف سلولزی در فرایند NSSC 60/24% ،در فرایند کرافت پربازده 65/40% و در فرایند کرافت شیمیایی 40/26% افزایش یافته است. با افزودن نانو الیاف سلولزی فرایند کرافت شیمیایی بیشترین مقدار دانسیته و فرایند NSSC کمترین مقدار دانسیته را دارد.همچنین مقدار دانسیته کاغذ با افزودن نانو الیاف سلولزی در فرایند NSSC 47/23%در فرایند کرافت پربازده 29% افزایش یافته است ولی در فرایند کرافت شیمیایی 7/2% درصد کاهش دانسیته دیده شده است. با افزودن نانو الیاف سلولزی بیشترین مقدار حجیمی مربوط به فرایند NSSC و کمترین مقدار حجیمی مربوط به فرایند کرافت شیمیایی می باشد.همچنین مقدار حجیمی کاغذ با افزودن نانو الیاف سلولزی در فرایند NSSC 12/23% و در فرایند کرافت پربازده 25/29% کاهش یافته است ولی در فرایندکرافت شیمیایی مقدار حجیمی کاغذ 5/3% افزایش یافته است.
- Abstract
- Kraft liner and fluting papers which are produced from Kraft, high yield kraft and neutral sulfite semi-chemical (NSSC) pulps are the most important lignocellulosic sources for production of packaging papers.The usage of paper is prefered in comparison to other sources for packaging purposes considering some properties such as cheapness, renewable nature,biodegradablity, being enviromentally friendly and recyclability. Cellulose nanofibers have extraordinary high strengths.In addition of inherent strength, cellulose nanofibers have high specific area which enable them to develop vast hydrogen bonds with pulp fibers in paper web while paper formation and thus the strength properties of paper will be improved.In this research the reinforcement potentials of cellulose nanofibers in respect to packaging papers are investigated for the first time globally.in this study,the reinforced paper with cellulose nanofiber of poplar chemical kraft,high yield kraft and NSSC pulps were prepared and there properties were assessed.chemical kraft ,high yield kraft and NSSC pulps produced from poplar.residues chemical kraft,high yield kraft and NSSC using following condition: or chemical raft sulfidit at levels(25 2 20 ) active al alin at levels(20 1 16 ) coo ing themperature at levels(160 165 170 c ),,cooking time at 3 levels(180,120,60 min),and liquor to wood chips residues at 4:1.For high ield raft coo ing themperature at 2 levels(160 170 c ),cooking time at 2 levels(90,120min) but sulfidiyt was kept constant for all cooks at 20%,also active alkaline was kept kept constant for all cooks at 16% and liquor to wood chips residues at 4:1.forNSSC,cooking time at 2 levels(20,40min),Na2So3/Na2Co3 at levels( 0/20 70/ 0 50/50) but coo ing themperature as ept constant for all coo s at 170 c ,also chemical was kept constant for all cooks at 20% ,and liquor to wood chips residues at 4:1.After pulping study some threatment were selected for handsheet ma ing and reinforced paper ith cellulose nanofiber for chemical raft the optimum pulping conditions as found at 2 sulfidit at 1 active al aline at 170 c pulpig themperature and 180 minutes pulping time.the pulping yield and kappa number of control pulping ere measured at 5 and 17 2 respectivel for high ield raft the optimum pulping conditions as found at 20 sulfidit at 16 active al aline at 160 c pulpig themperature and 90 minutes pulping time.the pulping yield and kappa number of control pulping were measured at 68.43% and 80.8.for NSSC the optimum pulping conditions was found at 70/30 Na2So3/Na2Co3,at chemical 20%,at pulping time 20 minutes,at pulping theperature . the pulping yield and kappa number of control pulping were measured at 74.66% and 121.5.cellulose nanofiber were added at three rations of 5,10,15,mixed with pulps over 5 minutes.with the addition cellulose nanofiber at tree rations of 5,10and 15 percent using special net(grid),the physical and mechanical strength of paper linearly increased in comparison with using conventional handsheet paper making system.in fact with the addition cellulose nano fiber using special net(grid) reinforced paper has impressive physical and mechanical strengths. Key words:cellulose nanofiber,packaging,poplar,chemical kraft,high yield kraft,NSSC,special net,physical and mechanical strength,paper
