صنایع چوب و کاغذ ایران
سال:1400 | دوره:12 | شماره:2 |تعداد مقالات:11

در تولید مبلمان، فرآیندهای پرداخت برای عملکرد فنی، اقتصادی و زیبایی مواد چوبی بسیار مهم می باشد. بطوریکه، پوشش سطوح چوب بارنگ ها بتواند در برابر عوامل محیطی خاص ازجمله: رطوبت، تغییرات در ابعاد و تخریب توسط میکرو ارگانیسم ها و قارچ ها حفظ شود. هدف از این تحقیق، تاثیر نانو ولاستونیت (با سطوح 0، 5 و 10 درصد) بر میزان مقاومت به رطوبت در رنگ های سیلر-کیلر و سیلر-نیم پلی استر روی گونه های چوبی راش، صنوبر و نراد می باشد. نتایج حاصل نشان داد که از بین گونه های موردمطالعه، راش تیمار شده با نانو و بدون نانو مقاومت چسبندگی بهتری در مقایسه با نراد داشت. همچنین، عملکرد رنگ نیم پلی استر در مقایسه با رنگ کیلر بر روی مقاومت چسبندگی کششی بهتر بود. درنهایت، بیشترین مقاومت چسبندگی مربوط به تیمار با سطح 5 درصد نانوولاستونیت بود.

در این تحقیق امکان سنجی تولید نانوالیاف سلولزی از کاغذهای باطله چاپ و تحریر و پتانسیل اولیه استفاده از آن به عنوان افزودنی در خمیرکاغذ بازیافتی موردتوجه قرار گرفت. الیاف اشاره شده هرچند منشا بازیافتی داشتند، اما به سختی و پس از پیش تیمار ملایم اسیدی (افزودن اسیدسولفوریک خالص با درصد وزنی 8 درصد (اسید نسبت به الیاف) در سوسپانسیون با درصد خشکی 1 درصد در 70 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت) به کمک نیروی مکانیکی سوپر آسیاب دیسکی به نانوالیاف تبدیل شدند. آنالیز نانوالیاف تهیه شده به کمک میکروسکوپ الکترونی عبوری، نانو بودن ابعاد قطر این الیاف (50-25 نانومتر) و تولید موفقیت آمیز آن ها را نشان می داد. سپس توانایی این محصول در بهبود ویژگی های مقاومتی کاغذهای بازیافتی و همچنین تاثیر آن بر آبگیری از این الیاف به عنوان یکی از مهم ترین ویژگی های فرایندی بررسی گردید. در این راستا، این نانوالیاف سلولزی در سطوح مصرف 0، 3، 6 و 9 درصد (بر اساس وزن خشک خمیرکاغذ)، در دور همزن 1500 دور بر دقیقه به مدت 10 دقیقه به الیاف بازیافتی افزوده گردید. نتایج نشان داد نانوالیاف سلولزی افزوده شده به خمیرکاغذ در تمامی تیمارها تاثیر مثبتی بر ویژگی های مقاومتی داشته است به طوری که با افزایش مصرف نانو الیاف شاخص مقاومت به کشش حداکثر 31 درصد، شاخص مقاومت به پاره شدن 17 درصد بوده است. همچنین ماتی و روشنی ورقه ها براثر افزودن نانوالیاف تغییری نکرده است. به علاوه آبگیری از ورقه الیاف براثر افزودن نانو الیاف کاهش چشمگیری نشان داده است. نتایج این تحقیق نشان از پتانسیل نانوالیاف تهیه شده از الیاف بازیافتی چاپ و تحریر برای کاربرد به عنوان بهبوددهنده ویژگی های کاغذ به ویژه ویژگی های مقاومتی می باشد و می توان در تحقیقات آینده به صورت عمیق تر مورد کاوش قرار گیرد.

حفاظت و نگهداری از آثار کاغذی به عنوان میراث فرهنگی و تاریخی در مقابل عوامل آسیب رسان از جمله میکروارگانیسم ها دارای اهمیت بالایی است. ضدقارچ تیوفانات متیل در غلظت 200PPM می تواند بدون ایجاد تاثیرات منفی، قارچ های مخرب کاغذ را مهار کند. لازم است جهت تکمیل مطالعات انجام گرفته، تاثیر آن بر روی دیگر مواد به کار رفته در کاغذ از جمله مرکب نیز بررسی گردد. در این پژوهش اثر ضدقارچ تیوفانات متیل بر مرکب مازو که از پرکاربردترین مرکب های تاریخ است، بررسی می شود. بدین منظور پس از ساخت مرکب و قرار دادن لایه ای از آن در سطح کاغذ فیلتر، نمونه ها در محلول حاوی تیوفانات متیل-اتانول غوطه ور شدند. مطالعات آزمایشگاهی انجام شده پس از پیرسازی تسریعی نمونه ها شامل آزمون های pH متری، رنگ سنجی، مقاومت کششی و طیف سنجی ATR-FTIR و بررسی نمونه ها با تصویربرداری میکروسکوپ الکترونی (SEM) است. طبق نتایج بدست آمده ضدقارچ تیوفانات متیل در غلظت 200PPM باعث ایجاد تغییرات رنگی و روشن شدن مرکب شده است. بنابراین بهتر است در صورت استفاده از این ماده، تیمار به روش اسپری انجام گیرد. همچنین نتایج pH متری نشان داد که کاغذ مرکب به شدت اسیدی است و این امر موجب هیدرولیز شدن کاغذ و در نتیجه کاهش مقاومت آن شده است. نتایج کلی حاکی از این است که اگرچه این قارچ کش سبب محافظت کاغذ و مرکب در برابر حملات قارچ-ها می شود، اما اثرات نامطلوبی بر مرکب مازو دارد که باید مورد توجه قرار گیرد.

تیمار های آنزیمی اثرات متفاوتی بر انواع خمیر های کاغذ دارند. در این تحقیق تاثیر تیمار آنزیمی سلولاز بر قابلیت آبگیری و ویژگی های مقاومتی چهار نوع خمیرکاغذ بکر و بازیافتی بررسی گردید. خمیر کاغذ های بکر شامل خمیرکاغذ شیمیایی-مکانیکی (CMP) و خمیرکاغذ کرافت رنگ بری شده وارداتی (BKP) و خمیرکاغذهای بازیافتی شامل خمیرکاغذ کارتن کنگره ای کهنه (OCC) و خمیر کاغذ های جوهر زدایی شده (DIP) بوده که هر دو نوع خمیرکاغذ بازیافتی از کارخانه های داخلی تهیه گردید. برای تیمار آنزیمی خمیرکاغذها، مقدار خشکی خمیرکاغذ 10 درصد، مقدار مصرف آنزیم سلولاز 5/0 درصد وزن خشک خمیرکاغذ، دمای واکنش 50 درجه سانتی گراد، مدت واکنش 60 دقیقه و pH واکنش 5/5 تا 5/6 تنظیم شد. از تمامی خمیرکاغذها قبل از تیمار آنزیمی، کلاسه بندی الیاف انجام و پراکنش ابعادی الیاف و نرمه های موجود در انواع خمیرکاغذ ها مشخص گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که اثر آنزیم سلولاز بر خمیر کاغذهای شیمیایی و خمیر کاغذ های با لیگنین کمتر، بیشتر از خمیرهای نیمه شیمیایی با لیگنین بیشتر است. تیمار آنزیمی سلولاز باعث افزایش ویژگی های مقاومتی خمیر کاغذ های با سلولز بیشتر و بهبود قابلیت آبگیری خمیرکاغذ های با نرمه های الیاف بیشتر مانند خمیر کاغذهای CMP و OCC شده است.

هدف از انجام این تحقیق، بررسی خواص مکانیکی، دینامیکی-مکانیکی و ریخت شناسی نانوکامپوزیت های سه جزیی پلی کاپرولاکتون/ پلی لاکتیک اسید و نانو کریستال سلولز می باشد. برای این منظور، نانوکامپوزیت ها با استفاده از روش ریخته گری حلال ساخته شدند. سپس آزمون های مکانیکی شامل مقاومت کششی، مدول الاستیسیته و تغییر طول تا شکست و آزمون دینامیکی مکانیکی برای به دست آوردن مدول ذخیره، مدول اتلاف و فاکتور اتلاف بر روی نانوکامپوزیت ها انجام شد. به منظور بررسی ریخت شناسی نانوکامپوزیت ها از میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی و برای بررسی واکنش های احتمالی صورت گرفته از طیف سنجی مادون قرمز استفاده شد. نتایج نشان داد که با افزایش نانوکریستال سلولز و پلی لاکتیک اسید تا یک حد مشخص، خواص مکانیکی و دینامیکی-مکانیکی بهبود یافت. میکروسکوپ الکترونی پویشی گسیل میدانی حضور نانو ذرات در نانوکامپوزیت ها را تایید کرد و نتایج طیف سنجی مادون قرمز، واکنش هیدروژنی میان گروه های هیدروکسیل نانو کریستال سلولز با گروه های کربونیل پلی کاپرولاکتون و پلی لاکتیک اسید و همچنین گروه های هیدروکسیل و گروه های کربونیل هر دو نوع پلیمر با یکدیگر را تایید کرد.

لیکورسیاه فرآورده جانبی خمیرسازی شیمیایی است و سالیانه حدود 500 میلیون تن لیکورسیاه در کارخانه های خمیرکاغذ دنیا تولید می شود که حدود 95 درصد آن برای مصرف سوخت و فقط 2 درصد آن برای تولید محصولات ویژه باارزش افزوده بالاتر استفاده می گردد. به منظور بازیابی موثرتر لیگنین، رسوب اسیدی لیکورسیاه با استفاده از پیش تیمار تزریق گاز اخیرا موردمطالعه قرارگرفته است. مطالعات انجام شده، مزیت روش تزریق گاز توسط دی اکسیدکربن به عنوان پیش تیمار را کاهش مصرف اسید سولفوریک، افزایش بازده و خلوص لیگنین بیان داشته اند. کارخانه های خمیر و کاغذ کشور پتانسیل بازیابی لیگنین را به که به عنوان سوخت سوزانده می شود را دارا می باشد، ازاین رو این تحقیق به منظور بررسی روش های نوین بازیابی لیگنین بر روی لیکور سیاه کرافت پهن برگان ایران انجام شده است. پیش تیمار با استفاده از تزریق دی اکسید کربن درروش لیگنوبوست و همچنین تزریق دومرحله ای اکسیژن-دی اکسید کربن در روش لیگنوفورس تحت فشار 2 بار و دمای 80 درجه بر روی لیکور سیاه کرافت انجام شد، سپس pH توسط اسید سولفوریک 6 مولار به 2-3 کاهش یافت و لیگنین با استفاده از شستشو و فیلتراسیون به طور کامل بازیابی و در دمای 50 درجه خشک شد. به منظور بررسی پایداری حرارتی، ساختار شیمیایی و مورفولوژی و ابعاد لیگنین بازیابی شده آزمون های TGA، FTIR، SEM و AFM انجام شد. همچنین میزان اسید مصرفی، بازده و میزان خاکستر محاسبه شد. مقدار اسید مصرفی و درصد خاکستر لیگنین بازیابی شده فرآیندهای تزریق گاز کمتر از روش رسوب اسیدی بدون تزریق گاز بوده است. علاوه بر این روش تزریق اکسیژن-دی اکسیدکربن بازده بالاتری را در مقایسه با تزریق دی اکسیدکربن نشان داد. نتایج FTIR ساختارشیمیای مشابهی را در لیگنین های بازیابی شده به اثبات رساند. تصاویر AFM و SEM لیگنین تولیدشده به روش پیش تیمار تزریق دی اکسیدکربن ذرات بزرگتر و همچنین پایداری حرارتی بالاتری در مقایسه با تزریق اکسیژن-دی اکسید کربن نشان داد.

با توجه به مشکلات زیست محیطی انتشار فرمالدهید و قوانین محدودکننده سازمان های نظارتی، امروزه جوامع علمی و صنعتی در دنیا استفاده از چسب های بدون فرمالدهید را به عنوان یک راهکار جایگزین برای چسب های متداول در تولید فرآورده های چوبی موردتوجه قرار داده اند. این تحقیق نیز باهدف بررسی استفاده از الیاف حاصل از کارتن کهنه در ساخت تخته فیبر با استفاده از چسب سویا انجام شده است. برای اصلاح چسب سویا از اسید تانیک به عنوان تانن هیدرولیز شدنی استفاده گردید. هم چنین الیاف کارتن کهنه با نسبت های وزنی 0، 25، 50 و 75 درصد وزن خشک الیاف چوبی در ساخت تخته فیبر استفاده شدند. نتایج حاصل از طیف سنجی FTIR نشان دادند که تانن مورداستفاده با اسیدهای آمینه موجود در پروتیین سویا وارد واکنش شده اند و احتمالا پیوندهای کووالانسی برقرار نموده اند. نتایج آزمایش های فیزیکی و مکانیکی تخته فیبرها نیز نشان دادند که ویژگی های موردبررسی در تخته های خام تولیدشده پایین تر از حد استاندارد 5-622 EN هستند. با توجه به اینکه این تخته ها می توانند به صورت روکش شده به عنوان تخته های سبز و بدون انتشار فرمالدهید در مکان های حساس به انتشار گاز فرمالدهید مورداستفاده قرار گیرند، نیاز به بهینه سازی ویژگی های فیزیکی و مکانیکی این نوع از فرآورده های چوبی ضروری است.

اصلاح چوب با اصلاح کننده های دیواره ای مانند اپوکسیدها و انیدریدها می تواند به تغییر خواص کاربردی چوب منتهی شود. این احتمال وجود دارد که تغییر شرایط واکنش در اصلاح با ترکیبات شیمیایی دارای واکنش پذیری متفاوت، اثر مطلوب تری بر خواص چوب داشته-باشد. این پژوهش با هدف بررسی اثر اصلاح دیواره ای با گلیسیدیل متاکریلات و انیدریدمالییک بر خواص کاربردی چوب پلیمر صنوبر-استایرن انجام شد. نمونه های آزمونی به 10 گروه شاهد، اشباع با مونومر استایرن، و اصلاح تلفیقی دیواره ای (گلیسیدیل متاکریلات یا انیدریدمالییک) در 4 غلظت 10، 20، 30 و 40 درصد/ اشباع با مونومر استایرن تفکیک شدند. اصلاح دیواره ای با افزایش معنی دار وزن و نرخ تبدیل مونومر به پلیمر، موجب بهبود آب گریزی و ثبات ابعاد نمونه های چوب پلیمر گردید که برای گلیسیدیل متاکریلات بیش از-انیدریدمالییک بود. با افزایش غلظت گلیسیدیل متاکریلات از 30 به 40 درصد و حجیم شدگی دیواره سلولی، احتمالا ترک هایی در دیواره ایجاد شد که به افزایش جذب آب و تغییرات ابعاد انجامید. وجود مونومر در کنار اصلاح دیواره ای با کاهش قطبیت چوب، توزیع مناسب مونومر در ساختار چوب، و بهبود اتصال پلیمر و چوب، سبب افزایش خواص مکانیکی فرآورده چوب پلیمر شد که در نمونه های اصلاح شده با گلیسیدیل متاکریلات/استایرن، بیشترین بهبود را نشان داد. اصلاح دیواره با انیدریدمالییک و گلیسیدیل متاکریلات از طریق کاهش گروه های هیدروکسیل، تغییر ساختار هلوسلولز، و حضور پلیمر به عنوان یک مانع فیزیکی سخت در چوب، از توسعه میسیلیوم های قارچ جلوگیری نمود. اثر گلیسیدیل متاکریلات تا غلظت 20 درصد در تلفیق با مونومر بر بهبود مقاومت زیستی محسوس تر بود و با افزایش غلظت به 40 درصد، اختلاف آماری معنی داری با انیدریدمالییک مشاهده نشد. بهبود خواص مکانیکی نمونه های اصلاح شده را می توان به تشکیل پلیمرها با کارایی عالی و اثر خوب کمپلکس پلیمر با دیواره های سلولی نسبت داد. اثر گلیسیدیل متاکریلات تا غلظت 20 درصد در اغلب خواص محسوس تر از انیدریدمالییک بود، ولی با افزایش غلظت و احتمالا ظهور ترک هایی در دیواره سلولی، کارآمدی اصلاح انیدریدمالییک بیشتر از گلیسیدیل متاکریلات شد.

در این مطالعه، الیاف موجود در پسماند تخته فیبر با دانسیته متوسط با استفاده از دیگ پخت بازیافت شدند. سپس از این الیاف برای تولید نانوکریستال سلولز استفاده شد. مورفولوژی، ساختار شیمیایی و بقایای رزین روی الیاف مورد بررسی قرار گرفت. به منظور تولید نانوکریستال سلولز از روش هیدرولیز اسیدی استفاده شد. خصوصیات نانوکریستال سلولز ساخته شده از الیاف بکر و بازیافتی بررسی شد. نتایج نشان دهنده تغییر در مورفولوژی و ساختار شیمیایی الیاف بازیافتی بود. الیاف بازیافت شده با استفاده از دیگ پخت در مقایسه با الیاف بازیافت شده از روش مرسوم بازیافت (با استفاده از اتوکلاو) کیفیت بهتری داشتند. آنالیز عنصری نشان داد که بعد از بازیافت، بقایای رزین روی الیاف بجا می ماند. با توجه به مدت زمان کوتاه تر تیمار حرارتی و حذف مرحله جداسازی مکانیکی و کیفیت بهتر الیاف بازیافتی، می توان گفت استفاده از دیگ پخت روش کارآمدی برای بازیافت پسماندتخته فیبر با دانسیته متوسط محسوب می شود. بررسی خواص نانو کریستال سلولز نشان داد که هیچ تفاوتی بین نانو سلولزهای تولیدشده از الیاف بکر و بازیافتی وجود ندارد و الیاف بازیافتی می توانند به خوبی برای تولید نانو کریستال سلولز مورد استفاده قرار گیرند.

امروزه روش های مدلسازی متعددی برای پیش آگاهی و کاهش هزینه های تولید به منظور پیش بینی خواص فیزیکی و مکانیکی فراورده های صفحه ای چوبی استفاده می شود. از جمله این روش ها می توان به روش رگرسیون های و شبکه عصبی مصنوعی اشاره کرد. در این تحقیق امکان پیش بینی مقادیر مدول خمشی (MOR) و مدول الاستیسیته (MOE) تخته خرده چوب با استفاده از شبکه عصبی مصنوعی و رگرسیون خطی چند متغیره و بر اساس مهم ترین پارامتر های ساختاری تخته خرده چوب مانند دانسیته در سه سطح (65/0، 7/0، g/cm3 75/0)، درصد چسب در سه سطح (8، 5/9 و %11) و ضریب کشیدگی در سه سطح (13، 33 و 47) بررسی شد. داده های آزمایشگاهی و داده های پیش بینی شده با مدل های مختلف براساس پارامترهای میانگین قدر مطلق خطا (MAPE)، میانگین مربع خطا (MSE) و ضریب تعیین (R2) مورد مقایسه و ارزیابی قرار گرفتند. نتایج این مطالعه نشان داد که اگرچه هر دو مدل رگرسیون خطی چندگانه و شبکه عصبی مصنوعی توانایی پیش بینی مقادیر MOR و MOE را با دقت بالایی دارند، اما شبکه عصبی مصنوعی نسبت به رگرسیون خطی چند گانه، مدول خمشی و مدول الاستیسیته تخته خرده چوب را با R2 بالاتر و MAPE کمتری پیش بینی نمود. مقادیر R2 و MAPE برای شبکه عصبی به ترتیب 77 /0 و 72/7 درصد برای MOR و 86/0 و 7 درصد برای MOE به دست آمدند. مقادیر متناظر آنها برای مدل رگرسیون چندگانه به ترتیب 3/8 و 738/0، و 06/9 و 783/0 بودند. این مقدار خطا برای پیش بینی خواص تخته خرده چوب از نظر صنعتی و کاربردی رضایت بخش است.

در این مطالعه، تاثیر استفاده از جفت کننده مالییک انیدرید و اکسید کننده در بهبود خواص فرآورده های مرکب ساخته شده از پلی پروپیلن و نانوکریستال سلولز بررسی شد. سپس خواص مکانیکی، ریخت شناسی و مرفولوژی در این فرآورده های مرکب بررسی گردید. مقاومت کششی، با افزایش میزان نانوکریستال سلولز افزایش یافت، اما با بالا رفتن درصد مصرف (5 درصد)، اندکی روند کاهشی پیدا نمود. در اثر افزودن جفت کننده مالییک انیدرید و اکسیدکننده، خواص مکانیکی فرآورده مرکب برخلاف انتظار کاهش یافت. تحلیل و بررسی زاویه تماس نمونه ها نیز، کاهش رفتار ترشوندگی، در اثر افزایش استفاده از نانوکریستال سلولز و همچنین مالییک انیدرید و اکسید کننده را نشان داد.