رحیم ابراهیمی بریسا: دانشجوی کارشناسی ارشد صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
حسین رسالتی: استاد گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان
چكيده
در مطالعه حاضر اثر استیله کردن بر ویژگیهای نوری، فیزیکی و مکانیکی کاغذهای بستهبندی مورد مطالعه قرار گرفته است. در ابتدا به نحوه مکانیسم استیله کردن[3] کاغذ و دیگر مواد لیگنوسلولزی[4] پرداخته شده است. در مورد ویژگیهای فیزیکی، تأثیر استیله کردن برای پایداری ابعاد، ناهمواری سطح و ضخامت کاغذهای بسته بندی مورد مطالعه قرار گرفته است. برای ویژگیهای مکانیکی نیز مقاومت به پاره شدن، کششی، به تا شدن و سفتی مورد بررسی قرار گرفته است. همچنین برای تأثیر استیلاسیون[5] بر ویژگیهای نوری کاغذ، سفیدی، زردی و ماتی مورد ارزیابی قرار گرفته اند. نتایج بررسیهای محققین، نشان داده است در اثر استیله کردن پایداری کاغذ و مقواهای بسته بندی افزایش مییابد و کاغذ نسبت به رطوبت، تغییرات کمتری از خود نشان می دهد. استیله کردن کاغذ، باعث صافی سطح بیشتر و افزایش ضخامت کاغذهای مورد نیاز در صنعت بسته بندی خواهد شد. مقاومت به پارگی در اثر استیلاسیون به دلیل کاهش طول الیاف افت می کند. مقاومت به کشش و تا شدن با استیله کردن ابتدا افزایش و سپس کاهش می یابند. مقاومت به سفتی که برای مقوا و کاغذهای بسته بندی، شاخص بسیار مهمی است با استیلاسیون به طرز چشمگیری افزایش مییابد. استیله کردن کاغذهای بسته بندی با گروههای حجیم و روشن استیلی، باعث افزایش ماتی و سفیدی خواهد شد و زردی حاصل از کهنگی کاغذ را کاهش میدهد.
واژه هاي كليدي
استیله کردن، کاغذهای بسته بندی، مقاومت به پارگی، پایداری ابعاد، سفتی و ویژگیهای نوری.
1- مقدمه
کاغذ،فراوردهای مهم و راهبردی در زندگی بشر میباشد و نقشی مهم و چشمگیری در توسعه فرهنگی جوامع دارد. اگرچه ثبت و انتقال اطّلاعات، همواره مهمترین و برجسته ترین نقش کاغذ بوده است؛ اما امروزه هزاران کاربرد مهم دیگر برای کاغذ میتوان برشمرد که از آن جمله میتوان به کاربرد بسیار وسیع کاغذ و مقوا در صنایع بسته بندی اشاره کرد]3[. بدین ترتیب افزایش مصرف سرانه کاغذ، نشانده نده غنای نظام ارتباطی و تنوع تولیدات ناشی از نظامهای مختلف بسته بندی جامعه است که در مجموع، بیانگر رشد و تحول فنّاوری در جامعه به حساب می آید]1 و 12[.
در میان محصولات تولیده شده از کاغذ، بستههای مقوایی و کاغذی از جایگاه ویژه ای برخوردار هستند]3[. در نیمه اول قرن نوزدهم قیمت کاغذ و محصولات کاغذی آنچنان بالا بود که کسی از آن برای بسته بندی استفاده نمیکرد؛ اما در سال 1850 قیمت کاغذ سقوط کرد و کاربرد آن در بسته بندی از نظر اقتصادی توجیه شد و اولین بسته های کاغذ و پوشش کالا با کاغذ معمول شد]9[. امروزه تولید کاغذ و مقوا برای بسته بندی آنچنان رایج شده که بسیاری از اجناس با این گونه بسته بندی به بازار عرضه میشوند. زیبایی، ارزانی، سبکی، سهولت استفاده، فابلیت چاپ و دیگر خصوصیات ممتاز کاغذ و مقوا باعث گردیده که بسیاری از کارخانجات برای بسته بندی به این کالا وابسته باشند. بسته های مقوایی و کاغذی با طرحها و رنگهای مختلف یکی از عوامل جلب مشتری و فروش بیشتر کارخانه ها هستند. استفاده از مقوا و کاغذ به تولیدکنندگان انواع کالا این امکان را میدهد تا بدون نگرانی از خرابی و آسیب دیدگی، تولیدات خود را داخل آن قرار داده و به نقاط دور ارسال نمایند]9[. مقوا و کارتن های بسته بندی همانند بسیاری از فرآورده های لیگنوسلولزی تحت تأثیر شرایط آب و هوایی، عوامل مخرب زیستی و محیطی قرار میگیرند؛ لذا برای کاربردهای خاص، ضرورت ایجاب میکند که دوام و ویژگیهای کاربردی آن افزایش یابند. برای مثال بالا بردن مقاومت در برابر جذب رطوبت و عوامل مخرب زیستی(قارچها، باکتریها و حشرات)، عوامل مخرب نوری و مواردی دیگر از اهمیت خاصی برخوردارند. کارتن و مقواهای بسته بندی فرآوردهای متشکل از الیاف سلولزی هستند. ساختار سلولز در(شکل 1) نشان داده شده است.
خواص کاربردی این محصولات بستگی شدیدی با الیاف تشکیل دهنده آنها دارد]3، 4 و 6[. سلولز یک هوموپلی ساکارید[6] تشکیل شده از واحدهای –D-β گلوکوپیرانوز[7] است و مولکولهای آن کاملاً خطی هستند و تمایل شدیدی به تشکیل پیوندهای هیدروژنی[8] بین مولکولی دارند. از اجتماع مولکولهای سلولز با همدیگر، ریز لیفچهها[9] به وجود میآیند که در آنها نواحی بسیار منظم(بلورین) و نواحی نسبتاً نامنظم(بیشکل) به طور متناوب در مجاورت یکدیگر قرار دارند. هر واحد –D-β گلوکوپیرانوز در زنجیره سلولزی سه گروه هیدرواکسیل فعال[10] دارد که دو تا از آنها هیدرواکسیل نوع دوم(2-HO و 3-HO ) و دیگری(6-HO ) نوع اول هستند]7[. این واحدها نقش بسیار مهمی در ویژگیهای ممانعتی، فیزیکی، مکانیکی، خواص نوری و مقاومت زیستی ایفا میکنند]21[. با محدود کردن یا حذف این گروهها عملاً ویژگیهای مذکور تحت تأثیر قرار میگیرند. استری کردن بسپارهای دیوارههای سلولی با استفاده از انیدرید استیک، یکی از گزینههای مطلوب درباره چوب و برخی از فرآوردههای لیگنوسلولزی انجام شده و تأثیر مثبت آنها نیز گزارش گردیده است]20، 25 و 27[.
واکنش استری کردن را استیله کردن یا استیلاسیون مینامند. در طی واکنش استیلاسیون، گروههای هیدرواکسیل نوع اول بیشترین نقش را درند. در واکنش استیلاسیون، گروه های هیدروکسیل با گروه های آبگریز استیل جایگزین می شوند. شکل(2) مکانیسم واکنش انیدرید استیک[11] را با بسپارهای دیواره سلولی چوب نشان میدهد. این واکنش یک طرفه است، بدان معنا که به ازای هر گروه هیدروکسیل، یک گروه استیل جایگزین میشود و بسپارش[12] صورت نمیگیرد.
محققین متعدّدی سعی در بررسی اثر استیله کردن بر روی مواد مختلف لیگنوسلولزی نمودند. بیشتر این پژوهش ها درباره چوب بوده است.
پژوهش های محققان[13](1998)]27[ نشان داد که استیله کردن مواد لیگنوسلولزی مانند، کنف، کتان و بامبو باعث کاهش خاصیت رطوبت پذیری و رطوبت تعادل آنها میشود و در نتیجه مقدار و سرعت واکشیدگی ضخامت و انبساط خطی به مقدار زیادی کاهش مییابد. نتایج نشان داد که استیله کردن باعث افزایش مقاومت در برابر عوامل مخرب خواهد شد]26 و 27[.
محققان[14] ]26 و 27[ در پژوهشی اثر استیله کردن روی آرد چوب و خمیرکاغذ[15] TMP را بررسی نمودند. نتایج در مورد آرد چوب نشان داد که ذرّات کوچکتر نسبت به ذرّات بزرگتر واکنش بیشتری نشان میدهند. خمیر کاغذ TMP لیگنین زدایی شده، 10 درصد بیشتر و 57 درصد سریعتر نسبت به خمیر کاغذ TMP تغییر نیافته دچار واکنش شد. این امر میتواند به این علت باشد که لیگنین در دمای بالای مرحله پالایش تهیه خمیرکاغذ TMP به صورت پلاستیکی در میآید و روی سطوح الیاف را میپوشاند و مانع نقوذ ماده شیمیایی میشود]24[.
محققان]8[ کاغذهای ساخته شده از خمیر CMP باگاس[16] را با استیله کردن تیمار کردند. نتایج نشان داد که فرایند استیلاسیون به طور مؤثری از زرد شدن کاغذهای ساخته شده CMP در اثر نور جلوگیری میکند]14[.
