اثر استیله کردن بر ویژگی­ های نوری، فیزیکی و مکانیکی کاغذهای بسته ­بندی

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[.

3- Acetylated

4- Lignocellulose

5- Acetylation

1- Homopolysaccharide

2- Glucopyranose

3- Hydrogen

4- These micro ¬ Lyfchh

5- Functional groups

1- Anhydride acetic

2- Polymerization

3- Rowell

4- Nawshadul

5- Thermo mechanical pulp

6- Bagasse