ملیحه کرمی: 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.
احمدرضا سرائیان: دانشیار گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
محمدرضا دهقانی: دانشیار گروه صنایع خمیر و کاغذ دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان.
چكيده
این مطالعه اطّلاعاتی راجع به کاربردهای خمیر حل شونده و مشتقات حاصل از آن ارائه میدهد که برخی از این مشتقات در صنعت بسته بندی از گذشته تا به امروز مورد استفاده قرار گرفته است. خمیرهای حلشونده دارای مقدار زیادی آلفا- سلولز[1] هستند که خواص ویژهای مثل سطح درجه روشنی زیاد و توزیع وزن مولکولی یکنواخت دارند. خمیرهای حل شونده برای تولید محصولات متفاوت مشتق شده ی سلولزی استفاده میشوند. مزیت مشتقات سلولز نسبت به سلولز، قابلیت انحلال آنها در حلالهای رایج تجاری است. ویژگی قابل حل بودن مشتقات سلولزی باعث میشود که استفاده از این مشتقات توسط فنّاوری مناسب جهت تولید الیاف، لایه ها، فیلمهای سلولزی، پلاستیکها با مواد محلول در آب امکان پذیر گردد.
واژه هاي كليدي
خمیر حلشونده، مشتقات خمیر حل شونده، بسته بندی، آلفا- سلولز و فیلمهای سلولزی.
1- مقدمه
درجات خمیر حل شونده در سوئد و استرالیا در سال 1930 طی جنگ جهانی دوم تولید شد]2[. از نظر تجاری خمیر حل شونده ی در دسترس یا به اصطلاح سلولز شیمیایی، دارای بازده کم(35-30%)، مقدار سلولز زیاد(98-90%)، مقدار همی سلولز کم(10-1%)، لیگنین[2] باقیمانده کم(<%05/0)، مقدار مواد استخراجی و مواد معدنی کم، درجه روشنی زیاد و توزیع وزن مولکولی یکنواخت، میباشد] 3، 4، 5و 6 [. خمیر حل شونده میتواند برای تولید محصولات متنوع بر پایه سلولز استفاده شود. هنگام تولید خمیر حل شونده برای ساخت محصولاتی از قبیل کربوکسیمتیل سلولز[3]، ویسکوز[4]، فیلم سلولز، پوست سوسیس[5]، ساخت منسوجات، گونه هایی از محصولات اتری[6] و سلولز استری[7]، تعیین کیفیت خمیر ضروری است. کیفیت خمیر حل شونده بستگی به خواص مواد خام چوب و پردازش خمیر دارد 4، 6، 7، 8، و 9 [. دو روش عمده برای تولید خمیر با این خواص، فرآیندهای سولفیت اسیدی[8] و پیش هیدرولیز[9] کرافت[10] هستند. فرآیند خمیر حل شونده ی سولفیت، رایجترین فرآیند از نظر دمای بالا و اسیدی تهی بیشتری در مقایسه با شرایط پخت برای تولید محصولات کاغذی استفاده میکند] 3 و 9[. همچنین فرآیندهای ارگانوسالو[11] به عنوان روشهای خمیرسازی متناوب پیشنهاد شده است]10[. فرآیندهای خمیرسازی اسیدی جدید از قبیل استوسالو[12]، فورماسل[13] و میلوکس[14] نیز نتایج امیدوارکنندهای نشان داده اند]10 و 11[. در این فرآیندها هدف، تخریب لیگنین و همی سلولزها و افزایش حذف آنها به وسیله ی استخراج قلیایی طی توالی رنگبری است. اعمال فرآیند پیش هیدرولیز کرافت در پیش تیمار اسیدی قبل از مرحله خمیرسازی قلیایی جهت تخریب همی سلولزها اجازه میدهد حذف، طی پخت راحت تر انجام شود. استخراج قلیایی سرد بعد از توالی رنگبری میتواند همی سلولز باقیمانده را جهت به دست آوردن درجات خمیر برای کیفیت زیاد کاربرد نهایی حذف کند. در سوزنی برگان، استخراج قلیایی سرد خمیرهای پیش هیدرولیز کرافت، میتواند خمیرهایی با میزان تقریباً 1% مانان[15] و زایلان[16] تولید کند. خمیرهای پهن برگان میتوانند به میزان5/0 و 1% مانان و زایلان برسند. در مقابل فرآیند کرافت، متداول همی سلولزهای باقیمانده را برخلاف حمله قلیایی مقاوم میکند و بنابراین از تولید کیفیت قابل قبول خمیرهای حل شونده با وجود پیش تیمار در واحد رنگبری جلوگیری میکند. استخراج قلیایی سرد از خمیر کرافت سوزنی برگان به طور تاریخی درجات خمیر نیترات تولید میکند]12[. خمیرهایی که در ابتدا برای آماده سازی مشتقات شیمیایی سلولز در نظر گرفته شدند اغلب به عنوان خمیر حلشونده یا خمیر با آلفای زیاد است که به آن ها اشاره میشود. بسته به پالایش خمیرها، آنها میتوانند به خمیرهایی برای اصلاح یا مشتقات سلولز تقسیم شوند، هر دسته به خودی خود نشانده ندهی تقاضای کیفیت و واکنش پذیری نزدیک به مواد شیمیایی ویژه در مسئله است]5[. برای تولید خمیر حلشونده از منابع مختلف سلولز استفاده میشود. حدود 85% از حجم کل سلولزهای مشتق شده از چوب]6[ در اصل از پهن برگان(راش[17] و اکالیپتوس[18]) یا سوزنی برگان(نوئل[19] و کاج) تهیه میشود. تفاوتهای آشکار بین این دو گونه ی چوبی، شکل و طول الیاف از هر دسته است]6[. اکثر تولیدکنندگان جهانی، خمیر حل شونده را با استفاده از فیبر[20] سوزنی برگان، فرآیند سولفیت اسیدی و سولفات میسازند. فرآیند سولفیت اسیدی، رایج تر است که تقریباً 65% از کل تولید خمیر حل شونده را دربر میگیرد و فرآیند پیش هیدرولیز کرافت، تقریباً 25% را دربرمیگیرد]6[. مزیتهای فرآیند سولفیت اسیدی شامل میزان بازیابی بالا از مواد شیمیایی غیرآلی پخت و رنگ بری عاری از کلر [21](TCF) میباشد. یکی از معایب آن این است که خمیر با توزیع وزن مولکولی گسترده از سلولز حاصل میشود]9[. سلولز، رایجترین پلیمر در اطراف ماست که در دیواره ی سلولی گیاهان سبز و جلبکها یافت میشود و میتواند به وسیله ی انواع مشخصی از باکتریها تولید شود]13[. برای واکنشهای مشتق سازی مهم است که واکنش با گروه های هیدروکسیل[22] روی کربنهای دو و سه که به طور جنبشی مطلوب هستند، انجام شود در حالی که جانشینی روی کربن شش از نظر ترمودینامیکی[23] پایدارتر است]7 و 13[. کارآیی تبدیل سلولز به مشتقات ویژه، بستگی به مقدار لیگنین و همی سلولز[24] خمیر حل شونده دارد. درجه روشنی زیاد (مقدار لیگنین باقیمانده کم در خمیر) برای تولید مشتقات بیشتر سلولز الزامی است. برای مثال، درجه روشنی خمیر حلشونده شدیداً وابسته به رنگ محصول لیف رایون[25] است. از سوی دیگر، واکشیدگی الیاف، پالایش پذیری، زانتات[26]، ویسکوز[27]، خواص مقاومتی و بازده نهایی ویسکوز میتواند تحت تأثیر سطوح همی سلولز زیاد در سلولز قرار گیرد. اصلاح فرآیند تولید در خمیرسازی و مراحل رنگ بری توسعه داده شده است. اینها مستلزم طولانی کردن زمان پخت و آغاز لیگنین زدایی با اکسیژن به عنوان یک مرحله پیش رنگبری برای حذف لیگنین اضافی میباشند. در صنعت بسته بندی نیز از برخی مشتقات سلولز برای تهیه فیلمهای سلولزی استفاده میشود. بسته بندی در بهترین تعریف به عنوان، یک سامانه هماهنگ توصیف میشود که هدف از آن آماده سازی کالا جهت حمل و نقل، توزیع، انبارکردن، فروش و مصرف میباشد. فیلم های مورد استفاده در بسته بندی، معمولاً زیست تخریب پذیر، تجدید شدنی، شفاف، مقاوم به نفوذ رطوبت و گازها و حتّی برخی از آنها خوراکی هستند. هدف از این مطالعه، بررسی ویژگیها، کاربردها و مشتقات خمیر حلشونده و نقش برخی مشتقات آن در صنعت بسته بندی است.
