ویژگی و کاربرد خمیرهای حل شونده، مشتقات و نقش آنها در صنعت بسته بندی

واژه هاي كليدي

خمیر حل­ شونده، 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 شونده­ی در دسترس یا به اصطلاح سلولز شیمیایی، دارای بازده کم(35-30%)، مقدار سلولز زیاد(98-90%)، مقدار همی­ سلولز کم(10-1%)، لیگنین[1] 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 کربوکسی­ متیل سلولز[2]، ویسکوز[3]، فیلم سلولز، پوست سوسیس[4]، ساخت منسوجات، گونه­ هایی از محصولات اتری[5] و سلولز استری[6]، 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[7] و پیش ­هیدرولیز[8] کرافت[9] هستند. فرآیند خمیر حل­ شونده­ی سولفیت، رایج­ ترین فرآیند از نظر دمای بالا و اسیدیته­ ی بیشتری در مقایسه با شرایط پخت برای تولید محصولات کاغذی استفاده می­کند] 3 و 9[. همچنین فرآیندهای ارگانوسالو[10] به­ عنوان روش­های خمیرسازی متناوب پیشنهاد شده است]10[. فرآیندهای خمیرسازی اسیدی جدید از قبیل استوسالو[11]، فورماسل[12] و میلوکس[13] 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 راحت­تر 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[14] و زایلان[15] 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 پیش­تیمار 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 حل­ شونده 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  نشان­ دهندگ­ی تقاضای کیفیت و واکنش ­پذیری نزدیک به مواد شیمیایی ویژه در مسئله است]5[. برای تولید خمیر  حل­ شونده از منابع مختلف سلولز استفاده می­شود. حدود 85% از حجم کل سلولزهای مشتق شده از چوب]6[ در اصل از   پهن­ برگان(راش[16] و اکالیپتوس[17]) یا سوزنی­ برگان(نوئل[18] و کاج) تهیه می­شود. تفاوت­های آشکار بین این دو گونه­ی چوبی، شکل و طول الیاف از هر دسته است]6[. اکثر تولیدکنندگان جهانی، خمیر حل­ شونده را با استفاده از فیبر[19] 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 رنگ­بری عاری از کلر [20](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 دیواره­ی 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 گروه­های هیدروکسیل[21] روی کربن­های دو و سه که به طور جنبشی مطلوب هستند، انجام شود در حالی که جانشینی روی کربن شش از نظر ترمودینامیکی[22] پایدارتر است]7 و 13[. کارآیی تبدیل سلولز به مشتقات ویژه، بستگی به مقدار لیگنین و همی سلولز[23] خمیرحل­ 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[24] است. از سوی دیگر، واکشیدگی الیاف، پالایش پذیری، زانتات[25]، ویسکوز[26]، خواص مقاومتی و بازده نهایی ویسکوز می­تواند تحت تأثیر سطوح همی­ سلولز زیاد در سلولز قرار گیرد. اصلاح فرآیند تولید در خمیرسازی و مراحل رنگ­بری 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 و­نقل، توزیع، انبارکردن، فروش و مصرف می­باشد. فیلم­های 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 حل­ شونده و نقش برخی مشتقات آن در صنعت بسته­ بندی است.