مقدسه اکبری امری: کارشناس ارشد صنایع خمیر و کاغذ
رحیم یداللهی: دانشجوی دکتری صنایع خمیر و کاغذ
حسین رسالتی: استاد گروه صنایع خمیر و کاغذ
محمدرضا دهقانی: استاد گروه صنایع خمیر و کاغذ
احمدرضا سرائیان: استاد گروه صنایع خمیر و کاغذ
چكيده
در تولید کاغذهای بسته بندی، خصوصاً هنگامی که از خمیرهای مکانیکی یا کاغذ بازیافت شده و ساخته شده از چوب[1] استفاده میشود، مقدار زیادی از مواد محلول و کلوئیدی [2](DCS) که عمدتاً از همی سلولزها[3]، مواد استخراجی و لیگنان ها[4] تشکیل شده است از خمیر آزاد شده و در آب فرآیندی، پراکنده یا حل میشوند. تجمع DCS طی عملیات کاغذسازی به دلیل بسته شدن سامانه های آب فرآیندی، اثرات زیان آوری بر فرآیندهای کاغذسازی و محصولات کاغذی دارد. بنابراین حذف یا کنترل DCS به منظور غلبه یا کاهش اثرات منفی آنها، امری ضروری است. در این بررسی، پیشرفتهای اخیر در کنترل DCS از طریق روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی[5] مورد بررسی قرار گرفته است.
با توجّه به مطالعات انجام شده، روشهای شیمیایی شامل استفاده از پلیالکترولیتها[1] جهت لخته سازی[2] و ته نشینی مواد DCS در سامانه شناورسازی با هوای محلول [3](DAF) وتثبیتکننده ها مانند سولفات آلومینیوم(آلوم)[4]، پلی آلومینیوم کلرید[5]، پلی آمین ها[6]، پلی وینیل آمین[7] و نشاسته کاتیونی[8]، روشهای کارامدتری در کنترل DCS برای بهبود حرکت پذیری[9] ماشین کاغذ و بهبود کیفیت کاغذهای مختلف از جمله بسته بندی میباشد.
واژه هاي كليدي
کاغذهای بسته بندی؛ مواد محلول و کلوئیدی؛ روشهای شیمیایی و شناورسازی با هوای محلول.
1- مقدمه
با توسعه سریع صنعت کاغذسازی، استفاده از خمیرهای مکانیکی و مرکب زدایی شده و خمیر کارتنهای بازیافتی در تولید محصولات کاغذی مختلف، افزایش یافته است. به هر حال، طی عملیات بازیافت و خمیرسازی کاغذهای بسته بندی و دیگر انواع کاغذ، مقدار زیادی مواد محلول و کلوئیدی(DCS) از مواد چوبی آزاد شده و به درون سامانه آب فرآیندی پراکنده میشود. برخی از این مواد که بار منفی دارند زباله آنیونی نامیده میشوند[1]. گزارش شده است که مواد محلول DCS عمدتاً همی سلولزها، پکتین ها، لیگنان ها، لیگنین و مشتقات لیگنین[10] است، در حالی که مواد کلوئیدی عمدتاً از مواد استخراجی چربی دوست مانند اسیدهای چرب، اسیدهای رزینی، تری گلیسیریدها[11]، استرهای استریلی[12]، استرولها[13] تشکیل شده است[2].
بین ترکیبات DCS، همیسلولزهای آنیونی، اسیدهای پکتیکی، لیگنین اکسید شده، مواد استخراجی کلوئیدی آنیونی و کلوئیدهای چسبناک، زیان آورترین مواد برای فرآیند کاغذسازی درنظر گرفته شده اند. معمولاً مقدار مواد محلول، حدود 60 درصد و در بعضی موارد تا 95 درصد از ترکیب DCS را تشکیل میدهد، که نسبت به مواد کلوئیدی بیشتر است[3 و 4]. همچنین مطالعاتی نشان داد که مواد محلول عمدتاً مسئول کاتیون خواهی، اکسیژن خواهی شیمیایی[14] و هدایت الکتریکی سوسپانسیون های خمیر است؛ با این وجود، مواد کلوئیدی عمدتاً در کدورت و پتانسیل زتا[15] نقش دارد[5]. قوانين زيست محيطي، کارخانه های خمیر و کاغذ را مجبور کرده است تا مصرف آب تازه را کاهش دهند. این مسئله منجر به بسته شدن سامانه آب فرآيندي کارخانه هاي کاغذسازي و افزايش استفاده مجدّد از آب شده است. پیامد منفی بسته شدن سامانه آب فرآیندی، تجمع مواد محلول و کلوئیدی در آب فرآیندی کارخانه است. معایب یا محدودیتهای حضور DCS با جزئیات آن به شرح ذیل است:
DCS – کارآیی مواد شیمیایی کاتیونی را به دلیل بار الکترواستاتیکی منفی برخی از این مواد محلول و کلوئیدی، کاهش میدهد[6]. از آن جایی که مواد آنیونی با الیاف و میکروفیبریل ها[16] رقابت میکنند، آنها در عملکرد افزودنیهای کاتیونی مانند عوامل کمک آبگیری و نگهدارنده، عوامل تقویت کننده و دیگر افزودنیها تداخل ایجاد میکنند؛ که منجر به افزایش زمان آبگیری[7]، کاهش ماندگاری نرمهها و پرکنندهها[3] حرکت پذیری ماشین کاغذ[17] میشود و حتّی مقاومت تر کاغذ را کاهش میدهد [8].
– مواد محلول و کلوئیدی همچنین اثرات منفی بر کیفیت کاغذها از جمله کاغذهای بسته بندی دارند و به خصوصیات مقاومتی و درجه روشنی آنها آسیب میرسانند [7]. به هر حال، کیفیت کاغذهای بسته بندی نه تنها با مقدار DCS تحت تأثیر قرارمیگیرد بلکه تحت تأثیر ماهیت شیمیایی متفاوت ترکیبات و شکل فیزیکی آنها نیز قرار میگیرد [1، 8].
محققین دریافتند که کاهش مقاومت کاغذ از جمله کاغذهای بسته بندی به دلیل حضور مواد کلوئیدی است و خصوصیات نوری عمدتاً تحت تأثیر مواد محلول قرار میگیرد[8،9].
– علاوه بر این، ترکیبات مختلف DCS همچنین اثرات متفاوتی بر قابلیت شناورسازی خمیر مرکب زدایی شده دارد. ترکیب استخراجی چربی دوست در سوسپانسیون الیاف بازیافتی، کارآیی شناورسازی را کاهش میدهد و اسیدهای پکتیک و یونهای کلسیم میتواند بازده شناورسازی را کاهش دهند]10[.
در نتیجه تیمار بهینه DCS میتواند برای بهبود حرکت پذیری ماشین کاغذ و افزایش کارآیی تولید کاغذ، بسیار مطلوب باشد. امروزه، راهکار کنترل مؤثر یا حذف DCS و غلبه بر اثرات مضر آنها بر تولید کاغذ موضوعی است که بسیار رایج شده است. روشهای مورد استفاده برای تیمار DCS شامل روشهای فیزیکی، روشهای شیمیایی و بیولوژیکی است. بین این رویکردها، روشهای فیزیکی عمدتاً برای حذف DCS موجود در آب سفید استفاده میشود؛ در روشهای شیمیایی معمولاً از عوامل تثبیت کننده برای خنثی سازی و بی ثبات کردن بخشی از DCS استفاده میشود که منجر به ماندگاری برخی از ترکیبات DCS در نمد الیاف[18] کاغذ و حذف این مواد از سامانه کاغذسازی میشود. روشهای بیولوژیکی در سالهای اخیر، مکرراً مورد بررسی قرار گرفته است و عمدتاً برای تخریب برخی از ترکیبات DCS مورد استفاده قرار میگیرد؛ اما محصول جانبی آن از خمیر یا آب سفید حذف نمیشود. در این مطالعه، روشهای فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی مورد بررسی قرار گرفته است.
