تهیه کاغذ آب گریز با روش خودتجمعی لایه به لایه از پلیمرهای زیستی و کربنات کلسیم رسوبی اصلاح شده با اسید استئاریک

بیان مساله و اهداف: کاغذ به­عنوان ماده ای تجدیدپذیر، زیست تخریب پذیر و قابل­بازیابی، مناسب ترین گزینه برای بسته بندی سبز محسوب می شود. در مقایسه با پلاستیک، بسته­بندی­های کاغذی، به­دلیل ویژگی آب­دوستی ذاتی الیاف سلولزی، هنگامی که در طی ذخیره­سازی و فرآیند انتقال، در تماس با آب قرار می­گیرند، مقاومت­های خود را از دست می­دهند. در نتیجه، تهیه بسته بندی­های کاغذی مقاوم به آب با مواد زیست­تخریب­پذیر و دوستدار محیط­زیست بسیار مطلوب است. در این تحقیق، تاثیر استفاده از روش خودتجمعی لایه­به­لایه (LBL) با پلیمرهای زیستی و کربنات­کلسیم­رسوبی اصلاح شده با اسید­ استئاریک، بر ویژگی­های کاغذ، مورد بررسی قرار گرفته است. مواد و روشها: ماده اولیه مورد استفاده برای تهیه کاغذهای دست­ساز، خمیرکاغذ کرافت سوزنی­برگان رنگ­بری شده (LF) با درجه روانی ۳۵۰ میلی لیتر CSF بوده است. به منظور بهبود ویژگی­های مقاومتی، الیاف با کربوکسی­متیل­سلولز (CMC) تیمار شدند و سوسپانسیونی از الیاف سلولزی تیمار نشده (۷۰ درصد) و تیمار شده با CMC (۳۰ درصد) (MLF)، برای تهیه کاغذ دست­ساز با گراماژ g/m۲ ۶۰ مورد استفاده قرار گرفته است. کربنات­کلسیم­رسوبی (PCC) با اسید­استئاریک اصلاح­ شد (MPCC) و با CMC به­عنوان یک عامل کنترل­کننده رئولوژی ترکیب شدند، سپس با استفاده از کیتوزان و روش LBL، روی سطح کاغذ دست­ساز رسوب داده شدند. طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) برای تایید اصلاح PCC  با اسید استئاریک مورد استفاده قرار گرفته است. همچنین، به منظور ارزیابی بار سطحی سوسپانسیون الیاف MLF، محلول کیتوزان و ترکیب CMC+MPCC، پتانسیل زتا اندازه گیری گردید. برای بررسی تاثیر اصلاح سطح کاغذ بر ویژگی­ها، ضخامت، گراماژ، شاخص ­مقامت کشش، زاویه تماس آب، زمان جذب آب و جذب آب (کاب)، مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج: نتایج طیف FTIR، تیمار سطحی PCC با اسید­استئاریک را به­دلیل وجود گروه­های معین (COOH، CH۲ و CH۳) در طیف MPCC، که مشخصه اسید­استئاریک بوده است، را تایید کرده است. بررسی­ها نشان داد که سوسپانسیون MLF، به­دلیل حضور گروه های هیدروکسیل در ساختار سلولزی، دارای بار منفی بوده و پتانسیل زتای آن mV ۲/۱۰۳- اندازه گیری شده است. محلول کیتوزان، به­دلیل وجود گروه های آمین در زنجیره مولکولی، بار سطحی مثبت mV ۲/۱۳+ را نشان داد. همچنین، ترکیب CMC+MPCC دارای پتانسیل زتای mV ۵/۶ - بود که به­دلیل حضور گروه های COO- در سطح ذرات CMC می­باشد. اصلاح کاغذ با روش LBL باعث افزایش ضخامت و گراماژ کاغذ گردیده و با افزایش تعداد لایه­ها، این افزایش، روند صعودی داشته است. شاخص ­مقاومت­­کشش کاغذهای اصلاح شده در درصدهای کم اسید­استئاریک در مقایسه با کاغذهای شاهد، بهبود یافته است اما با افزایش درصد اسید­استئاریک مورد استفاده، کاهش یافته است. زمانی­که نمونه های کاغذ اصلاح شده با چندلایه MPCC با درصدهای مختلف اسید­استئاریک تیمار شدند، زاویه تماس آب و زمان جذب آب افزایش یافته و جذب آب (کاب) کاهش یافته است. حداکثر زاویه تماس آب، در کاغذهای تیمار شده با PCC اصلاح شده با ۱۲ درصد اسید استئاریک، °۱۷/۱۳۶، اندازه گیری شد که حاکی از افزایش قابل توجه خاصیت آب گریزی این نمونه ها است. نتیجه ­گیری: نتایج این پژوهش نشان داد که روش LBL، تاثیر بسزایی در بهبود ویژگی های ممانعتی و آب گریزی کاغذ دارد. روش LBL یک روش ساده، کم هزینه و سازگار با محیط زیست است که بدون نیاز به مواد شیمیایی مضر، می­تواند ویژگی­های کاغذ را بهبود بخشد. بنابراین، این روش می تواند به عنوان یک راهکار موثر برای تهیه کاغذهای آب گریز در صنعت بسته بندی و سایر کاربردهای مرتبط مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

کربنات کلسیم رسوبی (PCC) ، اسید استئاریک ، کاغذ آب گریز ، روش لایه به لایه