ساخت کاغذ بسته بندی آب گریز از طریق پوشش دهی با حلال های یوتکتیک عمیق (حلال های سبز) بر پایه استئاریک اسید – الکل های چرب

بیان مساله و اهداف: کاغذ به عنوان ماده ای سلولزی، تجدیدپذیر و زیست تخریب پذیر، جایگاه مهمی در صنایع بسته بندی و سایر کاربردهای صنعتی دارد. با این حال، ساختار متخلخل و حضور فراوان گروه های هیدروکسیل در سلولز موجب ماهیت ذاتی آب دوست آن شده و در شرایط مرطوب سبب افت خواص و محدودیت کاربرد می شود. از این رو، ایجاد خاصیت آب گریزی برای ارتقای عملکرد و گسترش دامنه کاربرد کاغذ ضروری است. هرچند پوشش های پلیمری نفت پایه می توانند مقاومت به آب را افزایش دهند، اما این مواد با چالش های زیست محیطی همراه بوده و فرآیند بازیافت کاغذ را با مشکل مواجه می کنند. بر این اساس، توسعه روشی پایدار و سازگار با محیط زیست برای ایجاد آب گریزی، بدون اختلال در قابلیت بازیافت، اهمیت ویژه ای دارد. هدف این پژوهش، تولید کاغذ آب گریز از طریق پوشش دهی سطح کاغذ کرافت با حلال های یوتکتیک عمیق بر پایه اسید استئاریک و الکل های چرب به عنوان سامانه ای زیست پایه و کارآمد است.مواد و روش ها: کاغذ کرافت با گرماژ ۹۵ گرم بر متر مربع به عنوان بستر پایه انتخاب شد. به منظور اصلاح سطح، حلال های یوتکتیک عمیق بر پایه اسید استئاریک به عنوان دهنده پیوند هیدروژنی و ستیل الکل یا لوریل الکل به عنوان گیرنده پیوند هیدروژنی در نسبت های مولی ۱:۱، ۱:۲ و ۱:۳ تهیه شدند. ترکیبات مذکور بر اساس جرم مولی اجزا آماده سازی شده و با گرماژ پوشش دهی ۱۰ گرم بر متر مربع بر سطح کاغذ اعمال گردیدند. پس از فرآیند پوشش دهی، نمونه ها از نظر رفتار ترشوندگی، خواص ممانعتی و مکانیکی مورد ارزیابی قرار گرفتند. برای این منظور زاویه تماس دینامیک، نفوذپذیری نسبت به بخار آب (WVP)، مقاومت کششی، مقاومت خمشی (Taber) و مقاومت به ترکیدن تمونه ها مورد بررسی قرار گرفت. از طیف سنجی مادون قرمز تبدیل فوریه (FTIR) برای شناسایی پیوندها و تغییرات ساختار شیمیایی و گروه های عاملی استفاده شد. نتایج: نتایج طیف سنجی تبدیل فوریه فروسرخ (FTIR) تایید کرد که سامانه های یوتکتیک استئاریک اسید–الکل از طریق برهم کنش های غیرکووالانسی پایدار شده اند. افزایش باندهای آلیفاتیک و کاهش سهم گروه های هیدروکسیل بیانگر ایجاد لایه ای هیدروفوبیک بدون واکنش شیمیایی جدید است. این رویکرد اصلاح سطحی، راهکاری موثر و سازگار با اصول شیمی سبز برای بهبود آبگریزی کاغذ محسوب می شود. نتایج اندازه گیری زاویه تماس دینامیکی نشان داد که بر روی کاغذ بدون پوشش قطره آب تشکیل نشده و زاویه تماسی ثبت نگردید که بیانگر آبدوستی شدید ناشی از حضور گروه های هیدروکسیل و تخلخل بالای ساختار است. در مقابل، پوشش دهی با سامانه های یوتکتیک حاوی زنجیره های آلکیلی بلند موجب افزایش قابل توجه زاویه تماس و تبدیل رفتار سطح از آبدوست به آب گریز شد. عملکرد سامانه اسید استئاریک–ستیل الکل نسبت به اسید استئاریک–لوریل الکل بهتر بود که به طول زنجیره بلندتر و انرژی سطحی کمتر آن نسبت داده شد. در هر دو سامانه، نسبت مولی ۱:۱ کارایی بالاتری نشان داد. پوشش دهی با حلال های یوتکتیک همچنین موجب کاهش چشمگیر سرعت عبور بخار آب گردید که به پر شدن بخشی از تخلخل های سطحی، کاهش حفرات باز و تشکیل لایه ای نسبتا پیوسته با قطبیت پایین از زنجیره های آلکیلی نسبت داده شد. ارزیابی های مکانیکی نشان داد که مقاومت به ترکیدن، مقاومت کششی و مقاومت خمشی تغییر محسوسی نداشته و تنها افزایش جزئی مشاهده شده است. این افزایش محدود به کاهش جذب رطوبت، افزایش انسجام سطحی و توزیع مناسب تر تنش نسبت داده شد.نتیجه گیری: در مجموع، نتایج نشان داد که پوشش یوتکتیک توانست رفتار ترشوندگی سطح را از آبدوست به آب گریز تغییر داده و خواص ممانعتی را بهبود دهد، بدون آنکه ساختار فیبری یا عملکرد مکانیکی کاغذ به طور معنی دار تضعیف شود. این رویکرد می تواند مسیری موثر برای توسعه کاغذهای با عملکرد بالا و سازگار با محیط زیست فراهم آورد.

کلیدواژه ها:

حلال های یوتکتیک عمیق ، رفتار تر شوندگی ، خواص ممانعتی ، خواص مکانیکی ، کاغذ کرافت ، پوشش دهی