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.



11- Polyelectrolytes

12- Dissolved air flotation

13- Dissolved air flotation

14- Aluminum sulfate

15- Poly-aluminum chloride

16- Polyamine

17- Polyvinyl­amin

18- Cationic starch

19- Runability

1- Lignin

2- Triglyceride

3- Steryl esters

4- Sterol

5- Chemical oxygen demand COD

6- Zeta potential

7- Microfibrill

8- Runnability

9- Web