| تعداد نشریات | 285 |
| تعداد نشریات سازمان | 83 |
| تعداد شماره‌ها | 3,086 |
| تعداد مقالات | 34,441 |
| تعداد مشاهده مقاله | 48,886,889 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 79,339,281 |
اثر اکسیداسیون قلیایی الیاف بر ویژگیهای خمیرکاغذ بکر و بازیافتی | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقاله 7، دوره 38، شماره 4 - شماره پیاپی 85، دی 1402، صفحه 316-329 اصل مقاله (1.07 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2023.363900.1763 | ||
| نویسندگان | ||
| امید اسمعیلی1؛ اسماعیل رسولی گرمارودی* 2؛ سید رحمان جعفری پطرودی2 | ||
| 1دانش‌آموخته کارشناسی ارشد، گروه پالایش زیستی، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، پردیس زیراب، دانشگاه شهید بهشتی، ایران | ||
| 2استادیار، گروه پالایش زیستی، دانشکده مهندسی فناوری‌های نوین، پردیس زیراب، دانشگاه شهید بهشتی، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: در تولید خمیرکاغذ از موادی مانند هیپوکلریت سدیم، دی‌اکسید کلر، ازن، پروکسید هیدروژن و ... در فرایند رنگبری استفاده میشود. بعلاوه، از مواد ذکرشده می‌توان به‌عنوان مواد اکسیدکننده و افزایش بار سطحی الیاف استفاده کرد که با حضور بر روی سطح الیاف در کاغذ نهایی میتواند به مقاومت تر کاغذ کمک کند. ازاین‌رو، این تحقیق برای بررسی اثر اکسیداسیون الیاف با دو ماده پروکسید هیدروژن و هیپوکلریت سدیم بر ویژگیهای خمیرکاغذهای NSSC و OCC به ترتیب به‌عنوان خمیرکاغذهای بکر و بازیافتی انجام شد. مواد و روش‌ها: خمیرکاغذهای مورد نیاز این تحقیق، خمیرکاغذ NSSC به‌صورت رنگبری نشده و خمیرکاغذ OCC از کارخانه چوب و کاغذ مازندران تهیه گردید و درصد خشکی، درجه روانی اولیه و روشنی خمیرکاغذها اندازهگیری شد. همچنین، مواد شیمیایی مورد نیاز همگی از درجه صنعتی استفاده شدند که پروکسید هیدروژن (به‌صورت مایع 52 درصد) از شرکت کلر پارس تبریز و هیپوکلریت سدیم (به‌صورت مایع 4/16 درصد) از شرکت کلران سمنان و سیلیکات سدیم از شرکت باوند شیمی قزوین، کاستیک (سود مایع) با درصد خلوص 47 برای رنگبری با پروکسید از پتروشیمی اروند آبادان و سود پرک (سود جامد) با درصد خلوص 90 برای رنگبری با هیپوکلریت از کلران پارس سمنان تهیه گردید. برای کنترل اثرهای تخریبی فلزات انتقالی، تمام خمیرکاغذها قبل از رنگبری، با 2/0% DTPA، در شرایط 2 درصد خشکی، زمان 30 دقیقه، دمای 90 درجه سلسیوس و 5/5-5pH= تیمار شدند. در پایان این مرحله، خمیرکاغذها با آب مقطر به‌طور کامل شستشو داده شده و برای مراحل بعدی مورد استفاده قرار گرفتند. برای اکسیداسیون هر دو نوع خمیرکاغذ با پروکسید هیدروژن از نسبت‌های 3،4 و 5 درصد و هیپوکلریت سدیم برای اکسیداسیون خمیرکاغذ NSSC از نسبت‌های ذکرشده (مشابه پروکسید) و برای خمیرکاغذ OCC از نسبت‌های 0،5، 1 و 1، 5 درصد هیپوکلریت استفاده شد. سپس ویژگیهای ساختاری الیاف مانند درجه روانی، عدد کاپا، قابلیت نگهداری آب، گرانروی و گروه‌های کربوکسیل بررسی و در پایان خمیرکاغذها به‌وسیله طیف‌سنجی FT-I.R ارزیابی شدند. نتایج: نتایج نشان داد با افزایش میزان مصرف هیپوکلریت، در خمیرکاغذ NSSC اکسیدشده درجه روانی افزایش یافته ولی در خمیرکاغذ OCC اکسیدشده روند درجه روانی کاهشی است. این موضوع در مورد استفاده از پروکسید حالت عکس را نشان میدهد. همچنین، اکسیداسیون خمیرکاغذ توسط هیپوکلریت سدیم نسبت به پروکسید، باعث خروج مقدار لیگنین بیشتری شده است و از این نظر، اثرپذیری خمیرکاغذ OCC در مقایسه با خمیرکاغذ NSSC بیشتر بوده است. میزان نگهداری آب در الیاف خمیرکاغذ در تیمارهای خمیرکاغذ NSSC نسبت به خمیرکاغذ شاهد روند افزایشی داشته است و در مورد تیمارهای OCC نسبت به تیمار شاهد آن تغییر معنیدار نداشته و تنها در یک مورد (OC-Na1) کاهش معنیدار داشته است. با افزایش مصرف پروکسید در فرایند اکسیداسیون هر دو نوع خمیرکاغذ NSSC و OCC، با وجود افزایش میزان گرانروی، بین سطوح مختلف مصرف اختلاف معنیداری وجود ندارد. بعلاوه، با افزایش سطح مصرف هیپوکلریت، روند افزایش معنیدار بین گرانروی خمیرکاغذهای ذکرشده مشاهده میشود. مقدار گروه‌های کربوکسیل خمیرکاغذهای تیمار شده با پروکسید در هر دو نوع خمیرکاغذ NSSC و OCC نسبت به نمونه شاهد افزایش یافت. اثرگذاری هیپوکلریت در مقایسه با پروکسید در ایجاد گروه‌های کربوکسیل در هر دو نوع خمیرکاغذ بیشتر بوده است. ارزیابی طیف‌سنجی FT-IR هم نشان میدهد که عملیات اکسیداسیون با پروکسید و هیپوکلریت باعث افزایش گروه‌های کربوکسیل بر روی هر دو نوع خمیرکاغذ نسبت به نمونه‌های شاهد شده است. نتیجه گیری: اثرگذاری هیپوکلریت در مقایسه با پروکسید در ایجاد گروه‌های کربوکسیل در هر دو نوع خمیر بیشتر بوده است، به‌طوری‌که به نظر می‌رسد افزایش گروه‌های کربوکسیل روی زنجیره سلولزی توسط پروکسید بیشتر بر روی C6 و توسط هیپوکلریت بیشتر بر روی C2 و C3 رخ داده است. عملیات اکسیداسیون با افزایش گروه‌های کربوکسیل و به‌دلیل ایجاد وزن مولکولی بالاتر باعث افزایش گرانروی خمیرکاغذها میشود. بعلاوه، افزایش گروه‌های کربوکسیل به دلیل فعالیت شیمیایی بالاتر، قادر به جذب آب بالاتر و WRV بالاتر می‌باشد. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| خمیر NSSC؛ خمیرOCC؛ پروکسید هیدروژن؛ هیپوکلریت سدیم؛ اکسیداسیون | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Effect of Alkali Oxidation of fiber on characteristic of virgin and recycled pulp | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Omid Esmailiey1؛ Esmaeil Rasooly Garmaroody2؛ Rahman Jafari petroudi2 | ||
| 1Graduated Student, Department of Bio-refinery Engineering, Faculty of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, Zirab P.O. Box 47815-168, Mazandaran, Iran | ||
| 2Assistant Professor, Department of Bio-refinery Engineering, Faculty of New Technologies Engineering, Shahid Beheshti University, Zirab, Mazandaran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and purpose: In the production of pulp, materials such as sodium hypochlorite, chlorine dioxide, ozone, hydrogen peroxide, etc. are used in the bleaching process. In addition, the above-mentioned materials can be used as oxidizing materials to increase the surface charge of fibers, can help the paper to be more resistant. Therefore, this research was conducted to investigate the effect of fiber oxidation with hydrogen peroxide and sodium hypochlorite on the characteristics of NSSC and OCC pulps as fresh and recycled pulps, respectively. Materials and methods: The pulps required for this research, unbleached NSSC pulp and OCC pulp were obtained from Mazandaran wood and paper factory, and first, the percentage of consistency, initial freeness and brightness of the pulp were measured. Also, the required chemicals were all of industrial grade, hydrogen peroxide (in liquid form 52%) from Chlor Pars Tabriz Company and sodium hypochlorite (in liquid form 16.4%) from Kleran Semnan Company and sodium silicate from Bawand Shimi Qazvin Company, caustic (Liquid soda) with a purity of 47% for bleaching with peroxide was obtained from Arvand Abadan Petrochemical, and soda ash (solid soda) with a purity of 90% for bleaching with hypochlorite was obtained from Chloran Pars, Semnan. In order to control the destructive effects of transition metals, all pulps were treated with 0.2% DTPA, in 2% dryness conditions, time 30 minutes, temperature 90 degrees Celsius and pH=5.5-5, before bleaching. At the end of this step, the pulp is thoroughly washed with distilled water and used for the next steps. For the oxidation of both types of pulp, 3, 4, 5% hydrogen peroxide and sodium hypochlorite were used for oxidation of NSSC pulp using the above ratios (similar to peroxide) and for OCC pulp, 0.5, 1 and 1.5% hypochlorite ratios were used. Then the structural characteristics of the fibers such as pulp freeness, kappa number, WRV, viscosity, carboxyl groups were investigated and finally, the pulps were evaluated by FT-IR spectroscopy. Results: The results showed that with the increase in the consumption of hypochlorite, freeness increased in the oxidized NSSC pulps, but the trend of freeness decreased in the oxidized OCC pulp. This issue shows the situation regarding the use of peroxide. Also, the oxidation of pulp by sodium hypochlorite compared to peroxide has resulted in the release of more lignin, and in this sense, the effectiveness of OCC pulp (with 1.5% hypochlorite, equivalent to 56.68% Kappa loss) has been higher compared to NSSC pulp (with 5% hypochlorite, equivalent to 83.27% Kappa loss). The amount of water retention value in the pulp fibers in the NSSC pulp treatments has increased compared to the control pulp, and in the case of the OCC treatments, it has not changed significantly compared to the control treatment, and only in one case (OC-Na1) has a significant decrease. With the increase of peroxide consumption in the oxidation process of both types of NSSC and OCC pulp, despite the increase in viscosity, there is no significant difference between different consumption levels. In addition, with the increase in the level of hypochlorite consumption, a significant increase in the viscosity of the aforementioned pulps is observed So that the highest increase related to the sample using 5% hypochlorite for NSSC pulps was equal to 731.87 ml/g. The amount of carboxyl groups of pulps treated with peroxide increased in both types of NSSC and OCC pulps compared to the control sample so that the highest amount of carboxyl groups related to 5% treatment was equal to 0.0468 mmol/g for NSSC samples. The evaluation of FT-IR spectroscopy also shows that the oxidation treatment with peroxide and hypochlorite has increased the carboxyl groups on both types of pulp compared to the control samples. Conclusion: The effectiveness of hypochlorite compared to peroxide in the creation of carboxyl groups in both types of pulp was more, which seems that the increase of carboxyl groups on the cellulose chain occurred more on C6 by peroxide and more on C2 and C3 by hypochlorite. The oxidation process increases the viscosity of paper pulp by increasing the carboxyl groups and due to the creation of a higher molecular weight. In addition, the increase of carboxyl groups due to higher chemical activity has made them able to absorb higher water and thus higher WRV. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| NSSC, OCC, Hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, oxidation | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
-Barbosa, L.C.A., Maltha, C.R.A., Demuner, A.J., Cazal, C.M., Reis, E.L. and Colodette, J.L., 2013. A rapid method for quantification of carboxyl groups in cellulose pulp, BioResources. 8(1): 1043-1054.
-Buchert, J., Tenkanen, M. and Tamminen, T., 2001. Characterization of carboxylic acids during Kraft and Super-Batch Pulping. TAPPI Journal, 84 (4): 1-9.
-Carlsson, M., Stenman, D., Merényi, G. and Reitberger, T., 2005. The Carbonate Radical as One-Electron Oxidant of Carbohydrates in Alkaline media. Holzforschung, 59: 143–146.
-Chen, Y., Wan, J., Ma, Y., Dong, X., Wang, Y. and Huang, M., 2015. Fiber Properties of De-inked Old Newspaper Pulp after bleaching with Hydrogen Peroxide, BioResources 10(1): 1857-1868.
-Dence C.W. and Douglas W.R., 1996. Pulp Bleaching: Principles and Practice. Tappi Press, Atlanta, Georiga.
-Fellers, C. and Norman, B., (Eds.) 1998. Paper technology (3 ed.). Stockholm: Royal Institute of Technology.
-Filpponen I. and Argyropoulos D.S., 2008. Determination of Cellulose Reactivity by Using Phosphitylation and Quantitative 31P NMR Spectroscopy. Industrial & Engineering Chemistry Research, 47(22): 8906-8910.
-Fras L., Stana-Kleinschek K., Ribitsch V., Sfiligoj-Smole M. and Kreze T., 2002. Quantitative Determination of Carboxyl Groups in Cellulose by Complexometric Titration, Lenzinger Berichte, 81: 80-88.
-Jalalvand, S., kermanian, H., Ramezani, O., Rasooly Garmaroody, E. and Hejazi, S., 2016. Effect of pH in the hypochlorite bleaching on dissolving pulp properties of Cotton Lintner. Journal of Forest and wood products, 69(2): 387-396. (In Persian).
-Jaschinski, T., Gunnars, S., Besemer, A.C., Bragd, P., Jetten, J.M., Van den Dool, R. and van Hartingsveldt, W., 1999. Europe Patent No. EP1155040B1.
-Ketola, H. and Andersson, T., 1999. Dry strength additives, 269–287. In Papermaking. Chemistry” Ed by Neimo L, Fapet Oy Helsinki, 329p.
-Kim, U.J., Kuga, S., Wada, M., Okano, T. and Kondo, T., 2000. Periodate Oxidation of Crystalline Cellulose. Biomacromolecules, 1(3): 488-492.
-Klemn D., Philipp B., Heinze T., Heinze U. and Wagenknecht W., 1998. Comprehensive Cellulose Chemistry Volume 2: Functionalization of Cellulose, WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim, 390p.
-Li, M., Yina, J., Hua, L., Chen, S., Min, D., Wang, Sh. and Lu, L., 2020. Effect of hydrogen peroxide bleaching on anionic groups and structures of sulfonated chemo-mechanical pulp fibers, Colloids and Surfaces A, 585: 124068.
-Martinsson, A., Hasani, M. and Theliander, H., 2022. Physical properties of kraft pulp oxidized by hydrogen peroxide under mildly acidic conditions. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 2022; aop.
-Mirshokraee, S.A., 2008. Wood Chemistry, translated, Aeezh Press, Tehran, 208p.
-Mohkami M. and Talaeipour M., 2014. Investigation of the Chemical Structure of Carboxylated and Carboxymethylated Fibers from Waste Paper via XRD and FT-IR Analysis, Bioresources, 6(2): 1988-2003.
-Nikkhah Dafchahi, M. and Resalati, H., 2012. Evaluation of Pre-Hydrolyzed Soda-Aq Dissolving Pulp from Populus Deltoides Using an Oded Bleaching Sequence. BioResources,7(3): 3283-3292.
-Rasooly Garmaroody, E., Mohammadi, E., Jalali Torshizi, H. and Razzaghi A.A., 2015. Improvement in reactivity of alpha Cellulose pulp by Sono-chemical method. Iranian Journal of Chemistry and Chemical Engineering (IJCCE), 34(1): 59-68. (In Persian).
-Saito, T. and Isogai, A., 2005. A novel method to improve wet strength of paper. Tappi Journal, 4(3): 3-8.soda pulp bleached using totally chlorine free (TCF) method. Journal of Wood & Forest Science and Technology, Vol. 26 (3). (In Persian).
-Toven, K., 2003. Paper Properties and swelling Properties of ozone-based ECF bleached Softwood Kraft pulp. TAPPI Journal, 86 (2): 3-7.
-Tsuguyuki, S., Masayukim, H., Naoyuki, T. and Akira, I., 2010. Oxidation of bleached wood pulp by TEMPO/NaClO/NaClO2 system: effect of the oxidation conditions on carboxylate content and degree of polymerization. The Japan Wood Research Society, 56: 227–232.
-Vaysi, R., 2019. Investigating the optical and mechanical properties of bagasse
-Wuorimaa, A., Jokela, R. and Aksela, R., 2006. Recent developments in the stabilization of hydrogen peroxide bleaching of pulps: An overview. Nordic Pulp & Paper Research Journal, 21(4): 435-443.
-Zhang, D., Pu, Y., Courchene, C.E., Chai, X.S. and Ragauskas, A., 2006. Total fiber charge of fully bleach SW Kraft pulps. A Comparative study. Journal of pulp and paper Science, 32(4): 231-237.
-Zheng, D., Elder, T. and Ragauskas, A.J., 2006. Influence of Kraft pulping on Carboxyl ate Content of Softwood Kraft Pulps. American Chemical Society, 45(13): 4509-4519. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 349 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 363 |
||
