| تعداد نشریات | 282 |
| تعداد نشریات سازمان | 80 |
| تعداد شماره‌ها | 3,251 |
| تعداد مقالات | 35,918 |
| تعداد مشاهده مقاله | 54,585,107 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 93,700,312 |
بررسی استفاده از کامپوزیت زیستی مغناطیسی بر پایه کربوکسی متیل سلولز در پوشش دهی کاغذ | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقاله 6، دوره 40، شماره 1 - شماره پیاپی 90، فروردین 1404، صفحه 54-66 اصل مقاله (1.44 M) | ||
| نوع مقاله: خمیر کاغذ و کاغذ | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2025.367727.1787 | ||
| نویسندگان | ||
| شقایق رضانژاد1؛ نورالدین نظرنژاد* 2؛ حسین رسالتی3؛ سید مجید ذبیح‌زاده4 | ||
| 1دکتری صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران | ||
| 2دانشیار، گروه صنایع چوب و فراورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران | ||
| 3استاد گروه صنایع خمیروکاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان. دانشکده مهندسی چوب و کاغذ- گروه صنایع خمیروکاغذ، گرگان، ایران | ||
| 4دانشیار گروه صنایع چوب و فرآورده‌های سلولزی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: کربوکسی متیل سلولز جزو مشتقات اتری سلولز محسوب میشود و بهطور گستردهای در صنایع مختلف به کار میرود. این ماده یکی از مهمترین و پرکاربردترین مشتقات سلولزی است که به دلیل دارا بودن گروههای کربوکسی متیل و هیدروکسیل به‌عنوان بستر تولید مواد مرکب در پژوهشهای زیادی مورد توجه قرار گرفته است. میتوان از کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان بستر جهت تولید ترکیبات مغناطیسی سلولز نیز بهره برد. مواد مغناطیسی مانند اکسید آهن قادر به تشکیل پیوندهای مؤثری با گروههای هیدروکسیل موجود در کربوکسی متیل سلولز و تولید کامپوزیت مغناطیسی با ویژگی زیست تخریبپذیری هستند. هدف از این پژوهش، ساخت و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوششدهی آن روی سطح کاغذ است. مواد و روشها: در این پژوهش جهت تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی از کربوکسی متیل سلولز به‌عنوان بستر استفاده شد. از فرآیند سنتز درجا، جهت تولید کامپوزیت زیستی استفاده شد. در این فرآیند نمکهای آهن (4 و 6 آبه) و کربوکسی متیل سلولز در محیط آبی و در محیط نیتروژن باهم مخلوط شدند، سپس با افزودن هیدروکسید آمونیوم تا pH 11، ذرات اکسید آهن (مگنتیت) روی کربوکسی متیل سلولز تشکیل شد. جهت تکمیل واکنشها و بازدهی تولید بیشتر ذرات مغناطیسی، مواد به مدت 1 ساعت در دمای 40 درجه سانتیگراد در حمام آب گرم همزده شد. با استفاده از الیاف کرافت تجاری کاغذ دستساز 5 ± 120 گرمی تهیه گردید و سپس با کامپوزیت زیستی مغناطیسی پوشش داده شد. مواد مغناطیسی سنتز شده و کاغذ پوشش داده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی با پراش اشعه ایکس مورد بررسی قرار گرفتند. اندازه ذرات مغناطیسی اکسید آهن با استفاده از میکروسکوپ نیروی اتمی مورد بررسی قرار گرفت. همچنین ریختشناسی و ویژگیهای سطحی ذرات مغناطیسی، کامپوزیت زیستی مغناطیسی، الیاف و کاغذ پوشش داده شده با میکروسکوپ الکترونی روبشی بررسی شد. ویژگی مغناطیسی نمونهها با دستگاه مغناطیسسنج ارتعاشی مورد ارزیابی قرار گرفت. همچنین ویژگیهای مقاومتی کاغذ پوشش داده شده، با آزمونهای مقاومت کششی، مقاومت به پاره شدن، جذب آب و مقاومت به عبور هوا بررسی شد. نتایج: نتایج آزمون مغناطیسی نشان داد که در فاز اول، کامپوزیت زیستی مغناطیسی با موفقیت آمادهسازی شد و نمونه خاصیت فرا پارا مغناطیس از خود نشان داد. بالاترین مقدار اشباع مغناطیسی در نمونه اکسید آهن حدود emu/g 25 بود. همچنین کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز، اشباع مغناطیسی حدود emu/g 4 داشت. نتایج حاصل از بررسی میکروسکوپی اکسید آهن، شکل ظاهری آنرا به‌صورت ساختار مکعبی شکل یکنواخت نشان داد. شکلگیری این ساختار به دلیل تجمع ذرات با یکدیگر است. بعلاوه درگیری مکانیکی و اتصال کامپوزیت زیستی مغناطیسی با کاغذ مشاهده گردید. همچنین بررسی میکروسکوپی اندازه ذرات نشان داد که بیشترین فراوانی اندازه ذرات، 45 نانومتر است. نتایج بررسی ویژگیهای مقاومتی کاغذ نشان داد که پوششدهی با ماده مغناطیسی سبب کاهش شاخص مقاومت به پارگی و کشش شد. مقاومت به عبور هوا در نمونههای کاغذهای پوشش داده شده در مقایسه با نمونه شاهد افزایش نشان داد. بر اساس نتایج مربوط به آزمون کاب (جذب آب)، کمترین میزان جذب آب مربوط به نمونه کاغذ پوشیده شده با کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز است. در الگوی پراش اشعه ایکس مربوط به نمونه اکسید آهن، پنج پیک مهم در زوایای 2 تتای 35، 41، 50، 67 و 74 درجه ظاهر شد که مربوط به ماده اکسید آهن میباشند. نتیجه‌گیری: هدف از این تحقیق، ایجاد و بررسی ویژگی مغناطیسی در کامپوزیت زیستی حاصل از کربوکسی متیل سلولز و سپس پوششدهی آن روی سطح کاغذ است. لذا آزمایش‌ها در 2 مرحله انجام شد. در مرحله اول کامپوزیت زیستی مغناطیسی کربوکسی متیل سلولز با فرآیند سنتز درجا با نمکهای آهن تولید شد. در فاز دوم با استفاده از الیاف تجاری کرافت، کاغذ دستساز تهیه و پوششدهی شد. نتایج حاصل از آزمون نمونههای تهیه شده نشان داد که تولید کامپوزیت زیستی مغناطیسی با موفقیت انجام شد. همچنین کاغذ پوشش داده شده با این ماده دارای خاصیت مغناطیسی است. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| کاغذ مغناطیسی؛ پوششدهی؛ کامپوزیت زیستی مغناطیسی؛ کربوکسی متیل سلولز | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Investigation of the use of carboxymethylcellulose-based magnetic biocomposite in paper coating | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Shaghaiegh Rezanezhad1؛ Noureddin Nazarnezhad2؛ Hosein Resalati3؛ Seyed Majid Zabihzadeh4 | ||
| 1Ph.D. of pulp and paper Industry, Agricultural Sciences and Natural Resources of Sari University. Iran | ||
| 2Associated Professor, Wood and Cellulose Product Department, Sari Agricultural science and Natural Resources University, Sari, Iran | ||
| 3Retired Professor, Department of Pulp and Paper Industries, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources. Faculty of Wood and Paper Engineering - Department of Pulp and Paper Industries. Iran | ||
| 4Associate Professor, Department of Wood and Cellulose products. Faculty of Natural Resources, Sari University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Carboxy methyl cellulose (CMC) is one the ether derivatives of cellulose and is widely used in various industries. This material is one of the most important and widely used cellulose derivatives, which has been considered in many researches as a substrate for the production of composite materials due to the presence of the carboxy methyl and hydroxyl groups. CMC can also be used as a substrate for the production of the magnetic cellulose compounds. Magnetic materials such as iron oxide are able to form effective bonds with hydroxyl groups in CMC and produce magnetic composites with biodegradable properties. The purpose of this research is to produce and analyze the magnetic properties of biocomposite made from CMC and then coat it on the surface of paper. Methodology: In this research, CMC was used as a substrate for the production of magnetic biocomposite. The in-situ synthesis was used to produce biocomposite. In the process, iron salts (4 and 6 H2O) and CMC were mixed together in an aqueous solution and under nitrogen atmosphere, then by adding ammonium hydroxide to pH 11, iron oxide particles (magnetite) were formed on CMC. The materials were stirred in water bath for 1 hour at 40 °C, in order to complete the reactions and increase the production efficiency of magnetic particles. Handsheets with 120 ± 5 g/m2 weight was prepared by using commercial kraft fibers, and then coated with magnetic biocomposite. The synthesized magnetic materials and coated paper with magnetic biocomposite were analyzed by X-ray diffraction. The size of iron oxide was tested by an atomic force microscope. Also, the morphology and surface characteristics of magnetic particles, magnetic biocomposite and coated fibers and paper were investigated by scanning electron microscope. The magnetic properties of the samples were evaluated with a vibrating magnetometer. Furthermore, the strengths properties of the coated paper were examined with tensile, tear, water absorption and air resistance tests. Results: The results of the magnetic test showed that in the first phase, the magnetic biocomposite was successfully prepared and the sample showed super paramagnetic properties. The highest magnetic saturation in the iron oxide sample was about 25 emu/g. Also, the CMC magnetic biocomposite had a magnetic saturation about 4 emu/g. The results of the microscopic evaluation of the iron oxide particles showed a uniform cubic structure. The formation of this structure is due to the accumulation of particles. In addition, mechanical engagement and connection of the magnetic biocomposite with the paper was observed. Also, the microscopic analyze of the iron oxide showed the most frequent of particles size were 45 nm. The results of the strength properties of the paper showed that the coating with magnetic material decreased the tensile and tear indices. The air resistance in the coated paper samples has increased compared to the control sample. Based on the results of Cobb test (water absorption), the lowest water absorption is related to the coated paper with CMC magnetic biocomposite. The X-ray diffraction pattern of the iron oxide sample showed five important peaks at 2 theta angles of 35, 41, 50, 67 and 74 degrees, which the main peaks indicated the iron oxide. Conclusion: The purpose of this research was to analyze the magnetic property in the CMC biocomposite and then coat it on the surface of the paper. Therefore, the experiments were carried out in 2 stages. In the first stage, CMC magnetic biocomposite was made by in situ synthesis process with iron salts. In the second phase, handsheet was prepared by using commercial kraft fibers and coated ones. The results of the testing samples showed the successfully production of magnetic biocomposite. Also, the paper coated with this material has suitable magnetic properties. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Magnetic paper, Coating, Magnetic biocomposite, Carboxy methyl cellulose | ||
| مراجع | ||
|
-Abe, T. O., Lajide, L., Owolabi, B. J., Adebayo, A. O., Ogunjobi, J. K. and Oluwasina, O. O., 2018. Synthesis and application of carboxy methyl cellulose from Gliricidia sepium and Cola gigantea. Bioresources, 13(3): 6077-6097.
-Aguilera, G., Berry, C. C., West, R. M., Gonzalez-Monterrubio, E., Angulo-Molina, A., Arias-Carrion, A. and Mendez-Rojas, M. A., 2019. Carboxy methyl cellulose coated magnetic nanoparticles transport across a human lung microvascular endothelial cell model of the blood–brain barrier. Nanoscale Advances, 1: 671-685.
-Attarad, A., Zafar, H., Zia, M., Ul Haq, I., Phull, A. R., Sarfraz Ali, J. and Altaf, H., 2016. Synthesis, characterization, applications, and challenges of iron oxide nanoparticles. Nanotechnology, Science and Applications, 9: 49–67.
-Biliuta, G. and Coseri, S., 2016. Magnetic cellulosic materials based on TEMPO- oxidized viscose fibers. Cellulose, 23(6): 3407-3415.
-Cao, Sh. L., Xu, H., Li, X., Lou, W. Y. and Zong, M., 2015. Novel Papain - magnetic nano crystalline cellulose nano – biocatalyst: a highly efficient biocatalyst for dipeptide biosynthesis in deep eutectic solvents. Aspect Sustainable Chemistry Engineering, 3(7): 1589–1599.
-Charani, P. R., Dehghani, M., Afra, E., Blademo, A., Naderi, A. and Lindostrom, T., 2013. Production of microfibrillated cellulose from unbleached kraft pulp of kenaf and Scotch pine and its effect on the properties of hardwood kraft: microfibrillated cellulose paper. Cellulose, 20(5): 2559-2567.
-Faraji, M. and Fadavi, GH., 2013. Applications of magnetic nanoparticles in food science and technology. Iranian Journal of Nutrition Sciences and Food Technology, 8(2): 239-252. (In Persian).
-Gällstedt, M., Brottman, A. and Hedenqvist, M. S., 2005. Packaging-related properties of protein- and chitosan-coated paper. Packaging Technology and Science, 18(4): 161-170.
-Hivechi, A., Bahrami, S. H., Arami, M. and Karimi, A., 2015. Production of Alpha-cellulose and carboxy methyl cellulose from cellulose waste. The 1st national conference on wood and lignocellulosic products, Gonbad Kavous, 10 p.
-Hubbe, M., Ferre, A., Tyagi, P., Yin, Y., Salas, C., Pal, L. and Rojas, O., 2017. Nanocellulose in thin films, coatings, and plies for packaging applications: A review. Bioresources, 12(1): 2143-2233.
-Kaco, H., Waznah, Kh., Jaafar, N. and Gan, Y. S., 2017. Preparation and characterization of Fe3O4 / Regenerated cellulose membrane. Sains Malaysiana, 46(4): 623-628.
-Mahdieh, A., Mahdavian, A., Farhadnezhad, H. and Salehi, H., 2015. Introduction to magnetic nanoparticles, their synthesis methods and their application. Nanoscience, 41: 25-35.
-Marvizadeh, M. M., Oladzadabbasabadi, N., Mohammadi Nafchi, A. and Jokar, M., 2017. Preparation and characterization of bionanocomposite film based on tapioca starch/bovine gelatin/nano rod zinc oxide. International Journal of Biological Macromolecules, 99: 1-7.
-Mashkour, M., Tajvidi, M., Kimura, T., Kimura, F. and Ebrahmi, Gh., 2011. Fabricating unidirectional magnetic papers using permanent magnets to align magnetic nanoparticles covered natural cellulose fibers. Bioresources, 6(4): 4731-4738.
-Mehdikhani, H., Jalali, H., Djafari, R. and Mirshokraee, A., 2017. Production of carboxy methyl cellulose (CMC) from bagasse bleached and deinked of waste paper: Identification and comparison of characteristics. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(3): 311-321. (In Persian).
-Mo, Z., Gou, H. and Wang, Y., 2017. Surface modification of graphene oxide sheets on magnetic particles for magnetic paper. Journal of Alloy and Compounds, 695: 2525-2531.
-Nevell, T. P. and Zeronian, S. H., 1987. Cellulose chemistry and its applications: Ellis Horwood Ltd., Chichester, England, 552 p.
-Pineres, O. H., Salcedo, E. C., Herrera, A. P., Sanchez, J. H. and Quintana, C. G., 2020. Magnetic paper from sugarcane bagasse fibers modified with cobalt ferrite nanoparticles. Cellulose, 27: 3903-3918.
-Pinto, E., Aggrey, W. N., Boakye, P., Amenuvor, G., Sokama-Neuyam, Y. A., Fokuo, M. K., Karimaie, H., Sarkodie, K., Adenutsi, C. D., Erzuah, S. and Rockson, M. A. D., 2022. Cellulose processing from biomass and its derivatization into carboxy methyl cellulose: A review. Scientific African, 15: e01078.
-Raghuvanshi, S., Khan, H., Saroha, V., Sharma, H., Gupta, H. S., Kadam, A. and Dutt, D., 2023. Recent advances in biomacromolecule-based nanocomposite films for intelligent food packaging- a review. International Journal of Biological Macromolecules, 253 (7): 127420.
-Rashid, M., Abdul Ghafur, M., Sharafat, K. M., Minami, H., Miah, M. J. and Ahmad, H., 2017. Biocompatible microcrystalline cellulose particles from cotton wool and magnetization via a simple in situ co-precipitation method. Carbohydrate Polymers, 170: 72-79.
-Ren, S., Zhang, X., Dang, L., Lei, T., Teng, Zh., Song, K., Sun, X. and Wu, Q., 2017. Cellulose nanocrystal supported superparamagnetic nano rods with laminated silica shell: synthesis and properties. Journal of Materials Science, 52: 6432–6441.
-Small, A.C. and Johnston, J. H. 2009. Novel hybrid materials of magnetic nanoparticles and cellulose fibers. Journal of Colloid and Interface Science, 331: 122-126.
-Spaldin, N. A., 2010. Magnetic materials, fundamentals and applications. Cambridge University Press, New York, 291 p. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 442 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 300 |
||