چکیده
در این تحقیق تأثیر فاینهای خمیر CMP و فاینهای خمیر بروک بر میزان Cobb (میزان جذب آب) کاغذهای چاپ مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تأثیر روش آهار زنی پیش مخلوط کردن (Premixing) آهار روزین – آلوم در PH خنثی – قلیایی و نسبتهای مختلف آلوم به روزین بر میزان Cobb (میزان‌جذب‌آب) کاغذهای چاپ مورد بررسی قرار گرفت.

روش آهارزنی پیش مخلوط کردن باعث کاهش چشمگیر میزان Cobb گردید. با افزایش فاینهای خمیر CMP تا ۵% میزان Cobb به طور قابل توجهی افزایش یافت ولی با افزایش بیشتر فاینهای خمیر CMP تا ۱۰% میزان Cobb کاهش یافت. با افزایش فاینهای خمیر CMP تا ۵%، افزایش فاینهای خمیر بروک باعث کاهش میزان Cobb گردیدند. فاینهای خمیر بروک و نسبتهای مختلف آلوم به روزین به تنهایی تأثیر معنی داری بر میزان Cobb نداشتند.

لغات کلیدی: فاین CMP، فاین بروک، میزان Cobb، Premixing
مقدمه
در ساخت کاغذ، آهارزنی داخلی به مقاومت کاغذ و مقوا در مقابل نفوذ و جذب آب کمک می‌کند. مواد شیمیایی آهارزنی رایج استفاده شده شامل آهار روزین، آلکیل کتن دایمر (AKD)، انیدرید ساکسینیک آلکنیل (ASA)، نشاسته و مشتقات سلولزی هستند. در بین این مواد شیمیایی آهار زنی آهارهای روزین مهمترین مواد آهارزنی مهمترین مواد آهار زنی داخلی هستند. بسیاری از کارخانجات شرایط کاغذ سازی خودشان را از اسیدی به خنثی – قلیایی تغییر داده اند تا بتوانند از پرکننده های کربنات کلسیم در کاغذ چاپ استفاده بکنند و مقاومت کاغذ را افزایش دهند و از فرسودگی ماشین کاغذ جلوگیری نمایند.

یکی از تکنولوژیهای کارآمد، ساده و مفید فرآیند پیش مخلوط کردن است. در این روش روزین و آلوم را قبل از اضافه کردن به خمیر با هم مخلوط می‌کنند. دما، غلظت و نسبت آلوم به روزین در مخلوط آهارزنی (روزین‌– آلوم) بر درجه آهارزنی و میزان جذب آب تأثیر می گذارد.

با افزایش دمای مخلوط آهارزنی (روزین- آلوم) بارگذاری کاهش یافته و کارآیی روزین- آلوم کاهش می‌یابد. همچنین تیمار آهارزنی در غلظت پایین مخلوط (روزین- آلوم) ترجیح داده می‌شود. غلظت پایین‌تر، بارگذاری محلول را بیشتر می کند که برای آهار روزین- آلوم مساعد است البته هنگامی که غلظت بیش از حد پایین است (نزدیک صفر) بارگذاری منفی می شود و برای آهار روزین- آلوم نا مساعد است. همچنین به نظر می رسد یک نسبت بهینه آلوم به روزین برای مخلوط آهار زنی روزین- آلوم وجود دارد [۲و۱].

فاین در اغلب موارد به معنی مواد سلولزی ریزی به کار می رود که به اندازه کافی برای عبور از توری ورقه ساز ماشین کاغد کوچک می باشند. فاینها موادی هستند که به قدری کوچک هستند که قادرند از یک الک با مش ۲۰۰ عبور کنند. وقتی کاغذ سازان در مورد فاینها صحبت می کنند ممکن است منظور آنها الیاف ریز یا همه مواد جامد ریزی باشد که در مخلوط خمیر کاغذ وجود دارد و می تواند از توری ورقه ساز ماشین کاغذ عبور کند. ولی بعضی از کاغذ سازان و پژوهشگران ذراتی چون پرکننده ها مثل خاک رس و کربنات

کلسیم و دیگر مواد سوسپانسیونی را هم جزو فاینها رده بندی می کنند. آنچه در این تحقیق مورد نظر است الیاف ریزی است که می توانند از الک با مش ۲۰۰ و یا از توری ورقه ماشین کاغذ عبور کند. فاینها دو دسته اند: فاینهای اولیه و فاینهای ثانویه. فاینهای اولیه شامل سلول های پارانشیمی و سلولهای ریزی هستند که در چوب وجود دارند، این نوع فاینها سبب حجیم شدن و کدر شدن ورقه کاغذ می شود. فاینهای ثانویه در اثر پالایش خمیر کاغذ تولید می‌شوند که بیشتر در اثر ورقه ورقه شدن لایه های خارجی الیاف ایجاد می‌گردند.

این نوع فاینها نرم، بلند و باریک هستند و برای تشکیل پیوند داخلی بین الیاف مناسب می باشند. مطالعات نشان داده که فاینها در مقایسه با الیاف معمولی دارای ۳ تا ۵ برابر سطح ویژه بیشتری هستند و به طور کلی هر دو نوع فاینها سبب کند شدن فرآیند آبگیری در کاغذ می شوند.

بطور کلی فاینها باعث افزایش ماتی می شوند و خواص مقاومتی کاغذ را بهبود می بخشند [۳]. از جمله اثرات فاینها می توان به تأثیر آنها در رنگبری [۵و۴]، نگهداری الیاف روی توری، بارهای الکتریکی خمیر کاغذ، واکشیدگی و همکشیدگی الیاف و غیره اشاره کرد البته مقدار و میزان سطح ویژه فاینها در خمیر های مختلف اثرات گوناگونی خواهد داشت.

در این تحقیق تأثیر فاینهای خمیر CMP و خمیر بروک بر آهارزنی داخلی کاغذ چاپ مورد بررسی قرار می گیرد. به هر حال تنها مقالات کمی در مورد این فرآیند یعنی تأثیر فاینها بر آهارزنی بحث می کنند و مطالب منتشر شده در این مورد کمیاب است.

Li و همکارانش [۶] به بررسی فاینهای خمیر BCTMP (Bleached Chemi Thermo Mechanical Pulp) و اثرات آنها بر بازده آهارزنی پرداختند. آنها با استفاده از دو روش تصویر برداری SEM و XPS تفاوت های فاین BCTMP و خمیر BKP (Bleached Kraft Pulp) را بررسی کردند و دریافتند که فاینهای خمیر BCTMP سطح ویژه بزرگتر و بار منفی بیشتری از فاینهای خمیر BKP دارند و همچنین بطور مؤثری کارآیی رزین استر و AKD را کاهش می دهند.

ولی بطور کلی در این تحقیق مشخص شد که اثرات منفی این دو نوع فاین با هم مشابه هستند. وجود فاین خمیر BCTMP ماندگاری آنها را افزایش می دهد اگر چه شدیداً درجه آهارزنی در کاغذ های دست ساز را در هر دوی آهارزنی AKD و رزین استر کاهش می دهد. نتایج نشان می دهند که وجود فاینها سبب دسترسی کمتر الیاف به آهار می شود و تحت شرایط مشابه خمیر BCTMP درجه آهارزنی بیشتری نسبت به خمیر BKP دارد و مخصوصاً الیاف بدون فاین BCTMP نسبت به الیاف بدون فاین خمیر BKP راحت تر آهارزنی می‌شوند.

مواد و روشها
مواد
آهار روزین، آلوم از مجتمع چوب و کاغذ مازندران تهیه گردید که تولید داخل کشور بودند. خمیر CMP سفید سازی نشده از خط تولید کاغذ روزنامه مجتمع چوب و کاغذ مازندران تهیه شد و در آزمایشگاه سفید سازی گردید. کاغذ چاپ آماده که در مجتمع چوب و کاغذ مازندران تولید شده بود در آزمایشگاه تبدیل به خمیر بروک شد.

آماده سازی ورقه های دست ساز
برای آماده سازی ورقه های دست ساز، کا درجه روانی خمیر ها را تعیین کردیم سپس ذرات فاین برای هر دو خمیر CMP و بروک جداسازی گردید. برای این کار از الک ۲۰۰ و الک ۳۲۵ استفاده شد. الک ۲۰۰ در بالا و الک ۳۲۵ در پایین آن قرار گرفت. مقدار ثابتی از خمیر روی الک ۲۰۰ قرار داده شد و با جت آب شستشو گردید بعد از زمان ۲۰ دقیقه الیافی که روی الک ۲۰۰ وجود داشت به عنوان جزء الیاف بلند خمیر و الیافی که روی الک ۳۲۵ وجود داشت بعنوان فاین محسوب شد. این عمل برای هر دو خمیر CMP و خمیر بروک آن انجام شد

با این تفاوت که فقط فاین های خمیر بروک مورد نیاز بود و از جزء الیاف بلند خمیر بروک صرفنظر شد. پس از جداسازی الیاف بلند از ذرات فاین، انواع خمیر ها عبارت بودند از جزء الیاف بلند خمیر CMP، فاین CMP و فاین بروک. به منظور پی بردن به اثرات ذرات فاین خمیر CMP و خمیر بروک بر آهارزنی داخلی کاغذ چاپ، درصدهای مختلفی از ذرات فاین خمیر CMP و خمیر بروک و جزء الیاف بلند خمیر CMP را با هم مخلوط کردیم. جدول I درصدهای فاین CMP و فاین بروک و جزء الیاف بلند خمیر CMP مخلوط شده را نشان می دهد.

جدولI. در صدهای فاین CMP و فاین بروک و جزء الیاف بلند خمیر CMP.

برای افزودن مخلوط آهارزنی، خمیر تا درصد خشکی ۴% رقیق گردید. بعد از رقیق سازی خمیر، PH خمیر با استفاده از PH سنج اندازه گیری شد و در ۷=PH تنظیم گردید. چون PH خمیرها در هنگام اندازه گیری پایین تر از ۷ بود برای رسیدن به ۷=PH از NaoH با غلظت ۳% استفاده گردید. مواد شیمیایی بصورت پیش مخلوط شده در دوغاب خمیر اضافه شدند. از آنجایی که در این تحقیق از روش پیش مخلوط کردن استفاده گردید نسبتهای روزین: آلوم بصورت ۱:۱، ۱: ۵/۱ و ۲:۱ در نظر گرفته شده و با هم مخلوط گردیدند.

میزان روزین استفاده شده ۱% وزن خشک الیاف بود (gr15×۱%). غلظت محلول Premixing با استفاده از آب به ۳/۰% رسید. پس از آماده سازی محلولهای Premixing (مخلوط آهارزنی)، آنها به خمیر‌ها، با درصد خشکی ۴% افزوده شدند و به مدت ۳۰ ثانیه خمیر ها هم زده شدند. به دنبال آن دوغاب خمیر تا ۳/۰ درصد برای تشکیل ورقه رقیق شد. کاغذهای دست ساز طبق استادارد TAPPI به شماره ۸-۲۰۵ om ساخته شدند.

ورقه ها با استفاده از یک دستگاه ورقه ساز از شرکت Lab Tech تشکیل شدند. سپس با استفاده از یک دستگاه پرس از شرکت Lab Tech در فشار PSI 50 در دو مرحله پرس شدند و در شرایط استاندارد به مدت حدود ۲۴ ساعت بر روی حلقه خشک کن خشک شدند. پس از خشک شدن، کاغذهای دست ساز آماده انجام آزمون Cobb شدند.

روش های آنالیزی
PH دوغاب خمیر ۴% قبل از افزودن مواد شیمیایی با استفاده از PH سنج مدل HI8915 از شرکت Hanna تعیین شد. میزان Cobb طبق استاندارد TAPPI به شماره ۹۰- T441-om تعیین شد. برای اندازه گیری طول الیاف و گرفتن تصویر آنها از دستگاه Image Analyzer استفاده گردید. طول الیاف هر کدام از خمیرها بطور تصادفی اندازه گیری شد. میانگین طول الیاف بلند خمیر CMP، فاین CMP و فاین بروک به ترتیب ۰۲/۹۷۹ ، ۷۹/ ۱۷۷ و ۳۳/۲۲۰ بودند. شکل ۱ میانگین طول الیاف اندازه گیری شده را نشان می دهد. شکل های ۲-۴ تصاویر الیاف را نشان می دهد.

شکل ۱٫ میانگین طول الیاف یلند خمیر CMP، فاینهای خمیر CMP و فاینهای خمیر بروک

شکل ۳ تصویر فاینهای خمیر بروک شکل ۲٫ تصویر فاینهای خمیر CMP

شکل ۴٫ تصویر الیاف بلند خمیر CMP

نتایج و بحث
میزان Cobb (میزان جذب آب)
فرآیند پیش مخلوط کردن برای آهارزنی روزین و آلوم بسیار کارآمد و مفید بود. جدولII نشان می‌دهد که میزان Cobb (میزان جذب آب) توسط روش آهارزنی Premixing بطور چشمگیری کاهش می یابد.