تأثیر استفاده از نشاسته و نانوسلولز اصلاح شده با سرسین بر ویژگی های کاغذ حاصل از مقوای کنگره ای کهنه (OCC)

سابقه و هدف: افزودن برخی مواد شیمیایی و همین‌طور برخی اصلاحات (Modify) اجزای تشکیل‌دهنده کاغذ (سلولز و مواد شیمیایی افزودنی) عاملی مهم برای تغییر یا تقویت پیوندهای بین‌مولکولی کاغذ می‌شود، به‌نحوی‌که عامل بروز ویژگی‌هایی می‌گردد که کاربردهای متنوع و خاصی را برای ترکیبات سلولزی فراهم می­کند. بیشتر افزودنی‌های مقاومتی عمدتاً بر تشکیل پیوندهای هیدروژنی متعدد برای حفظ و اثربخشی خود متکی هستند. سرسین ابریشم ماکرومولکولی طبیعی است و به‌دلیل یک پروتئین «چسب مانند» شناخته می‌شود. سرسین ماده‌ای آبدوست است که سازگاری عالی با سایر بیوپلیمرهای آبدوست مانند نشاسته، پلی وینیل الکل (PVA) و آلژینات دارد. با توجه به تطبیق‌پذیری و خواص برجسته سرسین، به‌طور گسترده‌ای برای تولید اسفنج‌ها، فیلم‌ها و هیدروژل‌ها (Hydrogel) برای استفاده بیشتر در کاربردهای مختلف زیست پزشکی بکار می­رود. جایگزینی مواد زیست‌تخریب‌پذیر به‌جای منابع جنگلی در صنایع کاغذسازی اهمیت زیادی دارد. با وجود استفاده گسترده از خمیر بازیافتی، کاهش مقاومت مکانیکی این مواد به دلیل تکرار چرخه‌های بازیافت، چالشی جدی به‌شمار می‌آید. این پژوهش باهدف اصلاح نشاسته و نانوسلولز با سرسین با خواص پلیمری برای ایجاد خواص تقویتی و برخی خواص جدید و بررسی آن، بر بهبود ویژگی‌های کاغذ ساخته‌شده از مقوای کنگره‌ای کهنه (OCC) انجام شد. مواد و روش‌ها: در این پژوهش از سرسین، نانوسلولز و نشاسته استفاده شده است. در شرایط آزمایشگاهی هیدروژل نانوسلولز حاوی سرسین تهیه شده است. نانوسلولز و نشاسته با اپی‌کلروهیدرین (ECH) با واکنش گروه‌های هیدروکسیل آن با گروه اپوکسی (ECH) عامل‌دار شده‌ است. نانوسلولز و نشاسته عامل‌دار شده با اپوکسید با این گروه‌ها روی سرسین ابریشم که حاوی اسیدهای آمینه مختلف با گروه‌های جانبی فعال مانند گروه‌های آمین، کربوکسیل و هیدروکسیل کنش می‌دهد و یک پیوند کووالانسی و یا هیدروژنی ایجاد می‌کند. با پیوند بین گروه‌های آمینی و آمیدی سرسین و گروه‌های هیدروکسی نانوسلولز و نشاسته، پیوندهای هیدروژنی تشکیل شده و کامپوزیت نهایی ایجاد می‌شود. نشاسته و نانوسلولز با استفاده از سرسین اصلاح شدند و با استفاده از تجهیزات آنالیز دستگاهی مانند FT-IR و دیگر دستگاه‌های مشابه به وجود آمدن ترکیب جدید نشاسته – سرسین و نانوسلولز- سرسین تأیید شده است و در نسبت‌های مختلف (20/70، 30/70، 40/70 و 50/70) به خمیرکاغذ بازیافتی اضافه شدند (70 نسبت خمیربازیافتی). کاغذهای دست‌ساز با گرماژ g/m² 60 تهیه گردید. ویژگی‌های مکانیکی مانند شاخص مقاومت به کشش، طول پارگی، شاخص مقاومت به ترکیدگی، شاخص مقاومت به پارگی و درجه روانی با استفاده از استانداردهای مرتبط بررسی شد. نتایج: افزودن نشاسته و نانوسلولز اصلاح‌شده با سرسین به‌طور معناداری موجب بهبود شاخص مقاومت به کشش، ترکیدگی و پارگی کاغذ شد. بیشترین بهبود با نسبت 20/70 نشاسته اصلاح‌شده مشاهده گردید. افزودن این مواد به خمیرکاغذ، تأثیر مثبتی بر این ویژگی‌ها داشته است. ازآنجاکه افزودن این مواد تغییری در مقاومت ذاتی الیاف ایجاد نمی‌کند، تغییرات مشاهده‌شده در مقاومت کششی کاغذ احتمالاً ناشی از افزایش یا کاهش پیوند بین الیاف است، این افزایش می‌تواند به دلیل نفوذ مواد اعمال‌شده در فضای بین الیاف باشد. در مقابل، افزایش غلظت سرسین در ترکیبات، در برخی نسبت‌ها موجب کاهش جزئی این ویژگی‌ها شد. شاخص مقاومت به پاره شدن از ویژگی­های مهم در ارزیابی­های کاغذ است. این شاخص عموماً تحت تأثیر عوامل متعددی از قبیل میانگین طول الیاف، مقاومت ذاتی الیاف، میزان پیوند بین الیاف و میزان جهت‌یافتگی الیاف است. در اینجا میزان پیوند بین الیاف و جهت‌یافتگی بیشترین تأثیر را می‌توانند داشته باشند. نانوسلولز اصلاح‌شده با سرسین مقاومت به عبور هوا را افزایش داد و پراکندگی یکنواخت‌تری در ساختار کاغذ ایجاد کرده است، یعنی ­به‌طور غیر­مستقیم نشان­دهنده ساختار داخلی و کیفیت شکل­گیری کاغذ است؛ همین‌طور افزودن نشاسته و نانوسلولز اصلاح‌شده با سرسین باعث کاهش درجه روانی خمیر در نسبت‌های مختلف اشاره شده گردید. نتیجه‌گیری: نتایج نشان داد که نشاسته و نانوسلولز با سرسین پیوند داده است و اصلاح در ساختار این دو ماده به وجود آمده است و استفاده از نشاسته و نانوسلولز اصلاح‌شده با سرسین می‌تواند راهکاری مؤثر و زیست‌سازگار برای بهبود مقاومت مکانیکی کاغذ بازیافتی باشد. این روش نه‌تنها کیفیت کاغذ را بهبود می‌بخشد، بلکه گامی مهم در راستای توسعه پایدار و استفاده از مواد زیستی تجدیدپذیر به‌شمار می‌آید.