تاثير اندودسازي سطحي كاغذ با نانو هيدروژل كايتوزان - اكريليك اسيد بر جذب آب، ويژگي هاي مقاومتي و نوري

The effect of surface coating by acrylic acid-chitosan Nano hydrogel on water uptake, strength and optical properties of paper

تامين همزمان ويژگي‌هاي متعارض در كاغذ از مهمترين مسائل كاغذسازان بوده كه مثلاً در كاغذهاي بهداشتي، تامين مقاومت مطلوب توام با جذب آب بالا، اهميت بسياري دارد. چرا كه افزايش پيونديابي منجر به كاهش دسترس‌پذيري گروه‌هاي آبدوست مي‌شود. بدين منظور از هيدروژل كه كاربرد روزافزوني در فراورده‌هاي حجيم سلولزي جاذب دارد، به‌عنوان اندود سطحي كاغذ و كاغذهاي آغشته‌شده با آب مقطر به‌عنوان شاهد استفاده‌گرديد. هيدروژل كايتوزان-اكريليك اسيد پس از تهيه، توسط همگن‌ساز فراصوت به ابعاد نانو تبديل و با ابزار پراكنش نور پويا، مقياس ذرات تائيد گرديد. تصاوير SEM و نتايج ضخامت، نشست نانو هيدروژل بر سطح كاغذ را تائيد نمود. جذب آب كاغذهاي اندودشده با 1، 1/5 و %2 نانوهيدروژل افزايش چشمگيري يافته و تا %50 بهبود را نسبت به كاغذ تيمار نشده نشان‌داد. شاخص هاي تركيدن و كششي خشك كاغذ همزمان با بهبود جذب آب افزايش‌يافته، ليكن شاخص پارگي بدون تغيير باقي‌ماند. افزايش پيونديابي بين ليفي ناشي از فراواني گروه‌هاي كربوكسيليك اسيد در اكريليك اسيد و نيز هيدروكسيلي و آميني در كايتوزان بوده و تشكيل فيلم نانوهيدروژل نيز به‌عنوان ساختاري مكمل و پيوسته با بستر سلولزي، منجر به بهبود مقاومت‌ها مي‌گردد. شاخص كششي تَر فقط در بالاترين سطح اندودسازي (%2) افزايش چشمگيري داشته و در سطوح پائين‌تر موفق نبوده‌است. ماتي، سفيدي و روشني كاغذهاي اندود شده تقريباً ثابت ولي زردي بواسطه ماهيت كايتوزان افزايش‌يافت. سفتي كاغذهاي اندود شده در مقايسه با اندود نشده افزايش ولي نسبت به نمونه‌هاي آب مقطر در تمامي سطوح كاهش داشته و به‌عبارتي منجر به افزايش نرمي شد. تيمار آبي كاغذها، منجر به كاهش ضخامت، شاخص‌هاي كششي و تركيدن و افزايش سفتي‌ شد.

Simultaneously providing different but paradox properties of paper products has been the utmost challenging issues of papermakers, e.g., reaching proper strength combined with high water absorbency in hygienic papers has been an issue. For example, higher fiber bonding results in lower accessibility to the hydrophilic functional group. Therefore, hydrogel has attained increasing importance in bulky cellulosic diapers. In this study, surface coating on paper was investigated and compared with distillated water saturated papers. The chitosan-acrylic acid (AA) hydrogel was converted to nanoparticles using ultrasonic homogenizer and Dynamic Light scattering (DLS) confirmed the dimension of Nano scaled particles. SEM images and paper caliper revealed the formation of Nano-hydrogel coating layer on paper. The water uptake of all papers coated with 1, 1.5 and 2% Nano-hydrogel increased significantly up to 50% compared to the untreated sample. Burst and dry tensile strengths were improved in a similar way as with water uptake, but tear strength was unchanged. Increased fiber bonding due to the presence of carboxylic acid in AA combined with hydroxyl and amine groups in chitosan, and the reinforcing effect of Nano hydrogel film formation on the cellulosic substrate resulted in strength improvement. Wet tensile strength of paper revealed remarkable increase at 2% coating application, but providing negligible enhancing effects at the lower dosages. Paper opacity, brightness and whiteness remained almost unchanged, but due to chitosan yellowish nature, the paper yellowness increased. The coated paper stiffness enhanced compared to untreated paper, but revealed lower stiffness than water saturated papers. The caliper, tensile and burst indices of water treated papers were reduced and stiffness increased.