آب گريز كردن كاغذ با استفاده از تركيبات ارگانوسيلان و نانوذرات دي اكسيد تيتانيوم با روش لايه به لايه

Hydrophobization of Paper Using Organosilane and Titanium Dioxide Nanoparticles with Layer by Layer Method

استفاده از كاغذ‌‌ به‌عنوان ماده بسته‌بندی و توسعه برنامه‌های كاربردی تكنولوژیكی بر‌روی بسترهای كاغذی تا حد زیادی به كنترل خواص آب‌دوستی الیاف سلولزی و بهبود خواص دفع آب آن بستگی دارد. لذا تحقیق حاضر با هدف توسعه سطوح آب‌گریز در الیاف ‌سلولزی با روش لایه به لایه و با حفظ و بهبود همزمان خواص‌فیزیكی شبكه كاغذ انجام شد. لایه‌نشانی توسط نانوذرات دی‌اكسیدتیتانیوم و پلی‌آكریلیك‌اسید به ترتیب به عنوان لایه كاتیونی و آنیونی به تعداد 3،5 و 7 لایه و با استفاده از زایكوسیل و فلوئوروآلكیل‌سیلان در آخرین لایه روی الیاف خمیركاغذ رنگبری‌نشده كرافت پهن-برگان انجام شد. سپس با استفاده از این الیاف سلولزی اصلاح‌شده كاغذهای دست‌ساز ساخته شد. ویژگی‌های زبری و زاویه تماس به منظور ارزیابی اثرات آب‌گریزی لایه‌ها اندازه‌گیری شدند. نتایج نشان داد كه میزان زبری با افزایش تعداد لایه‌ها افزایش یافته است. زاویه تماس آنی نیز با افزایش تعداد لایه‌های جذب‌شده افزایش یافته است و در لایه هفتم به مقدار تقریبی 110 درجه رسیده است. همچنین با افزایش لایه‌ها، زاویه تماس دینامیكی نیز با تاخیر بیشتر دچار افت شد. استفاده از فلوئورو‌سیلان به عنوان لایه هشتم در مقایسه با نانو زایكوسیل تاثیر بیشتری در كاهش انرژی سطحی نشان داد. زاویه‌تماس آنی كاغذ تیمار شده با نانو زایكوسیل حدود 125 درجه اندازه‌گیری شد كه بعد از گذشت تنها 30 ثانیه این مقدار با یك افت چشمگیر به 48 درجه رسید. با این وجود كاغذ اصلاح شده با فلوئوروسیلان در همین مدت‌زمان زاویه-تماس 140 درجه را نشان داد. علاوه بر این، تصاویر میكروسكوپ الكترونی (SEM)تهیه‌شده از سطح كاغذ وجود نانوذرات دی‌اكسیدتیتانیوم را در سطح الیاف ثابت كرد.

Utilization of paper as packaging material and developing applied technological program on paper-based substrate are drastically dependent to control of cellulosic fiber hydrophilicity and to enhancement of its hydrophobic properties. Then this work carried out with the aim of developing hydrophobic surface on cellulosic fiber with layer by layer (LBL) method while keeping and enhancing the properties of paper network. The deposition was implemented by titanium dioxide nanoparticles and poly acrylic acid as cationic and anionic layer respectively on the fibers of unbleached hardwood Kraft pulp and using Zycosil and fluoroalkyl silane on the last layer. The hand-sheets were then made by this modified fiber. The contact angle and roughness were measured to evaluate the effect of layers on hydrophobicity. The results indicated that roughness increased with the number of layers. The instant contact angle was also increased with the number of layers and reached approximately to 110 degree at 7th layer. The dynamic contact angles dropped more lately with increasing the number of layers. The fluorosilane deposition as 8th layer in comparison with Zycosil showed more effect on surface energy reduction. The instant contact angle of Zycosil treated paper was measured 125 degree which dropped significantly to 48 degree after 30 seconds. However, fluorosilane modified paper exhibited contact angle of 140 degree at the same time. In addition, the presence of titanium dioxide nanoparticles on the surface of fiber was demonstrated by scanning electron microscopy (SEM) of paper surface.