مقاله آهار زنی سطح کاغذ

دانلود مقاله آهار زنی سطح کاغذ – تحقیق و مقالات رشته صنایع چوب
آهار زنی سطح کاغذ J.ANDERSON
بهترین تعریف از آهاردهی سطح کاغذ، ایجاد مقاومت به جذب یا نفوذ سیالات بویژه آب در آن می باشد. از نظر کاربردی این تعریف به معنای ایجاد مقاومت از طریق بکارگیری مواد شیمیایی در سطح کاغذ یا مقوا پس ازتشکیل می باشد تا افزودن مواد شیمیایی به خمیر کاغذتر.درتکنولوژی مدرن آهار زنی سطحی علاوه بر آبگریزی باعث تثبیت خواص نیز میگردد .
پارامترهای کم اهمیت تری مانند چاپ پذیری، چسب پذیری و قابلیت گذر کاغذ ممکن است در بعضی کاربردها اهمیت بیشتری پیدا کنند. یک تعریف بهتر از ماده آهاردهی سطحی، اصلاح کننده سطحی یا بهبود دهنده سطحی است.
یکی از فاکتورهای شرکت داشته در درون ماشین کاغذ کاربرد سطحی مواد شیمیایی آهاردهی می باشد.
در بعضی از انواع کاغذ به لحاظ خصوصیات کاغذ کاربرد مواد شیمیایی در سطح کاغذ سخت یا غیر ممکن می باشد. تولید افزایشی از اندود کردن باعث تشویق برای آهاردهی سطحی شده که استفاده آن برای کنترل مایع گریزی اندود کردن می باشد. تأکید فراوان در بخشها و نیاز به تمیز کردن سیستم پایانه تر باعث ترقی آهاردهی سطحی مدرن شده است. یک تمیز کننده پایانه تر به کنترل بهتر فرآیند ساخت کاغذ اجازه می دهد و باعث صرفه جویی های مالی ذاتی و اساسی می شود. سطح بالای نیاز شیمیایی به اکسیژن ( COD ) در پساب کارخانه یک محرک قوی برای افزایش تیمار شیمیایی در سطح کاغذ فراهم می آورد در جاییکه بقاء و حفظ مواد بکار برده شده حدودت ۱۰۰ درصد می باشد.
حرکت بسوی تیمار سطحی بوسیله پیشرفتهای در کاربرد تجهیزات ممکن شده یا در نهایت تسریع شده است. این بحثها در فصل ۲ پوشش داده شده است.
اما فهمیدن تأثیر آنها در استفاده از مواد شیمیایی در سطح کاغذ مهم می باشد. نصب پرس آهاردهی سنجشی تنها برای تیمار سطح جایز نشده بلکه ظاهراً بدون کاهش سرعت ماشین کاغذ ساخته شده ولی همچنین به اینکه مواد شیمیایی به کاربرده شوند و در ورقه کاغذ تمام شده قرار گیرند، تغییر کرده است.
تعجب آور نیست، با افزایش فعالیت در سطح کاغذ و همچنین احیا و کوشش بوسیله تهیه کنندگان مواد شیمیایی کاغذ، مواد آهارزنی سطح با خواص ویژه وخصوصیات جابه جایی و نقل و انتقال خوب در پرس آهاردهی بیافرینند. این فصل توسعه مواد شیمیایی آهاردهی سطحی و موقعیت برجسته آنها در تکنولوژی ساخت کاغذ مدرن را تعقیب میکند.

مواد شیمیایی به کار برده شده در سطح
انواع مواد شیمیایی
ترکیب به کاربرده شده در پرس آهارزنی معمولاً شامل مخلوطی از مواد شیمیایی می باشد. این مواد بر اساس عملکردشان طبقه بندی می شوند.
• محیط انتقال دهنده
• مواد مقاوم کننده سطح
• موادشیمیایی خاص
• مواد آبگریز کننده یا آهار کننده سطح
معمولاٌ ماده مقاوم کننده سطح نشاسته می باشد. نشاسته فراوانترین ماده موجود در ترکیب است و محلول نشاسته بعنوان یک محیط انتقال دهنده یا حامل برای ماده آهارزنی سطحی عمل می کند. نشاسته ها در فصل ۴ بحث شده اند و در اینجا نیازی به بحث مفصل درباره آنها نیست. با وجود این باید به نوع، ویسکوزینه، دما و PH نشاسته اهمیت داده بشود و همه می تواند به میزان آهار سطحی به کار برده شده، به محلی که پایان می یابد در ورقه و نحوه انجام آن تأثیر بگذارد. منابع مهم نشاسته سیب زمینی، ذرت، گندم و ماده نشاسته ای گرفته شده از کازاوا هستند که یک منبع مهم در مناطق گرمسیری جهان است، نشاسته معمولاً یک فراورده جانبی است و خالصی آن به تعدادی از فاکتورها مثل سیاست کشاورزی و فرآیند استخراج وابسته است. اخیراً در اروپا یک کاهش در موجودیت و فراهم بودن نشاسته سیب زمینی وجود داشته و نشاسته ذرت بیشتر استفاده شده است. به هر حال نشاسته گندم یک مرجع ارزان پیشنهاد می شود ولی مقداری پروتئین ناپاک و ناخالص دارد که می تواند به ویژگیهای کفزایی و کنترل ویسکوزیته تأثیر بگذارد.
قبل از استفاده نشاسته طبیعی در پرس آهاردهی بایستی ویژگیهای ویسکوزیته محلول نشاسته تغییر و اصلاح شود. نشاسته ممکن است از پیش تبدیل شود و بوسیله مهیا کننده نشاسته ولی بیشتر کارخانه ها ترجیح می دهند برای صرفه جویی در هزینه ها تبدیل را انجام دهند. تبدیل شامل شکستن پیوندها در نشاسته بزرگ است و می تواند بوسیله آنزیم، فرایند گرمایی مکانیکی یا گرمایی شیمیایی انجام می شود. تبدیل ممکن است پیوسته یا ناپیوسته باشد و انتخاب به هزینه، وسیکوزینه مواد جامد مورد نیاز وابسته خواهد بود. هر آنچه به عنوان نشاسته و فرایند تبدیل انتخاب می شود برای برقراری سازگاری خواص محلول نشاسته پرس آهاردهی برای کاربرد مناسب آهارسطحی مهم است.
نشاسته ها ممکن است همچنین بصورت شیمیایی و بوسیله واکنش گروههایی شیمیایی دیگر برای تبدیل مولکول نشاسته اصلاح بشوند مهمترین نشاسته های مشتق شده رایج اتیل دار شده، استیل دار شده، اکسید شده ، یا در گروههای کاتیونی اضافه شده هستند. نشاسته های استیل شده خواص تشکیل لایه نازک خوب مخصوصی به نشاسته می دهندپیشرفت نشاسته های کاتیونی که آنها پیوندهای یونی با فیبرهای آنیونی و پرکننده ها ( با بار منفی) تشکیل می دهند.
فیبر در طول بازیافت خمیر باقی می مانند گزارش شده بود که در نهایت به ۵۰ درصد کاهش در نیاز بیوشیمیایی به اکسیژن ( BOD ) سبب می شود. تیمار شیمیایی نشاسته هزینه را افزایش می دهد چنانکه استفاده نشاسته های شیمایی اصلاح شده معمولا بوسیله ارزش اضافه شده به کاغذ، بهبود قابلیت گذر ماشین کاغذ یا کاهش تأثیر بارگذاری ها در آب برگشتی تصدیق می شود.
اگرچه نشاسته مهمترین ماده افزودنی رایج در پرس آهاردهی می باشد، آهارسطحی می تواند بدون نشاسته یا با یک عامل دیگر مثل پلی وینیل الکل، آلژیناتهای سدیم یا کربوکسی متیل سلولز باشد. این مواد انتخاب شده اند برای ویژگیهای لایه نازک خوب آنها که فیبرها را در سطح به هم پیوند می دهند و ساختار کاغذ را پر نگه می دارند. ویژگیهای مهم دیگر تأثیر ویسکوزیته اصلاح شده آنها ست که در برگیری مخلوط پرس آهارزنی مؤثر است.
آهار سطحی می تواند همچنین یک قسمت از مخلوط اندود کردن به کاربرده شود پس بطور مؤثر یک پیش برنده پوشش دهی می شود. این ممکن است یک راه مناسب برای اضافه کردن آهار درانواع مختلف باشد و محلی که پرس آهارزنی غیر مجزا وجود دارد. و آهار سطحی سازگار با مخلوط پوشش دهی فراهم شده است اما بطور کلی آهار هنگامیکه در این راه استفاده می شود بی تاثیر است. زیرا به پوشش دهی دراینحالت کمک می کند و برای تاثیر ویژگیهای سطحی در دسترس نیست. مواد شیمیایی خاص می توانند محدوده گسترش مواد شیمیایی را برای کاربردهای مخصوص، سازگار بکنند مثل رنگ کننده ها (فصل ۸) وعوامل روشن کننده فلورسنت ( FBAS )(فصل ۹) و مواد شیمیایی رمزدار.
آهارهای سطحی یا آبگریزکننده ها می توانند به دسته های زیر تقسیم شوند :
• تولیدات با پایه روزینی
• ( AKD ) دیمرهای آلکیل کتن
• مواد پلیمری مصنوعی
• و دیگر عوامل
مواد پلیمری مصنوعی مهمترین مواد در آهارزنی سطحی مدرن می باشند. آنها بطور خاص برای کاربرد در سطح توسعه یافته اند و توانایی تولید ویژگیهای تازه در ورقه را دارند.

کاربردهای آهارهای پایانه تر در سطح
پراکنده سازهای روزین کاتیونی (CAR) و AKD یا تولیدات بر پایه AKD آهارهای پایانه تر هستند که می توانند همچنین در سطح به کاربرده شوند. مکانیسم آهارزنی CAR در سطح شبیه به آهارزنی در پایانه تر می باشد. کلرید پلی آلومینیوم یا آلوم برای تشکیل لخته های کمپلکس رزینات آلومینیوم مورد نیاز است که روی سطح فیبرها ته نشست و رسوب می شوند. این لخته ها درخشک کن ها ذوب می شوند و با یونهای آلومینیوم واکنش بیشتری می دهند. هزینه امولسیونهای CAR در مقایسه با مواد پلیمری مصنوعی طرح شده خصوصا برای استفاده در سطح پایین تر است اما موانعی وجود دارند. روزین یک ماده چسبناکی است که باعث بالا رفتن تشکیل رسوب در پرس آهاردهی یا در خشک کن ها می شود. روزین کاتیونی همچنین اگر FBAS در فرمول پرس آهاردهی وجود داشته باشد نامطلوب است. آلوم برای واکنش روزین نیازداشته به یک اثر خاموش کننده روی FBA که برای افزایش سطح ضروری است. اگرچه CAR می تواند مثل یک آهار سطحی مفید فعال شود ویژگیهای سطحی آن محدود به دز مولکول رزین می شود و ممکن نیست درخور انجام نیازهای درجات بالای کاغذ خاص توانا باشد.
AKD همچنین می تواند به کاربرده شود در سطح کاغذ بخوبی پایانه تر اما افزایش سطحی آن محدود به جلوگیری از غبارزایی و لغزندگی می شود. مکانیسم آهارزنی توصیف شده به خوبی در نوشتجات و مستلزم واکنش AKD با سلولز است. برخلاف مواد پلیمری مصنوعی یا CAR، اثر آهارزنی کامل در بعد از خشک کن ها انجام نشده است. به هر حال هنگامیکه آن بهبود یابد یک درجه بالای آبگریزی به سطح می دهد. عامل آهار زنی سطح بوسیله موم طبیعی محدود شده است، آن قابلیت هیدرولیز در دماهای بالا را دارد و باعث به تأخیر انداخته شدن ویژگیهای بهبودی می شود. موم طبیعی یکنواخت که آبگریزی فراهم می کند همچنین باعث کاهش ضریب اصطکاک سطح کاغذ می شود و همچنین می تواند سبب مشکلات لغزندگی نامطلوب در طول تبدیل و چاپ شود. هیدرولیز AKD سخت تر در کاربردهای سطحی ساخته شود زیرا آن به محلول نشاسته اضافه می شود. که در دماهای بالا برای جلوگیری از افت کیفیت محافظت می شود. این به ویسکوزیته نشاسته و پرس آهاردهی تأثیر می گذارد. هیدرولیز AKD خودش را مثل غبارزایی در سطح کاغذ آشکار می سازد، که یک اثر زیان آور روی فرایندهای چاپ زیادی دارد مثل چاپ افست و قابلیت گذر یک فتوکپی. به تأخیر انداختن بهبود می تواند مهاجرت چسب را همراه داشته باشد هنگامیکه آهارزنی سطحی با پوشش دهی پیوسته همراه باشد.

آهارهای سطحی با پلیمرهای مصنوعی
در تکنولوژی آهارزنی سطحی، مهمترین مواد آهاردهی، پلیمرهای مصنوعی هستند.
این مواد مخصوصا برای کاربرد در سطح توسعه یافته اند. آنها را می توان به سه دسته تقسیم کرد :
• پلیمرهای محلول قابل حل در آب بوسیله تشکیل نمک های آنیونی
• پلیمرهای امولسیون شامل یک پلیمر آبگریز و نامحلول در آب احاطه شده بوسیله یک کلوئید محافظت کننده.
• ریزپراکنده های پلی اورتان.
پلیمرهای محلول از تکنولوژی قدیمی گرفته می شوند که با ورود ساخت کاغذ قلیایی رایج شدند. آنها به طور گسترده تر در آمریکای شمالی و در اروپا برای برطرف کردن مشکلات لغزندگی و ناپایداری همراه با استفاده غلط AKD در پایانه تر است. آنها مرکب از سدیم، آمونیم یا مخلوط نمکهای کوپلیمرهای استیرن آنیدرید مالیک، استرهای آنیدرید مالیک یا اسید آکریلی هستند. استیرن ویژگیهای آبگریزی به پلیمر می دهد و قابلیت حل شدن در آب از پخش نمک آنیونی ترکیبات دیگر کوپلیمر درون محلول حاصل می شود. پلیمرها می توانند بوسیله تغییر استیرن اصلاح شوند : نسبت آنیدرید مالیک، وزن مولکولی پلیمر، نوع نمک قلیای تشکیل دهنده یا بوسیله نوع الکل و طول زنجیره استر ناشی شده. این پارامترها می توانند برای کنترل قابلیت حل شدن پلیمر و آبگریزی و توانایی تشکیل لایه نازک استفاده شوند، از این رو آنها یک اثر آهار دهی و تخلخل دارند.
در مقایسه با امولسیونهای اکریلی و ریزپراکنده های پلی اورتان، پلیمرهای محلول نا آبگریز هستند. به اضافه استفاده صابونهای پلیمری را در ماشین کاغذ محدود کرده اند. آنها کلا میزان زیادی کف تولید می کنند. که بایستی بوسیله اضافه کردن کف زدا چک بشوند. به هر حال انتخاب یک نوع کف زدا مهم است که تأثیر زیان آور روی ویژگیهای آهارزنی کوپلیمر نگذارد. کف در پرس آهاردهی و در تانک تغذیه تنها یک مشکل نیست به طوریکه به برگیری و پایداری انجام پرس آهاردهی تأثیر می گذارد.
عموما با پلیمرهای محلول نمک آنیونی، پلیمرهای امولسیونی معمولا مرکب از یک کوپلیمر استیرن به سیستم آهاردهی آبگریزی می آورد. بهبود آبگریزی امولسیون بیشتر اوقات است ولی نه همیشه، یک کوپلیمر استراستیرن آکریلی، و آهاردهی سطحی پلیمر امولسیون می تواند با آنیون یا کاتیون باشد. به هر حال آنها متفاوت از پلیمرهای محلول کار می کنند و ویژگیهای ماده فعال سطحی ندارند که باعث تولید سطح های بالای کف بشوند. پلیمرهای امولسیون گروه رایج مهم آهارهای سطحی در اروپا بوده اند و بطور افزایشی در آمریکای شمالی استفاده می شوند و بازارهای دیگر با اهداف بالا کاغذ تولید می کنند.
دسته دیگر پلیمرهای مصنوعی استفاده شده بعنوان آهار سطحی با شیمی پلی اورتان پایه ریزی می شود. این مواد ریز پراکنده هایی با ذرات آهار کوچکتر از nm 10 هستند. آنها پلیمرهایی با وزن مولکولی پایین هستند که به گروههای آبگریز وصل می شوند. تغییرات زیادی می تواند در شیمی سیستم شامل وظیفه و پخش گروههای آبگریز ساخته شود اما آنها ویژگیهای سطحی آبگریز بالایی می آفرینند. رفتار ریزپراکنده ها بیشتر شامل شبیه پلیمرهای محلول است تا امولسیون ها.

مواد شیمیایی خاص گوناگون
یک نمونه از مواد شیمیایی دیگر وجود دارند که در سطح به کاربرده میشوند. اینها در یک دسته ویژه مواد شیمیای جور در نمی آیند ولی شامل مواد شیمیایی مثل کربنات زیرکونیوم آمونیوم، ترکیبات فلوئوری هستند. استفاده این مواد محدود به کاربردهای خاص می شود.