كاربرد نشاسته در صنايع كاغذ و كارتن سازی
كاربرد نشاسته در صنايع مختلف بسيار گسترده است، ليكن در صنايع بسته‌بندی سلولزی می تواند به‌عنوان اندود، آهار و يا چسب محدود شود. در اين صنايع، كيفيت مناسب چاپ، پايين بودن ميزان جذب آب، مناسب‌بودن چسبندگي لايه‌ها و زيست‌تخريب‌پذير بودن چسب مصرفی، نشاسته را در جايگاه رفيعی به‌عنوان يكی از مواد اوليه‌ی مناسب قرار داده است
نشاسته ويژگی های ارزشمندی از جمله زيست تخريب‌پذير بودن، فراوانی، آلودگی كم برای محيط زيست، قيمت ارزان و ويژگی های ديگری مانند قدرت چسبندگی و توانايی تشكيل فيلم را داراست. در صنايع كاغذسازی، نشاسته كاربردهای گسترده‌ای دارد كه شامل موارد زیر میشود:
– آهار كاغذ،
– اندود كاغذ،
– چسب.
در صنايع بسته‌بندی عمدتاً نشاسته در چسب‌های مورد استفاده در مقوای كنگره‌ای، ساك‌های كاغذی و روكش كردن بسته‌بندی‌ها كاربرد دارد.
چسب‌های نشاستهی مورد استفاده در نخستين ماشين‌های كنگره‌كننده شامل نشاسته‌ها و آردهای كاملاً پخته‌شده بودند كه در اين‌صورت كل مواد جامد چسب‌ها 6 تا 8 درصد مي‌شد. استفاده از مواد جامد بيشتر به‌دليل ايجاد گرانروی بيشتر، امكان‌پذير نبود. در اين سيستم ها به‌دليل مقدار زياد آب، سرعت عملياتی خيلی پايين بود.
در اوايل دهه‌ي 1900 از سيليكات سديم در چسب استفاده می شد. در اين‌صورت گرانروی چسب با تبخير يا جذب آب افزايش می‌يافت و با استفاده از اين چسب‌ها، سرعت ماشين نسبت به گذشته نيز افزايش يافت. معايب استفاده از اين چسب‌ها، اين بود كه سيليكات خشك بسيار سخت و ساينده است و منجر به سايندگی تجهيزات مي‌شود. همچنين مقواي ساخته‌شده با اين چسب بسيار سنگين بود كه منجر به تشكيل پيوندهاي شكننده مي‌شد.
در سال 1935، شركت استين‌هال فرآيند جديدي را جهت ساخت چسب نشاسته ارائه داد. اين شركت از نشاسته‌ي خام به‌صورت مخلوط‌شده با آب استفاده مي‌كرد. اين گرانول‌هاي نشاسته‌ي خام به‌صورت معلق در سيال داراي نشاسته‌ي متورم‌شده با مواد شيميايي حضور داشتند. در اين روش، گرانروي چسب مناسب شده و نشاسته‌ي خام در لوله‌ها و مخازن ذخيره، ته‌نشين نمي‌شود. در ماشين چسب‌زني با اعمال حرارت به خط چسب، نشاسته‌ي خام ژله‌اي شده و گرانروي افزايش مي‌يابد و تشكيل پيوند مي‌دهد. اين روش اقتصادي‌تر و سرعت عملياتي آن بالاتر است.
امروزه در اغلب كارخانجات از چسب نشاسته‌ي اصلاح‌نشده به همان روش قديمي استفاده مي‌شود كه مشكلات عديده‌اي را به همراه دارد. تلاش‌هاي زيادي جهت رفع اين كاستی ها صورت گرفته است. جيس فلت و همكارانش (1996)، ساخت چسب مقواي كنگره‌اي با تركيب الياف گياهي حل‌شده را مورد تحقيق قرار دادند.
تركيب چسب شامل پلي‌وينيل الكل، الياف حل‌شده و نشاسته است. الياف از منابع مختلفي مثل چوب و محصولات كشاورزي بوده و الياف گياهي ذرت ترجيح داده مي‌شود. اين چسب‌ها مقاومت به آب و مقاومت پيوند و چسبندگي بهتري را براي چسب مقواي كنگره‌اي به روش‌هاي حامل و بدون حامل فراهم مي‌آورند.
راجر گراهام و همكارانش (1998)، تركيبات چسب نشاسته – سيليكات را براي مقواي كنگره‌اي مورد استفاده قرار دادند. چسبهاي نشاسته‌ي ساخته‌شده به اين‌صورت داراي مواد جامد بالاتري نسبت به چسبهاي نشاسته‌ي سنتي هستند كه مزايايي از جمله صرفه‌جويي در مصرف انرژي، پيچيدگي كمتر مقواي چسب‌خورده، سرعت بيشتر ماشين و افت كمتر مقاومت مقواي لاينر و لايه‌ي كنگره‌اي را در بر دارد.
در اين تحقيق خواصي مثل گرانروی، ويژگی های رئولوژيكی در يك دمای ژله‌ای به‌خصوص و سرعت تشكيل پيوندهاي موقتي، كنترل‌شده و مطابق با ماشين‌هاي جديد با سرعت بالا تنظيم مي‌شود. سيليكات قليايي، ارزان و مقاوم به آتش و آفت و قابل بازيافت است.
ايمن گو و همكارانش (2002)، ويژگيهاي چسبندگي و قدرت پيوند بين كاغذ-كاغذ، كاغذ-پلاستيك، كاغذ-شيشه و كاغذ-فلز در چسبهاي حاصل از نشاسته‌های يم، تاپيوكا، ذرت، سيب‌زمينی و برنج را مورد تحقيق قرار دادند و دريافتند كه هيچ‌كدام از نشاسته‌ها چسبندگي خوبي را براي كاغذ-شيشه و كاغذ-فلز نداشتند ولي همه‌ي آن‌ها چسبندگی خوبیي را براي كاغذ-كاغذ و كاغذ-پلاستيك داشتند. نشاستههاي حاصل از يم، تاپيوكا، ذرت و سيب‌زميني اصلاح‌شده با اسيد و حرارت زياد، چسبندگي و قدرت پيوند بالايي را براي كاغذ-كاغذ و كاغذ-شيشه فراهم آوردند. اين اصلاح ميانگين عددي جرم مولي اين نشاسته را كاهش مي‌دهد.
تأكيد مي‌گردد در اين پژوهش، نگاه كلي به استفاده از نشاسته در صنايع كاغذسازي و بسته‌بندي است و مشكلات موجود در صنعت بسته‌بندی در خصوص چسب نشاسته بيان شده و راه‌كارهايي در راستاي اصلاح نشاسته و چسب نشاسته آورده شده است.
آهاردهی كاغذ
در صنايع كاغذسازي هرساله مقدار زيادي از اين نوع نشاسته هم به‌عنوان اندود و هم به‌عنوان آهار مورد استفاده قرار مي‌گيرد. در اين صنعت نشاسته از پايانه ترتاپرس آهار كاربرد دارد. در مجموع دليل استفاده از نشاسته، كاهش هزينه‌‌هاي توليد و بهبود ويژگيهاي محصول است.
در گذشته، جهت آهاردهی ورق از ميان حوضچه دوغاب، نشاسته عبور داده شده و سپس از ميان دو غلتك بزرگ می‌گذشت. مقدار نشاسته‌ي منتقل‌شده به كاغذ از طريق پرس آهار به چند عامل بستگي دارد:
– غلظت دوغاب نشاسته در پرس آهار، گرانروي دوغاب نشاسته،
– ابعاد غلتك‌های پرس آهار،
– ارتفاع حوضچه‌ی پرس آهار،
– سختي لايه‌ی پوششی غلتك‌های پرس آهار،
– فشار نقطه‌ی تماس و آب موجود در ورق.
مشكلات عملياتی به‌دليل انتقال زياد آب به كاغذ طی آهاردهی و همچنين ناپايداری حوضچه منجر به گسترش پرس‌های آهار سنجشی شد. در اين پرس آهار نشاستهی بين دو غلتك ريخته شده و مازاد آن از لبه‌ها جمع‌آوری میشود.
عمليات آهاردهی سطح كاغذ، عمدتاً به‌منظور مقاوم‌ساختن كاغذ در برابر نفوذ آب و محلول‌هاي آبي انجام مي‌شود. با اين عمليات، ساير ويژگی های سطح كاغذ نيز بهبود می‌يابد و خواص فيزيكی آن بهتر مي‌شود.
روش‌های مهم آهاردهی مورد استفاده در كاغذهای عبارت‌اند از:
– آهاردهي دروني،
– آهاردهي سطحي.
براي آهاردهي دروني از مواد شيميايي مختلفي استفاده مي‌شود تا سرعت نفوذ آب از طريق زاويه‌ي تماس كاهش يابد. براي آهار سطحي معمولاً از ذرات نشاسته استفاده مي‌شود تا نقاط خالي و حفره‌‌هاي روي كاغذ را پر كند. با انجام اين عمليات از شعاع اين حفره‌ها كاسته شده و در نتيجه سرعت نفوذ آب در كاغذها كم مي‌شود.
در صنعت كاغذ، حجم زيادي از نشاسته براي آهار سطحي كاغذ بهكار مي‌رود. آهاردهي سطحي عمليات مهمي است كه در آن كاغذ از ميان محلول آهار عبور داده شده و سپس از ميان غلتك آهار عبور مي‌كند. اين غلتك‌ها آهار را روي كاغذ پرس كرده و مازاد آن را از سطح كاغذ خارج مي‌كنند. هدف اصلي اين عمليات بهبود ويژگيهاي سطحي جهت دست‌يابي به خواص چاپ و تحرير بهتر مي‌باشد.
غلظت نشاسته در محلول آهار مي‌تواند از 2 تا 15 درصد بسته به نوع پرس آهار موجود در ماشين و نيازمندي‌هاي محصول نهايي باشد. نشاسته‌ي پخته‌شده‌ي اصلاح‌نشده، گرانروي بسيار بالايي براي اغلب عمليات آهار دراد. بنابراين معمولاً از گرانروي نشاسته بايد كاسته شود. اين عمليات در كارخانه‌ي كاغذ هم با تبديل آنزيمي و هم با تبديل شيميايي – حرارتي انجام مي‌گيرد. به‌هرحال، نشاستههاي دپليمريزه‌شده تمايل به تخريب دارند كه اين تمايل منجر به كاهش كارايي آهار مي‌شود.
بهبود ويژگی های نشاستهی مورد استفاده در آهار
نشاسته‌های اصلاح‌شده يا پيش‌تبديل‌شده می‌توانند در اين عمليات مفيد باشند. نشاستهی اكسيدشده يكی از متداول‌ترين نشاسته‌ها جهت استفاده در آهار سطحی است. دليل اين امر، خواص خوب تشكيل فيلم و تمايل كم به تخريب مي‌باشد. در بازيافت كاغذ، نشاستهی اكسيدشده كه داراي بار منفي است می‌تواند به‌عنوان پراكنده‌ساز عمل كند و در از بين بردن فيلر و خود نشاسته در پساب كه باعث آلودگی می‌شوند، همكاری كند.
استفاده از نشاستهی كاتيونی نيز به‌شدت در حال افزايش است و دليل اين امر، كاهش مشكلات زيست‌محيطی جهت كاهش مواد معلق و اكسيژن‌خواهي در پساب حاصل از كارخانجات است. نشاستههاي كاتيوني براي همه‌ي درجات كاغذ و مقوا مورد استفاده قرار می‌گيرند و مقاومت كاغذ را بهبود بخشيده و در كاهش اكسيژن‌خواهی زيستی و افزايش شفافيت نقش دارند. نشاسته‌های آنيونی توسط كربوكسی متيله‌كردن نشاستهی ذرت به‌دست می‌آيند و باعث بهبود مقاومت فيلم و مقاومت به كنده‌شدن الياف از سطح و ماتي مي‌شوند.
اندودكردن كاغذ
نشاستهی اتصال‌‌دهنده‌ی اصلی برای اندود كاغذ نيز است كه به‌صورت يك اتصال‌دهنده ی منحصربه‌فرد به‌صورت تركيب‌شده با اتصال‌‌دهنده‌های سنتزی مختلف موجود است. نشاسته‌هايی كه برای استفاده در اندود بهكار می‌روند بايد وزن مولكولی مشخصی داشته باشند تا خواص رئولوژيكی مورد نياز برای انتشار يكنواخت اندود و كنترل ماندگاری آب در سرعت‌های عملياتی بالا را به‌دست آورند.
فناوري رو به پيشرفت چاپ و بسته‌بندي، نياز به بهبود سطح كاغذ را دوچندان كرده است. براي پاسخ‌گويي به اين نياز‌ها سطح كاغذها را با تركيبات شيميايي مختلفي اندود مي‌كنند تا سفيدي، صافي، رنگ و درخشش آن بهبود يابد.
فرآيند‌های اندودسازی
فرآيند‌های اندودسازی را معمولاً به دو دسته اندودسازی رنگ‌دانه‌ای و اندودسازی عاملی تقسيم می كنند.
گرچه استعمال محلول نشاسته نيز درواقع نوعي اندودسازی عاملی است، اما در عرف اين عمل را آهاردهی تلقی می كنند نه اندودسازی.
انواع مختلفی از اتصال‌دهنده‌ها برای اتصال ذرات رنگ‌دانه به سطح كاغذ بهكار می‌رود كه عبارت‌اند از:
– نشاسته‌ها،
– پروتئين‌ها،
– مواد سنتزی.
نشاسته‌ها جهت اتصال ذرات رنگ‌دانه به يك‌ديگر و به كاغذ بهكار مي‌روند. همان‌طور كه در بالا توضيح داده شد. به‌عنوان اتصال‌دهنده‌ي اندود نيز مورد استفاده قرار مي‌گيرند. نشاسته‌ي مورد استفاده در اندود نياز به گرانروي كمتري نسبت به ديگر نشاستههاي موجود در صنعت كاغذ دارد و دليل اين امر، نياز به مقادير زياد نشاسته در تركيب اندود جهت فراهم‌آوردن اتصال قوي براي رنگ‌دانه‌‌ها است. دليل ديگر آن اين است كه نشاسته بايد تا سطح مشخصي و به‌صورت فيلم يكنواخت روي سطح كاغذ قرار گيرد.
ادامه دارد…
نویسندگان: نگين نيك‌بين – سعيد مهدوی
تقویم
