| تعداد نشریات | 285 |
| تعداد نشریات سازمان | 83 |
| تعداد شمارهها | 3,094 |
| تعداد مقالات | 34,563 |
| تعداد مشاهده مقاله | 49,468,800 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 79,891,041 |
ارزیابی اثر پوشش با نانوگرافن، زئین-فلورین روی ویژگیهای فیزیکی و چاپپذیری کاغذ لاینر سفید کارخانه چوب و کاغذ مازندران | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقاله 8، دوره 40، شماره 3 - شماره پیاپی 92، مهر 1404، صفحه 280-296 اصل مقاله (1.16 M) | ||
| نوع مقاله: خمیر کاغذ و کاغذ | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2025.369187.1802 | ||
| نویسندگان | ||
| جعفر ابراهیم پور کاسمانی* 1؛ احمد ثمریها2 | ||
| 1دانشیار، گروه چوب و کاغذ، واحد سوادکوه، دانشگاه آزاد اسلامی، سوادکوه، ایران | ||
| 2استادیار، گروه علوم مهندسی، دانشگاه ملی مهارت، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: کاغذ و مقوا بهعنوان یک ماده زیستتخریبپذیر و سبک در بستهبندی صنایع مختلف کاربرد دارد. پوششدهی کاغذ ویژگیهای آن را بهبود بخشیده و کیفیت چاپ را افزایش میدهد. پوششهای زیستپلیمری به دلیل زیستتخریبپذیری و غیرسمی بودن، نسبت به پلیمرهای معمولی برتری دارند. هدف این مطالعه آماده کردن یک ورق مقوایی پوشش داده شده با نانو مواد و ترکیبات معدنی بهعنوان یک وسیله برای بستهبندی و ارزیابی ویژگیهای فیزیکی و چاپپذیری کاغذ لاینر سفید کارخانه چوب و کاغذ مازندران است. از مقادیر مختلف سه ماده نانو گرافن، پروتئین زئین و فلورین به همراه رزین آکریل آمید برای اندودزنی این کاغذ به روش تیغهای استفاده شد. ویژگیهای مورد بررسی شامل: ضخامت، مقدار خاکستر کاغذ، مقاومت به عبور هوا، زبری، ماتی، سفیدی، روشنی، زردی، براقیت، دانسیته نوری و چسبندگی بودند. هدف این تحقیق ایجاد ممانعتی در برابر عبور هوا از طریق پوششدهی سطح بیرونی کارتن (لاینر رویه) است. این پوشش بهعنوان اولین لایه کارتن که بهطور مستقیم با بیرون در تماس است، طراحی شده است تا علاوه بر کاهش ارتباط داخل و خارج مقوا، خواص چاپپذیری را نیز بهبود ببخشد. مواد و روش ها: کاغذ لاینر سفید با گراماژ ۱۱۰ گرم از کارخانه چوب و کاغذ مازندران تهیه شد. نانوگرافن نوع AO-4 از شرکت گرافن سوپرمارکت آمریکا، پروتئین زئین از شرکت سیگما آلدریچ و فلورین نیز از گروه تولیدی معدن کاوان تأمین گردید. بهمنظور پوششدهی، نانوگرافن، زئین و فلورین با درصدهای وزنی مشخص توزین و متناسب با شرایط تیمار، بهمدت ۳۰ دقیقه در دمای ۵۰ درجه سانتیگراد با ۱۰۰ گرم آب مقطر مخلوط شدند. سپس 5/2 گرم لاتکس استایرن بوتادین و 5/0 گرم پراکندهساز D200 به مخلوط اضافه شده و بهمدت ۲۰ دقیقه با دور ۱۵۰۰ همگن گردیدند. برای افزایش پوشش، محلول نشاسته کاتیونی (۵ درصد) بهعنوان یک کمک نگهدارنده استفاده شد. این فرایند منجر به هشت نوع تیمار مختلف از کاغذ لاینر سفید میشود که هریک بهطور خاص با ترکیبات متفاوت پوششدهی شدهاند. تیمارها به شرح زیر هستند: تیمار 1، لاینر سفید شاهد (CWL)، تیمار 2، لاینر سفید پوششداده شده با نانوگرافن (WLG)، تیمار 3، لاینر سفید پوششداده شده با زئین (WLZ)، تیمار 4، لاینر سفید پوششداده شده با فلورین (WLF)، تیمار 5، لاینر سفید پوششداده شده با نانوگرافن و زئین (WLZG)، تیمار 6، لاینر سفید پوششداده شده با نانوگرافن و فلورین (WLFG)، تیمار 7، لاینر سفید پوششداده شده با فلورین و زئین (WLFZ)، تیمار 8، لاینر سفید پوششداده شده با نانوگرافن، زئین و فلورین (WLZFG) و خواص فیزیکی و نوری براساس استانداردهای مربوطه اندازهگیری شد. طرح آزمایشی از نوع کاملاً تصادفی بوده و تجزیهوتحلیل دادهها با استفاده از تجزیه واریانس یکطرفه و آزمون دانکن در سطح اعتماد ۹۵ درصد انجام گردید. نتایج: نتایج آنالیز واریانس یکطرفه نشان داد که بین ضخامت، خاکستر، مقاومت به عبور هوا، زبری، ماتی، سفیدی، روشنی، زردی، براقیت و دانسیته نوری این کاغذها در سطح احتمال 5% اختلاف معنیداری وجود ندارد. در مورد خاکستر، بیشترین میزان مربوط به کاغذ لاینر سفید پوششدار با فلورین و گرافن بود. در مورد مقاومت به عبور هوا، کاغذ پوششدار با فلورین و نانوگرافن بهترین عملکرد را داشت. نتایج زبری نشان داد که کاغذ لاینر سفید پوششدار با زئین و فلورین دارای بیشترین زبری است. همچنین، کمترین میزان ماتی و سفیدی مربوط به کاغذ لاینر سفید پوششدار با زئین، نانوگرافن و فلورین بود. آزمون چسبندگی نشان داد که لایههای پوششدار و مرکب فلکسو بهخوبی به کاغذ چسبیدهاند. نتیجه گیری: نتایج بهدستآمده از مطالعات میکروسکوپی نشان داد که افزودن نانو گرافن، زئین و فلورین باعث بهبود کیفیت پوشش الیاف کاغذ میشود. در مورد ضخامت کاغذ، افزایش معنیداری مشاهده شد که به دلیل تغییرات ضخامت کاغذ پایه است. مقاومت به عبور هوا با پوششدهی بهطور قابلتوجهی افزایش یافته و در برخی موارد این مقاومت به حدی بالا بود که قابل اندازهگیری نبود. استفاده از فلورین و زئین منجر به حداکثر زبری شد، در حالی که نانو گرافن کمترین زبری را ایجاد کرد. همچنین، ماتی کاغذها پس از پوششدهی کاهش یافت. بهعلاوه، دانسیته نوری در پوششهای ترکیبی بهبود یافت که نشاندهنده کیفیت بهتر چاپ بود. نتایج نشان میدهند که چسبندگی لایه پوشش به مرکب فلکسو عالی بوده و در مقایسه با نمونههای بدون پوشش، میزان کنده شدن کاغذ پایه کمتر بود. درنهایت، این تحقیق نشان میدهد که استفاده از نانو مواد و مواد معدنی و پروتئینی زیستتخریبپذیر میتواند بهبود قابلتوجهی در ویژگیهای چاپپذیری کاغذهای پوششدار ایجاد کند و این مواد میتوانند جایگزینی مناسب برای مواد پلاستیکی و پلیمرهای سنتزی باشند. | ||
| کلیدواژهها | ||
| پوششدهی؛ لاینر سفید؛ چوب و کاغذ مازندران؛ چاپ پذیری کاغذ | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Evaluation of the effect of coating with graphene, Zein-Fluorine on the physical properties and printability of white liner paper from Mazandaran Wood and Paper Factory | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Jafar Ebrahimpour Kasmani1؛ Ahmad Samariha2 | ||
| 1Associate Prof, Department of Wood and Paper, Savadkooh Branch, Islamic Azad University, Svadkooh, Iran | ||
| 2Assistant Prof, Department of Engineering Sciences, Technical and Vocational University (TVU), Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: Paper and cardboard, as biodegradable and lightweight materials, are widely used in the packaging of various industries. Coating paper improves its properties and enhances print quality. Biopolymer coatings have advantages over conventional polymers due to their biodegradability and non-toxicity. The aim of this study is to prepare a coated cardboard sheet with nanomaterials and mineral compounds as a packaging tool and to evaluate the physical properties and printability of white liner paper from Mazandaran Wood and Paper Company. Various amounts of three materials—nanographene, zein protein, and fluorine—along with an acrylamide resin were used for coating the paper using a blade method. The properties examined included thickness, ash paper content, air permeability, roughness, opacity, whiteness, brightness, yellowness, gloss, optical density, and adhesion. This research investigates the effect of surface coating of cardboard (top liner) with nanographene, protein solutions, and mineral materials. Therefore, the goal of this study is to create a barrier against air permeation by coating the outer surface of the cardboard (top liner) with one or more layers of coating that include nanographene, protein solutions, and mineral materials. This coating is designed as the first layer of the cardboard that is in direct contact with the outside, aiming not only to reduce the interaction between the inside and outside of the cardboard but also to enhance printability. Methodology: The white liner paper with a basis weight of 110 grams was obtained from the Mazandaran Wood and Paper Company. The AO-4 type nanographene was sourced from Graphene Supermarket in the USA, Zein protein from Sigma Aldrich, and fluorine from the Minekavan production group. For coating, nanographene, zein, and fluorine were weighed according to specified weight percentages and mixed with 100 grams of distilled water at 50 degrees celsius for 30 minutes, depending on the treatment conditions. Then, 2.5 grams of styrene-butadiene latex and 0.5 grams of dispersant D200 were added to the mixture and homogenized for 20 minutes at 1500 RPM. A 5% cationic starch solution was also used as a retention aid to enhance the coating. This process resulted in eight different treatments of the white liner paper, each specifically coated with different compositions. The treatments are as follows: Treatment 1, control white liner (CWL); Treatment 2, graphene-coated white liner (WLG); Treatment 3, zein-coated white liner (WLZ); Treatment 4, fluorine-coated white liner (WLF); Treatment 5, graphene and zein-coated white liner (WLZG); Treatment 6, graphene and fluorine-coated white liner (WLFG); Treatment 7, fluorine and zein-coated white liner (WLFZ); Treatment 8, graphene, zein, and fluorine-coated white liner (WLZFG). The physical and optical properties were measured according to standard methods. The experimental design was completely randomized. Data analysis was performed using one-way analysis of variance and Duncan's test at a 95% confidence level. Results: The results of the one-way analysis of variance indicated that there is not a significant difference in thickness, ash content, air permeability, roughness, opacity, whiteness, brightness, yellowness, gloss, and optical density of these papers at a 5% probability level. The greatest thickness is associated with the white liner paper coated with zein and fluorine, while the least thickness belongs to the control sample. Regarding ash content, the highest amount is found in the white liner paper coated with fluorine and graphene. For air permeability, the paper coated with fluorine and nanographene shows the best performance. Roughness results indicate that the white liner paper coated with zein and fluorine has the highest roughness. Additionally, the lowest levels opacity and whiteness are related to the white liner paper coated with zein, nanographene, and fluorine. The adhesion test showed that the coated layers and flexo composite adhered well to the paper. Conclusion: The results obtained from microscopic studies showed that the addition of nanographene, zein, and fluorine improved the quality of the fiber coating on the paper, and using the laboratory coating method allowed for a more uniform surface to be created on the coated paper. A significant increase in paper thickness was observed, attributed to changes in the thickness of the base paper. Air permeability increased significantly with coating, and in some cases, this resistance was so high that it could not be measured. The use of fluorine and zein resulted in maximum roughness, while nanographene produced the least roughness. Additionally, the opacity of the papers decreased after coating. Furthermore, optical density improved in the composite coatings, indicating better print quality. The results suggest that the adhesion of the coating layer to the flexo ink was excellent, and compared to the uncoated samples, the amount of paper delamination was lower. Finally, this study indicates that the use of nanomaterials and biodegradable protein and mineral materials can significantly enhance the printability characteristics of coated papers, making them a suitable alternative to synthetic plastic and polymer materials. | ||
| کلیدواژهها [English] | ||
| Coating, white liner, Mazandaran wood and paper, printable paper | ||
| مراجع | ||
|
-Afra, E., and Narchin, P., 2016. Study of the antibacterial effects and physical characters of paper coated with nanoclay and homogenized nano clay. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(4), 561-572.
-Asadi Khansari, A., Dehghani Firouzabadi, M., Resalati, H. 2017. Double coating effects of latex and MFC on barrier and printability properties in paper, Gorgan University of Agriculural Sciences and Natural Resources, Faculty of Wood and Paper Engineering, 228 p.
-Chen, H., Su, J., Brennan, C. S., Van der Meeren, P., Zhang, N., Tong, Y., & Wang, P. 2022. Recent developments of electrospun zein nanofibres: Strategies, fabrication and therapeutic applications. Materials Today Advances, 16, 100307. https://doi.org/10.1016/j.mtadv.2022.100307
-Dashtbani, R., Resalati, H. and Afra, A., 2013. Investigating the Improvement of Antimicrobial and Resistance Properties of Packaging Paper Using Chitosan. Promotional Scientific Quarterly of Packaging Sciences and Arts, 4(13), 77-68. (In Persian).
-Ebrahimpour Kasmani, J., Mahdavi, S., and Samariha, S., 2014. Improvement of Physical Properties and Printability of Wood Containing Paper by Light Weight Coting. Journal of Color Science and Tecnology, 7, 265-274.
-Elyasi, S., & Jalali Torshizi, H. 2017. Concentration of Anionic starch Solution in Paper Surface Sizing on Physical and Strength Properties of Recycled Paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 7(4), 487-497. (In Persian).
-Gällstedt, M., Brottman, A., and Hedenqvist, M.S. 2005. Packaging-related Properties of Protein- and Chitosan-coated Paper. Packaging technology and science, 18(4): 167- 170. https://doi.org/10.1002/pts.685
-Gadakh, D., Dashora, P., & Wadhankar, G. 2020. A review paper on graphene coated fibres. Graphene, 8(4), 53-74. https://doi.org/10.4236/graphene.2019.84004
-Gatto, M., Ochi, D., Yoshida, C.M.P. and da Silva, C.F., 2019. Study of Chitosan with Different Degrees of Acetylation as Cardboard Paper Coating. Carbohydrate Polymers, 210, 56-63. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2019.01.053
-Guillaumem, C. Pinte, J., Gontard, N., and Gastaldi, E. 2010. Wheat gluten-coated paper for bio-basedfood packaging: Structure, surface and transfer properties. Food research international, 43(5), 1395-1401. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2010.04.014
-Guzman-Puyol, S. 2024. Fluorinated compounds in paper and paperboard based food packaging materials. npj Science of Food, 8(1), 82. https://doi.org/10.1038/s41538-024-00326-2
-Hosseini, S. M., Saraeiyan, A., Ghasemian, A., & Dehghani, M. 2017. The effect of synthesis zeolite as pigment on paper physical properties. Journal of Wood and Forest Science and Technology, 24(2), 143-156. doi: 10.22069/jwfst.2017.10975.1574. https://doi.org/10.22069/jwfst.2017.10975.1574
-Huang, Q., Xu, M., Sun, R., & Wang, X. 2016. Large scale preparation of graphene oxide/cellulose paper with improved mechanical performance and gas barrier properties by conventional papermaking method. Industrial Crops and Products, 85, 198-203. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2016.03.006
-Kumar, N., Bhardwaj, N. K., & Chakrabarti, S. K. 2011. Influence of particle size distribution of calsum carbonate pigments on coated paper whiteness, Journal of coatings technology and research, 8(5), 613-618. https://doi.org/10.1007/s11998-011-9353-y
-Liu, Y., Xie, B., Zhang, Z., Zheng, Q., & Xu, Z. 2012. Mechanical properties of graphene papers. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 60(4), 591-605. https://doi.org/10.1016/j.jmps.2012.01.002
-Marvizadeh, M.M., Oladzadabbasabadi, N., Mohammadi Nafchi, A., and Jokar, M. 2017. Preparation and characterization of bionanocomposite film based on
tapioca starch/bovine gelatin/nanorod zinc oxide. International Journal of Biological Macromolecules, 99, 1-7. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2017.02.067
-McHugh, T.H., and Krochta, J.M. 1994. Plasticized whey protein edible films: water vapor permeability properties. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 59(2), 416-419. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1994.tb06980.x
-Molaei, M., Azadfallah, M., Hamzeh, Y., and Khodaeian Chegini, F. 2015. The effect of chitosan – poly (vinyl alcohol) coatings on strength and barrier properties of packaging paper. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 30(2), 330-340.
-Nazarnezhad, N., Orand, M., Resalati, H. and rezanezhad, S. 2022. The effect of corn zein coating on the strength and barrier properties of liner paper. Iranian Journal of Wood and Paper Industries, 13(2), 213-223. (In Persian). https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.20089066.1401.13.2.8.8
-Ozcalik, O., & Tihminlioglu, F. 2013. Barrier properties of corn zein nanocomposite coated polypropylene films for food packaging applications. Journal of Food Engineering, 114(4), 505-513. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2012.09.005
-Perng, Y.-S., Wang, E.I., Hsia, Y.-J. and Tsai, S.-H., 2015. Effects of different filler combination with talc and calcium carbonate on paper properties/printability. Cellulose chemistry and technology, 49, 511-516.
-Pérez-Guzmán, C. J., & Castro-Muñoz, R. 2020. A review of zein as a potential biopolymer for tissue engineering and nanotechnological applications. Processes, 8(11), 1376. https://doi.org/10.3390/pr8111376
-Sodeifi, B., Nazarnezhad, N., & Sharifi, S. H. 2019. Investigation of mechanical and optical properties of papers coated with Polycaprolactone - Nanocrystalline cellulose - zinc oxide Nanoparticle. Iranian Journal of Wood and Paper Science Research, 34(1), 27-38. (In Persian). https://doi.org/10.22092/ijwpr.2019.124469.1508
-Reis, B. R., Yoshida, C. M. P., Reis, A. P. and Franco, T. T., 2011. Application of chitosan emulsion as a coating on kraft paper. Polymer International, 60(6), 963 – 969. https://doi.org/10.1002/pi.3023
-Singhal, A. K., Kumar, S., Gupta, S., Bhardwaj, N. K., and Varadhan, R. 2015. Calcium sulphate as pigment for improved functional properties of coated paper. Progress in Organic Coatings, 79, 31-36.https://doi.org/10.1016/j. porgcoat. 2014.11.002
-Tihminlioglu, F., Atik, İ. D., & Özen, B. 2010. Water vapor and oxygen-barrier performance of corn–zein coated polypropylene films. Journal of Food Engineering, 96(3), 342-347. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.08.018
-You, X., Wang, H., He, J., & Qi, K. 2025. Fluorine-free superhydrophobic breathable membranes with lotus-leaf/corncob-like composite structure for highly water-resistant fabrics. Chemical Engineering Journal, 160214. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.160214
| ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 236 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 100 |
||