مروری بر رئولوژی نانوالیاف سلولزی در کاغذسازی

امروزه کاربرد نانوالیاف سلولزی برای ساخت محصولات مختلف از جمله کاغذ و مقوا، به شدت مورد تحقیق و پژوهش قرار گرفته است. نانوالیاف سلولزی از خمیرکاغذ حاصل از منابع لیگنوسلولزی مختلف و با روش های متنوعی ساخته می شود. کیفیت این مواد می تواند با روش های مختلفی مورد ارزیابی قرار گیرد. در این میان، شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی یکی از ساده ترین و کم هزینه ترین روش ها برای پیش بینی عملکرد آنها در صورت استفاده برای ساخت کاغذ و مقوا محسوب می شود. در این مطالعه، به طور مشخص بر روابط بین شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی بر خصوصیات نهایی محصولات کاغذی پرداخته می شود.

در این مقاله، به دسته بندی مواد از لحاظ علوم رئولوژی پرداخته شد و جایگاه نانوالیاف سلولزی در بین آنها مشخص شد. سپس ضمن معرفی شاخص های مهم رئولوژی نانوالیاف سلولزی مثل نقطه تسلیم، ضریب میرایی، مدول ذخیره و مدول اتلاف و کرنش بحرانی، با ارائه مواردی از نتایج اندازه گیری شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی ارتباط آنها برای تعیین قابلیت تقویت کنندگی شاخص های کششی و ترکیدگی محصولات کاغذ و مقوا مورد بررسی قرار گرفت.

مقادیر مدول ذخیره، به عنوان حساس ترین پارامتر در سنجش های ویسکوالاستیکی، هر چه نسبت به مدول اتلاف بیشتر باشد نشان از قابلیت ویسکوالاستیکی با گرایش الاستیک بیشتر می باشد که در مورد نانوالیاف سلولزی در صورتی که نسبت مقدار مدول ذخیره حدود 4 برابر مدول اتلاف در غلظت های یکسان برسد دلالت بر ویسکوالاستیک بودن ماده با میزان الاستیسیته قابل توجه است. در صورتی که مقدار ضریب میرائی برای ژل نانوالیاف سلولزی کم تر از 3/0 بدست آید نشان دهنده کشسان بودن زیاد این ژل ها با اجزایی در مقیاس نانومتر می باشد که این خصوصیات دلالت بر وجود ساختار درهم فرورفته شبکه ای نانوالیاف سلولزی و در نتیجه قابلیت تقویتی بیشتر برای کاربردهای مختلف از جمله تقویت استحکام کاغذ و مقوا است. کرنش بحرانی در مورد رفتار رئولوژی نانوالیاف سلولزی، تقریبا مستقل از درصد خشکی آن ظاهر می شود که دلالت بر پایداری خصوصیات ویسکوالاستیکی این ژل ها است. ژل های نانوالیاف تولیدی غلیظ و رقیق شده دارای رابطه نمایی با توان 3 با درصد خشکی می باشند. رابطه نمایی با توان 3 بین مدول و درصد خشکی، به عنوان یکی از معیارهای دست یابی به ژل نانوالیاف سلولزی در مقیاس نانومتری می باشد.

در مجموع ژل نانوالیاف سلولزی جز سیال های ویسکوالاستیک و تیسکوتروپیک محسوب می شود که در استفاده برای تولید کاغذ و مقوا هر میزان شاخص های الاستیک بیشتری داشته باشد نشان دهنده نانوالیاف با ضریب لاغری بیشتری است که می تواند نقش بهتری برای بهبود خواص استحکامی محصولات کاغذ و مقوا ایفاء کند. بنابراین هنگام تولید برای پیش بینی دستیابی به ژل نانوالیاف سلولزی در مقیاس نانو، می توان از ارزیابی ارزان قیمت تعیین شاخص های رئولوژی نانوالیاف سلولزی به جای تهیه تصاویر الکترونی گران قیمت استفاده نمود و حتی در قیاس دو نوع نانوالیاف سلولزی، با ارزیابی خواص رئولوژی آنها عملکردشان را برای تقویت کاغذ و مقوا پیش بینی نمود.