ستاد ویژه توسعه فناوری نانو

تولید آزمایشگاهی نانوکاغذ مرغوب از ضایعات نیشکر

پژوهشگران دانشگاه شهید بهشتی، دانشگاه تهران و دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری با بهره‌گیری از ضایعات نیشکر و نانوالیاف سلولز موفق به تولید نانوکاغذ مرغوب شدند. این نوع کاغذ از خواص مکانیکی بهتری نسبت به کاغذهای معمولی برخوردار است.

کاغذ از زمان اختراع آن تا به امروز قابل اعتمادترین وسیله‌ی جمع‌آوری، ذخیره و انتقال اطلاعات بوده‌است. ماده‌ی اصلی کاغذ سلولز است که از درختان استخراج می‌شود. این موضوع مستلزم قطع حجم وسیعی از درختان است که مدیریت اشتباه در این اقدام و بهره‌برداری غیراصولی و نادرست از جنگل‌ها اثرات جبران‌ناپذیری بر محیط‌زیست دارد. ازاین‌رو، در دهه‌های اخیر، از گیاهان جایگزین جهت تولید کاغذ استفاده شده‌ که این موضوع کاهش مرغوبیت کاغذ را به دنبال داشته‌است. محققان به دنبال توسعه‌ی هر چه بیشتر فرایند تولید کاغذ از مواد اولیه‌ی ارزان‌قیمت هستند.

میلاد تاجیک، یکی از محققان طرح حاضر، ضمن اشاره به ضایعات و تفاله‌ی نیشکر به‌عنوان یکی از منابع سلولزی، اهداف دنبال شده در این طرح را این‌گونه تشریح کرد: «استفاده از باگاس یا همان ضایعات نیشکر در صنعت کاغذسازی، این صنعت را از قطع درختان جنگلی بی‌نیاز می‌کند. ساخت کاغذ از باگاس ضعف‌هایی از جمله خواص مقاومتی کمتر نسبت به کاغذ تولید شده از چوب را دارد. در این طرح، از نانوالیاف سلولز جهت بهینه‌سازی خواص کاغد تولید شده و غلبه بر ضعف‌های مذکور استفاده شده‌است.»

کاغذ تولیدشده در این طرح علاوه بر داشتن خواص مکانیکی، فیزیکی و نوری بهتر نسبت به کاغذهای معمولی، از سرعت تولید بالایی نیز برخوردار است که پارامتر مهمی در توجیه اقتصادی طرح به شمار می‌رود. ضمن اینکه کاغذ نهایی محصولی دوست دار محیط‌زیست است.

وی در ادامه افزود: «نانو الیاف سلولز با خواصی ویژه و متفاوت نسبت به سلولز از بیشترین سازگاری با ساختار کاغذ برخوردار است و می‌تواند موجب بهبود خواص آن گردد؛ البته باید تعادل یونی در سوسپانسیون خمیرکاغذ برقرار شود تا عملکرد نانو الیاف سلولز بهبود یابد. نشاسته کاتیونی با بار یونی مخالف با سلولز و نانو الیاف سلولز می¬تواند باعث ایجاد تعادل یونی در سیستم و بهبود عملکرد نانو الیاف سلولز و در نتیجه افزایش خواص مقاومتی و برطرف کردن ضعف کاغذ ساخته شده از باگاس شود.»

در طرح حاضر به‌منظور بررسی تأثیر حضور نانوالیاف سلولز بر خواص نهایی کاغذ، درصدهای وزنی متفاوت از نانوالیاف سلولز و نشاسته‌ی کاتیونی به ساختار کاغذ وارد شده و سپس ساختار تولید شده با استفاده از روش‌های مختلف مشخصه یابی نظیر میکروسکوپ الکترونی روبشی و نیروی اتمی و پراش پرتو ایکس و طیف‌سنجی مادون قرمز تائید شده‌است. در نهایت خواص مکانیکی، فیزیکی و نوری کاغذ تولید شده مورد ارزیابی قرار گرفته است.

بر اساس نتایج به‌دست‌آمده، در حضور مواد افزودنی، استحکام کششی و استحکام ترکیدگی کاغذ به ترتیب به میزان 33 و 23 درصد و خواص فیزیکی و نوری آن به طور قابل ملاحظه‌ای بهبود می‌یابد. شایان‌ذکر است از این طرح یک اختراع با عنوان « ساخت نانو کاغذ با استفاده از نانو فیبر سلولز کاتیونی و خمیر کاغذ باگاس» به شماره‌ی 88995، به ثبت رسیده‌است.

این تحقیقات حاصل تلاش‌های میلاد تاجیک- دانش‌آموخته مقطع کارشناسی ارشد دانشگاه شهید بهشتی- و دکتر حسین جلالی ترشیزی-عضو هیأت علمی دانشگاه شهید بهشتی- دکتر حسین رسالتی- عضو هیأت علمی دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی ساری- و دکتر یحیی همزه- عضو هیأت علمی دانشگاه تهران- است. نتایج این کار در مجله‌ی Carbohydrate Polymers با ضریب تأثیر 4.811 (جلد 194، سال 2018، صفحات 1 تا 8) منتشر شده‌است.