کاربرد گرافن در کاغذ سازی

در این قسمت به کاربرد گرافن در کاغذ سازی خواهیم پرداخت:

کاغذ نقش کلیدی در زندگی روزمره ما ایفا می کند و از این پس سال هاست که از کاغذها استفاده می شود. کاغذها با خمیر چوب ساخته می شوند که محصولی سازگار با محیط زیست است.

خمیر و کاغذ از الیاف سلولزی و سایر مواد گیاهی ساخته می شوند. برخی از مواد مصنوعی ممکن است برای ایجاد کیفیت های ویژه در محصول نهایی استفاده شوند. کاغذ از الیاف چوب ساخته می‌شود، اما بقایای پارچه‌ای، کتان، الیاف پنبه و باگاس (بقایای نیشکر) نیز در برخی کاغذها استفاده می‌شود.

کاغذهای استفاده شده نیز بازیافت می شوند و پس از تصفیه و گاهی اوقات جوهر زدایی، اغلب با الیاف بکر ترکیب شده و دوباره به کاغذ تبدیل می شوند. محصولاتی مانند استات سلولز، ابریشم مصنوعی، استرهای سلولز که از سلولز ساخته می شوند برای کاربردهای مورد استفاده قرار می گیرند.

هدف از فرآیند خمیرسازی حذف لیگنین بدون از دست دادن استحکام الیاف است، در نتیجه الیاف را آزاد می کند و ناخالصی هایی را که باعث تغییر رنگ و از هم پاشیدگی احتمالی کاغذ در آینده می شود، حذف می کند.

همی سلولز نقش مهمی در پیوند فیبر به فیبر در کاغذسازی دارد. از نظر ترکیب و عملکرد شبیه به سلولز است. چندین ماده استخراج‌کننده مانند موم‌ها، اولئورزین‌ها در چوب موجود هستند اما به خواص استحکام آن کمکی نمی‌کنند. اینها نیز در طی فرآیند خمیرسازی حذف می شوند.

فیبر استخراج شده از هر گیاهی را می توان برای کاغذ استفاده کرد. با این حال، استحکام و کیفیت الیاف و عوامل دیگر فرآیند خمیر را پیچیده می کند. به طور کلی، چوب‌های نرم (مانند کاج و صنوبر) الیاف بلند و محکمی تولید می‌کنند که به استحکام کاغذ کمک می‌کنند و برای جعبه‌ها و بسته‌بندی استفاده می‌شوند.

چوب های سخت کاغذ ضعیف تری تولید می کنند زیرا حاوی الیاف کوتاه تری هستند. چوب‌های نرم صاف‌تر، شفاف‌تر و مناسب‌تر برای چاپ هستند. چوب‌های نرم و سخت برای کاغذسازی استفاده می‌شوند و گاهی با هم مخلوط می‌شوند تا هم استحکام و هم توانایی چاپ را برای محصول نهایی فراهم کنند.

چالش ها و مشکلاتی که صنعت کاغذسازی با آن روبرو است

چالش و مشکلات صنعت کاغذ یافتن راه هایی برای بهبود کیفیت و پایداری محصولات خود و در عین حال رقابتی ماندن در بازار است. این امر مستلزم پرداختن به طیف وسیعی از مسائل، از جمله کاهش ضایعات و انتشار گازهای گلخانه ای، افزایش کارایی و یافتن مواد جدیدی است که می تواند خواص محصولات کاغذی را افزایش دهد. این صنعت همچنین با فشار مصرف کنندگان و تنظیم کننده ها برای اتخاذ شیوه های سازگارتر با محیط زیست مواجه است که اجرای آن می تواند پرهزینه و چالش برانگیز باشد. علاوه بر این ظهور فناوری های دیجیتال منجر به کاهش تقاضا برای محصولات کاغذی شده است و تلاش این صنعت برای سودآوری و مرتبط ماندن را پیچیده تر می کند.

نیاز مستمر به نوآوری و همچنین جستجوی راه‌حل‌هایی برای مشکلات ذاتی این محصولات از جمله آلودگی آسان و نفوذپذیری آن‌ها، باعث شده است که فناوری نانو با استفاده از نانومواد مختلف به عنوان ابزاری مهم مورد توجه قرار گیرد . کریستال ها و نانوالیاف سلولز، نانوذرات اکسید سیلیکون (SiO2)، دی اکسید تیتانیوم (TiO2)، دی اکسید روی(ZrO2)  و اخیراً مواد گرافن مانند گرافن و اکسید گرافن (GO) با هدف طراحی بلوک های ساختمانی در مقیاس نانو برای به دست آوردن شبکه های متراکم تر و کم متخلخل تر که علاوه بر بهبود کیفیت محصول نهایی، استفاده از آن را نیز متنوع می کند.

مواد گرافن در صنعت کاغذ سازی چگونه مفید است؟

هنگامی که در مورد گرافن صحبت می شود، نقاط مرجع اصلی مقاومت، نفوذ ناپذیری، انعطاف پذیری، رسانایی، سبکی، زیست سازگاری و غیره است که همه در یک ماده واحد هستند. با توجه به این موضوع، درک این نکته حائز اهمیت است که رفتار مواد گرافن، از جمله به نوع گرافن، عملکرد و غلظت، بلکه به فرآیندهای درگیر در هر صنعت و ماهیت موادی که برای انتقال خواص آن با آن ترکیب می شود، بستگی دارد و بنابراین هیچ فرمول دقیقی برای هر هدف استفاده وجود ندارد.

به طور کلی افزودن گرافن در صنعت کاغذ سازی با هدف افزایش کیفیت و خواص کاغذ تولیدی انجام می شود. به تعدادی از خواص مورد نظر تولید کننندگان کاغذ که هدف از افزودن گرافن به کاغذ می باشد اشاره می شود:

1.  افزایش استحکام کاغذ: گرافن را می توان به خمیر کاغذ اضافه کرد تا استحکام و دوام آن را افزایش دهد. این می تواند منجر به تولید محصولات کاغذ قوی تر و بادوام تر شود.
2. بهبود خواص بازدارنده: گرافن را می توان به عنوان پوششی بر روی محصولات کاغذی به کار برد تا خاصیت بازدارنگی آن ها را در برابر آب، روغن و سایر مایعات بهبود بخشد. این می تواند محصولات کاغذی را در برابر آسیب مقاوم تر کرده و طول عمر آن ها را افزایش دهد. این پوشش همچنین می تواند قابلیت چاپ و چسبندگی جوهر کاغذ را افزایش دهد.
3. پوشش های رسانا: از پوشش های گرافنی میتوان برای رسانایی کاغذ استفاده کرد که می تواند در الکترونیک و حسگرها کاربرد داشته باشد.
4. خواص ضد باکتریایی: نشان داده شده است که گرافن دارای خواص ضد باکتریایی است که می تواند در تولید محصولات بهداشتی مانند دستمال و دستمال مرطوب مفید باشد.
5. مزایای زیست محیطی: استفاده از گرافن در صنعت کاغذ می تواند منجر به فرآیندهای تولید پایدارتر شود، زیرا نشان داده شده است که مصرف آب و مصرف انرژی را در طول تولید کاهش می دهد.
6. ماده پر کننده: کاربرد احتمالی دیگر به عنوان ماده پر کننده است. گرافن دارای مقاومت و استحکام مکانیکی بالایی است که می تواند استحکام و مقاومت محصولات کاغذی را بهبود ببخشد. همچنین می تواند وزن کاغذ را کاهش دهد و در عین حال استجکام آن را حفظ کند.

با این حال، قبل از استفاده گسترده از گرافن در صنعت کاغذ، هنوز چالش هایی وجود دارد که باید بر آن ها غلبه کرد. یکی از این چالش های مهم هزینه تولید گرافن در مقیاس بزرگ است. پیشرفت های امیدوار کننده ای در استفاده از گرافن در صنعت کاغذ وجود دارد، می توان گفت استفاده از گرافن در صنعت کاغد پتانسیل بهبود کیفیت محصول، افزایش پایداری و باز کردن فرصت های جدید برای نوآوری در این بخش را دارد.

منبع:

https://en.wikipedia.org/wiki/Graphene_oxide_paper#:~:text=Graphene%20oxide%20paper%20or%20graphite,more%20recently)%20graphene%20oxide%20membranes.