Wykorzystanie nanotechnologii w przemyśle papierniczym

TECHNOLOGIA
Wykorzystanie nanotechnologii
w przemyśle papierniczym
Application of Nanotechnology in Paper Industry
MARIA ŻUBRZAK
This paper describes possible utilization of preparations containing nanoparticles in paper
production and converting. The properties of these preparations as well as their influence
on product properties are discussed. The methods of paper product conservation against
microbial growth with the use of nanosilver are presented.
Nanotechnologia jest obecnie bardzo
modnym i obiecującym działem nauki o materiałach, bardzo często jest też
jednak „słowem-wytrychem”, za pomocą
którego próbuje opisać niemal każde
badania w dziedzinie technologii materiałowej. Bardziej precyzyjnie można ją zdefiniować jako „proces tworzenia materiałów
funkcjonalnych, urządzeń i systemów
poprzez kształtowanie materii w skali
nanometrycznej (1-100 nm) oraz wykorzystywanie nowych zjawisk i właściwości
(fizycznych, chemicznych, biologicznych,
mechanicznych, elektrycznych itp.) w tej
skali długości” (1). Nanomateriały stwarzają możliwość nadawania produktom
codziennego użytku właściwości o bardzo
dużym znaczeniu praktycznym.
Producenci papieru, w warunkach
wciąż rosnących cen energii i surowców
włóknistych, aby utrzymać konkurencyjną
pozycję na rynku, muszą stale optymalizować strukturę kosztów produkcji bez
pogarszania jakości wyrobów. Rosnące
wymagania wobec wydajności, zdolności przerobowej i jakości sprawiły, że
w procesie wytwarzania i przetwarzania
papieru bardzo ważne miejsce znalazła
wielka liczba różnorodnych środków
pomocniczych.
Nowością w tej dziedzinie są m.in.
środki zawierające nanodyspergowaną
(NDC) i nanofibrylowaną (NFC) celulozę.
Nanofibryle celulozowe oraz ich odmiany
198
kationowe, powstałe w wyniku modyfikacji powierzchni granicznych włókien
celulozowych, są przystosowane do
wykorzystania w postaci dodatków masowych. Dzięki zwiększonej liczbie grup
karboksylowych NFC poprawia retencję
masy oraz wytrzymałość i wodotrwałość
papieru. Dzięki temu w produkcji papierów,
od których wymaga się odporności na
działanie wody (np. etykietowe, podłoża na
laminaty dekoracyjne), można zmniejszyć
dawkę środka wodoutrwalającego, na ogół
silnie kationowego, a tym samym uniknąć
„przeładowania” kationowego zawiesiny
masy, co jest niekorzystne nie tylko
z punktu widzenia jakości wyrobu.
Doświadczenia wykazały, że kationowe modyfikacje NDC i NFC stosowane
w produkcji masowych papierów i tektur
zapewniają wzrost wytrzymałości i objętości właściwej gotowych wyrobów,
poprawę retencji włókien, wypełniaczy
i środków pomocniczych, czego skutkiem
jest zmniejszenie ładunku zanieczyszczeń
w obiegach wodnych (2).
Inną grupą środków, które poprawiają
retencję i odwadnianie oraz zwiększają
wytrzymałość papieru w stanie suchym,
są preparaty zawierające modyfikowane
minerały. Preparat o nazwie Compozil
Fx, zawierający nanocząstki koloidalnej
krzemionki, został opracowany specjalnie
dla producentów bezdrzewnych papierów
o dużej zawartości wypełniacza na maszy-
nach szybkobieżnych. Dzięki dodatkowi
specjalnego anionowego poliakryloamidu
można uzyskać dużą zawartość wypełniacza zachowując dobre przezrocze. Optymalizacja stosunku zawartości poszczególnych składników Compozilu pozwala na
wytwarzanie papieru o wyższej białości,
wytrzymałości i jednorodności (3).
Znacznie bardziej rozpowszechnione
jest wykorzystywanie nanomateriałów
do traktowania uformowanej wstęgi (zaklejanie powierzchniowe) lub gotowego
papieru (powlekanie, natr yskiwanie,
nasączanie).
Nanodyspergowana celuloza (NDC)
w postaci nierozpuszczalnego w wodzie
pigmentu organicznego, dzięki dużej
powierzchni właściwej i zdolności zatrzymywania wody, skutecznie konkuruje
z rozpuszczalnymi w wodzie hydrokoloidami lub środkami współwiążącymi,
takimi jak skrobia, karboksymetyloceluloza, poli(alkohol winylowy), stosowanymi
w mieszankach powlekających.
Najważniejszymi czynnikami warunkującymi prawidłowy przebieg powlekania są
zawartość substancji stałych w mieszance powlekającej, jej lepkość i zdolność zatrzymywania wody. Receptury mieszanek
nanoszonych w powlekarkach skrobakowych o dużych prędkościach wymagają
takich kombinacji pigmentów i środków
pomocniczych, które byłyby w stanie
powstrzymać nadmierne odwadnianie
mieszanki pod wpływem docisku skrobaka. Jednak precyzyjnie wyregulowana
wartość zdolności zatrzymywania wody
nie gwarantuje jeszcze dobrego przebiegu
powlekania. Bardzo ważne są bowiem
PRZEGLĄD PAPIERNICZY · 68 · KWIECIEŃ 2012