مرکز اطلاعات کاغذ ایران

استفاده از نانوسلولز در تولید کاغذ استاندارد از باگاس نیشکر

24 شهريور 1394

نخستین پایان‌نامه رشته صنایع کاغذ و خمیر در دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان با ارائه روش جایگزین استفاده از نانوسلولز به جای خمیر الیاف بلند واردتی برای ساخت کاغذ از باگاس با موفقیت دفاع شد.

در پروژه کارشناسی‌ارشد رضا غفران با عنوان "استفاده از نانوسلولز به جای خمیر الیاف بلند در تولید کاغذ از باگاس" و با راهنمایی استادان دکتر محمدهادی مرادیان و دکتر محمدعلی سعادت‌نیا و مشاوره دکتر پژمان رضایتی از اعضای هیأت‌علمی دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان، روش جایگزین استفاده از نانوسلولز به جای خمیر الیاف بلند وارداتی در تولید کاغذ از باگاس با موفقیت به اثبات رسید و با ارائه این روش ضمن حفظ مقاومت استاندارد کاغذ نهایی، هزینه تولید به میزان یک‌هفتم هزینه فعلی کاهش داده شد.

دکتر محمدهادی مرادیان استاد راهنمای این پروژه با بیان این‌که این پژوهش استفاده از نانوالیاف سلولزی در ساخت کاغذ از خمیر باگاس را مورد بررسی قرار داده است، اظهار کرد: باگاس به‌عنوان تفاله نیشکر در کشور ما بخصوص منطقه جنوب‌غرب که مزارع نیشکر به‌وفور وجود دارد، در حجم بالایی تولید و معمولأ عمده آن بدون استفاده انباشت و سپس برای جلوگیری از رشد باکتری‌ها و آلودگی‌های زیست محیطی سوزانده می‌شود.

وی تصریح کرد: البته کارخانجات محدودی از باگاس به‌عنوان ماده اولیه تولید محصولات دیگر استفاده می‌کنند اما ظرفیت این کارخانجات کافی نیست و از سوی دیگر استفاده از باگاس به‌عنوان ماده اولیه تولید کاغذ نیازمند افزایش کیفیت کاغذ تولیدی و کاهش هزینه‌های تولید است در حالی‌که کاغذ باگاس به طور معمول مقاومت پایینی دارد.

عضو هیأت‌علمی دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان افزود: برای تقویت کاغذ تولیدشده از باگاس معمولأ خمیر کاغذ وارداتی به آن اضافه می شود که این میزان به طور مثال در کارخانجات کاغذ پارس 15 درصد است. با توجه به این‌که در یکی دو سال اخیر قیمت ارز افزایش یافت و تحریم‌ها مشکلاتی برای کشور ایجاد کرد، برای کمک به این صنایع به دنبال استفاده از فناوری‌های نوین جایگزین، تولید کاغذ مقاوم‌تر و ارزان‌تر بودیم.

مرادیان با بیان این‌که فناوری نانوسلولز یکی از فناوری‌های نو در جهان است، تصریح کرد: در حال حاضر 2 شرکت توسعه بسپارش نانوسلولز کاسپین و نانو نوین پلیمر این ماده را در ایران تولید می‌کنند که البته تولید این شرکت‌ها در مقیاس صنعتی نیست اما در دنیا کارخانجات تولید نانوسلولز در مقیاس صنعتی فعال هستند که درصددند استفاده از این ماده را به صنایع وارد کنند. در این پژوهش نانوسلولز تولیدی هر دو شرکت مورد استفاده قرار گرفت و خواص کاغذ نهایی اندازه گیری شد.

وی با اشاره به موضوع نخستین پایان‌نامه صنایع کاغذ در دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان، افزود: در این پایان‌نامه موفق شدیم با افزودن سه درصد نانوسلولز و نیم درصد نشاسته کاتیونی به مقاومت‌هایی معادل 12.5 درصد خمیر کاغذ الیاف‌بلند وارداتی برسیم؛ البته پیش از این تحقیقاتی در خصوص تقویت کاغذ با نانوسلولز انجام شده و به نتیجه رسیده بود اما در این پژوهش به‌طور دقیق درصد نانوسلولز و نشاسته افزوده برای رسیدن به مقاومت استاندارد مشخص شد.

عضو هیأت‌علمی دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان با اشاره به اثر تثبیت‌کننده نشاسته بر نگهداری نانوسلولز بر خمیر کاغذ، توضیح داد: نشاسته کاتیونی به دلیل دارا بودن بارهای مثبت، با توجه به بارهای مخالف مواد سلولزی موجب تشکیل پیوندهای قوی‌تر و تولید کاغذ مقاوم‌تر می‌شود؛ البته این تحقیقات برای به دست آوردن سطوح بهینه‌تر و مقاومت بیشتر ادامه دارد.

مرادیان درباره پیشینه رشته علوم و صنایع کاغذ در کشور نیز گفت: دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران مبدع این رشته در کشور بود و پس از آن هم دانشگاه‌های گرگان، تربیت مدرس، زابل، شهید بهشتی، ساری و صنعتی بهبهان اقدام به راه‌اندازی آن و پذیرش دانشجو در این رشته کردند؛ همچنین چند واحد دانشگاه آزاد در حال حاضر این رشته را ارایه می‌دهند ولی در مجموع فکر نمی‌کنم تعداد کل دانشگاه‌های ارایه‌دهنده این رشته در کشور به 10 واحد برسد.

وی با بیان این‌که در خوزستان تنها دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان در رشته علوم و صنایع کاغذ دانشجو می‌پذیرد، ادامه داد: از سال 92 این رشته در مقاطع کارشناسی و کارشناسی‌ارشد راه‌اندازی و طی 2 سال گذشته در مجموع حدود 30 دانشجو در مقطع کارشناسی و 10 دانشجو در مقطع کارشناسی‌ارشد جذب شد.

استاد راهنمای این پروژه کارشناسی‌ارشد با اشاره به پتانسیل بالای باگاس و برگ نخل در خوزستان به‌عنوان منابع بسیار مناسب برای تولید کاغذ، اظهار داشت: در حال حاضر بیشتر نیاز کشور به کاغذ از طریق واردات تأمین می‌شود در حالی که مقادیر زیادی باگاس در استان تولید می‌شود و از سوی دیگر کارخانجات فعال در این زمینه کافی نیستند و به همین دلیل به هر میزان تحقق و پژوهش در این حوزه انجام شود، مفید خواهد بود.

مرادیان با بیان این‌که باگاس تولیدشده در کشور از مزارع نیشکر می‌تواند نیاز به واردات کاغذ را بسیار محدود کند، اظهار داشت: در حال حاضر هفت سایت بزرگ نیشکر در خوزستان وجود دارد که مطابق برنامه‌ریزی‌ها قرار بود ضمن توسعه کشت نیشکر، تعداد کارخانجات و صنایع مرتبط نیز در این سایت‌ها افزایش یابد؛ اکنون سه سایت در استان فعال‌تر است اما پتانسیل افزایش 10 برابری تعداد کارخانه‌های فعلی نیز وجود دارد و اگر این اتفاق محقق و تولید کاغذ از باگاس به شیوه جدید عملیاتی شود هم کیفیت کاغذ بالاتر می‌رود و هم نیاز به واردات بسیار محدود خواهد شد.

وی خاطرنشان کرد: با توجه به وجود پتانسیل تولید و رقابت در عرصه کاغذ در استان خوزستان، اگر سرمایه‌گذاری‌ها و برنامه‌ریزی‌های مسئولان به این سمت سوق یابد، برای همگان سودمند خواهد بود زیرا این بخش می‌تواند ارزش افزوده زیادی تولید کند؛ با توجه به این موضوع تقویت این رشته از نظر افزایش تعداد کارشناس و بودجه تحقیقاتی نیز باید مدنظر قرار گیرد زیرا تجهیزات نانو بسیار گران‌قیمت است اما از سوی دیگر با استفاده از این فناوری می‌توانیم ضمن کاهش هزینه‌های تولید کیفیت کاغذ را نیز بالا ببریم.

همچنین رضا غفران نخستین دانش‌آموخته رشته علوم و صنایع کاغذ در دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان با بیان این‌که هدف از انجام این پژوهش ارائه روش جایگزین استفاده از نانوالیاف به‌جای خمیر الیاف بلند وارداتی سوزنی‌برگ در تولید کاغذ از باگاس تعریف شد، درباره نتایج این تحقیق به خبرنگار ایسنا گفت: در کارخانجات داخلی تولید کاغذ برای بهبود خواص کاغذ تهیه‌شده از باگاس و افزایش مقاومت آن، معمولا 15 درصد خمیر الیاف بلند به آن اضافه می‌کنند؛ این ماده وارداتی بوده و ضمن ایجاد وابستگی برای کشور، هرساله مقادیر هنگفتی ارز را از کشور خارج می‌کند.

وی خاطرنشان کرد: با روش‌هایی که ضمن این پژوهش ارایه شد، خواص کاغذ تولیدی را معادل با کاغذ 12.5 درصد (محتوی 12.5 درصد خمیر الیاف بلند) ارتقا دادیم که نتایج مدنظر حاصل و مقاومت کاغذ نهایی به حد استاندارد رسید.

دانش‌آموخته دانشگاه صنعتی خاتم‌الانبیاء بهبهان با توضیح این‌که نانوالیاف استفاده‌شده در این پروژه از باگاس تهیه و پس از عبور از دستگاه عبوردهنده الیاف به اندازه نانو رسانده شد، اظهار کرد: این الیاف با قطر 1 تا 100 نانومتر و طول تا صد میکرون ضمن افزایش سطح ویژه کاغذ و پیوندهای هیدروژنی، موجب بالا رفتن مقاومت کاغذ شد.

غفران استفاده از این روش را موجب صرفه‌جویی در هزینه تولید به میزان یک هفتم رقم فعلی دانست و در خصوص اجرایی‌کردن آن گفت: تنها مشکل موجود رقم نسبتأ بالای سرمایه اولیه موردنیاز برای اجرای این روش است که به سرمایه‌گذاری حدود 800 هزار تا یک میلیون دلار نیاز دارد؛ با این وجود بازگشت سرمایه بسیار سریع بوده و در زمانی حدود یک‌سال کل هزینه قابل بازگشت است.