| تعداد نشریات | 284 |
| تعداد نشریات سازمان | 82 |
| تعداد شماره‌ها | 3,034 |
| تعداد مقالات | 33,949 |
| تعداد مشاهده مقاله | 45,405,817 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 68,404,524 |
اثر نانوالیاف و نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده به‌عنوان ماده پوشش بر ویژگی‌های کندسوزی مقوای دست‌ساز | ||
| تحقیقات علوم چوب و کاغذ ایران | ||
| مقاله 8، دوره 38، شماره 4 - شماره پیاپی 85، دی 1402، صفحه 330-340 اصل مقاله (886.78 K) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.22092/ijwpr.2023.363811.1762 | ||
| نویسندگان | ||
| مهرنوش توکلی* 1؛ علی قاسمیان2؛ محمدرضا دهقانی فیروزآبادی3؛ ویتک گرژکویاک4؛ بارت مازلا5 | ||
| 1دانش‌آموخته دکتری رشته صنایع خمیر و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران | ||
| 2استاد، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران | ||
| 3دانشیار، گروه علوم و مهندسی کاغذ، دانشکده مهندسی چوب و کاغذ، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی گرگان، ایران | ||
| 4استادیار، دانشکده جنگل‌داری و فناوری چوب، دانشگاه علوم زیستی پوزنان، لهستان | ||
| 5استاد، دانشکده جنگل‌داری و فناوری چوب، دانشگاه علوم زیستی پوزنان، لهستان | ||
| چکیده | ||
| سابقه و هدف: اثرات مخرب ناشی از افزایش حرارت در بستر‌های سلولزی که به‌عنوان پایه‌های اصلی صنایع بسته‌بندی، بسته‌بندی‌های مرغوب بهداشتی و بسته‌بندی مهمات به‌کار می‌روند، امری بدیهی و ناگزیر است. از این رو، اصلاح ساختار این فرآورده‌های زیستی توسط ترکیبات شیمیائی سبز و دوست‌دار محیط زیست به‌منظور افزایش دوام در برابر حرارت، ضروری است. مواد و روش‌ها: در پژوهش حاضر، نانوالیاف سلولزی و نانوکریستال‌های سلولزی اکسید شده با تمپو، به‌صورت جداگانه، توسط ترکیبات حاوی مواد کندسوز‌کننده، به‌صورت مخلوط دو‌گانه شامل "مونو‌آمونیوم فسفات و پروتئین آلبومین"، "سیلیکا و متیل-تری‌متوکسی سیلان" و مخلوط چهار‌گانه حاوی هر چهار ماده یاد شده، کندسوز شدند. سپس هر مخلوط به‌صورت جداگانه توسط پوشش‌دهنده میله‌ای روی مقوا‌های سلولزی تولیدی، پوشش‌دهی شد. ویژگی‌های کندسوزی مقوا‌های حاصل توسط سه آزمون حرارتی شامل: لوله آتش کوچک، درصد شاخص اکسیژن محدود و گرما‌سنج کاهش وزن ارزیابی شدند. نتایج: بر مبنای نتایج مشاهده شده، نقش مونو‌آمونیوم فسفات، به‌سبب حضور گروه‌های فسفات به‌عنوان عامل پیش‌برنده واکنش زغال‌سازی در حین سوختن، به‌تنهایی در مخلوط دو‌گانه برجسته‌تر از مخلوط چهار‌گانه پوشش‌دهی، در مقوا‌های پوشش-دهی‌شده بر پایه نانوالیاف سلولزی و مقوا‌های پوشش‌دهی‌شده بر پایه نانوکریستال‌های سلولزی، بود. مقایسه نانوالیاف سلولزی و نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده، به‌عنوان پایه اصلی فرمول پوشش‌دهی نشان داد که مقوا‌های پوشش‌دهی‌شده با نانوالیاف سلولزی کندسوز شده، به‌سبب دارا بودن بخش‌های آمورف و کریستالی، میزان کاهش وزن بسیار کم‌تری در آزمون لوله آتش کوچک، درصد شاخص اکسیژن محدود تقریبا مشابه و حداکثر سرعت آزاد‌سازی گرما و سرعت آزاد‌سازی گرمای تقریبا یکسانی را در آزمون گرما-سنج کاهش وزن، نسبت به مقوا‌های پوشش‌دهی‌شده با نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده، نشان دادند. نتیجه‌گیری: به‌طور کلی، نانوالیاف سلولزی و نانوکریستال‌های سلولزی کندسوز شده با مونو‌آمونیوم فسفات و آلبومین حتی در غلظت کم، می‌توانند به‌عنوان کندسوز‌کننده موثر و جایگزین کندسوز‌کننده‌های سنتی متداول، برای تولید بسته‌بندی‌های سلولزی باکیفیت استفاده شوند. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| واژه‌های کلیدی: پوشش‌دهی؛ کندسوزی؛ نانوالیاف سلولزی؛ نانوکریستال‌های سلولزی | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Effect of the CNFs and CNCs based-flame retardants on the fire retardancy of the hand-made coated paperboard | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Mehrnoosh Tavakoli1؛ Ali Ghasemian2؛ Mohammad Reza Dehghani Firouzabadi3؛ Wojciech Grzeskowiak4؛ Bartłomiej Mazela5 | ||
| 1Ph.D. in Pulp and Paper Industry, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran | ||
| 2Professor, Department of Paper Science and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran | ||
| 3Associate Professor, Department of Paper Science and Engineering, Faculty of Wood and Paper Engineering, Gorgan University of Agricultural Sciences and Natural Resources, Iran | ||
| 4Assistant Professor, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poland | ||
| 5Professor, Faculty of Forestry and Wood Technology, Poznań University of Life Sciences, Poland | ||
| چکیده [English] | ||
| Background and objectives: The destructive effects of heat increasing in cellulose substrates, which are the basic materials for the packaging industries, high-quality hygiene packaging, and ammunition packaging, are obvious and inevitable. Therefore, it is essential to modify the structure of these bio-based products with green and environmentally friendly materials, to increase their durability against heat. Methodology: In the current study, TEMPO-oxidized CNFs and CNCs, were initially and separately retarded using flame retardant mixtures, including dual “ammonium monophosphate+albumin”, “silica+methyltri-methoxysilane”, and quadruple “ammonium monophosphate+albumin+silica+methyltri-methoxysilane”. Using a rod coater, each combination was then coated individually on the produced cellulosic paperboards. Flame retardancy properties were evaluated by three thermal experiments, including a Mini Fire Tube, Limited Oxygen Index, and Mass Loss Calorimeter. Results: Based on the observed results, the role of mono-ammonium phosphate, due to the presence of phosphorus-containing groups as the driving force of the charring during combustion, was more prominent and significant in the dual coating mixture than the quadruple coating mixture, containing silica and phosphorus, both in the paperboards coated based on CNFs and paperboards coated based on CNCs. Comparison of the CNFs and CNCs based-flame retardant, as the main basis of the coating formulation, showed that paperboards coated with CNFs based-flame retardant, due to having amorphous and crystalline regions, had much lower amount of mass loss in the Mini Fire Tube test, almost similar Limited Oxygen Index, and Peak Heat Release Rate (PHRR) and Heat Release Rate (HRR) in the Mass Loss Calorimeter test, compared to those of the paperboard coated with CNCs based-flame retardant. Conclusion: In general, CNFs and CNCs based-flame retardants with mono-ammonium phosphate and albumin, even in low concentrations, can be used as effective retardants and replacements for conventional flame retardants, in high-quality cellulose-based packaging production. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Coating, Flame retardancy, Cellulose nanofibers, Cellulose nanocrystals | ||
|
سایر فایل های مرتبط با مقاله
|
||
| مراجع | ||
|
- Alongi, J., Bosco, F., Carosio, F., Di Blasio, A. and Malucelli, G., 2014. A new era for flame retardant materials. Mater. Today, 17: 152-153.
- Costes, L., Laoutid, F., Brohez, S. and Dubois, P., 2017. Bio-based flame retardants: When nature meets fire protection. Materials Science and Engineering: R: Reports, 117: 1–25.
- Freire, C.S.R., Fernandes, S.C.M., Silvestre, A.J.D. and Neto, C.P., 2013. Novel cellulose-based composites based on nanofibrillated plant and bacterial cellulose: recent advances at the University of Aveiro – a review. Holzforschung, 67 (6): 603–612.
- Grześkowiak,W., 2017. Effectiveness of New wood Fire retardants Using a Cone Calorimeter. Journal of Fire Sciences, 35: 565–576.
- Hamada, H., Beckvermit, J. and Bousfield, W.D., 2010. Nanofibrillated cellulose with fine clay as a coating agent to improve print quality. PaperCon 2010 Conference, 201: 11.
- Helanto, K., Matikainen, L., Talja, R. and Rojas, O.J., 2019. Bio-Based Polymers for Sustainable Packaging and Biobarriers: A Critical Review. Bioresources, 14 (2): 4902-4951.
- Ioelovich, M., 2008. Cellulose as a nanostructured polymer: a short review. BioResources, 3 (4): 1403–1418.
- Kargarzadeh, H., Ioelovich, M., Ahmad, I., Thomas, S. and Dufresne, A., 2017. Handbook of Nanocellulose and Cellulose Nanocomposites. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co Weinheim Germany, 49p.
- Klemm, D., Heublein, B., Fink, H-P. and Bohn, A., 2005. Cellulose: fascinating biopolymer and sustainable raw material. Angewandte chemie international edition, 44 (22): 3358–3393.
- Kumar Rastogi, V. and Samyn, P., 2015. Bio-Based Coatings for Paper Applications. Coatings, 5 (4): 887–930.
- Laoutid, F., Bonnaud, L., Alexandre, M., Lopez-Cuesta, J.M. and Dubois, P., 2009. New prospects in flame retardant polymer materials: From fundamentals to nanocomposites. Materials Science and Engineering: R: Reports, 63 (3): 100–125.
- Mariano, M., El Kissi, N. and Dufresne, A., 2014. Cellulose nanocrystals and related nanocomposites: Review of some properties and challenges. J Polym Sci Part B: Polym Phys, 52 (12): 791–806.
- Mazela, B., Batista, A. and Grześkowiak, W., 2020. Expandable Graphite as a Fire Retardant for Cellulosic Materials—A Review. Forests, 11 (7): 755.
- Mngomezulu, M.E., John, M.J., Jacobs, V. and Luyt, A.S., 2014. Review on flammability of biofibres and biocomposites. Carbohydrate Polymers, 111: 149–182.
- Osong, S.H., Norgren, S., Engstrand, P., Lundberg, M. and Hansen, P., 2014. Crill: a novel technique to characterize nano-ligno-cellulose. Nord. Pulp Pap. Res. J, 29 (2): 190–194.
- Price, D., Anthony, G. and Carty, P., 2001. Introduction: polymer combustion, condensed phase pyrolysis and smoke formation. In: Fire Retardant Materials. Elsevier, 30p.
- Rezayati Charani, P., Dehghani-Firouzabadi, M.R., Afra, E., Blademo, A., Naderi, A. and Lindstrom, T., 2013. Production of microfibrillated cellulose from unbleached kraft pulp of Kenaf and Scotch Pine and its effect on the properties of hardwood kraft: microfibrillated cellulose paper. Cellulose, 20 (5): 2559–2267.
- Silva, TCF., Habibi, Y., Colodette, J.L., Elder, T. and Lucia, L.A., 2012. A fundamental investigation of the microarchitecture and mechanical properties of tempo-oxidized nanofibrillated cellulose (NFC)-based aerogels. Cellulose, 19 (6): 1945–1956.
- Song, Z., Xiao, H. and Zhao, Y., 2014. Hydrophobic-modified nano-cellulose fiber/PLA biodegradable composites for lowering water vapor transmission rate (WVTR) of paper. Carbohydr Polym, 111: 442–8.
- Sonnier, R., Taguet, A., Ferry, L. and Lopez-Cuesta, J-M., 2018. Towards Bio-based Flame Retardant Polymers. Springer.
- Syverud, K. and Stenius, P., 2009. Strength and barrier properties of MFC films. Cellulose, 16 (1): 75–85.
- Tavakoli, M., Ghasemian, A., Dehghani-Firouzabadi, M.R. and Mazela, B., 2022. Cellulose and Its Nano-Derivatives as a Water-Repellent and Fire-Resistant Surface: A Review. Materials, 15 (1): 82.
- Vartiainen, J., Shen, Y., Kaljunen, T., Malm, T., Vaha-Nissi, M., Putkonen, M. and Harlin, A., 2016. Bio-based multilayer barrier films by extrusion, dispersion coating and atomic layer deposition. J. Appl. Polym. Sci, 133 (2).
- Xie, J., Xu, J., Cheng, Z., Chen, J., Zhang, Z., Chen, T., Yang, R. and Sheng, J., 2020. Facile synthesis of fluorine-free cellulosic paper with excellent oil and grease resistance. Cellulose, 27:7009–7022.
- Yang, S., Tang, Y., Wang, J., Kong, F. and Zhang, J., 2014. Surface treatment of cellulosic paper with starch-based composites reinforced with nanocrystalline cellulose. Ind. Eng. Chem. Res, 53 (36): 13980–13988.
- Yook, S., Park, H., Park, H., Lee, S.Y., Kwon, J. and Youn, H. J., 2020. Barrier coatings with various types of cellulose nanofibrils and their barrier properties. Cellulose, 27: 4509–4523.
- Zhang, D., Williams, B.L., Shrestha, S.B., Nasir, Z., Becher, E.M., Lofink, B.J., Santos, V.H., Patel, H., Peng, X. and Sun, L., 2017. Flame retardant and hydrophobic coatings on cotton fabrics via sol-gel and self-assembly techniques. Journal of Colloid and Interface Science, 505: 892–899. | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 333 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 235 |
||
