کاربرد فناوری نانو در صنعت کاغذ سازی چیست ؟ - بوستان گفتگو

با کاهش ابعاد نانو مواد به پایین تر از طول بحرانی، رفتارهای کاملا متفاوتی از آنها مشاهده می گردد .علوم و فناوری نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعه گستره ای از مواد نو و بهبود یافته از طریق نانو ساختارها را در پی دارد. این پیشرفت ها برای صنعت کاغذ می تواند از اهمیت حیاتی برخوردار باشد.

با کاهش ابعاد نانو مواد به پایین تر از طول بحرانی، رفتار های کاملا متفاوتی از آنها مشاهده می گردد استفاده از خواص مواد در مقیاس نانو، امکان ساخت مواد و ابزار با کارآیی و خواصی که دسترسی به آنها قبلا ممکن نبوده است را فراهم می سازد.

نانو ساختارها در اشکال مختلفی از جمله پوشش، پودر، کامپوزیت و دیگر شکل ها باعث ایجاد تحول در شماری از بخش های صنعتی از جمله موارد زیر می شوند:

• پوشش ها و رنگ
• حفاظت در برابر خوردگی
• حفاظت زیست محیطی
• چسب و پلیمر های رسانا
• دارورسانی
• مواد زیست سازگار
• حفاظ های کارکردی
• سطوح هوشمند خود تمیز نماینده
• چاپ کارکردی
• مخابرات نوری
• جوهر و کاغذهای الکترونیکی
• منابع انرژی قابل حمل
• تصفیه آب

نانو مواد شامل موارد زیر هستند :

• خوشه های اتمی (نقاط کوانتومی، ماکرومولکول های معدنی، نقاط نانو متری)
• گلوله هایی با ابعاد کمتر از 100 نانومتر (مواد نانوبلوری، نانوفازی و نانو ساختاری)
• الیافی با قطر کمتر از 100 نانومتر (نانو میله ها، نانو صفحه های | نانولولهها، نانو الیاف و سیم های کوانتومی)
• فیلم هایی با ضخامت کمتر از 100 نانومتر
• نانوحفره ها
• نانوکامپوزیت ها

ترکیب نانو مواد می تواند شامل هر عنصر طبیعی باشد که مهمترین آن عبارتند از :

• سیلیکات ها، کار بیدها، نیتریدها، اکسیدها، بوریدها، سلنیدها،تلوریدها، سولفید ها، هالیدها، آلیاژها، فلزها و پلیمر های آلی

هم اکنون فناوری نانو ذرات در حال تأثیرگذاری بر تعدادی از محصولات و خدمات، از جمله صنعت کاغذ است. پیشرفت های اخیر موجب کاهش احتیاج به مواد برای ساخت محصولات و افزایش کارآیی سوخت در خودروها و هواپیماها شده است. بعلاوه کنترل ساختارمواد در مقیاس نانو در بهبود کارآیی مواد مغناطیسی مورد استفاده قرار می گیرد و این فرایند موجب افزایش کارایی موتورها و ژنراتورهای الکتریکی خواهد شد.

دیگر انواع مواد، به خصوص آنهایی که در باتری ها و پیل های سوختی به کار می فرایند هم به روش های مشابهی در حال بهبود و ترقی هستند و نتیجه این کوشش ها به صورت منابع فراوری نیروی سبک و قابل حمل در تلفن های همراه، رایانه های کیفی و موارد دیگر دیده می گردد.

در زمینه کنترل خواص سطحی مواد در منسوجات، رنگ ها و پوشش ها هم خواصی همانند قابلیت نفوذ هوا در مواد، ضد آب و ضد لک بودن لباس ها و فرش ها دیده می گردد نانو ذرات، به دلیل سطح ویژه بسیار بالا کاتالیست های بسیار فعالی هستند و به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستیک ها، مورد استفاده قرار گرفته اند. هم در کلوئیدها و در صفحات خورشیدی، جوهر چاپگرها و رنگ ها مورد استفاده قرار گرفته اند.

بیشتر بخوانید : چاپ نانوگرافی چیست ؟

رنگدانه برای جوهر

پیشرفت های اخیر در فناوری نانو، در حال ایجاد فرصت های نوی است که از سوی سازندگان و مصرف نمایندگان جوهر مورد توجه قرار گرفته است تا خواص و کارآیی جوهر ها را افزایش دهد.

به عنوان مثال BASF تخمین می زند که این دسته از محصولات فناوری نانو ده درصد از فروش اخیر شان را شامل گردد. یکی از محصولات فناوری نانو در این عرصه، رنگدانه های نانو متری است که شامل دی اکسید تیتانیوم است و ظرفیت بالایی در جذب نور دارد هم اکنون محققان در کوششند تا با استفاده از نانو مواد و بدون استفاده از رنگدانه های متعارف، به رنگ های متفاوت دست یابند.

این رنگ ها که با توزیع نانو ذرات هم میزان ایجاد می شوند. درست به همان شکلی که رنگ بخش های مختلف بال پروانه ها با هم تفاوت می نماید، می باشند بعلاوه محققان در حال توسعه پلیمر های چند شاخه (hyperbranched) از پلی یورتان ها هستند تا از این طریق مسائل چاپگرر استفاده نماینده از سیستم های جوهر متفاوت برای چاپ بر روی پلیمر های قطبی مثل پلی استر و پلی آمید، هم پلاستیک های غیر قطبی مثل پلی اتیلن و پلی پروپیلن را حل نمایند.

تعداد بسیار فراوان گروه های عاملی بر روی پلیمر های چند شاخه گروههای پیوندی کافی برای اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پلیمر را ایجاد می نماید چاپگرهای جوهر افشان، زمینه دیگری برای کاربرد فناوری نانوذرات هستند. برای مثال، شرکت دیگوا (Degussa) از فناوری نانو ذرات خود به منظور توسعه محدوده ای از رنگدانه های کوچک استفاده نموده است تا پایداری رنگ بر روی سطوح را افزایش دهد.

چندی پیش شرکت بزرگ Nano Products در آمریکا هم خبر از راه اندازی خطوط فراوری نو با استفاده از نانو ذرات PureNano به عنوان جوهر را داده است. ترکیبات، رنگدانه ها و پوشش های دی الکتریک. هادی و مغناطیسی، نمونه هایی از جوهر و فاز های پراکنده نانو متری هستند.

بیشتر بخوانید : برترین سازنده فروشنده دستگاه بسته بندی خانگی کدام است ؟

سیستم های نگهداری

صنعت کاغذ، سال های زیادی است که از اصول علوم و فناوری نانو به ویژه در زمینه شیمی تر، برای توسعه سیستم های نگهداری بهره گرفته است.

یک سیستم نانوذره اولیه که هنوز هم مورد استفاده قرار می گیرد- یک نانو ذره آنیونی (سیلیکای کلوئیدی) و نشاسته کاتیونی را با هم ترکیب می کرد. نسل بعدی این سیستم که در سال 1992 به وجود آمده شامل ذرات سیلیکای ساختاری با طراحی خاص است که به منفلور ترکیب با پلی اکریلامید کاتیونی (C-PAM) سنتزی به وجود آمده اند و معین شده است که ساختار بسیار مرتب این نانو ذرات موجب واکنش بسیار بهتر آنها با C-PAM می گردد.

کره های سیلیکا در نانوذره ساختاری، پیوند های کوالانسی بسیار قوی سیلو کسان را به وجود می آورند که تنش های ماشین نمی توانند به راحتی آنها را بشنمایند. در سال 2000 شرکت Eka Chemicals سیستم Conpozil Select را ارائه کرد، که یک سیستم نانو ذرهای مبتنی بر مولکول های کلوئیدی سیلیکای آنیونی و ترکیبات پلیمری کاتیونی مثل صمة، گوار، پلی اکریلامیدها، نشاسته کاتیونی و آشغال گیر های آنیونی است مولکول های بسیار کوچک، سطح ویژه و دانستیه بار بسیار بالایی ایجاد می نمایند. این خواص کلیدی موجب بهبود لخته شدن و بهبود سیستم نگهدارنده می شوند

بیشتر بخوانید : برترین جعبه سازی هارد باکس ایران کدام است ؟

پوشش ها

پوشش ها یکی از نانو مواد بسیار مهم هستند، که در موارد بسیاری، از پوشش های مقاوم نسبت به خش در شیشه ها گرفته تا وسایل خود تمیز کن کاربرد دارند. یک نمونه از این موارد، پوشش کامپوزیت نانو سرامیکی از جنس آلومینا و تیتانیا با نام تجاری Nanox2013 است که شرکت Inframat آن را ساخته است.

دوام این نانو سرامیک آلومینا تیتانیا در مقایسه با مشابه سرامیکی، بین چهار تا شش برابر است و در عین حال، فاکتور سختی آن هم در برابر بیشتر از نوع غیر نانو متری است. علی رغم قیمت بالای این محصول (30 تا 50 دلار به ازای هر پوند) استفاده از آن از نظر مالی به صرفه است به عنوان مثال، نیروی دریایی آمریکا اکنون با استفاده از پوشش نانو ساختاری در موارد زیادی از جمله شیرهای ورود و خروج هوا در زیر دریایی ها حدود 400 هزار دلار در هر کشتی و به طور تقریبی 20 میلیون دلار در ده سال آینده صرفه جویی خواهد نمود.

Nanox به عنوان یکی از پوشش های مناسب برای تانک های شنی شفت های پریسکوپ، شیر ها و بسیاری از ادوات مورد استفاده در محیط های دریایی ارزیابی می گردد. یکی از شرکت های معدنی که نیکل و کبالت را از سنگهای معدنی به دست می آورد. از پوشش NanoX در شیر های موسوم به ball valve استفاده نموده است. چنین شیر هایی باید در مقابل عبور دوغابی از سنگریزه در محیط بسیار اسیدی و فشار بالا مقاومت نمایند. شیر های معمولی در چنین شرایعلی فقط چند ساعت پس از جلاد هی دوام می آورند، در حالی که دوره کار شیر های پوشش دار به دو روز می رسد.

Nanox در صنعت خودروسازی هم در مواردی همانند سیستم اگزوز مورد آزمایش قرار گرفته است. شرکت های نفت و گاز هم در حال ارزیابی این پوشش برای پمپ های چرخشی هستند. دیگر کاربردهای پیشنهاد شده برای NanoX صنایع چاپ و کاغذ سازی می باشد.