دنیای نانو

دنیای نانو

نانومواد زیستی نوین مورد استفاده در بخش پایانه تر کاغذسازی: ساختارها، عملکردها، کاربردها و چالش‌های آینده

نوع مقاله : مروری

نویسندگان
1 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشکده منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
2 گروه علوم و صنایع چوب و کاغذ، دانشکده منابع طبیعی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران
چکیده
در سال‌های اخیر، استفاده از انواع نانومواد به‌ویژه نانومواد زیستی به‌عنوان رویکردی نوین برای بهبود عملکرد کاغذهای سنتی و تولید محصولات کاغذی پیشرفته مورد توجه قرار گرفته است. این مواد به‌دلیل منشأ تجدیدپذیر، زیست‌تخریب‌پذیری و قابلیت ایجاد خواص چندمنظوره، نقش مهمی در توسعه محصولات پایدار صنعت کاغذ ایفا می‌کنند. در میان این مواد، نانوسلولزها شامل نانوالیاف سلولزی، نانوالیاف لیگنوسلولزی، نانوبلورهای سلولزی و نانوسلولز باکتریایی بیشترین کاربرد را دارند. نانوسلولزها به‌دلیل سطح ویژه بالا، نسبت طول به قطر زیاد و توانایی تشکیل شبکه‌های متراکم، موجب بهبود استحکام مکانیکی، خواص ممانعتی و عملکردهای خاص کاغذ می‌شوند. در این میان، نانوالیاف لیگنوسلولزی با خلوص و شفافیت بالا، تقویت‌کننده‌ای مؤثر برای کاغذهای مقاوم و پوشش‌های زیست‌پایه هستند، اگرچه مصرف انرژی تولید و حساسیت به رطوبت از محدودیت‌های آن‌ها محسوب می‌شود. در مقابل، نانوالیاف لیگنوسلولزی حاوی لیگنین، ضمن کاهش هزینه و انرژی تولید، مقاومت به رطوبت و اشعه فرابنفش بالاتری داشته و گزینه‌ای مناسب برای بسته‌بندی‌های پایدار و سامانه‌های مبتنی بر پالایشگاه زیستی هستند. نانوبلورهای سلولزی و نانوسلولز باکتریایی نیز به‌دلیل بلورینگی بالا، خواص مکانیکی مطلوب و قابلیت تشکیل ساختارهای منظم، در تولید کاغذهای پیشرفته کاربرد دارند. علاوه بر نانوسلولزها، نانوذرات لیگنین و نانوکایتوزان از دیگر نانومواد زیستی مهم در کاغذسازی هستند. نانوذرات لیگنین با قابلیت جذب UV، فعالیت آنتی‌اکسیدانی و بهبود مقاومت رطوبتی، امکان تولید کاغذهای عملکردی را فراهم می‌کنند، در حالی‌که نانوکایتوزان به‌دلیل زیست‌سازگاری و خاصیت ضدمیکروبی، برای تولید بهداشتی، کاغذهای بسته‌بندی‌های فعال و هوشمند مناسب است. در مجموع، ترکیب هدفمند این نانومواد می‌تواند مسیر توسعة کاغذهای نسل جدید با خواص مکانیکی، ممانعتی و عملکردی پیشرفته را فراهم سازد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Emerging Bio-based Nanomaterials for the Wet-End Processes of Papermaking: Structures, Functionalities, Applications, and Future Challenges

نویسندگان English

Yahya Hamzeh 1
Ali Abdulkhani 2
Mohammad Azadfallah 2
1 Department of Wood and Paper Science and Technology,, Faculty of Natural Resources, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
2 Department of Wood and Paper Science and Technology,, Faculty of Natural Resources, College of Agriculture and Natural Resources, University of Tehran, Karaj, Iran
چکیده English

In recent years, various nanomaterials, particularly bio-based nanomaterials, have gained attention as innovative approaches to improve conventional papers and develop advanced products. Owing to their renewable origin, biodegradability, and ability to impart multifunctional properties, these materials play a significant role in developing sustainable products for the paper industry. Among these materials, nanocelluloses, including cellulose nanofibers (CNFs), lignocellulosic nanofibers (LCNFs), cellulose nanocrystals (CNCs), and bacterial nanocellulose (BNC), have received the greatest attention and application. Among them, CNFs with high purity and transparency serve as effective reinforcing agents for high-strength papers and bio-based coatings; however, their high production energy demand and moisture sensitivity remain major limitations. In contrast, LCNFs offer advantages such as reduced production cost and energy consumption, along with improved resistance to moisture and ultraviolet (UV) radiation, making them promising candidates for sustainable packaging applications and biorefinery-based systems. CNCs and BNC also exhibit great potential in the production of advanced papers due to their high crystallinity, excellent mechanical properties, and ability to form well-organized nanostructures. In addition to nanocelluloses, lignin nanoparticles and nanochitosan are among the other important bio-based nanomaterials used in papermaking. Lignin nanoparticles enable the production of functional papers through their UV-absorbing capacity, antioxidant activity, and ability to improve moisture resistance, whereas nanochitosan, owing to its biocompatibility and antimicrobial properties, is suitable for hygienic applications and the development of active and intelligent packaging papers. Overall, the rational combination of these nanomaterials can provide a pathway toward the development of next-generation papers with advanced mechanical, barrier, and functional properties.

کلیدواژه‌ها English

Papermaking
bio-based nanomaterials
nanocellulose
lignin nanoparticles
nanochitosan
advanced paper products
sustainable bio-based packaging

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 13 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 15 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 08 شهریور 1405
  • تاریخ پذیرش 13 شهریور 1405