بعصی کاربردهای نانو مواد در صنعت کاغذ
بعصی کاربردهای نانو مواد در صنعت کاغذ
علوم و فناوری‌نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعه گستره‌ای از مواد جدید و بهبود یافته به‌وسیله نانوساختارها را به دنبال دارد. این پیشرفت‌ها برای صنعت کاغذ می‌تواند از اهمیت حیاتی برخوردار باشد.
با کاهش ابعاد نانومواد به پایین‌تر از طول بحرانی، رفتارهای کاملاً متفاوتی از آنها مشاهده می‌شود.
استفاده از خواص مواد در مقیاس نانو، امکان ساخت مواد و ابزار با کارآیی و خواصی که دسترسی به آنها قبلاً ممکن نبوده است را فراهم می‌سازد.
نانوساختارها در اشکال مختلفی از جمله پوشش، پودر، کامپوزیت و دیگر شکل‌ها باعث ایجاد تحول در شماری از بخش‌های صنعتی از جمله موارد زیر می‌شوند:
پوششها و رنگ؛
حفاظت در برابر خوردگی؛
حفاظت زیست‌محیطی؛
چسب و پلیمرهای رسانا؛
دارورسانی؛
مواد زیست‌سازگار؛
حفاظ‌های کارکردی؛
سطوح هوشمند خود تمیزکننده؛
چاپ کارکردی؛
مخابرات نوری؛
جوهر و کاغذهای الکترونیکی؛
منابع انرژی قابل حمل؛
تصفیه آب؛
نانو مواد شامل موارد زیر هستند:
خوشه‌های اتمی (نقاط کوانتومی، ماکرومولکول‌های معدنی، نقاط نانومتری)؛
گلوله‌هایی با ابعاد کمتر از ۱۰۰ نانومتر (مواد نانوبلوری، نانوفازی و نانوساختاری)؛
الیافی با قطر کمتر از ۱۰۰ نانومتر (نانومیله‌ها، نانوصفحه‌ها، نانولوله‌ها، نانوالیاف و سیم‌های کوانتومی)؛
فیلم‌هایی با ضخامت کمتر از ۱۰۰ نانومتر؛
نانوحفره‌ها؛
نانوکامپوزیت‌ها
ترکیب نانومواد می‌تواند شامل هر عنصر طبیعی باشد که مهمترین آن عبارتند از:
سیلیکات‌ها، کاربیدها، نیتریدها، اکسیدها، بوریدها، سلنیدها، تلوریدها، سولفیدها، هالیدها، آلیاژها، فلزها و پلیمرهای آلی
هم‌اکنون فناوری نانوذرات در حال تأثیرگذاری بر تعدادی از محصولات و خدمات، از جمله صنعت کاغذ است. پیشرفت‌های اخیر موجب کاهش نیاز به مواد برای ساخت محصولات و افزایش کارآیی سوخت در خودروها و هواپیماها شده است. همچنین کنترل ساختار مواد در مقیاس نانو در بهبود کارآیی مواد مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و این روند موجب افزایش کارآیی موتورها و ژنراتورهای الکتریکی خواهد شد. دیگر انواع مواد، به خصوص آنهایی که در باتری‌ها و پیل‌های سوختی به کار می‌روند نیز به روش‌های مشابهی در حال بهبود و ترقی هستند و نتیجه این‌تلاش‌ها به صورت منابع تولید نیروی سبک و قابل حمل در تلفن‌های همراه، رایانه‌های کیفی و موارد دیگر دیده می‌شود. در زمینه کنترل خواص سطحی مواد در منسوجات، رنگ‌ها و پوششها نیز خواصی همچون قابلیت نفوذ هوا در مواد، ضدآب و ضد لک بودن لباس‌ها و فرش‌ها دیده می‌شود.
نانوذرات، به علت سطح ویژه بسیار بالا کاتالیست‌های بسیار فعالی هستند و به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستیک‌ها، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نیز در کلوئیدها و در صفحات خورشیدی، جوهر چاپگرها و رنگ‌ها مورد استفاده قرار گرفته‌اند.
رنگدانه برای جوهر
پیشرفت‌های اخیر در فناوری‌نانو، در حال ایجاد فرصت‌های جدیدی است که از سوی سازندگان و مصرف‌کنندگان جوهر مورد توجه قرار گرفته است تا خواص و کارآیی جوهرها را افزایش دهد.
به عنوان مثال BASF تخمین می‌زند که این دسته از محصولات فناوری‌نانو ده درصد از فروش اخیرشان را شامل شود. یکی از محصولات فناوری‌نانو در این عرصه، رنگدانه‌های نانومتری است که شامل دی‌اکسید تیتانیوم است و ظرفیت بالایی در جذب نور دارد.
هم‌اکنون محققان در تلاشند تا با استفاده از نانومواد و بدون استفاده از رنگدانه‌های متعارف، به رنگ‌های متفاوت دست یابند.
این رنگ‌ها که با توزیع نانوذرات هم اندازه ایجاد می‌شوند، درست به همان شکلی که رنگ بخش‌های مختلف بال پروانه‌ها با هم تفاوت می‌کند، می‌باشند.
همچنین محققان در حال توسعه پلیمرهای چندشاخه (hyperbranched) از پلی‌یورتان‌ها هستند تا از این طریق مشکلات چاپگرهای استفاده‌کننده از سیستم‌های جوهر متفاوت برای چاپ بر روی پلیمرهای قطبی مثل پلی‌استر و پلی‌آمید، نیز پلاستیک‌های غیرقطبی مثل پلی‌اتیلن و پلی پروپیلن را حل نمایند. تعداد بسیار فراوان گروه‌های عاملی بر روی پلیمرهای چند شاخه، گروه‌های پیوندی کافی برای اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پلیمر را ایجاد می‌کند.
چاپگرهای جوهرافشان، زمینه‌دیگری برای کاربرد فناوری نانوذرات هستند. برای مثال، شرکت دیگوسا (Degussa) از فناوری نانوذرات خود به منظور توسعه محدوده‌ای از رنگدانه‌های کوچک استفاده کرده است تا پایداری رنگ بر روی سطوح را افزایش دهد. چندی پیش شرکت بزرگ Nano Products در آمریکا نیز خبر از راه‌اندازی خطوط تولید جدید با استفاده از نانوذرات ™PureNano به عنوان جوهر را داده است. ترکیبات، رنگدانه‌ها و پوشش‌های دی‌الکتریک، هادی و مغناطیسی، نمونه‌هایی از جوهر و فازهای پراکنده نانومتری هستند.
سیستم‌های نگهداری
صنعت کاغذ، سال‌های زیادی است که از اصول علوم و فناوری‌نانو به‌ویژه در زمینه شیمی تَر، برای توسعه سیستم‌های نگهداری بهره گرفته است. یک سیستم نانوذره اولیه -که هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد- یک نانوذره آنیونی (سیلیکای کلوئیدی) و نشاسته کاتیونی را با هم ترکیب می‌کرد. نسل بعدی این سیستم که در سال ۱۹۹۲ به‌وجود آمد شامل ذرات سیلیکای ساختاری با طراحی خاص است که به منظور ترکیب با پلی‌اکریلامید کاتیونی (C-PAM) سنتزی به‌وجود آمده‌اند و مشخص شده است که ساختار بسیار مرتب این نانوذرات موجب واکنش بسیار بهتر آنها با C-PAM می‌شود. کره‌های سیلیکا در نانوذره ساختاری، پیوندهای کوالانسی بسیار قوی سیلوکسان را به وجود می‌آورند که تنش‌های ماشین نمی‌توانند به‌راحتی آنها را بشکنند.
در سال ۲۰۰۰ شرکت Eka Chemicals سیستم Compozil Select را ارائه کرد، که یک سیستم نانوذره‌ای مبتنی بر مولکول‌های کلوئیدی سیلیکای آنیونی و ترکیبات پلیمری کاتیونی مثل صمغ، گوار، پلی‌اکریلامیدها، نشاسته کاتیونی و آشغال‌گیرهای آنیونی است. مولکول‌های بسیار کوچک، سطح ویژه و دانستیه بار بسیار بالایی ایجاد می‌کنند. این خواص کلیدی موجب بهبود لخته‌شدن و بهبود سیستم نگهدارنده می‌شوند.
پوششها
پوششها یکی از نانومواد بسیار مهم هستند، که در موارد بسیاری، از پوشش‌های مقاوم نسبت به خش در شیشه‌ها گرفته تا وسایل خود تمیز کن کاربرد دارند. یک نمونه از این موارد، پوشش کامپوزیت نانوسرامیکی از جنس آلومینا و تیتانیا با نام تجاری Nanox2613 است که شرکت Inframat آن‌را ساخته است.
دوام این نانوسرامیک آلومینا/تیتانیا در مقایسه با مشابه سرامیکی، بین چهار تا شش برابر است و در عین حال، فاکتور سختی آن نیز دو برابر بیشتر از نوع غیر نانومتری است. علی‌رغم قیمت بالای این محصول (۳۰ تا۵۰ دلار به ازای هر پوند) استفاده از آن از نظر اقتصادی به صرفه است.
به عنوان مثال، نیروی دریایی آمریکا اکنون با استفاده از پوشش نانوساختاری در موارد زیادی از جمله شیرهای ورود و خروج هوا در زیردریایی‌ها حدود ۴۰۰ هزار دلار در هر کشتی و به طور تقریبی ۲۰ میلیون دلار در ده سال آینده صرفه‌جویی خواهد کرد.
Nanox به عنوان یکی از پوشش‌های مناسب برای تانک‌های شنی، شفت‌های پریسکوپ، شیرها و بسیاری از ادوات مورد استفاده در محیط‌های دریایی ارزیابی می‌شود. یکی از شرکت‌های معدنی که نیکل و کبالت را از سنگ‌های معدنی به دست می‌آورد، از پوشش Nanox در شیرهای موسوم به ball valve استفاده کرده است. چنین شیرهایی باید در مقابل عبور دوغابی از سنگ‌ریزه در محیط بسیار اسیدی و فشار بالا مقاومت کنند. شیرهای معمولی در چنین شرایطی فقط چند ساعت پس از جلادهی دوام می‌آورند، در حالی که دوره کار شیرهای پوشش‌دار به دو روز می‌رسد.
Nanox در صنعت خودروسازی نیز در مواردی همچون سیستم اگزوز مورد آزمایش قرار گرفته است. شرکت‌های نفت و گاز نیز در حال ارزیابی این پوشش برای پمپ‌های چرخشی هستند.
دیگر کاربردهای پیشنهاد شده برای Nanox ،صنایع چاپ و کاغذسازی می‌باشد.
