بعضی از کاربردهای نانومواد در صنعت کاغذ

علوم و فناوری‌نانو موجب تحول در علم مواد شده و توسعة گستره‌ای از مواد جدید و بهبود یافته به‌وسیله نانوساختارها را به دنبال دارد. این پیشرفت‌ها برای صنعت كاغذ می‌تواند از اهمیت حیاتی برخوردار باشد.
با كاهش ابعاد نانومواد به پایین‌تر از طول بحرانی، رفتارهای كاملاً متفاوتی از آنها مشاهده می‌شود.
استفاده از خواص مواد در مقیاس نانو، امكان ساخت مواد و ابزار با كارآیی و خواصی كه دسترسی به آنها قبلاً ممكن نبوده است را فراهم می‌سازد.
نانوساختارها در اشكال مختلفی از جمله پوشش، پودر، كامپوزیت و دیگر شكل‌ها 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 كاركردی؛
سطوح هوشمند خود تمیزكننده؛
چاپ كاركردی؛
مخابرات نوری؛
جوهر و كاغذهای الكترونیكی؛
منابع انرژی قابل حمل؛
تصفیه آب؛
نانو مواد شامل موارد زیر هستند:
خوشه‌های اتمی (نقاط كوانتومی، ماكرومولكول‌های معدنی، نقاط نانومتری)؛
گلوله‌هایی با ابعاد كمتر از ۱۰۰ نانومتر (مواد نانوبلوری، نانوفازی و نانوساختاری)؛
الیافی با قطر كمتر از ۱۰۰ نانومتر (نانومیله‌ها، نانوصفحه‌ها، نانولوله‌ها، نانوالیاف و سیم‌های كوانتومی)؛
فیلم‌هایی با ضخامت كمتر از ۱۰۰ نانومتر؛
نانوحفره‌ها؛
نانوكامپوزیت‌ها
تركیب نانومواد می‌تواند شامل هر عنصر طبیعی باشد كه مهمترین آن عبارتند از:
سیلیكات‌ها، ‌ كاربیدها، ‌ نیتریدها، اكسیدها، بوریدها، ‌ سلنیدها، تلوریدها، ‌ سولفیدها، ‌ هالیدها، آلیاژها، ‌ فلزها و پلیمرهای آلی
هم‌اكنون فناوری نانوذرات در حال تأثیرگذاری بر تعدادی از محصولات و خدمات، ‌ از جمله صنعت كاغذ است. پیشرفت‌های اخیر موجب كاهش نیاز به مواد برای ساخت محصولات و افزایش كارآیی سوخت در خودروها و هواپیماها شده است. همچنین كنترل ساختار مواد در مقیاس نانو در بهبود كارآیی مواد مغناطیسی مورد استفاده قرار می‌گیرد و این روند موجب افزایش كارآیی موتورها و ژنراتورهای الكتریكی خواهد شد. دیگر انواع مواد، ‌ به خصوص آنهایی كه در باتری‌ها و پیل‌های سوختی به كار می‌روند نیز به روش‌های مشابهی در حال بهبود و ترقی هستند و نتیجة این‌تلاش‌ها به صورت منابع تولید نیروی سبك و قابل حمل در تلفن‌های همراه، رایانه‌های كیفی و موارد دیگر دیده می‌شود. در زمینة‌ كنترل خواص سطحی مواد در منسوجات، رنگ‌ها و پوشش‌ها نیز‌ خواصی همچون قابلیت نفوذ هوا در مواد، ضدآب و ضد لك بودن لباس‌ها و فرش‌ها دیده می‌شود.
نانوذرات، به علت سطح ویژة بسیار بالا كاتالیست‌های بسیار فعالی هستند و به منظور بهبود خواص و تنوع پلاستیك‌ها، مورد استفاده قرار گرفته‌اند. نیز در كلوئیدها 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 كه از سوی سازندگان و مصرف‌كنندگان جوهر مورد توجه قرار گرفته است تا خواص و كارآیی جوهرها را افزایش دهد.
به عنوان مثال BASF تخمین می‌زند كه این دسته از محصولات فناوری‌نانو ده درصد از فروش اخیرشان را شامل ‌شود. یكی از محصولات فناوری‌نانو در این عرصه، رنگدانه‌های نانومتری است كه شامل دی‌اكسید تیتانیوم است و ظرفیت بالایی در جذب نور دارد.
هم‌اكنون محققان در تلاشند تا با استفاده از نانومواد و بدون استفاده از رنگدانه‌های متعارف، ‌ به رنگ‌های متفاوت دست یابند.
این رنگ‌ها كه با توزیع نانوذرات هم اندازه ایجاد می‌شوند، ‌ درست به همان شكلی كه رنگ بخش‌های مختلف بال پروانه‌ها با هم تفاوت می‌كند، می‌باشند.
همچنین محققان در حال توسعة پلیمرهای چندشاخه (hyperbranched) از پلی‌یورتان‌ها هستند تا از این طریق مشكلات چاپگرهای استفاده‌كننده از سیستم‌های جوهر متفاوت برای چاپ بر روی پلیمرهای قطبی مثل پلی‌استر و پلی‌آمید، نیز پلاستیك‌های غیرقطبی مثل پلی‌اتیلن و پلی پروپیلن را حل نمایند. تعداد بسیار فراوان گروه‌های عاملی بر روی پلیمرهای چند شاخه، گروه‌های پیوندی كافی برای اتصال جوهر به نقاط چسبنده بر سطح پلیمر را ایجاد می‌كند.
چاپگرهای جوهرافشان، ‌ زمینة‌دیگری برای كاربرد فناوری نانوذرات هستند. برای مثال، ‌ شركت دیگوسا (Degussa) از فناوری نانوذرات خود به منظور توسعة محدوده‌ای از رنگدانه‌های كوچك استفاده كرده است تا پایداری رنگ بر روی سطوح را افزایش دهد. چندی پیش شركت بزرگ Nano Products در آمریكا نیز خبر از راه‌اندازی خطوط تولید جدید با استفاده از نانوذرات ™PureNano به عنوان جوهر را داده است. تركیبات، ‌ رنگدانه‌ها و پوشش‌های دی‌الكتریك، هادی و مغناطیسی، نمونه‌هایی از جوهر و فازهای پراكندة نانومتری هستند.
سیستم‌های نگهداری
صنعت كاغذ، سال‌های زیادی است كه از اصول علوم و فناوری‌نانو به‌ویژه در زمینة شیمی‌ تَر، برای توسعة سیستم‌های نگهداری بهره گرفته است. یك سیستم نانوذرة اولیه -كه هنوز هم مورد استفاده قرار می‌گیرد- یك نانوذرة آنیونی (سیلیكای كلوئیدی) و نشاستة كاتیونی را با هم تركیب می‌كرد. نسل بعدی این سیستم كه در سال ۱۹۹۲ به‌وجود آمد شامل ذرات سیلیكای ساختاری با طراحی خاص است كه به منظور تركیب با پلی‌اكریلامید كاتیونی (C-PAM) سنتزی به‌وجود آمده‌اند و مشخص شده است كه ساختار بسیار مرتب این نانوذرات موجب واكنش بسیار بهتر آنها با C-PAM می‌شود. كره‌های سیلیكا در نانوذرة ساختاری، ‌ پیوندهای كوالانسی بسیار قوی سیلوكسان را به وجود می‌آورند كه تنش‌های‌ ماشین نمی‌توانند به‌راحتی آنها را بشكنند.
در سال ۲۰۰۰ شركت Eka Chemicals سیستم Compozil Select را ارائه كرد، كه یك سیستم نانوذره‌ای مبتنی بر مولكول‌های كلوئیدی سیلیكای آنیونی و تركیبات پلیمری كاتیونی مثل صمغ، گوار، پلی‌اكریلامیدها، ‌ نشاسته كاتیونی و آشغال‌گیرهای آنیونی است. مولكول‌های بسیار كوچك، سطح ویژه و دانستیة بار بسیار بالایی ایجاد می‌كنند. این خواص كلیدی موجب بهبود لخته‌شدن و بهبود سیستم نگهدارنده می‌شوند.
پوشش‌ها
پوشش‌‌ها یكی از نانومواد بسیار مهم هستند، که در موارد بسیاری، ‌ از پوشش‌های مقاوم نسبت به خش در شیشه‌ها گرفته تا وسایل خود تمیز كن كاربرد دارند. یك نمونه از این موارد، پوشش كامپوزیت نانوسرامیكی از جنس آلومینا و تیتانیا با نام تجاری Nanox۲۶۱۳ است كه شركت Inframat آن‌را ساخته است.
دوام این نانوسرامیك آلومینا/تیتانیا در مقایسه با مشابه سرامیكی، بین چهار تا شش برابر است و در عین حال، فاكتور 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 آمریكا اكنون با استفاده از پوشش نانوساختاری در موارد زیادی از جمله شیرهای ورود و خروج هوا در زیردریایی‌ها حدود ۴۰۰ هزار دلار در هر كشتی و به طور تقریبی ۲۰ میلیون دلار در ده سال آینده صرفه‌جویی خواهد كرد.
Nanox به عنوان یكی از پوشش‌های مناسب برای تانك‌های شنی، شفت‌های پریسكوپ، شیرها و بسیاری از ادوات مورد استفاده در محیط‌های دریایی ارزیابی می‌شود. یكی از شركت‌های معدنی كه نیكل و كبالت را از سنگ‌های معدنی به دست می‌آورد، از پوشش Nanox در شیرهای موسوم به ball valve استفاده كرده است. چنین شیرهایی باید در مقابل عبور دوغابی از سنگ‌ریزه در محیط بسیار اسیدی و فشار بالا مقاومت كنند. شیرهای معمولی در چنین شرایطی فقط چند ساعت پس از جلادهی دوام می‌آورند، ‌ در حالی كه دورة كار شیرهای پوشش‌دار به دو روز می‌رسد.
Nanox در صنعت خودروسازی نیز در مواردی همچون سیستم اگزوز مورد آزمایش قرار گرفته است. شركت‌های نفت و گاز نیز در حال ارزیابی این پوشش برای پمپ‌های چرخشی هستند.
دیگر كاربردهای پیشنهاد شده برای Nanox صنایع چاپ و كاغذسازی می‌باشد.

منبع : ستاد ویژه توسعه فناوری نانو