ساخت کاغذ چندبار مصرف

شیمیدان‌های آمریکایی کاغذ جدیدی ساختند که قابلیت دوباره نویسی دارد و بر اساس ویژگی ماده شیمیایی به نام رنگینه اکسایش و کاهش کار می‌کند.

کد خبر: ۱۱۸۶۸۴۹

تاریخ: ۱۲ آذر ۱۳۹۳ - ۱۲:۳۸

به گزارش گروه دانش خبرگزاری دانا (دانا خبر) و به نقل از سیناپرس، چینی‌ها نخستین مردمانی بودند که بیش از ۲ هزار سال پیش، کاغذهایی مانند کاغذهای امروزی ساختند. در واقع توسعه و گسترش تمدن بشری به استفاده از کاغذ به عنوان ماده قابل نوشتن مدیون است. بر طبق نتایج آماری، ۹۰ درصد از تمام اطلاعات کسب‌وکار امروزی بر روی کاغذ نگه‌داری می‌شود، با این وجود بخش عمده‌ای از این کاغذهای چاپ شده پس از استفاده یک‌باره دور ریخته می‌شوند. اتلاف کاغذ (و جوهر کارتریج) منجر به آلودگی‌های محیط زیستی چون جنگل زدایی، آلودگی شیمیایی هوا، آب و زمین می‌شود و اگر قابل دوباره نویسی (قابلیت نوشته شدن و پاک شدن چندین دفعه‌ای) بود این مشکلات تا حد زیادی کاهش می‌یافت.

شیمیدان‌های آزمایشگاه یادونگ یین در دانشگاه ریورساید کالیفرنیا به تازگی کاغذی با قابلیت دوباره‌نویسی ساختند که بر اساس ویژگی سوییچ رنگی ماده شیمیایی به نام رنگینه اکسایش و کاهش یا رِدوکس کار می‌کند. رنگینه لایه تصویری کاغذ را ایجاد می‌کند و عمل چاپ روی آن توسط نور فرابنفش برای رنگبَری نوری یا فوتوبلیچینگ رنگینه به جز در بخش‌هایی که متن روی کاغذ را تشکیل می‌دهند انجام می‌شود. این کاغذ جدید را می‌توان بیش از ۲۰ بار نوشت و پاک کرد بدون اینکه کاهش محسوسی در وضوح و تفکیک‌پذیری تصویر آن  صورت پذیرد.

پروفسور یادونگ یین می‌گوید: « این کاغذ نیاز به جوهر اضافی برای چاپ ندارد لذا به لحاظ اقتصادی و سازگاری با محیط زیست مناسب است  لذا این کاغذ در پاسخ به نیاز جهانی پایداری و حفاظت محیط زیست، جایگزین مناسبی برای کاغذهای معمولی خواهد بود.»

این کاغذ در سه رنگ اصلی آبی، قرمز و سبز موجود است که از رنگینه ردوکس متیلن آبی، قرمز کمرنگ و سبز تند در ساخت آنها استفاده می‌شود. در رنگینه نانوبلورهای تیتانیا (به عنوان کاتالیزور) و سلولز هیدروژنی (به عنوان عامل ضخیم‌ساز) نیز وجود دارد که ترکیب رنگینه، کاتالیزور و سلولز هیدروژن قابلیت وارونه‌پذیری و تکرارشوندگی بالایی به لایه نازک کاغذ می‌دهد.

در طول مرحله نوشتن، نور فرابنفش رنگینه را به حالت بی‌رنگیش در‌می‌آورد. در طول مرحله پاک کردن، اکسایش مجدد در اثر واکنش با اکسیژن محیط، رنگینه را بی‌رنگ کرده و کاغذ را به رنگ اصلی‌اش برمی‌گرداند. حرارت دادن با دمای ۱۱۵ درجه این واکنش را تسریع می‌کند لذا مرحله پاک کردن در کمتر از ۱۰ دقیقه به اتمام می‌رسد.

شیمیدان‌ها ادعا می‌کنند حروف چاپ شده در شرایط محیطی عادی تا بیش از سه روز با وضوح بالایی کاملا خوانا باقی می‌مانند که این مدت برای کاربردهای عملی از جمله خواندن روزنامه کافی است و اینکه ساخت چنین کاغذی ساده است و هزینه ساخت، مصرف انرژی و ماده سمی کمتری دارد.

آنها در حال حاضر روی نسخه کاغذی با قابلیت دوباره‌نویسی کار می‌کنند. حتی در این نسخه کاغذی نیز حرارت دادن تا دمای ۱۱۵ درجه هیچ مشکلی به وجود نخواهد آورد زیرا چاپگرهای لیزری امروزی نیز برای اینکه ذرات جوهر به خوبی به سطح کاغذ بچسبند

کاغذ را تا ۲۰۰ درجه حرارت می‌دهند

از دیگر کارهای شیمیدان‌ها که در حال انجام گرفتن است می‌توان به افزایش تعداد دفعات چاپ و پاک شدن، افزایش مدت زمان خوانا ماندن و امکان چاپ چندرنگی اشاره کرد. آنها در نظر دارند برای کاهش هزینه‌های کلی تعداد دفعات چاپ و پاک کردن را به ۱۰۰ برسانند. همچنین تلاش می‌کنند که مدت زمان خوانا ماندن متن چاپ شده را به بیشتر از سه روز افزایش دهند. یکی از راه‌‌های افزایش مدت خوانا ماندن تولید نانوذرات فوتوکاتالیزور جدید است که اگر در معرض تابش مجدد نور فرابنفش قرار بگیرند به شدت واگشت‌گرا می‌شوند. برای تولید کاغذهایی با امکان چاپ چند رنگی می‌توان از رنگینه‌های ردوکس متنوع استفاده نمود تا اصول طراحی این کاغذها را ارتقا بخشید. تمامی این تلاش ها برای افزایش کاربردهای عملی این فناوری جدید صورت می‌گیرد.

آزمایشگاه یین به تازگی کاتالیزور نانوذره‌ای تیتانیای کلوییدی را سنتز کرده است که دارای یون‌های باریم دوپ شده بود. این کاتالیزور جدید امکان سودهی رنگ واکنش‌دهنده به نور را با عملکرد دوره‌ای فوق‌العاده و نرخ سودهی قابل ملاحظه‌ای ایجاد می‌کند.

دوپینگ کردن باریم منجر به حذف موثر سوراخ‌های ناشی از اکسیدشدگی توسط نور می‌شود. این عمل تعداد الکترون بیشتری به جای می‌گذارد که می‌توانند اثر  کاهش رنگینه‌های ردوکس را برطرف کنند تا به این ترتیب کارایی کاغذها بهبود پیدا کند.

نانوبلور تیتانیا

دي‌اكسيد تيتانيم يا تيتانيا بـه سـه شـكل بلـوري مــي‌توانــد ظــاهر شــود. ســاختار بلوری روتايــل، معمول‌ترين شكل تيتانيا است كه از لحـاظ ترمودينـاميكي نيز پايدارترين فاز اين سيستم بـه شـمار مـي‌رود و كاربردهاي بسيار متنوعي دارد. اين ماده، بـه دليـل شفافيت و ضريب انعكـاس بـالا پرمصـرف‌تـرين رنگدانه سفيد است. در محصولات آرايشي نيز اين ماده بـه عنوان رنگدانه به خصوص در خالكوبي و مـدادهاي جـاذب خون به كـار مـي‌رود. ايـن رنگدانـه، بـه طـور گسـترده در پلاستيك‌ها و ديگر كاربردهاي مقاوم به نور فرابفش به كار مي‌رود. در لعــاب‌هــاي ســراميكي، دي‌اكســيدتيتانيوم بــرای تشـكيل دانـه‌هـاي كريسـتالي اسـتفاده می‌شود. دي‌اكسيد تيتانيوم، به ويژه به شكل بلوری آناتـاز يـك كاتـاليزور نوري تحت نور فرابنفش است. خواص كاتاليزوري نوري ايـن مـاده توسط آکیرا فوجیشیما در سال 1972 كشف شد. در سال‌هاي اخير نيز استفاده از فتوكاتاليست‌هاي ناهمگن تیتانیا براي كاهش آلـودگي‌هـاي محـيط زيسـت و كـاهش تركيبات آلي آلوده‌كننده هوا و پس‌آب‌ها بسيار مورد توجه قرار گرفته است.

اکسایش و کاهش یا ردوکس

اکسایش و کاهش نام کلی واکنش‌های شیمیایی است که باعث تغییر عدد اکسایش اتم‌ها می‌شوند. این فرایند می‌تواند دربرگیرنده واکنش‌های ساده‌ای چون اکسایش کربن و تبدیل آن به کربن دی‌اکسید و کاهش کربن و تبدیل آن به متان و یا واکنش‌های پیچیده‌ای چون اکسایش قند در بدن انسان طی واکنش‌های چند مرحله‌ای باشد. این فرایند را می‌توان انتقال یک یا چند الکترون از یک اتم، مولکول یا یون به یک اتم، مولکول یا یون دیگر دانست. در هر واکنش اکسایش و کاهش اتم یا مولکولی الکترون از دست می‌دهد و اتم یا مولکولی دیگر الکترون جذب می‌کند. در چنین واکنشی مولکول دهنده اتم اکسیده شده و مولکول گیرنده کاهیده می‌شود. در واقع تعریف ابتدایی اکسایش واکنش یک ماده با اکسیژن و ترکیب شدن با آن بوده‌ است، اما با کشف الکترون اصطلاح اکسایش دقیق‌تر تعریف شد و کلیه واکنش‌هایی که طی آن ماده‌ای الکترون از دست می‌دهد اکسایش نامیده شد. اتم‌ اکسیژن می‌تواند در چنین واکنشی شرکت داشته یا نداشته باشد.