Thermische und photochemische Vernetzung von Papierfasern zur Erzeugung von nassfesten und multifunktionalen Papieren

• Antragsteller: Professor Dr. Markus Biesalski; Professor Dr. Jürgen Rühe
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405422473

Wenn Papier mit Wasser in Kontakt kommt nimmt die mechanische Festigkeit erheblich ab und erreicht unter Umständen nur noch wenige Prozent der Ausgangsfestigkeit. Deshalb wird bei der Herstellung von Papieren, die für einen Einsatz vorgesehen werden bei dem sie nass werden können, deutliche Mengen eines sogenannten Nassfestmittels (NFM) – zumeist kationische Polymere – zugesetzt. Diese NFM ziehen auf die Papierfasern auf, werden zum Teil chemisch vernetzt und stärken die Papierfasern und deren Zusammenhalt, wobei die Details des Verstärkungsmechanismus nicht bis ins letzte Detail geklärt sind. Die üblicherweise eingesetzten NFM sind jedoch in Hinsicht auf ihr Umweltverhalten nicht unproblematisch. In der laufenden Förderphase ist es gelungen mit Hilfe von CH-Insertionsvernetzungsprozessen (CHic-Verfahren) Papiere zu generieren, die eine im Vergleich zum unmodifizierten Papier um einen Faktor von 50 verbesserte Nassfestigkeit aufweisen. Dazu sind photochemische und thermisch induzierte Vernetzungsprozesse entwickelt bzw. weiterentwickelt worden. Weiterhin konnten erste Ergebnisse zur Aufklärung des Verstärkungsmechanismus der Papierfasern erhalten werden.Ziel der Weiterführung des Forschungsprojekts ist es, die Untersuchungen zu Herstellung von nassfesten, funktionalisierten Papiere fortzuführen und weiter zu erforschen. Im Fokus sollen Untersuchungen stehen, die das Verständnis des Verstärkungsmechanismus bei nassen Papieren weiter verbessern. Dazu soll weiter die Verteilung der Polymere im Papier weiter ins Detail gehend analysiert und Einzelfaserexperiment weitergeführt werden. Zur Untersuchung der Polymerimmobilisierung (CHic-Verfahren) soll unter anderem die Topologie der Cellulosefasern mit Hilfe von spezifisch bindenden Enzymen, die das Carbohydrate-Binding-Motif enthalten, angefärbt werden. Weiterhin sollen Veränderungen in der chemischen Struktur der NFM vorgenommen werden, die eine rasche Bindung und Verstärkung des Papiers bereits bei Temperaturen unterhalb 100°C erlauben, so dass die Papiere für die Nassfestausrüstung nicht vollständig getrocknet sein müssen, was eine erhebliche Energieeinsparung nach sich ziehen würde. Zusätzlich soll das Konzept erweitert werden, so dass bereits Papierfasern noch vor der Papierherstellung modifiziert werden und so die Einsatzkonzentration der Polymere deutlich abgesenkt werden kann. Weiterhin sollen erste Konzepte zum Design von multifunktionalen NFM vorgenommen werden, bei denen die Verbesserung der Nassfestigkeit mit anderen Funktionalität verbunden ist.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen