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Reaktive Extrusion von Faserstoffen für Anwendungen in der Papiererzeugung

Das Forschungsvorhaben zielte auf die Nutzung der Extrusionstechnologie im Bereich der Faserstoffverarbeitung ab. Vorrangig wurde die Anwendung des Doppelschneckenextruders ZSK 16Mc zur Faserstoffaufbereitung untersucht, wobei die Prozesse im Extruder und deren Auswirkungen auf die Faserstoffeigenschaften aufzuklären waren. Neben dem rein mechanischen Faseraufschluss sollte ferner die Nutzung des Extruders zur chemischen Oberflächenmodifizierung von Faserstoffen eingesetzt werden, mit dem Ziel thermoplastische Faserstoffeigenschaften zu erreichen.

Die mechanische und chemische Faserstoffaufbereitung im Extruder sollte im Hochkonsistenzbereich erfolgen, so dass eine Nutzung des Extrusionsaggregates unter Minimierung der sonst vergleichsweise hohen Wasser-/Lösemittelmengen als mögliche Erweiterung der Faserstoffaufbereitung nutzbar wäre.

Es war angestrebt modifizierten/funktionalisierten Faserstoffe mit völlig neuen Eigenschaftsprofilen zu erzeugen, die idealerweise allein oder als Compound mit Thermoplasten thermoplastische Materialeigenschaften aufweisen sollten. Weiterhin sollten mechanische oder Barriereeigenschaften untersucht werden. Die Faserstoffe bzw. wiederaufgelösten Compounds wurden anschließend papiertechnischen Anwendungen hoher Wertschöpfung zugeführt.

Es ist gelungen:

  • verschiedene Faserstoffe im Extruder definiert mechanisch aufzuschließen und deren morphologische und mechanischen Eigenschaften gezielt zu verändern
  • chemische Modifizierungen an Faserstoffen im Extruder durchzuführen, die in Abhängigkeit der Reaktion und der eingesetzten Prozesschemikalien zu unterschiedlich funktionalisierten Fasermaterialen führen
  • Compounds aus modifizierten Faserstoffen mit Thermoplasten zu erzeugen, die in Wasser wiederauflösbar sind
  • durch Einsatz oberflächlich veränderter Faserstoffe auf einer Versuchspapiermaschine Papiere zu erzeugen, die hohe Festigkeiten sowie verbesserte Barriereeigenschaften aufzeigen
  • Anisotrope Maschinenpapiere mit den aufgelösten thermoplastischen Compounds oberflächlich zu imprägnieren, was zu thermoplastischem Verhalten führt

Die im Vorhaben erzielten Ergebnisse zeigen zweifelsfrei, dass das Extrusionsverfahren bezüglich der mechanischen und chemischen Faserstoffmodifizierung von Faserstoff als sehr gut geeignet eingeschätzt werden kann. Der gezielte Einsatz dieser chemisch veränderten Faserstoffe im Bereich der Papiererzeugung führt zu verbesserten faserstoffbasierten Produkten (z.B. Papierfestigkeit, Luftdurchlässigkeit) die Potenziale aufzeigen, neuwertige Produkte (thermoplastische Papierprodukte, zellstoffverstärkte Verbundwerkstoffe) zu entwickeln.

Besonders interessant sind diese Ergebnisse für kmU in den neuen Bundesländern, die mit dem Ziel ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern, aufgeschlossen gegenüber neuen innovativen Produkten sind, was zur Erschließung neuer Märkte führen kann.

Die Ergebnisse wurden im Rahmen des Forschungsvorhabens VF 140022 gewonnen, das im Programm zur "Förderung von industrieller Vorlaufforschung in benachteiligten Regionen" mit finanziellen Mitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) über den Projektträger EuroNorm Gesellschaft für Qualitätssicherung und Innovationsmanagement mbH aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert wurde. Dafür sei an dieser Stelle herzlich gedankt. Unser Dank gilt außerdem den beteiligten Firmen der Papier- und Zulieferindustrie für die Unterstützung der Arbeiten.