Herstellung von Papieren mit definierter Porenstruktur und hochgradiger Faserorientierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Samuel Schabel
• Fachliche Zuordnung: Herstellung und Eigenschaften von Funktionsmaterialien
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 405469627

Papier ist heutzutage bezüglich makroskopischer Eigenschaften wie beispielsweise der Zugfestigkeit oder in Bezug auf die Anwendung im Grafik- sowie Verpackungsbereich sehr gut erforscht. Jedoch basieren die Erkenntnisse und folglich auch die daraus abgeleiteten Gesetzmäßigkeiten auf empirischen Daten. Existierende Ansätze, z. B. die Festigkeit von Papier von den Festigkeiten der Fasern abzuleiten, besitzen bisher einen stark eingeschränkten Gültigkeitsbereich. Das Fehlen dieses Wissens hat verschiedene Ursachen. Zum einen handelt es sich bei Papier um einen Rohstoff mit einer hohen Komplexität, welcher aus Fasern mit einem breiten Spektrum an Eigenschaftsverteilungen (u. a. unterschiedlichster Geometrie) aufgebaut ist. Zum anderen beeinflussen Additive und Füllstoffe, welche bei der Papierherstellung beigemischt werden sowie unterschiedliche verfahrenstechnische Prozessparameter (z. B. die mechanische Faservorbehandlung), die Eigenschaften des Papieres signifikant.Im Rahmen des Teilprojekts A1 im Paketverbund soll nun genau das Verständnis der Zusammenhänge zwischen makroskopischen Papiereigenschaften und den Prozessparametern bei der Papierherstellung sowie den in den anderen Teilprojekten des Paketverbunds untersuchten mikroskopischen Eigenschaften für die im Paketverbund im Fokus stehenden funktionalisierten Papiere erweitert werden. Dabei werden zwei Schwerpunkte adressiert, einerseits die Eigenschaften des Papiers, welche für den Flüssigkeitstransport in unterschiedliche Raumrichtungen relevant sind und wie diese eingestellt werden können, andererseits die mechanischen Eigenschaften, auch und gerade in Kontakt mit Flüssigkeiten. Es wird davon ausgegangen, dass die Geometrie und die Orientierung der Fasern und der Poren im Papier für beide Eigenschaften eine wesentliche Rolle spielen.In der zweiten Förderperiode soll bei hochorientierten Papieren der Einfluss der Entwässerung, der Trocknung sowie der Strahl-Siebgeschwindigkeits-Differenz auf die erhaltenen Porengeometrien untersucht werden. Des Weiteren soll der Einfluss der Feinstoffe auf den Flüssigkeitstransport durch eine Referenz zu glatten Regeneratfasern sowie der Analyse der Viskosität erforscht werden. Ein weiterer Fokus soll auf die mechanische Stabilität von hochorientierten Papieren gelegt werden. Das langfristige Ziel ist es, die mechanischen Eigenschaften der hochorientierten Papiere vorhersagbar zu machen. Zudem sollen die bisherigen Erkenntnisse auf dreidimensionale, mehrschichtige Fasergebilde übertragen werden. Dabei sind Strukturen mit lokal unterschiedlichen Eigenschaften oder Fasergebilde mit dreidimensionalen Kanälen denkbar.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen