Steirische Forscher untersuchen Papierfestigkeit

Bindungsmechanismus der Zellulosefasern als Forschungsschwerpunkt

(Foto: Dr. Mario Wiltsche, TU Graz)

Graz/Leoben (pte001/01.03.2007/06:05) Obwohl der Werkstoff Papier seit Jahrhunderten in Verwendung steht, ist bisher über die Papierfestigkeit im chemisch-physikalischen Bereich viel zu wenig bekannt. Unter Federführung des Instituts für Festkörperphysik der TU Graz http://www.if.tugraz.at haben sich das Institut für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik der TU Graz und das Institut für Physik der Montanuniversität Leoben zusammengetan und gemeinsam mit dem Industriepartner "Mondi Packaging" die Papierfasern aus der Sicht verschiedener Disziplinen unter die Lupe genommen. Dazu wurde das "Christian Doppler (CD)-Labor für oberflächenphysikalische und chemische Grundlagen der Papierfestigkeit" ins Leben gerufen.

"Wie gut Papiersäcke halten, zeigt sich am Beispiel eines Zementsackes", meint Robert Schennach, Leiter des CD-Labors zur Papierfestigkeit, im pressetext-Interview. Eigentlich handle es sich dabei um ein Hightech-Produkt. "Papier ist ein unglaublich vielfältig einsetzbarer Werkstoff, über den wir viel zu wenig wissen", erklärt der in der Festkörperphysik tätige Chemiker. "Jedes Papier besteht aus einem dichten Netzwerk von pflanzlichen Fasern. Über die Bindungsmechanismen zwischen diesen Zellulosefasern wissen wir in der Forschung bis heute nur wenig", meint Schennach. Interessant sei vor allem die chemisch-physikalische Komponente, wie zwei Fasern aneinander haften. Die Forscher setzen daher einen klaren Fokus und untersuchen in erster Linie so genannte Sackpapiere.

"Der perfekte Papiersack ist möglichst dünn und hält dennoch, was er halten muss, egal ob es sich um den Supermarkteinkauf, Baustoffe wie Zement oder auch Tierfutter handelt." Gemeinsam mit dem Industriepartner Mondi Packaging, einem der größten Sackpapierproduzenten Europas, untersuchen die Wissenschaftler die Fasern aus der Sicht verschiedener Disziplinen: Die Wissenschaftler des Instituts für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik nutzen eine selbst entwickelte Methode, mit der sie ein dreidimensionales Modell von Fasernetzwerken erstellen können. Dazu gießen sie Fasern in Harz ein, das sie in hauchdünne Scheiben schneiden und unter dem Mikroskop digital fotografieren. Aus den Bildern dieser Serienschnitte berechnen und analysieren die Forscher mittels Bildverarbeitung die dreidimensionale Struktur der Faserverbindung.

Die Physiker der Montanuniversität Leoben untersuchen die Oberflächenmorphologie der Fasern. Hier werden einzelne Papierfasern unter dem Rasterkraftmikroskop, das Oberflächen im Nanometerbereich abtastet, beobachtet. Das Institut für Festkörperphysik, in dem Schennach tätig ist, untersucht die Faseroberflächen über Infrarotspektroskopie. "Dieses Verfahren liefert mit Hilfe von infrarotem Licht Information über die Oberflächenchemie eines Stoffes", erklärt der Wissenschaftler. "Ziel ist es, die Festigkeit von Papier besser zu verstehen. Wir wollen mit unserer Arbeit Wege aufzeigen, wie die Qualität verschiedener Sackpapierprodukte durch verbessertes Wissen über die Struktur des Materials erhöht werden kann", erklärt Schennach.

"Papiersäcke sind ihren Konkurrenten, den Plastiksäcken, in der Qualität heute fast ebenbürtig. Der einzige Nachteil der Papierverpackung liege in der verminderten Festigkeit bei Nässe", meint der Forscher. Papier sei als Verpackung eindeutig im Vorteil gegenüber Plastik, meint Schennach abschließend.

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