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Forschungsprojekt

Photoreaktive Polymeradditive für den Einsatz in der Papierfabrikation als neuartige Nassfestmittel und Streichfarbenvernetzer


Prof. Dr. Stephan Kleemann
Fakultät für Versorgungs- und Gebäudetechnik, Verfahrenstechnik Papier und Verpackung, Druck- und Medientechnik


Ausgangssituation/Problemstellung:
Funktionale Polymere, die chemisch mit sich selbst und mit den Cellulosefasern in Papieren zu vernetzen, spielen in der Ausrüstung von nassfesten Eigenschaften sowie zur Verbesserung der Bedruckbarkeit gestrichener Papiere eine tragende Rolle. Mit den hierfür zurzeit am häufigsten eingesetzten Additiven (wie z.B. Harnstoff-Formaldehydharze oder Glyoxal-Verbindungen) werden die chemischen Bindungen auf thermischem Weg erzeugt. Dies erfordert zum Teil sehr hohe Energieeinsatzquoten, da für die Einstellung hochnassfester Eigenschaften eine nahezu vollständige Abwesenheit von Wasser benötigt wird. Einige Systeme können nicht unabhängig von Prozessparametern während der Papiererzeugung - z.B. pH-Wert oder Temperatur in der Trockenpartie - eingesetzt werden, andere haben den Nachteil, dass zur Herstellung der Additive gesundheitlich bedenkliche Substanzen eingesetzt werden.


Diese Limitierungen und Nachteile bestehender Systeme sollen durch die im Forschungsprojekt zu entwickelnden neuartigen Additive überwunden werden. Die nassfesten Eigenschaften der Papiere sollen dabei durch Photovernetzung erzeugt werden. Der Vorteil liegt darin, dass die Additive unter Einwirkung von Licht - insbesondere auch in Gegenwart von Feuchtigkeit und unter milden Bedingungen hinsichtlich der Temperatur - chemische Vernetzungsreaktionen eingehen. Damit sollten sich also die Nassfestigkeit und die Vernetzung von Streichfarben in Papieren prozessunabhängig und bei signifikanter Energieeinsparung steuern lassen.


Forschungsziel/Forschungsergebnis:
Ziel des Forschungsvorhabens ist es, photochemisch reaktive Polymeradditive herzustellen, die als alternative funktionelle Papieradditive (neuartige Nassfestmittel und Streichfarbenvernetzer) eingesetzt werden können.


Die Arbeiten der Forschungsstelle 1 (Technische Universität Darmstadt) umfassen bisher die Synthese und Charakterisierung verschiedener Polymeradditive, die dann an der Forschungsstelle 2 (Hochschule München) bisher hauptsächlich in der Masse eingesetzt wurden. Dabei wurden bisher verschiedene Faserstoffe und Füllstoffe auf ihren Einfluss auf die Wirksamkeit der Additive getestet. Hier zeigte sich u.a., dass die relative Nassfestigkeit von Eukalyptus-Zellstoff bei einem Einsatz von 0,25% Polymer von etwa 7% ohne Bestrahlung auf etwa 14% erhöht werden konnte.


Auch in den Arbeitspaketen, die den Einsatz photoreaktiver Polymere als Vernetzer in Streichfarben beinhalten, wurden erste Arbeiten durchgeführt. Hier wurden zunächst verschiedene Polyvinylalkohole und ein auf Polyvinalylkohol-Basis hergestelltes Polymer in wichtigen Grundeigenschaften verglichen und erste Streichversuche durchgeführt. Aufgrund der positiven Ergebnisse erfolgt nun in der Forschungsstelle 1 die Herstellung einer größeren Menge des Polymers für weitere


Anwendungen/Wirtschaftliche Bedeutung:
Von den Forschungsergebnissen können sowohl Papierhersteller und -verarbeiter, Unternehmen der chemischen Industrie als auch Anlagenbauer profitieren.


Durch den Einsatz der neuartigen Polymeradditive soll es möglich sein, eine Nassverfestigung der Papiere unabhängig von den Prozessbedingungen einzustellen. Damit ist die Einstellung der Nassfestigkeit vom eigentlichen Papierherstellungsprozess entkoppelt und kann z.B. auch von kleineren Papierverarbeitern im Nachgang zur Papiererzeugung gezielt eingestellt werden.


Kleinen und mittelständischen Unternehmen innerhalb der chemischen Industrie (Zulieferer) eröffnet sich die Möglichkeit, ihr Portfolio im Bereich effizienterer Nassfestmittel zu erweitern. Hier können auch kleinere Chargen an taylor-made Produkten zum Einsatz kommen, die von kmU aus dem chemischen Zulieferbereich synthetisiert werden.


Für Unternehmen, die z.B. UV-Lampen oder UV-Offsetdruckanlagen produzieren ergeben sich Potenziale zum Absatz ihrer Produkte in einem für sie neuen Industriezweig und damit zur Erweiterung des Produktportfolios. Mit dem Einbau der Lichtquellen in die vorhandenen Maschinen (Papiermaschine, Umroller, Rollen- oder Querschneider,…) können auch direkt kleinere Anlagenbauer angesprochen w


Das Forschungsprojekt wurde vom 01.11.2013 bis 30.04.2016 durch das Bundesminsterium für Bildung und Forschung gefördert.