Teilprojekt 2

Teilprojekt 2

Maßgeschneiderte Papiere: Chemische Funktionen verstehen und einstellen.

Motivation und Zielsetzung des Teilprojektes 2

Papier besitzt einzigartige chemische und physikalische Eigenschaften, die es als Material für das Bauwesen sehr interessant macht. Dabei sollen im Teilprojekt 2 die chemische Funktionalisierbarkeit genutzt werden um das Papier weithingehend auf die spezialisierten Anforderungen anzupassen. Anforderungsprofile sind hierbei der Feuchte- und Brandschutz sowie die antimikrobielle Funktionalisierung des Papiers.

Heutzutage gibt es bereits Papiermaterialien, die diesen Anforderungsprofilen entsprechen, jedoch besitzen diese Materialien einige Problemstellen, wodurch sie nicht trivial für Bauen mit Papier eingesetzt werden können. Bei Papierlaminaten zum Beispiel steht zunächst die Entwicklung beider Materialien unabhängig voneinander. Solange diese anschließend nicht chemisch miteinander verbunden werden, kann es immer zu einer Ablösung der Beschichtung kommen. Des Weiteren entsteht bei der Laminierung eine Barriereschicht, welche die Poren des Baumaterials verschließt und somit die Haftung von anderen Materialen negiert. Zusätzlich ist das Recycling dieser Laminate nicht trivial, da die funktionalen Elemente, wie zum Beispiel halogenierte Kohlenwasserstoffe, die für den Flammschutz eingesetzt werden, über spezielle Verfahren aufbereitet und recycelt werden müssen.

In Teilprojekt 2 soll ein Material entwickelt werden, welches die zuvor genannten Limitierungen adressiert und im Idealfall umgeht. Ebenso soll die Chemie der Fasergrenzfläche sich positiv auf die mechanischen Eigenschaften des Papiers auswirken um die Herstellung von Bauteilen und Halbzeugen zu verbessern. Hierbei liegt der Fokus nicht auf der Weiterentwicklung der funktionalen Laminate sondern auf der chemischen Modifikation der Fasergrenze selbst. Kernfragen des Projekts sind dabei, ob die Feuchte- und Brandschutzeigenschaften über die entsprechende chemische Funktionalisierung der Fasergrenzoberfläche erreicht werden kann. Des Weiteren muss diese eine gewisse thermische und mechanische Stabilität aufweisen, damit die hergestellten Materialien die nachfolgenden Umformprozesse und Halbzeugfertigungen überstehen. Zusätzlich müssen die hergestellten Materialien den Anforderungen der unterschiedlichen Anwendungsbereiche, beispielsweise für die Umformung zu Halbzeugen und Bauteilen (Teilprojekte 3 und 4) entsprechen.

Abb.1 Wasserabweisende und flammfeste Papiere aus modifizierter Cellulose (Nutrition Resources: Carbohydrates: http://nutrition.jbpub.com/resources/chemistryreview9.cfm Jones and Bartlett Publisher, 2006)
Abb.1 Wasserabweisende und flammfeste Papiere aus modifizierter Cellulose (Nutrition Resources: Carbohydrates: http://nutrition.jbpub.com/resources/chemistryreview9.cfm Jones and Bartlett Publisher, 2006)

Chemische Funktionalisierung der Fasern zum Feuchteschutz

Im Rahmen von Teilprojekt 2 werden Fasern, die zur Herstellung von Papieren verwendet werden, chemisch modifiziert, sodass diese hydrophobe bzw. wasserabweisende Eigenschaften aufweisen. Dabei soll darauf geachtet werden, dass diese Modifikationen kovalent an den Fasern gebunden sind, um ein Auftreten von Defekten zu verringern. Des Weiteren werden die Einflüsse der modifizierten Fasern auf die Eigenschaften der daraus gebildeten Papiere untersucht.

Chemische Funktionalisierung der Fasern zum Brandschutz

Zusätzlich zum Feuchteschutz der Fasern soll die Brennbarkeit des Papiers verringert werden. Dies soll mit Hilfe von Brandschutzmitteln geschehen, die in das Papier eingearbeitet werden. Dabei ist das Ziel ein nicht toxisches, halogenfreies und bioabbaubares Brandschutzmittelsystem zu entwickeln, welches den Anforderungen des BAMP- Projektes entspricht.

Multifunktionale Eigenschaften

Neben dem Schutz vor Feuchte und Bränden gibt es noch weitere Einflüsse, die sich negativ auf die Eigenschaften von Papier auswirken können und somit die Haltbarkeit und Stabilität des Papierhauses minimieren. Einer dieser Einflüsse sind Mikroorganismen, wie Bakterien oder Schimmelpilze. Gegen diese Faktoren sollen zu den anderen Funktionalisierungen antimikrobielle Materialien in das Papier eingearbeitet bzw. über die vorhergehenden Funktionalisierungen mit aufgebracht werden.