Investigation of water absorption of cellulose fibers by gravimetric analysis and atomic force microscopy

Titel in Übersetzung: Untersuchung der Wasserabsorption von Zellulosefasern durch gravimetrische Analyse und Rasterkraftmikroskopie

Patrice Kreiml

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeit

1602 Downloads (Pure)

Abstract

Zellulosefasern bilden die Basis für eine Vielzahl von Produkten in unserem täglichen Leben, wie Papier-, Bau- , Textil-, Hygiene- und medizinische Produkte. Für einige dieser Produkte sind die natürlichen Fasern, die aus Holz gewonnen werden, unzureichend. Textilien, Hygiene- und medizinische Produkte erfordern lange Fasern, die zu Fäden gesponnen werden können. Im Viskoseprozess werden natürliche Zellulosefasern aus dem Zellstoff in einer viskosen Lösung aufgelöst und in reine Viskosefasern gesponnen. Diese Arbeit ist in zwei Teile aufgeteilt. Ein Teil stellt die Messung der Wasserabsorption von zellulosischen Fasern unter Verwendung einer Sorptionswaage dar. Der Term Sorption bezeichnet Absorption wie auch Desorption. Die Sorptionswaage in dieser Arbeit nimmt die gravimetrische Aufnahme und Abnahme von Wasserdampf bei sich ändernden Wasserdampfdrücken bei 17 °C auf. Die erhaltenen Sorptionsisothermen wurden auch zur Bestimmung des Absorptionsverhaltens der Fasern genutzt. Die Proben für die Sorptionsmessungen wurden von einem industriellen Kooperationspartner bereitgestellt. Die Proben bestanden aus drei verschiedenen Typen von Viskosefasern, namens Bellini, Verdi und Danufil sowie einer Probe von Zellstofffasern, bestehend aus einer Mischung aus Fichte und Kiefer. Zwei Anordnungen der Probenvorbereitung wurden verwendet, eine mit losen Faserbündeln und eine andere mit dicht gepackten Fasern, die in einem Drahtgeflecht komprimiert wurden. In erst genannter Anordnung wurde Einzelfaserverhalten gemessen, und die relative Wasserabsorption der veschiedenen Viskosefasern war sehr ähnlich. Alle Viskosefaserproben wiesen eine relative Wasserabsorption von etwas über 20 % und die Zellstofffaserprobe eine von etwas unter 20 % auf. Die verdichteten Viskosefasern erreichten eine relative Wasserabsorption von über 30 %, während die verdichteten Zellstofffasern 26 % erreichten. Die höheren Werte der verdichteten Proben werden Netzwerkeffekten zugeschrieben, was von der Form der Isothermen unterstützt wird. Der andere Teil dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Untersuchung von Viskosefaseroberflächen mittels Rasterkraftmikroskop (AFM). Die untersuchten Proben bestanden aus zwei Garnituren von trilobalen Viskosefasern, die vom industriellen Zulieferer stammten. Jede Garnitur bestand aus zwei Sätzen von derselben Produktionslinie, wobei ein Satz eine überdurchschnittliche und der andere eine unterdurchschnittliche Wasseraufnahmefähigkeit aufwies. Unter der Annahme, dass die Faseroberflächen einen wesentlichen Beitrag zur Wasseraufnahme beisteuern, wurde das AFM eingesetzt, um eine Beziehung zwischen Wasseraufnahme und Oberflächeneigenschaften zu finden. Die Analyse der drei Rauigkeitsparameter RMS-Rauigkeit σ, laterale Korrelationslänge ξ und Hurstparameter α lieferten keine Beziehung zu Wasserabsorption. Gräben, welche alle Faseroberflächen bedecken, wurden gründlich in Bezug auf ihre Winkel, Länge und Dichte untersucht. Schlussendlich zeigte nur die Gräbendichte in beiden Probengarnituren eine mögliche Beziehung, in der eine niedrige Gräbendichte mit einer höheren Wasserabsorption korreliert.
Titel in ÜbersetzungUntersuchung der Wasserabsorption von Zellulosefasern durch gravimetrische Analyse und Rasterkraftmikroskopie
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Ganser, Christian, Mitbetreuer (intern)
  • Teichert, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung18 März 2016
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2016

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Zellulosefasern
  • AFM
  • Mikrowaage
  • Sorptionswaage
  • natürliche Zellulosefasern
  • Zellstofffasern
  • regenerierte Zellulosefasern
  • Viskosefasern
  • Wasserabsorption
  • Isotherme
  • Rauigkeit

Dieses zitieren