Surface characterization of cellulose fibers by atomic force microscopy in liquid media and under ambient conditions

Titel in Übersetzung: Oberflächencharakterisierung von Cellulosefasern mit Rasterkraftmikroskopie in flüssigen Medien und unter Umgebungsbedingungen

Christian Ganser

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDiplomarbeitBegutachtung

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Abstract

Heutzutage werden Cellulosefasern für Papier-, Textil-, und Hygieneprodukte benutzt. Während Papier aus natürlichen Cellulosefasern, extrahiert aus Holz, produziert wird, werden Textilien und Hygieneprodukte aus regenerierten Cellulosefasern hergestellt. Natürliche Cellulosefasern sind Cellulosefasern vom Typ I, wohingegen regenerierte Fasern Cellulosefasern vom Typ II sind. Das Rohmaterial für beide Fasertypen ist Holz. Natürliche Cellulosefasern sind Holzzellen, welche aus Cellulose, Hemicellulosen und Lignin bestehen und durch den Prozess des Aufschlusses aus der Holzmatrix extrahiert werden. Regenerierte Cellulosefasern werden durch Lösen der Cellulose aus Zellstoff und anschließendem Faserspinnen hergestellt. Die in dieser Arbeit untersuchten natürlichen Cellulosefasern waren Kraftzellstofffasern von Fichten und Kiefern, welche von einem Industriepartner zur Verfügung gestellt wurden. Die Zellstofffasern wurden bei verschiedenen Temperaturen behandelt, was zu einem Verlust an mechanischen Eigenschaften eines daraus geformten Blattes führte. Die Faseroberflächen wurden durch Rasterkraftmikroskopie (AFM) in nassem und trockenem Zustand untersucht. Getrocknete Zellstofffasern zeigen eine faltige Oberfläche. Zellstofffasern in nassem Zustand - gemessen in einer wässrigen Umgebung - zeigen eine glatte Oberfläche mit nur wenigen Falten. Es konnten auch einzelne Mikrofibrillen mit einem Durchmesser von etwa 120 nm und Ligninprezipitate in AFM Topographiebildern beobachtet werden. Bei Zellstofffasern von Fichten war die untersuchte Oberflächenschicht die Sekundärwand Nummer eins, wohingegen bei Zellstofffasern von Kiefern die Primärwand die freigelegte Schicht war. Zusätzlich zeigten Zellstofffasern von Kiefern eine höhere Bedeckung von Ligninprezipitaten als Zellstofffaseroberflächen von Fichten. Die untersuchten regenerierten Cellulosefasern waren direkt aus der Produktionslinie entnommene Viskosefasern. Klassische Viskosefasern mit einem wolkenartigen Querschnitt und Fasern mit einem hohlen, kollabierten Querschnitt wurden charakterisiert. Eine der hohlen Viskosefaserproben wurde durch Carboxymethyl Cellulose (CMC) modifiziert. Diese Modifikation erhöhte die negative Oberflächenladung. Bei den hohlen Fasern wurden Oberflächenfalten im Bereich von 500 nm bis 1000 nm beobachtet. Die klassischen Viskosefasern zeigen Falten von etwa 3000 nm. Es konnte auch die fibrilläre Feinstruktur durch AFM Phasenabbildung im sogenannten Tapping Mode sichtbar gemacht werden wobei eine Fibrillenweite zwischen 30 nm und 40 nm ermittelt wurde. Die Menge an CMC - bestimmt durch AFM - auf der abgerasterten Region der modifizierten Probe war das Dreifache der hinzugegebenen Menge.
Titel in ÜbersetzungOberflächencharakterisierung von Cellulosefasern mit Rasterkraftmikroskopie in flüssigen Medien und unter Umgebungsbedingungen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Teichert, Christian, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung1 Juli 2011
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2011

Bibliographische Notiz

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Schlagwörter

  • AFM
  • Cellulosefasern
  • natürliche Cellulosefasern
  • Zellstofffasern
  • regenerierte Cellulosefasern
  • Viskosefasern
  • flüssige Medien

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