Cellulose

Mechanische Charakterisierung von funktionalen Cellulose Einzelfasern und Faser-Faser Verbindungen

Kontakt: Julia Auernhammer

Projekt:

Im Projekt sollen besonders polymermodifizierte Papiere untersucht werden. Dabei stellen sich grundlegende Fragen: Wie ist die räumliche Verteilung der Polymere auf den Fasern und den Faser-Faser-Kreuzungen? Wie kann die Faserbeschichtung lokal, d.h. auf der Faser oder in der Faserverbindung, nachgewiesen werden? Wie ändern sich die mechanischen Eigenschaften der Faser bei Benetzung? Wie verändert sich die Nassreißfestigkeit des Papiers durch die Beschichtung? Durch die Bildverarbeitung und Korrelation mit Daten aus der Konfokalmikroskopie, der Elektronenmikroskopie und der Rasterkraftmikroskopie (AFM) kann so ein detailliertes Bild über die Verteilung von Polymeren im Papiervlies und deren Eigenschaften gewonnen werden. Mit Hilfe der AFM-Analytik und im Mikrozugversuch soll das Verhalten einzelner Fasern und von Faser-Faser-Verbindungen im trockenen und feuchten Zustand bei mechanischer Beanspruchung untersucht werden. Dieses Wissen wird in die Projekte zur Papierherstellung zurückgespiegelt und bildet gleichzeitig die Grundlage für die Parameterisierung der Materialparameter in Simulationsrechnungen.

Motivation:

Die vielen verschiedenen Anwendungsgebiete von Papier wie in der Elektronik, der Sensor Technologie, Mikrofluidik oder Medizin sind vielversprechend. Papier besteht aus Cellulose, dem am häufigsten vorkommenden Biomolekül. Es ist ein natürlich vorkommendes Material, reichlich in der Natur in pflanzlichen Zellwänden vorhanden und sogar recyclebar. Daher ist Cellulose das wichtigste Material in der Papierherstellung. Papier gewinnt für schnelle Analysen im Chip-Format immer mehr Bedeutung. Die bisherigen mikrofluidischen Systeme bestehen meist aus Silizium, Glas oder Plastik. Durch die einfache und kostengünstige Herstellung könnte Papier das Trägermedium für „Lab-on-a-Chip“ Produkte werden. Papier könnte mit wasserabweisendem Kunststoff so beschichtet werden, dass Kanäle entstehen. Durch die Kapillarwirkung des Papiers könnte die Flüssigkeit ohne externes Pumpen geleitet werden.

Kollaborationen

PAK 962/1 – FiPRe: Functional Paper Research

Website des FiPRe

Publikationen

  • Auernhammer, J., Stark, RW. (2021):
    Mechanical characterisation of single cellulosic fibres.
    Paper Technology International Journal, December release
    [Book Article]
  • Binbin Lin, Julia Auernhammer, Jan-Lukas Schäfer, Robert Stark, Tobias Meckel, Markus Biesalski, Bai-Xiang Xu (2021):
    Humidity Influence on Mechanics and Failure of Paper Materials: Joint Numerical and Experimental Study on Fiber and Fiber Network Scale
    arXiv identifiert: submit/3516584
    DOI: arxiv/submit/3516584
    [Article]
  • J Auernhammer ,M Langhans, M Schulze, JL Schäfer, T Keil, T Meckel, M Biesalski, RW Stark (2021):
    Nanomechanical subsurface characterisation of cellulosic fibres
    arXiv identifier 2105.04160
    DOI: arxiv/abs/2105.04160
    [Article]
  • J Auernhammer, T Keil, B Lin, JS Schäfer, B Xu, M Biesalski, RW Stark (2021):
    Mapping Humidity-dependent Mechanical Properties of a Single Cellulose Fibre
    Cellulose 2021. arXiv identifier: 2012.10207
    DOI: 10.1007/s10570-021-04058-4
    [Article]
  • J Auernhammer , AK Bell, M Schulze, Y Du, L Stühn, S Wendenburg, I Pause, M Biesalski, W Ensinger, RW Stark (2021):
    Nanomechanical characterisation of a water-repelling terpolymer coating of cellulosic fibres
    Cellulose 2021
    DOI: 10.1007/s10570-020-03675-9
    [Article]
Fluorezenzaufnahme einer Faser-Faser Kreuzung. Cellulose ist in blau und die Polymerbeschichtung ist in lila dargestellt.