Papierverfestigung - neue Lösungswege
Maier, Christian - Ludwig-Maximilians-Universität München (2019)
Papier, das zwischen ca. 1850 und ca. 1970 hergestellt wurde, ist bedingt durch die zu dieser Zeit vorherrschende Prozessführung und die beigefügten Hilfsstoffe sauer. Die im Papier enthaltene Säure führt zum Abbau der Celluloseketten und so zu einem erheblichen Festigkeitsverlust, der bis zur Unbenutzbarkeit des Papiers führen kann. Um den Erhalt und die weitere Benutzbarkeit solcher Materialien zu gewährleisten, müssen sie einerseits entsäuert, andererseits verfestigt werden.
In der vorliegenden Arbeit wurden die Grundzüge eines Verfahrens entwickelt, das es erlaubt, biopolymerbasierte Fasermaterialien (u. a. ganze Bücher) mit identischen und/oder strukturell verschiedenen Polymeren in einem lösemittelbasierten, kreislauffähigen Prozess zu verfestigen. Das Polymer, welches zur Verfestigung eingesetzt werden soll, wird mithilfe einer geeigneten Ionischen Flüssigkeit (z. B. 1-Butyl-3-methylimidazoliumacetat) in einem Hilfslösungsmittel (z. B. DMSO) gelöst. Das Behandlungsgut wird kurzzeitig in dieser Lösung getränkt, wobei die gelöste Cellulose zu den Fasern vordringt. Nach einer Spülung mit unbeladenem Hilfslösemittel wird ein Lösungsmitteltausch hin zu Hexamethyldisiloxan vorgenommen. Der Wechsel von der polaren zur unpolaren Umgebung führt dazu, dass sich die vorher gelöste Cellulose langsam auf den Fasern abscheidet, diese umhüllt und zum Teil untereinander vernetzt. Die Verfestigungswirkung beruht also auf dem Aufbau eines Polymernetzwerkes (interpenetrating polymer network - IPN) direkt auf dem geschädigten Fasermaterial. Ein Teil der Ionischen Flüssigkeit und des Hilfslösemittels verbleibt zusätzlich im Papier. Neben verschiedenen Cellulosen wurde zur Verfestigung unter anderem Chitin, Chitosan und Polyvinylalkohol eingesetzt.
Anhand von Messungen der Bruchkraft nach Falzung, auch nach Alterung, wurde in dieser Hinsicht ein Zugewinn von 50 % - 100 % erreicht. Eine wachstumshemmende Wirkung der Ionischen Flüssigkeit auf ausgewählte Schimmelpilze konnte gezeigt werden. Der Nachweis der Netzwerkbildung erfolgte über ein Schichtverteilungsprofil einer fluoreszenzmarkierten Cellulose als Verfestigungsagens und über Ramanmikroskopie an einem behandelten Papier.