Short description
(German)
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Die vorliegende Studie soll mit Ausblick auf die Integration in ein mögliches Schweizer Bioproduktewerk, die Einsatzmöglichkeit von Schweizer Buchenholz zur Herstellung von Mikrofibrillierter Cellulose prüfen. Diese kann als Additiv in vielen Produkten wie Papieren und Karton, Vliesen, Farben, Putz, Beton oder z.B. Kosmetika nachhaltig einen Mehrwert schaffen. Zunächst wurden ein Buchenholzmuster aus Schweizer und Slowakischem Wald zu ungebleichtem, gebleichtem sowie nicht getrocknetem und getrocknetem Zellstoff im Technikumsmasstab verarbeitet. Eine Bodenanalyse und die Beurteilung der Phytozoenose wurde an beiden Entnahmestandorten vorgenommen, um später einen möglichen Einfluss auf die chemische Zusammensetzung des Holzes beurteilen zu können. Des Weiteren wurde die Musterauswahl durch Nadelholzzellstoffe ergänzt, welche derzeit den Quasi-Standard bei der MFC-Herstellung darstellen.
Die Zellstoffherstellung beider Buchenholzproben im Sulfatverfahren war problemlos möglich. Trotz, gemäß Beurteilung der Phytozoenose deutlich unterschiedlicher Standorteigenschaften, konnte ein, bezogen auf die chemische und morphologische Zusammensetzung, sehr ähnlicher Buchenholzzellstoff hergestellt werden. Dabei wurde auf industriell relevante Zielparameter bei der Zellstoffkochung mit anschließender ECF-Bleiche geachtet.
Die Herstellung der Mikrofibrillierten Cellulose sollte mit einem bewährten, zweistufigen Prozess ohne die Zuhilfenahme von Additiven geschehen. Eine grobe Vorzerkleinerung der Fasern erfolgte in einem Scheibenrefiner, die Defibrillierung der Fasern in einem Hochdruckhomogenizer. Der Vergleich der Faserstoffe fand auf der Basis der Eigenschaftsänderung als Funktion der gesamten spezifischen Arbeit und Kapazität der Anlage statt.
Bei der groben Vorzerkleinerung konnten die Buchenzellstoffe ihren Vorteil gegenüber den Nadelholzzellstoffen aufgrund ihrer natürlich kürzeren Faserlängen ausspielen. Entsprechend war im Mittel der spezifische Arbeitsaufwand zur Erreichung der benötigten Faserlängen für den nächsten Prozessschritt bei Buchenzellstoff nur rund ¼ des Aufwands des Nadelholzzellstoff.
Bei der Herstellung der MFC konnte grundsätzlich bei den ermittelten Eigenschaftskennwerten (Wasserrückhaltevermögen, spez. Oberfläche, Viskosität, Ladung und Aspekt Ratio) welche für den Anwender von Interesse sein könnten, in einem direkten Vergleich zwischen dem Zellstoff aus Schweizer Buchenholz und dem aus der Slowakei kein signifikanter Unterschied festgestellt werden. Der Vergleich von getrocknetem zu nicht getrocknetem Zellstoff zeigt ebenfalls keine nennenswerte Vor- oder Nachteile. Entgegen den Erwartungen wies ein ungebleichter Zellstoff etwas bessere Defibrillierungseigenschaften auf.
Im Vergleich zu Buchenholzzellstoff zeigte der heutige Quasi-Standard Nadelholzzellstoff im genutzten Versuchsaufbau einen Vorteil in Bezug auf die MFC Eigenschaften und deren Entwicklung.
Generell gilt, dass die MFC-Eigenschaften auf die jeweilige Anwendung abgestimmt werden müssen und dies neben den gewählten Prozessparametern in der Zellstoffherstellung und den nachfolgenden Fibrillierungsprozessen auch über die Rohstoffauswahl gesteuert werden kann.
Da die Studie zeigen konnte, dass aus Schweizer Buchenholz eine Mikrofibrillierte Cellulose mit guten bis sehr guten Eigenschaften produziert werden kann, ist zu empfehlen, dass:
1. die Voraussetzungen zur Erzeugung von Zellstoff aus Schweizer Buchenholz ge-schaffen werden sollten
2. dazu eine Machbarkeitsprüfung zur Errichtung eines dezentralen, integrierten hochwertschöpfenden Bioproduktewerks in der Schweiz angestossen werden und
3. ein ausseruniversitäres Design Research Institut erreichtet werden sollte, um die Umsetzung von universitären Erkenntnissen innovativer Grundlagen- und Anwen-dungsforschung im Bereich der Bioökonomie, Biotechnologie und Holzchemie in industrielle Produkte zu fördern und zu beschleunigen.
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