Starke Fasern:
TU-Forscher prüfen Festigkeit von Papier

Neues Christian Doppler-Labor startet mit März

Von der Banknote über die Papier-Tragtasche bis hin zur Zeitung: Ob als Informations-Speichermedium oder Transportmittel, Papier begleitet uns seit Jahrhunderten überall im täglichen Leben. Darüber, wie fest die Papierfasern zusammenhalten, ist bis heute aber nur wenig bekannt. Steirische Forscher unter der Federführung des Instituts für Festkörperphysik der TU Graz gründen daher mit 1. März 2007 das „Christian Doppler (CD)-Labor für oberflächenphysikalische und chemische Grundlagen der Papierfestigkeit“. Gemeinsam mit dem Industriepartner „Mondi Packaging“, einem der größten Sackpapierproduzenten Europas, nehmen sie die Fasern aus der Sicht verschiedener Disziplinen unter die Lupe.

Der perfekte Papiersack ist möglichst dünn und hält dennoch, was er halten muss: Unsere täglichen Einkäufe, Baustoffe wie Zement oder auch Tierfutter. „Papier ist ein unglaublich vielfältig einsetzbarer Werkstoff“, weiß Robert Schennach, der das neue CD-Labor zur Papierfestigkeit leitet. Die Wissenschafter setzen daher einen klaren Fokus und untersuchen in erster Linie so genannte Sackpapiere. „Jedes Papier besteht aus einem dichten Netzwerk von pflanzlichen Fasern. Über die Bindungsmechanismen zwischen diesen Zellulosefasern wissen wir in der Forschung bis heute nur wenig“, erläutert der in der Festkörperphysik tätige Chemiker. Diesen wesentlichen Teilaspekt der Festigkeit von Papier besser zu verstehen, ist Ziel der Forschergruppe um Schennach. „Wir wollen mit unserer Arbeit Wege aufzeigen, wie die Qualität verschiedener Sackpapierprodukte durch verbessertes Wissen über die Struktur des Materials erhöht werden kann.“

Papierforschung als Kooperationsprojekt

Um neues Grundlagenwissen zu den Eigenschaften von Papier mit nutzbaren Ergebnissen für die Praxis zu erhalten, betrachten die Wissenschafter das Material aus unterschiedlichen Blickwinkeln: Am Institut für Physik der Montanuniversität Leoben untersuchen Forscher einzelne Papierfasern unter dem Rasterkraftmikroskop, das Oberflächen im Nanometerbereich abtastet. Forscher des Instituts für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik der TU Graz nutzen eine selbst entwickelte Methode, mit der sie ein dreidimensionales Modell von Fasernetzwerken erstellen können: Sie gießen die Fasern in Harz ein, das sie in hauchdünne Scheiben schneiden und unter dem Mikroskop digital fotografieren. Aus den Bildern dieser Serienschnitte berechnen und analysieren die Wissenschafter mittels Bildverarbeitung die dreidimensionale Struktur der Faserverbindung. CD-Laborleiter Schennach nimmt am Institut für Festkörperphysik der TU Graz die Struktur der Fasern über Infrarotspektroskopie „unter die Lupe“: Dieses Verfahren liefert mit Hilfe von infrarotem Licht Information über die Oberflächenchemie eines Stoffs. Perspektiven bietet das neue CD-Labor auch für die Papierforscher von morgen: Mehrere Diplomanden und Dissertanten sollen die Möglichkeit bekommen, zum Thema Papierfestigkeit ihre Abschlussarbeiten zu verfassen.