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Untersuchungen zum Adsorptionsverhalten von polymeren Papieradditiven und deren Einfluss auf die Biofilmbildung

Viel, Nadja :
Untersuchungen zum Adsorptionsverhalten von polymeren Papieradditiven und deren Einfluss auf die Biofilmbildung.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2008)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Untersuchungen zum Adsorptionsverhalten von polymeren Papieradditiven und deren Einfluss auf die Biofilmbildung
Language: German
Abstract:

Bei der Papierproduktion werden geladene Polymere als Additive verwendet, die den Blattbildungsprozess unterstützen und die Papiereigenschaften sowie die spätere Verarbeitbarkeit verbessern. Diese Papieradditive werden während des Papier¬herstellungsprozesses im Konstantteil der Papiermaschine in die Papiersuspension eingebracht, wo sie mit den unterschiedlichsten Oberflächen, nämlich denen der Papierrohstoffe, den Holzfasern, Papierfüllstoffen, Pigmenten und Papiermaschinenteilen in Berührung kommen. Durch den Einsatz von Altpapier als billigere Faserquelle und durch die Wasserkreislaufschließung bei der Papierherstellung werden zum einen durch das verschmutzte Altpapier Bakterien in die Maschine eingetragen und zum anderen Salze im Kreislaufwasser angereichert. Diese Effekte stören die Papierproduktion, weshalb man zur Kompensation ebenfalls Papieradditive einsetzt. Allerdings können sich diese Additive insbesondere in strömungsarmen Bereichen der Maschine anreichern und dort ebenfalls als Polymerbeläge und Nahrungsmatrix für Mikroorganismen negativen Einfluss auf den Herstellungsprozess ausüben.Diese Arbeit hatte nun das Ziel die Adsorption von polymeren Papieradditiven an Oberflächen verschiedener Komponenten der Papierherstellung (Füllstoffe, Fasern und Stahl) zu untersuchen, um anschließend mit der Wahl geeigneter Additive die Biofilmbildung zu verhindern. Als Methoden wurden die Total-Organic-Carbon-Analyse in Verbindung mit Viskosimetrie und Zetapotentialbestimmungen für die Charakterisierung der Adsorption von Papieradditiven an Füll- und Faserstoffe eingesetzt. Insbesondere für die Bestimmung des Adsorptionsverhaltens der Polymere an Stahl wurden mikroskopische Verfahren (Rasterkraft- und Lichtmikroskopie) und die Schwingquarzwaage (QCM) verwendet. Im Wesentlichen wird die Adsorption an die Oberflächen durch die Eigenschaften der Polymere und durch ihren Lösungszustand gesteuert. Die Adsorption an Füllstoffe erwies sich als vom Knäuelvolumen limitiert und wird durch entropische Effekte gesteuert, während auf der Stahloberfläche die positive Wirkung steigender Kettenlänge auf einen starken, energetisch begünstigten Segmentkontakt schließen lässt. Die Polyelektrolytadsorption an die Faseroberfläche wird durch elektrostatische Wechselwirkungen gesteuert. Dass die Papieradditive bei der Papierherstellung über das Papier nicht vollständig aus der wässrigen Phase ausgeschleust werden, konnte über Adsorptionsuntersuchungen an einem Modellsystem belegt werden. Es konnte in diesem Zusammenhang gezeigt werden, dass niedrig geladene kationische Stärke eine hohe Affinität zu Stahloberflächen hat und als Nahrungsmatrix für die im System befindlichen Bakterien und Pilze dient. Demgegenüber wirken hochgeladene, kationisch modifizierte Polyethylenimine und Polyvinylamine biozid. Sie halten Papiermaschinenoberflächen sauber.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
Additives on polymeric basis are used for the paper production, which support the sheet-forming-process, improve the paper properties as well as the processability. These electrical charged polymers are added during the paper production process into the paper suspension, where they encounter different surfaces of paper raw materials, i.e. wood fibers, paper fillers, pigments, and the paper machine parts. The usage of waste paper as a cheaper source of fibers and the enhanced water circulation lead to a contamination of the machinery parts with bacteria and an enrichment of diluted salts. These effects disturb the paper production and therefore paper additives are also used for compensation. Unfortunately those additives back the formation of polymeric deposits and the nutrition of microorganisms. Both have a negative impact to the production process.This dissertation deals with adsorption measurements of polymeric paper additives onto surfaces of different components related to the paper production (fillers, fibers and steel). The goal was to avoid biofilm generation with suitable additives. Total-organic-carbon-analysis in combination with viscosimetry and zeta potential measurements were used to characterize the adsorption of these polyelectrolytes on fillers und fibres. Particularly the adsorption of these polymers onto steel was determined by microscopy and quartz crystal micro balance. It was found that the adsorption is mainly driven by properties of the polymers ant their solution state. The adsorption onto fillers is influenced and limited by the coil volume and is driven by the entropy. The adsorption onto the steel surface is controlled by the positive effect of rising chain length and a strong energetically benefited segment contact. The polyelectrolyte adsorption to the fiber surface is driven by electrostatic interactions. The paper additives are not completely removed with the paper from the aqueous phase during the process of paper making. This was occupied with adsorption studies at a model system. In this context it was shown that low charged cationic starch has a high affinity to steel surfaces and works in this sytem as a food matrix for the bacteria and fungis. In contrast to this high-loaded, cationic modified polyethylenimines and polyvinylamines are biocide. They keep the paper machine surfaces clean.English
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: Fachbereich Chemie
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:23
Last Modified: 07 Dec 2012 11:54
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-10385
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Gruber, Prof. Dr. Erich and Rehahn, Prof. Dr. Matthias
Refereed: 30 June 2008
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/1038
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