Superhydrophobe, wasserbasierte und regenerative Papierbeschichtungen: Entwicklung innovativer Co-Kristallisationsmaterialien aus biobasierten Celluloseestern und Wachsen

Der Feuchtigkeitsschutz von Papier ist für zahlreiche Anwendungen von zentraler Bedeutung. Superhydrophobe Beschichtungen stellen eine vielversprechende Lösung für höchstmögliche Wasserresistenz dar, doch ihre Implementierung im industriellen Maßstab ist nach wie vor herausfordernd. In dieser Arbeit wird eine neuartige, nachhaltige Beschichtung auf Basis von Cellulosestearoylester (CSE) und Ethylenglycoldistearat (EGDS) entwickelt, die durch spontane Kristallisation beim Abkühlen aus dem geschmolzenen Zustand charakteristische flower-like Mikrostrukturen ausbildet und exzellente wasserabweisende Eigenschaften aufweist. Die Beschichtung zeichnet sich durch ihre thermische Regenerierbarkeit, die Möglichkeit einer wasserbasierten Applikation sowie ihre Integration in industrielle Papierverarbeitungsprozesse inkl. Recycling aus. Darüber hinaus wird ihr Potenzial für innovative Anwendungen, insbesondere papierbasierte Nebelfänger zur effizienten Wassergewinnung aus Nebel, untersucht. Die Forschungsergebnisse verdeutlichen die Relevanz dieser Technologie für nachhaltige funktionale Oberflächen und eröffnen neue Perspektiven für ökologische und technologische Anwendungsfelder.

The protection of paper against water is highly important for numerous applications. Superhydrophobic coatings offer a promising solution for achieving maximum water resistance; however, their implementation on an industrial scale remains challenging. This thesis presents a novel, sustainable coating based on cellulose stearoyl ester (CSE) and ethylene glycol distearate (EGDS), which forms characteristic flower-like microstructures through spontaneous crystallization upon cooling from the molten state, exhibiting excellent water-repellent properties. The coating is distinguished by its thermal regenerability, the possibility of a water-based dispersion, and its integration into industrial paper processing, including recycling. Furthermore, its potential for innovative applications, particularly paper-based fog collectors for efficient water harvesting from mist, is investigated. The research findings highlight the relevance of this technology for sustainable functional surfaces and open new perspectives for ecological and technological applications.