Herstellung und Charakterisierung ligninbasierter funktionaler Papierbeschichtungen

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Herstellung von ligninbasierten, funktionalen Papierbeschichtungen. Ausgehend von Kraft-Lignin werden Lignin-Fettsäureester hergestellt und aus organischen Lösemitteln auf Papier gestrichen. Von den so erhaltenen Barrierepapieren wird die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate (WVTR) bestimmt. Um den Einfluss von verschiedenen natürlichen Wachsen und kristallinen Fettsäuren auf die Barriereeigenschaften der Ligninesterbeschichtungen zu untersuchen werden diese mit den Ligninestern in Lösung gebracht und ebenfalls auf Papier gestrichen. Die Barriereeigenschaften gegenüber Wasserdampf, Lösungsmitteln und Fetten der beschichteten Papiere werden bestimmt. Zur Herstellung wässriger Streichfarben werden die Sprühmikronisierung mit anschließender Dispersion und die Schmelzdispersion betrachtet. Durch Wahl verschiedener Dispergiermittel werden die Partikel in Wasser dispergiert, die erhaltenen Streichfarben auf Papier aufgebracht und die Wasserdampfdurchlässigkeitsraten untersucht. Durch das Beschichten mit Ligninestern konnte die Wasserdampfdurchlässigkeitsrate mehr als halbiert werden. Zudem konnten die Barrierewerte durch das Einbringen der kristallinen Fettsäuren nochmals erheblich verbessert werden, mit Minima im Bereich von 20% bis 60% Fettsäureanteil. In einem zweiten Teil der Arbeit werden siegelbare Beschichtungen für Papier auf Basis von Lignin untersucht. Hierfür wird Ligninsuccinat synthetisiert, auf Papier aufgebracht und das so erhaltene Papier gesiegelt. In Zugversuchen konnte beobachtet werden, dass sich anstatt eines Brechens des Siegels die Cellulosefasern einer Seite des gesiegelten Papiers aus dem Fasergelege lösten. Dies deutet auf eine gute Siegelstärke hin.

The objective of this work is the production of lignin-based, functional paper coatings. Starting from kraft lignin, lignin fatty acid esters are produced and coated onto paper from organic solvents. The water vapor transmission rate (WVTR) of the resulting barrier papers is determined. In order to investigate the influence of various natural waxes and crystalline fatty acids on the barrier properties of the lignin ester coatings, these are dissolved with the lignin esters and also coated onto paper. The barrier properties against water vapor, solvents and fats of the coated papers are determined. Spray micronization with subsequent dispersion and melt dispersion are considered for the production of aqueous coating paints. The selection of different dispersing agents allows for the dispersion of particles in water, the application of coating colors to paper, and the investigation of water vapor permeability rates. By coating with lignin esters, the water vapor transmission rate can be more than halved. Furthermore, the introduction of crystalline fatty acids, with minima in the range of 20% to 60% fatty acid content, has been shown to lead to a substantial enhancement in barrier values. In a second part of the work, sealable coatings for paper derived from lignin are examined. To this end, lignin succinate is synthesized, applied to paper, and the resultant paper is sealed. In tensile tests, it was observed that, in contrast to the rupture of the seal, the cellulose fibers on one side of the sealed paper detached from the fiber fabric. This finding suggests a good seal strength.