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Serie Forschung & Lehre (IX)

Was leistet ein Zementsack oder: das Stadtplan-Problem

Erschienen in
Zuschnitt 28: Papier ist Holz
2007, Seite 20

Der Zementsack. Ein auf den ersten Blick unverdächtig simples Ding, das in großen Mengen auf unzähligen Baustellen anzutreffen ist und entweder 25 oder 50 kg des Bindemittels enthält. Trotzdem ist das Produkt aus »Kraftsackpapier« raffinierter als man denkt und beschäftigt Produzenten, Forscherinnen und Kunden auf vielfältige Weise.

Das Institut für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik der TU
Graz kurz nach Kriegsende wurde an der Technischen Hochschule Graz mit Unterstützung der Landesregierung und der steirischen Papierindustrie die Studienrichtung Papier- und Zellstofftechnik eingerichtet. Nach wie vor ist die TU Graz die einzige universitäre Institution in Österreich, an der man DiplomingenieurIn der Papier- und Zellstofftechnik werden kann. Sechs bis zehn AbsolventInnen beenden jährlich diese Ausbildung, die als viersemestriger Master-Studiengang auf Grundlage des Bachelor-Studiums »Verfahrenstechnik« oder ähnlicher ingenieurwissenschaftlicher Bachelor-Studien angeboten wird. Ein zweites, nicht-akademisches Ausbildungszentrum, das von der österreichischen Papierindustrie betrieben wird und wo PapiertechnikerInnen ausgebildet werden, befindet sich im oberösterreichischen Steyrermühl.

Forschung

Neben der Lehre ist die Forschung ein Schwerpunkt des Grazer Instituts für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik, dem eine gleichnamige, als Prüfstelle akkreditierte Versuchs- und Forschungsanstalt angegliedert ist. Oft in Kooperation mit anderen universitären Forschungseinrichtungen und Partnern aus der Wirtschaft wird an der Weiterentwicklung des Fachbereichs gearbeitet. Dabei geht es einerseits um Verbesserungen und Innovationen im Produktbereich Papier/Karton/Pappe, andererseits um Energie- und Kostenoptimierung in der Herstellung dieser Erzeugnisse.

Feste Fasern

Zurück zum Zementsack: Einer der aktuellen Forschungsschwerpunkte betrifft die physikalischen und chemischen Grundlagen der Faser-Faser-Bindung im Papier. Gemeinsam mit dem Institut für Festkörperphysik der TU Graz, dem Institut für Physik der Montanuniversität Leoben und mit Mondi Packaging Frantschach als industriellem Partner wurde die Einrichtung eines Christian Doppler-Labors für »oberflächenphysikalische und chemische Grundlagen der Papierfestigkeit« beantragt und bewilligt. Hintergrund dieser Forschungsaktivitäten sind Anforderungen an Papiersäcke, wie sie z.B. zur Verpackung und zum Transport von Zement verwendet werden. Diese sollten dünn und leicht, aber auch so reißfest und tragfähig wie möglich sein. Ihre Oberfläche muss sowohl bedruckbar sein als auch rutschfest, damit die Säcke beim Transport auf Fahrzeugen nicht ins Gleiten kommen. Außerdem müssen die – oft mehrschichtig ausgeführten – Zementsäcke luftdurchlässig sein, damit sie beim Befüllen nicht platzen.

Um die für die Festigkeit verantwortlichen Bindungsmechanismen zwischen den einzelnen Zellstofffasern, aus denen jedes Papier besteht, kennenzulernen, werden nun einerseits die einzelnen Fasern unter dem Rasterkraftmikroskop analysiert, andererseits dreidimensionale Modelle von Fasernetzwerken erstellt. Dazu werden die Fasern in Harz gegossen, das dann in hauchdünnen Scheiben geschnitten und unter dem Mikroskop digital fotografiert wird. Aus den Bildern dieser Serienschnitte kann die Papierstruktur analysiert werden. Zusätzlich werden mit Hilfe der Infrarotspektroskopie Informationen über die Oberflächenchemie der Fasern gewonnen. Ziel dieser Untersuchungen ist es herauszufinden, welche Methoden zur Erhöhung der Papierfestigkeit geeignet sind, um die Anzahl bzw. das Gewicht der einzelnen Papierlagen von Zementsäcken zu verringern und somit Rohstoff und Kosten zu sparen.

Das Stadtplan-Problem

Die Festigkeit von Papieren ist jedoch nicht nur für Verpackungen relevant. Ob Küchenrolle oder Taschentuch – jedes dieser Produkte wird mit seiner Reißfestigkeit, auch in feuchtem Zustand, beworben. Eine andere Anforderung nennt sich Falzfestigkeit, die z.B. bei der Herstellung von Geldscheinen oder Stadtplänen wichtig ist. Hier werden spezielle Faserstoffe eingesetzt, damit die Papiere möglichst oft auf- und zugefaltet werden können, bevor sie brechen. Alle diese Eigenschaften werden beforscht und durch unterschiedliche Maßnahmen (Strukturaufbau des Papiers, Typ der verwendeten Zellstofffasern, Art der Füllstoffe und Additive) reguliert und optimiert. Die Ergebnisse haben unmittelbare Auswirkungen auf die Papiere, die wir täglich verwenden. Und auch wenn es kein Thema für die Wissenschaft ist, so können die PapiertechnikerInnen dennoch erklären, warum sich Zeitungspapier so gut zum Fensterputzen eignet: Es ist nicht »gestrichen«, hat also eine vergleichsweise raue Oberfläche, mit der Verschmutzungen gut abzureiben sind. Es muss für den Druckvorgang fusselfrei sein, was auch beim Putzen wichtig ist, weshalb höchstens in Bezug auf die Lesbarkeit der Zeitung nach dem Putzvorgang noch gearbeitet werden sollte.

(Zeitschrift Zuschnitt 28, 2007; Seite 20)

Kontakt

Institut für Papier-, Zellstoff- und Fasertechnik
Univ.-Prof. DI Dr.techn. W. Bauer, Kopernikusgasse 24/II, A-8010 Graz 
T +43 (0)316 / 873-7511,office.ipz@tugraz.at,www.ipz.tugraz.at

Ausbildungszentrum der Österreichischen Papierindustrie
Papiermacherplatz 1, A-4662 Steyrermühl, T +43 (0)7613 / 8504-0
www.papiermacherschule.at

 

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