title: Upgrading cellulose pulp fibers into porous materials
Creators: name: Biegler, Veronika
Publisher: name: :none
Year: 2025

description: Die steigenden globalen Herausforderungen, insbesondere der Klimawandel, führen zu einer wachsenden Nachfrage nach nachhaltigen Alternativen zu fossilen Werkstoffen. Diese Arbeit untersucht das Potenzial von Zellstofffaser-Schäumen als umweltfreundliche und leichte Materialien mit Anwendungen im Verpackungsbereich und in der Energieabsorption. Zellulose, ein aus Holz gewonnenes Biopolymer, bietet eine nachhaltige Grundlage für die Entwicklung poröser Materialien. Dennoch bestehen bei Zellstoffschäumen derzeit Limitierungen, wie geringe mechanische Eigenschaften, eine niedrige Feuchtigkeitsbeständigkeit und Schwierigkeiten in der Skalierung. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Rolle biologischer Komponenten, Additive sowie Verarbeitungstechniken untersucht, um die Leistungsfähigkeit von Zellstoffschäumen zu verbessern. Der Einfluss von Xylan auf die Netzwerkfestigkeit wird analysiert, die strukturellen und mechanischen Eigenschaften von Schäumen unterschiedlicher Dichte werden erforscht, und Strategien zur Verbesserung der Schaumstabilität und -morphologie werden entwickelt. Darüber hinaus wird die Eignung von Zellstoffschäumen als Vorlagen für poröse Verbundwerkstoffe demonstriert. Dabei wird die entscheidende Bedeutung der Wechselwirkungen zwischen Harz und Faser für die Erzielung der gewünschten mechanischen und morphologischen Eigenschaften hervorgehoben. Durch umfassende Charakterisierungen, einschließlich dynamischer Wasserdampfsorption, Rasterelektronenmikroskopie und Drucktests, liefert diese Arbeit detaillierte Einblicke in die Struktur-Eigenschafts-Beziehungen von Zellstoffschäumen. Die Ergebnisse tragen dazu bei, das Design und die Verarbeitung nachhaltiger Materialien zu verbessern und den Weg für Zellulose-basierte Werkstoffe zu ebnen, die mit herkömmlichen Polymer-Schäumen konkurrieren können, während ökologische und lebenszyklusbezogene Aspekte berücksichtigt werden.
description: The demand for sustainable materials as alternatives to fossil-based products is increasing in response to global challenges such as climate change. This thesis investigates the potential of cellulose pulp fiber foams as eco-friendly and lightweight materials with applications in packaging and energy absorption. Cellulose, derived from wood, is the most abundant biopolymer offering a sustainable platform for developing porous materials. However, the current limitations of cellulose foams include low mechanical properties, poor moisture resistance, and challenges in scalability. This work explores the role of biological components, additives, and processing techniques enhancing the performance of cellulose-based foams. The research evaluates the impact of xylan on network strength, investigates the structural and mechanical properties of foams with varying densities, and develops strategies to improve foam stability and morphology. Additionally, the study demonstrates the feasibility of using pulp fiber foams as templates for porous composites, highlighting the critical role of resin-fiber interactions in achieving desired mechanical and morphological characteristics. Through comprehensive characterization, including dynamic vapor sorption, scanning electron microscopy, and compression testing, this thesis provides insights into the structure-property relationships of cellulose foams. The findings contribute to advancing sustainable material design and processing, paving the way for cellulose-based materials to compete with traditional polymeric foams while addressing environmental and lifecycle considerations.