Zeta-Potenzialanalyse von regenerierten Zellulosefasern

Abstract

In the presented master thesis, the zeta potential of different types or regenerated cellulose fibers has been investigated in order to compare the differences in the electrochemical properties of various Lyocell and viscose fibers from Lenzing AG (Austria). In view of the fact that the zeta potential analysis of regenerated cellulose fibers is restricted to apparent values due to bulk material swelling and the complex structure of the fiber surface, further background information on chemistry and surface charge of cellulose fibers were prepared in this thesis. In addition, the manufacturing process significantly influences the different structural and morphological properties of both Lyocell and viscose fibers. The theory of zeta potential analysis of macroscopic solids focusing on cellulosic fibers, and the description of the electrokinetic analyzer used are of further interest. The results represent individual electrokinetic properties of both treated and untreated Lyocell and viscose fibers, indicating differences in their inherent surface structure and/or different physiochemical properties. In search for a fast and reliable method for surface charge analysis of various Lyocell and viscose fibers, the application of the streaming potential technique proved to be a suitable measuring method, although there are limitations concerning the complex behavior in aqueous solutions.

In der vorliegenden Diplomarbeit wird die Bestimmung des Zeta-Potentials von unterschiedlich modifizierten cellulosischen Regeneratfasern der Firma Lenzing AG (Österreich) durch die Anwendung von Strömungspotentialmessungen beschrieben. Hierzu wird ein Überblick über den Aufbau und die physiochemischen Eigenschaften der Cellulose, die Unterschiede im Herstellungsprozess sowie die daraus folgenden strukturellen Eigenschaften der beiden wichtigsten cellulosischen Regeneratfasern Lyocell und Viskose gegeben. Eine Beschreibung des Messaufbaus sowie die theoretischen Aspekte der Zeta-Potential Analyse von makroskopischen Feststoffen setzen weitere inhaltliche Schwerpunkte. Die Darstellung der Messergebnisse in Abhängigkeit vom pH-Wert und der Ionenstärke der Elektrolytlösung repräsentieren die unterschiedlichen elektrokinetischen Eigenschaften von Lyocell- und Viskosefasern, bedingt durch die Unterschiede in ihrer supramolekularen und morphologischen Struktur. Ferner zeichnet sich der erzielte Effekt der entsprechenden Faserbehandlungen deutlich sichtbar in den elektrokinetischen Messungen ab. Unter Berücksichtigung des komplexen Verhaltens von cellulosischen Regeneratfasern in wässriger Lösung und den daraus folgenden Einschränkungen in der Bewertung der generierten Zeta-Potential Werte erweist sich die Anwendung des Strömungspotentialprinzips als rasche und reproduzierbare Messmethodik.