Papier

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Dieser Artikel befasst sich mit dem Werkstoff Papier. Weitere Bedeutungen unter Papier (Begriffsklärung).
Stapel von Blattpapier

Papier (von lateinisch papyrus, aus altgriechisch πάπυρος pápyrosPapyrusstaude‘) ist ein flächiger Werkstoff, der im Wesentlichen aus Fasern meist pflanzlicher Herkunft besteht und durch Entwässerung einer Fasersuspension auf einem Sieb gebildet wird. Das dabei entstehende Faservlies wird verdichtet und getrocknet.[1]

Papier wird einerseits zum Beschreiben und Bedrucken und andererseits zum Verpacken (Pappe, Karton) verwendet. Der Anteil dieser beiden Papiergruppen an der Papierproduktion in Deutschland betrug 2011 44 bzw. 43 %. Mit großem Abstand folgen die Hygienepapiere wie Toilettenpapier oder Haushaltstücher und die technischen Spezialpapiere wie Filterpapiere, Dekorpapiere oder Tapeten mit einem Anteil von 7 bzw. 6 %.

Heute wird Papier in der Regel aus Zellstoff oder aus Holzstoff (aus Holzschliff) hergestellt. Wiederzuverwertendes Papier in Form von Altpapier stellt mittlerweile die wichtigste Rohstoffquelle in Europa dar.

Je nach flächenbezogener Masse (umgangssprachlich Flächengewicht) wird zwischen Papier, Karton oder Pappe unterschieden.

Wird der Rohstoff nicht zu flächigem Papier, sondern zu massiven Objekten verarbeitet, spricht man von Pappmaché.

Aufgrund der vielfältigen Kombinationsmöglichkeiten bei den Rohstoffen, der Fertigung, der Verarbeitung und der Verwendung existieren etwa 3.000 Papiersorten.

Geschichte[Bearbeiten]

Frühere Schriftträger[Bearbeiten]

Höhlenzeichnungen sind die ältesten Dokumente, die der Mensch mit Pigmentfarbe auf einen Untergrund gezeichnet hat. Die Sumerer, die Träger der ältesten bekannten Hochkultur, schrieben seit etwa 3200 v. Chr. mit Keilschrift auf weiche Tontafeln, die zum Teil bis heute überliefert sind, weil sie durch Zufälle gebrannt wurden. Auch aus Ägypten sind Schriftträger aus anorganischen Materialien bekannt, beispielsweise die Prunkpalette des Königs Narmer (3100 v. Chr.) aus Speckstein.

Antiker ägyptischer Papyrus

Papyrus besteht aus den flach geschlagenen, über Kreuz gelegten und gepressten Stängeln der am gesamten unteren Nil in ruhigen Uferzonen wachsenden Schilfpflanzen (Echter Papyrus). Geschrieben wurde darauf mit schwarzer und roter Farbe. Die schwarze Tusche bestand aus Ruß und einer Lösung von Gummi arabicum, die rote Farbe wurde auf Ocker-Basis hergestellt. Das Schreibgerät war ein Pinsel aus Binsen. Zwar gab es Papyrus im antiken Griechenland, jedoch war eine Verbreitung über Griechenland hinaus kaum bekannt. Im 3. Jahrhundert ersetzten die Griechen den Pinsel durch eine gespaltene Rohrfeder. Von dem griechischen Wort pápyros leitet sich das Wort Papier ab.

Im Römischen Reich wurde sowohl Papyrus benutzt als auch Wachstafeln. In die Letzteren wurde der Text mittels angespitzter Griffel geritzt. Nach dem Auslesen wurde das Wachs mit einem Schaber geglättet und die Tafel konnte erneut beschrieben werden. Öffentliche Verlautbarungen wurden meist als dauerhafte Inschrift (Steintafeln oder Metallplatten) an Tempeln oder Verwaltungsgebäuden angebracht.

In Indien wurden Blätter von Palmengewächsen und in China Tafeln aus Knochen, Muscheln, Elfenbein benutzt. Später bestanden Schrifttafeln auch aus Bronze, Eisen, Gold, Silber, Zinn, Jade, Steinplatten und Ton oder auch aus organischem Material, wie Holz, Bambusstreifen und Seide. Pflanzenblätter und Tierhäute wurden noch nicht als Schriftträger benutzt. Orakelknochen wurden mit Griffeln geritzt oder mit Tinte mit Lampenruß oder Zinnober als Pigment beschriftet.

Im mittelalterlichen Europa wurde dann vermehrt Pergament aus Tierhäuten benutzt. Die Tierhäute werden mit Pottasche oder Kalk gebeizt, gründlich gereinigt und aufgespannt getrocknet, es folgte das Schaben und die Oberflächenbearbeitung.

In der neuen Welt wurde ein papierähnlicher Beschreibstoff im 5. Jh. n.Chr. von den Maya hergestellt.[2] Allerdings ist dieses Material, der Herstellungsart nach, eher dem Papyrus verwandt, denn es wird aus kreuzweise verpressten Baststrängen, nicht aber aus aufgeschlossenen Einzelfasern erzeugt. Auch der für die Papierdefinition essenziell wichtige Entwässerungsvorgang erfolgt weder auf einem Sieb noch durch mechanischen Wasserentzug. Insofern wäre es falsch, von einer Erfindung des Papieres in Amerika zu sprechen. Die tatsächliche und unabhängige Urherstellung von Papier lässt sich nur für Asien und Europa nachweisen.

Erfindung des Papiers[Bearbeiten]

Die Erfindung des Papiers wird Cai Lun zugeschrieben, obwohl es Funde aus China gibt, die auf etwa 200 v. Chr. datiert wurden. Cai Lun war um 105 n. Chr. (Belegdatum der ersten Erwähnung der chinesischen Papierherstellungsmethode) ein Beamter der Behörde für Fertigung von Instrumenten und Waffen am chinesischen Kaiserhof und beschrieb erstmals das heute bekannte Verfahren, Papier herzustellen.[3] Zu seiner Zeit gab es einen papierartigen Beschreibstoff, welcher aus Seidenabfällen hergestellt wurde (Chi). Diesen mischten die frühen Papiermacher vornehmlich aus Hanf, alten Lumpen und Fischnetz, ergänzten es mit Baumrinde oder Bast des Maulbeerbaumes.[4] Die chinesische Erfindung bestand vor allem in der neuartigen Zubereitung: Die gesäuberten Fasern und Fasernreste wurden zerstampft, gekocht und gewässert. Anschließend wurden einzelne Lagen mit einem Sieb abgeschöpft, getrocknet, gepresst und geglättet. Beim Schöpfen entstand an dem Papier eine „Schönseite“ die oberhalb des Siebes lag, und eine „Siebseite“, die an dem Sieb lag. Der entstehende Brei aus Pflanzenfasern lagerte sich als Vlies ab und bildete ein relativ homogenes Papierblatt.

Da Bast ein Material ist, das im Vergleich zu dem heute verwendeten Holz längere Fasern und dadurch eine hohe zeitliche Haltbarkeit hat, war das Papier von Ts’ai Lun nicht nur zum Schreiben verwendbar, sondern auch für Raumdekorationen etwa in Form von Tapeten sowie Kleidungsstücken. Die Verwendung von Maulbeerbast lag nahe, da der Seidenspinner sich von den Blättern des Maulbeerbaums ernährte und somit dieses Material ein ohnehin vorhandenes Nebenprodukt aus der Seidenproduktion war. Wie alt die Verwendung von Bast ist, belegt die Gletschermumie Ötzi (circa 3.300 v. Chr), die Kleidungsstücke aus Lindenbast trägt.

Asien[Bearbeiten]

Papiergeld der Hongwu-Ära

Bereits im 2. Jahrhundert gab es in China Papiertaschentücher. Im 5. Jahrhundert stellte man Toilettenpapier aus billigstem Reisstrohpapier her. Alleine in Peking wurden jährlich 10 Millionen Päckchen mit 1000 bis 10.000 Blatt produziert. Die Abfälle an Stroh und Kalk bildeten bald große Hügel, Elefanten-Gebirge genannt. Für Zwecke des chinesischen Kaiserhofes stellte die kaiserliche Werkstatt 720.000 Blatt Toilettenpapier her. Für die kaiserliche Familie waren es noch einmal 15.000 Blatt hellgelbes, weiches und parfümiertes Papier.

Bekannt ist, dass um das Jahr 300 die Thais die Technik des schwimmenden Siebs zur Papierherstellung verwendeten. Das Bodengitter des Siebes war fest mit dem Rahmen verbunden. Jedes geschöpfte Blatt musste im Sieb trocknen und konnte erst dann herausgenommen werden. Entsprechend viele Siebe waren nötig.

Um das Jahr 600 gelangte die weiter entwickelte Technik des Schöpfens mit dem Schöpfsieb nach Korea und wurde um 625 in Japan verwendet. Beim Schöpfsieb kann der Rahmen vom Sieb gelöst werden. Das frisch geschöpfte Blatt kann feucht entnommen und zum Trocknen ausgelegt werden. Diese Technik wird heute noch bei handgeschöpftem Papier verwendet. Daraus ergibt sich, dass das Schöpfsieb in der Zeit zwischen 300 und 600 erfunden wurde.

In Japan verfeinerte man die Technik und setzte dem Faserbrei Pflanzenschleim der Wurzel des Abelmoschus manihot zu. Die Fasern waren nun gleichmäßiger verteilt, es traten keine Klümpchen mehr auf. Dieses Papier bezeichnet man heute als Japanpapier. Die Amtsrobe der japanischen Shintō-Priester, die auf die Adelstracht der Heian-Zeit zurückgeht, besteht aus weißem Papier (Washi), das vorwiegend aus Maulbeerbaum-Bast besteht.

Der chinesische Kaiser Gaozong (650 bis 683, Tang-Dynastie) ließ erstmals Papiergeld ausgeben. Auslöser war ein Mangel an Kupfer für die Münzprägung. Seit dem 10. Jahrhundert hatten sich Banknoten in der Song-Dynastie durchgesetzt. Ab etwa 1300 waren sie in Japan, Persien und Indien im Umlauf und ab 1396 in Vietnam unter Kaiser Tran Thuan Tong (1388–1398).

Im Jahr 1298 berichtete Marco Polo in seiner Reisebeschreibung („Il Milione“) über die starke Verbreitung des Papiergeldes in China, wo es zu dieser Zeit eine Inflation gab, die den Wert auf etwa 1 % des ursprünglichen Wertes fallen ließ. Im Jahre 1425 wurde das Papiergeld allerdings wieder abgeschafft, um die Inflation zu beenden. Um das Inumlaufbringen von Falschgeld zu erschweren, wurde Papiergeld zeitweise aus einem Spezialpapier gefertigt, welches Zusätze an Seidenfasern, Insektiziden und Farbstoffen enthielt.

Arabische Welt[Bearbeiten]

Wann genau das erste Papier in der arabischen Welt produziert wurde, ist umstritten. So wird als Datum 750 oder 751 genannt, als vermutlich bei einem Grenzstreit gefangengenommene Chinesen die Technik der Papierherstellung nach Samarkand gebracht haben sollen. Andererseits gibt es Erkenntnisse, die zu der Annahme führen, dass in Samarkand bereits 100 Jahre früher Papier bekannt war und auch hergestellt wurde. Als Papierrohstoff wurden Flachs und Hanf (Hanfpapier) benutzt. Bald hatten die Araber eine blühende Papierindustrie aufgebaut.

In Bagdad wurde um 795 die Papierherstellung aufgenommen, 870 erschien dort der erste Papiercodex. Papiergeschäfte waren wissenschaftliche und literarische Zentren, die von Lehrern und Schriftstellern betrieben wurden. Das Haus der Weisheit entstand nicht zufällig zu dieser Zeit in Bagdad. In den Kanzleien des Kalifen Harun ar-Raschid wurde auf Papier geschrieben. Es folgten Papierwerkstätten in Damaskus, Kairo, in nordafrikanischen Provinzen bis in den Westen. Die Araber entwickelten die Herstellungstechnik weiter. Durch Verwendung von Stärke konnte die Leimung (dünner Überzug, um Papier glatter und weniger saugfähig zu machen; die Tinte oder Tusche verläuft weniger stark) deutlich verbessert werden. Genormte Flächenmaße wurden eingeführt. 500 Bogen waren ein Bündel (rizma), worauf der heute noch in der Papierwirtschaft übliche Begriff Ries zurückgeht. Vom 8. bis zum 13. Jahrhundert dauerte die hohe Blütezeit des islamischen Reiches. Als Kulturzentrum zog Bagdad Künstler, Philosophen und Wissenschaftler, insbesondere Christen und Juden aus Syrien an.

Europa[Bearbeiten]

Die – wiedererrichtete − Hadermühle Stromers in einer Nürnberger Stadtansicht von 1493 (der Gebäudekomplex im unteren rechten Eck). Wie alle Papiermühlen lag sie aufgrund ihres Gestanks und Lärms außerhalb der Stadtmauern.

Über den Kulturkontakt zwischen dem christlichen Abendland und dem arabischen Orient sowie dem islamischen Spanien gelangte das Schreibmaterial seit dem 12. Jahrhundert nach Europa. In Xativa bei Valencia gab es nach einem Reisebericht von Al-Idrisi bereits in der Mitte des 12. Jahrhunderts eine blühende Papierwirtschaft, die auch in die Nachbarländer hochwertige Produkte exportierte. Auch nach der Vertreibung der Araber aus Spanien blieb das Gebiet um Valencia bedeutend für die Papierwirtschaft, da hier viel Flachs (Leinen) angebaut wurde, welcher ein hervorragender Rohstoff für die Papierherstellung ist.

Das sogenannte Missale von Silos ist das älteste erhaltene christliche Buch aus handgeschöpftem Papier. Es stammt aus dem Jahr 1151 und wird in der Bibliothek des Klosters Santo Domingo de Silos in der Provinz Burgos (Spanien) aufbewahrt.

Die maschinelle Massenproduktion von Papier begann im mittelalterlichen Europa; europäischen Papiermachern gelang es in kurzer Zeit, den Arbeitsprozess durch die Einführung zahlreicher – den Chinesen und Arabern unbekannter – Innovationen zu optimieren: Der Betrieb wassergetriebener Papiermühlen mechanisierte den bis dato nur in Handarbeit oder mit Tieren im Kollergang praktizierten Zerkleinerungsvorgang.[5] Derartige Wassermühlen, eisenbewehrte Lumpen-Stampfwerke, sind erstmals ab 1282 bezeugt.[6] Das Reißen der Lumpen mit einem Sensenblatt löste die umständliche Praxis des Reißens von Hand oder Schneidens mit Messer oder Schere ab.[7] Papierpressen, konstruiert in Anlehnung an antike Kelter, trockneten das Papier durch Schraubpressdruck.[8]

Ebenfalls völlig neu war die Konstruktion des Schöpfsiebs, bei dem ein Metallgeflecht an die Stelle der älteren Bambus- oder Schilfsiebe trat.[9] Das starre Schöpfsieb aus Metalldraht war die technische Voraussetzung für das Anbringen des zur Kennzeichnung dienenden Wasserzeichens, einer italienischen Erfindung.[10] Die Verfeinerung der Papierqualität zu erschwinglichen Preisen trug kurze Zeit später wesentlich zum Erfolg des von Johannes Gutenberg erfundenen modernen Buchdrucks bei.[11]

Mit der Ausbreitung der Schriftlichkeit in immer weitere Bereiche der Kultur (Wirtschaft, Recht, Verwaltung und Weitere) trat das Papier gegenüber Pergament seit dem 14. Jahrhundert seinen Siegeszug an. Ab der Mitte des 15. Jahrhunderts begann mit dem Buchdruck auf dem billigeren Papier das Pergament als Beschreibstoff in den Hintergrund zu treten. Allerdings dauerte es bis ins 17. Jahrhundert, bis es vom Papier weitgehend verdrängt wurde. In der Folge spielte Pergament nur noch als Luxusschreibmaterial eine Rolle.

Verbreitung der Papierherstellung in Europa[Bearbeiten]

1100 Spanien: San Felipe bei Valencia
1109 Siziliens ältestes auf Papier geschriebenes Dokument
1151 Missale von Silos – ältestes erhaltenes christliches Buch auf Papier
1225 Frankreichs ältestes Papierdokument
1228 Kaiser Friedrich II. sendet von Barletta die älteste auf deutschsprachigem Boden noch vorhandene Urkunde auf Papier an das Nonnenkloster Göss in Österreich. Das Mandat befindet sich heute im Haus-, Hof- und Staatsarchiv in Wien.
vor 1231 Papierherstellung in Amalfi (unsicher)
1231 Für Urkunden verbietet Kaiser Friedrich II. die Verwendung von Papier im Königreich Sizilien
1236 Laut den Statuten Paduas sind Urkunden auf Papier ohne Rechtskraft
1246 Das in Lyon geschriebene Registerbuch des Passauer Domdekans Albert Behaim auf italienischem Papier ist die älteste in Deutschland erhaltene Papierhandschrift
1268 In Italien wird Papier hergestellt
1282 Erfindung des Wasserzeichens in Bologna
1282 Weltweit erste sicher bezeugte wassergetriebene Papiermühle in Xativa (Spanien)[12]
Weitere grundlegende Innovationen in dieser Periode: Sensenblatt,[13] Papierpresse,[14] Drahtgeflechtsieb[15]
1381 Toscolano-Maderno in Italien
1389 Deutschlands erste Papiermühle, die Gleismühl wurde von Ulman Stromer in Nürnberg gegründet (siehe unten).
ab 1393 Weitere Papiermühlen in Deutschland folgten: 1393 Ravensburg, 1398 Chemnitz, 1407 Augsburg, 1415 Straßburg, 1420 Lübeck, 1460 Wartenfels, 1468 Kempten, 1478 Memmingen. Bis Ende des 16. Jahrhunderts gab es etwa 190 Papiermühlen in Deutschland.
1411 Papiermühle Marly, Marly FR in der Schweiz
1469 St. Pölten in Österreich
1494 Stevenage in England
1573 Klippan in Schweden
1576 Moskau in Russland
1586 Dordrecht in Holland
1690 Germantown in Pennsylvania, USA durch den deutschen Papiermacher William Rittenhouse[16]

Die erste deutsche Papiermühle entstand 1389/1390 bei Nürnberg. Gegründet wurde die Gleismühl vom Ratsherrn und Exportkaufmann Ulman Stromer. Stromer unternahm Geschäftsreisen, unter anderem auch in die Lombardei, und kam dort mit der Papierherstellung in Berührung. Stromer ließ Mitarbeiter und Erben einen Eid ablegen, die Kunst der Papierherstellung geheim zu halten. Die Gleismühl bestand aus zwei mit Wasserkraft angetriebenen Werkseinheiten. Die kleinere Mühle wies zwei Wasserräder auf, die größere verfügte über drei. Insgesamt wurden 18 Stampfen angetrieben.

1389 bis 1394 leitete Stromer selbst die Papiermühle und verpachtete sie dann gegen eine Pacht von „30 Ries gross Papier“ an Jörg Tirman, seinen Mitarbeiter. Die Schedelsche Weltchronik von 1493 zeigt sie als früheste Darstellung einer Papiermühle auf der Darstellung der Stadt Nürnberg. Die Gleismühle brannte später ab.

Östlich der Elbe entstanden die ersten Papiermühlen erst Mitte des 17. Jahrhunderts. Francois Feureton aus Grenoble gründete mit Unterstützung des Friedrich Wilhelm zunächst eine Papierfabrik in Burg und dann in Prenzlau.[17]

Technische Entwicklung bis zum 19. Jahrhundert[Bearbeiten]

Die benötigten Zellstofffasern wurden bis in die zweite Hälfte des 19. Jahrhunderts aus abgenutzten Leinentextilien (Lumpen, Hadern (hergeleitet vom Althochdeutschen „hadara“: „Schafspelz“)) gewonnen. Lumpensammler und -händler versorgten die Papiermühlen mit dem Rohstoff. Lumpen waren zeitweise so begehrt und rar, dass für sie ein Exportverbot bestand, welches auch mit Waffengewalt durchgesetzt wurde. In den Papiermühlen wurden die Hadern in Fetzen geschnitten, manchmal gewaschen, einem Faulungsprozess unterzogen und schließlich in einem Stampfwerk zerfasert. Das Stampfwerk wurde mit Wasserkraft angetrieben.

Die Rohstoffaufbereitung erfolgte noch im 17. Jahrhundert in handwerklich organisierten Betrieben sowie teilweise in größeren Manufakturen mit einem höheren Grad der Arbeitsteilung. Im frühen 18. Jahrhundert wurden halbmechanische Lumpenschneider eingeführt, die zunächst nach dem Fallbeilprinzip sowie später nach dem Scherenprinzip arbeiteten. In der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts ging man dazu über, die Hadern statt des Faulens und Reinigens mit Chlor zu bleichen. Der Verlust an Fasern war so geringer, es konnten außerdem auch farbige Stoffe zu weißem Papier verarbeitet werden. Die typische Archivordnung in farbigen Aktendeckeln stammt beispielsweise noch aus der Zeit, als echt gefärbte blaue und rote Lumpen nur zu rosa oder hellblauem Papier verarbeitet werden konnten. Erst im 19. Jh. kommen andersfarbige Aktendeckel (etwa gelb) hinzu.

Der Papyrer aus Jost Ammans Ständebuch, 1568

Aus dem dünnen Papierbrei (Stoff) in der Bütte (= Bottich, daher der Name des Büttenpapiers) schöpfte der Papiermacher das Blatt mit Hilfe eines sehr feinmaschigen, flachen, rechteckigen Schöpfsiebes aus Kupfer von Hand. Das Schöpfsieb zeichnet sich durch einen abnehmbaren Rand, den Deckel aus. Die Größe des Papierbogens wurde von der Größe des Siebes bestimmt. Nun drückte der Gautscher den frischen Bogen vom Sieb auf ein Filz ab, während der Schöpfer den nächsten Bogen schöpfte. Nach dem Gautschen wurden die Bögen in großen trockenen Räumen, vornehmlich auf Speichern und Dachböden, zum Trocknen aufgehängt. Anschließend wurde das Papier nochmals gepresst, geglättet, sortiert und verpackt (eine Pauscht entspricht 181 Bogen Papier). Handelte es sich um Schreibpapier, wurde es geleimt. Dazu wurde es in Leim getaucht, gepresst und getrocknet. Der Leim hindert die Tinte am Verlaufen. Bei Handarbeit, die heute in der Regel nur bei Fasern – und somit Papier – hoher Qualität angewendet wird, nehmen die Fasern keine bevorzugte Richtung ein (Isotropie)

Der moderne technische Durchbruch begann sich mit der Erfindung des Holländers um 1670 abzuzeichnen. Es handelt sich um eine Maschine, die den Faserbrei (Pulpe) nicht mehr durch reine Schlageinwirkung aufschließt, sondern durch eine kombinierte Schneid- und Schlageinwirkung. Der Holländer bot aufgrund der hohen Rotationsgeschwindigkeit einen schnelleren Faserdurchgang als das Stampfwerk. Somit stieg die Produktivität der Faseraufbereitung. Üblicherweise wurden Holländer anfangs dort eingesetzt, wo nur geringe Wasserkraft zur Verfügung stand (geringe Antriebsmomente, aber hohe Drehzahlen möglich) und/oder eine Feinzeugaufbereitung einem großen Stampfwerk nachgeschaltet werden sollte. Das Zeitverhältnis für 1 kg Ganzstoff liegt bei etwa 12:1 (Stampfzeit/Holländerzeit) wobei die schonende Stampfung eindeutig den besseren Halbstoff ergibt. Der Holländer wurde in deutschen Papiermühlen ab etwa 1710 umfassend eingesetzt. Durch den höheren möglichen Eintrag im Holländer (circa 15 kg Stoff im Gegensatz zu 2–5 kg im Stampfwerk) und die geringere erforderliche Mannkapazität verbreitete sich das Gerät schnell. Auch ist der Holländer wartungsärmer als ein Stampfwerk, was sich bei den Reinvestitionskosten erheblich bemerkbar machte. Später wurden dann direkt aus dem Holländerprozess die ersten Stetigmahlerkonstruktionen (Jordan-Mühle, Scheibenrefiner) entwickelt.

Papiermacher

Ein Papiermacher ist ein Handwerker, der Papier herstellt, in der Regel in einer Papiermühle mit entsprechenden Produktionseinrichtungen (heute industrielle Papierfabrik). Seit dem Jahr 2005 ist der Beruf nur noch unter der neuen Bezeichnung Papiertechnologe zu erlernen.

In der größten Zahl der Fälle hat jeder leitende Papiermüller ein Wasserzeichen verwendet, das allein für seine Wirkungszeit typisch war. Da die Papiermacher ein Sonderberuf mit einer ausgeprägten Berufstradition innerhalb bestimmter Familien waren, ergänzen sich genealogische und Wasserzeichenforschung gegenseitig. Aus diesem Grunde ist das Deutsche Buch- und Schriftmuseum in der Deutschen Bücherei in Leipzig zugleich Standort einer Papiermacherkartei (siehe Verkartung), in der die Daten von über 8.000 Papiermachern, Papiermühlenbesitzern, Lumpensammlern und Papierhändlern samt ihren Familien erfasst worden sind, und einer Kartei der Papiermühlen mit den Papiermachern, die jemals auf ihnen erwähnt worden sind.

Industrialisierung[Bearbeiten]

Der Mangel an Lumpen (Hadern), die für die Papierherstellung notwendig waren, wurde zum Engpass der Papierherstellung. Deshalb suchte man bereits um 1700 nach Alternativen für die Hadern. Der französische Physiker René-Antoine Ferchault de Réaumur schrieb 1719 der französischen Akademie der Wissenschaften in Paris: „Die amerikanischen Wespen bilden ein sehr feines Papier, ähnlich dem unsrigen. Sie lehren uns, dass es möglich ist, Papier aus Pflanzenfasern herzustellen, ohne Hadern oder Leinen zu brauchen; sie scheinen uns geradezu aufzufordern zu versuchen, ebenfalls ein feines und gutes Papier aus gewissen Hölzern herzustellen. Wenn wir Holzarten ähnlich denen besäßen, welche die amerikanischen Wespen zu ihrer Papierherstellung benutzen, so könnten wir das weißeste Papier herstellen.“

Jacob Christian Schäffer führte umfassende Experimente durch, um Papier aus Pflanzenfasern oder Holz zu gewinnen; in sechs Bänden beschrieb er zwischen 1765 und 1771 seine Versuche und Muster, ohne alle Lumpen oder doch mit einem geringen Zusätze derselben, Papier zu machen. Seine Verfahren zur Papierherstellung aus Pappelwolle, Moos, Flechten, Hopfen, Weinreben, Disteln, Feldmelde, Beifuß, Mais, Brennnesseln, Aloe, Stroh, Rohrkolben, Blaukohlstrunken, Graswolle, Maiblümchen, Seidenpflanzen, Ginster, Hanfschäben, Kartoffelpflanzen, Torf, Waldreben, Tannenzapfen, Weiden- und Espenholz sowie Sägespänen und Dachschindeln ergaben aber kein qualitativ gutes Papier und wurden deshalb von den Papiermüllern nicht verwendet.

1798 erhielt der Franzose Nicholas-Louis Robert ein Patent auf eine Längssiebmaschine, die eine maschinelle Fabrikation des Papiers ermöglichte. Bei dieser Papierschüttelmaschine wurde das Schöpfen des Papierbreis durch dessen Aufgießen auf ein rotierendes Metallsieb ersetzt.

Friedrich Gottlob Keller erfand Anfang Dezember 1843 das Verfahren zur Herstellung von Papier aus Holzschliff, wobei er auf einem Schleifstein Holz in Faserquerrichtung mit Wasser zu Holzschliff verarbeitete, der zur Herstellung von qualitativ gutem Papier geeignet war. Er verfeinerte das Verfahren bis zum Sommer 1846 durch die Konstruktion von drei Holzschleifermaschinen. Am 11. Oktober 1845 ließ er eine Reihe von Exemplaren der Nummer 41 des Intelligenz- und Wochenblattes für Frankenberg mit Sachsenburg und Umgebung auf seinem Holzschliffpapier drucken.

Holzschleifer Schema

Die industrielle Auswertung seiner Erfindung blieb Friedrich Gottlob Keller versagt, da ihm die Geldmittel zur technischen Erprobung und die Patentierung des Verfahrens vom Sächsischen Ministerium des Inneren verweigert wurden. So übertrug er am 20. Juni 1846 die Rechte zur Nutzung des Verfahrens gegen ein geringes Entgelt an den vermögenden Papierfabrikanten Heinrich Voelter, der das Kellersche Holzschliffverfahren weiterentwickelte, in die Praxis einführte und durch die Entwicklung von Hilfsmaschinen zur großtechnischen Nutzung brachte. Ab 1848 arbeitete Voelter mit dem Heidenheimer Papierfabrikanten Johann Matthäus Voith zusammen mit dem Ziel, Papier zur Massenware zu machen. Voith entwickelte das Verfahren weiter und erfand im Jahr 1859 den Raffineur, eine Maschine, die das splitterreiche Grobmaterial des Holzschliffs verfeinert und dadurch eine deutliche Verbesserung der Papierqualität herbeiführt.

Holzschleifer im Industriemuseum „Alte Dombach“ in Bergisch Gladbach

Seit etwa 1850 wurde der Holzschleifer eingesetzt, mit dem die Papierherstellung aus dem preiswerten Rohstoff Holz im industriellen Maßstab möglich wurde; um 1879 arbeiteten allein in Deutschland rund 340 solcher Holzschleifereien.

Die älteste erhaltene Holzschleiferei ist die Kartonfabrik von Verla in Finnland, die 1882 erbaut wurde. Die 1964 stillgelegte Fabrikanlage wurde 1996 in das Verzeichnis des UNESCO Weltkulturerbes aufgenommen.

Die Holzschliffpapiere erwiesen sich wegen der in der Schliffmasse enthaltenen Restanteile verschiedener saurer Substanzen als problematisch. Diese Säureanteile stammen aus dem chemischen Aufschlussprozess, der für die Behandlung des zerfaserten Holzstoffes (Lignocellulose) im industriell verbreiteten Sulfitverfahren zwangsläufig benötigt wird. Aus der Schwefligen Säure und ihren Salzen entstehen durch Luftoxidation und Hydrolyse reaktionsrelevante Mengen an Schwefelsäure. Durch die anhaltende Luft- und Luftfeuchteeinwirkung bilden sich weiterhin organische, chemisch sehr aktive Substanzen im Papier. Andere Aufschlussverfahren arbeiten mit Chlorverbindungen und Essigsäure. Diese komplexen Wirkungsmechanismen führen zur Vergilbung sowie zu einer erheblichen Verringerung der Reißfestigkeit, Naßfestigkeit und Biegesteifigkeit im Endprodukt, was sich als „Brüchigkeit“ des Papieres bemerkbar macht. Die verringerte Stabilität im Papier ist eine Folge der durch Säure katalysierten Spaltung des Cellulosemoleküls, die in Form einer fortschreitenden Kettenverkürzung abläuft. Hauptursache für das Vergilben des Holzschliffpapieres sind das Lignin und seine hierbei entstehenden Zersetzungsprodukte (überwiegend aromatische Verbindungen).[18][19][20]

Häufig wird das Holzschliffpapier mit säurehaltigem Papier gleichgesetzt – was aber fachlich falsch ist. Das säurehaltige Papier ist eine Folge des Herstellungsprozesses und einiger chemischer Zusätze seiner Leimung. Holzschliffpapier vergilbt besonders stark und verliert schnell seine Elastizität. Leider wurden billiger Holzschliff und die 1806 erfundene Leimung mit verseiften Harzen massenhaft eingesetzt, so dass insbesondere Papiererzeugnisse (Bücher, Graphiken, Zeitungen, Landkarten) seit der Erfindung der Holzschlifftechnologie durch Friedrich Gottlob Keller nach 1846 und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts aufgrund beider Ursachen in besonderer Weise den inneren Schadwirkungen unterliegen. Die Restaurierung ist kompliziert und bei hohen Zerfallsraten der Zellulose nur noch durch Massenentsäuerung und nachträglichen Stabilisierungsverfahren, wie beispielsweise durch das Papierspaltverfahren möglich.[21][22]

So hat das Holzschliffpapier nicht nur einen Nutzen für die kostengünstige Herstellung von Papier gebracht, sondern auch einen großen Schaden für die schriftliche Überlieferung des 19. und 20. Jahrhunderts.

Seit den 1980er Jahren wird für den Druck hochwertiger Publikationen und Grafiken überwiegend ein alterungsbeständiges Papier oder ein sogenanntes „säurefreies Papier“ verwendet. Dieses ist durch chemische Zusätze frei von freien Säuren und freien Chloriden. Alterungsbeständiges Papier ist in der DIN EN ISO 9706 genormt.

Industrielle Herstellung[Bearbeiten]

Cellulosefasern in Papier.

Unabhängig von der Faserart kann Papier in Handarbeit oder maschinell hergestellt werden. Für die maschinelle Erzeugung hat sich die Papierindustrie (Wirtschaftszweig "Herstellung von Papier, Karton und Pappe") etabliert.

Papier besteht hauptsächlich aus Cellulosefasern, die wenige Millimeter bis zu einigen Zentimetern lang sind. Die Cellulose wird zunächst weitgehend freigelegt, also von Hemicellulosen, Harzen und anderen Pflanzenbestandteilen getrennt. Der so gewonnene Zellstoff wird mit viel Wasser versetzt und zerfasert. Diesen dünnen Brei nennt der Papiermacher „Stoff“ oder „Zeug“. Wenn dieser in einer dünnen Schicht auf ein feines Sieb gegeben wird, hat er einen Wassergehalt von über 99 % (Papiermaschinenauflauf) beziehungsweise etwa 97 % bei der Handschöpferei. Ein Großteil des Wassers tropft ab. Das Sieb muss bewegt werden, sodass sich die Fasern möglichst dicht über- und aneinander legen und ein Vlies, das Papierblatt, bilden. Wenn das Papier getrocknet ist, kann die Oberfläche mit Hilfe von Stärke, modifizierter Cellulose (beispielsweise Carboxymethylcellulose) oder Polyvinylalkohol geschlossen werden. Dieser Vorgang wird als Leimung bezeichnet, obwohl der Begriff Imprägnierung der richtige wäre. Leimung erfolgt heute auch mit Harzseifen und/oder Alkylketendimeren innerhalb des Stoffes (Masseleimung in der Papiermaschine oder Bütte).

Wird auf dem Handschöpf- oder Rundsieb ein Muster aus Draht angebracht, lagern sich an dieser Stelle weniger Fasern ab und das Muster ist beim fertigen Papier zumindest im Gegenlicht als Wasserzeichen zu erkennen. Wasserzeichen werden heute auch auf der Papiermaschine als Egoutteurwasserzeichen gefertigt.

Rohstoffe[Bearbeiten]

Die für das Papier notwendigen Ausgangsstoffe kann man in vier Gruppen einteilen.

  1. Faserstoffe (Holzschliff, Halbzellstoffe, Zellstoffe, Altpapier, andere Fasern)
  2. Leimung und Imprägnierung (tierische Leime, Harze, Paraffine, Wachse)
  3. Füllstoffe (Kaolin, Talkum, Gips, Bariumsulfat, Kreide, Titanweiß)
  4. Hilfsstoffe (Wasser, Farbstoffe, Entschäumer, Dispergiermittel, Retentionsmittel, Flockungsmittel, Netzmittel)

Die Faserstoffe unterteilen sich prinzipiell in zwei Gruppen.

  • Primärfaserstoffe, Rohstoffe, die erstmals in der Produktion eingesetzt werden, und
  • Sekundärfaserstoffe (Altpapier), Recyclingstoffe, die nach dem Gebrauch noch einmal dem Produktionsprozess zugeführt werden.

Die Cellulose ist die eigentliche, qualitativ hochwertige Fasersubstanz eines jeden Papieres. Die Cellulose ist ein Polysaccharid der Kohlenhydrate mit der angenäherten chemischen Formel (C6H10O5)n, aus dem fast alle Zellwände von Pflanzen und Hölzern bestehen.

Cellulose kann aus Holz, Einjahrespflanzen (beispielsweise Stroh), Hadern, Kunststoff-Fasern und heute etwa zur Hälfte Altpapier gewonnen werden. Cellulose besteht aus sehr vielen, kettenförmig miteinander verknüpften Glukoseresten. Die einzelnen Cellulosemoleküle sind also kettenförmige Makromoleküle, deren kleinste Glieder Glukoseeinheiten sind. Das Glukosemolekül (C6H12O6), das Monomer der Cellulose, bildet mit einem weiteren Glukosemolekül durch Lösung eines Wassermoleküls eine Cellobiose. Das Aneinanderreihen solcher Cellobiosen zu einer Kette bildet ein Zellstoffmolekül (es entsteht ein Polymer).

Die Kettenmoleküle bilden miteinander Mizellen, das sind Molekülbündel, aus denen sich die Fibrillen aufbauen. Erst eine größere Anzahl Fibrillen bildet die sichtbare Cellulosefaser. Die Molekülbündel bestehen aus kristallinen Bereichen (regelmäßige Molekül-Führung) und amorphen Bereichen (unregelmäßige Molekülführung). Die kristallinen Bereiche sind für die Festigkeit und Steifheit, die amorphen Bereiche für die Flexibilität und Elastizität des Papiers verantwortlich. Die Länge der Kette, also die Anzahl der Monomere, variiert je nach Papierrohstoff und ist für die Qualität und Alterungsbeständigkeit von großer Bedeutung.

Das nicht aufbereitete Fasermaterial zur Papierherstellung nennt der Papiermacher Halbstoff.

Zu ca. 95 % wird Papier heute aus Holz (in Form von Holzstoff, Halbzellstoff, Zellstoff oder Altpapier) hergestellt. Faserbildung und Härte des Holzes spielen bei der Auswahl als Papierrohstoff eine Rolle, nicht jedes Holz ist für jede Papierart gleich gut geeignet. Häufig werden Nadelhölzer wie Fichte, Tanne, Kiefer und Lärche verwendet. Aufgrund der längeren Fasern gegenüber Laubhölzern verfilzen diese Fasern leichter und es ergibt sich eine höhere Festigkeit des Papiers. Aber auch Laubhölzer wie Buche, Pappel, Birke und Eukalyptus werden gemischt mit Nadelholz-Zellstoff eingesetzt. Die Verwendung sehr kurzfaseriger Harthölzer ist auf hoch ausgerüstete Spezialpapiere beschränkt.

Die Verfügbarkeit und die regionalen Gegebenheiten bestimmen hauptsächlich, welche Holzart als Primärrohstoff eingesetzt wird, wobei seit den 1960er Jahren große Mengen an Holz für die Papierherstellung mit sogenannten Holzspänetransportern weltweit über See verschifft werden. Allerdings muss auch beachtet werden, dass die Eigenschaften des gewinnbaren Zellstoffes mit der gewünschten Papierbeschaffenheit korrelieren. Schnellwüchsige Hölzer wie Pappeln kommen dem großen Bedarf entgegen, eignen sich jedoch nur für voluminöse, weiche und weniger reißfeste Papiere. Zellstoffe aus Laubhölzern haben kürzere und dünnere Fasern als jene aus Nadelhölzern. Entsprechend den späteren Anforderungen an das Papier werden unterschiedliche Mischungen von diesen Kurzfaser- und Langfaserzellstoffen beziehungsweise Hart- und Weichfaserstoffen eingesetzt. Die Steuerung der Eigenschaften kann geringfügig über den Aufschlussprozess und die spätere Mahlung variiert werden. So kann ein Fichtenstoff sowohl mit Natronlauge hart erkocht werden als auch langfaserig und weicher im Sulfatverfahren. Zellstoffe aus Einjahrespflanzen zeigen größtenteils Eigenschaften wie die typischen Nadelholzzellstoffe und werden deshalb auch als Surrogate für diese eingesetzt (etwa Espartogras statt Fichte). Alle cellulosehaltigen Stoffe sind grundsätzlich zur Papierherstellung geeignet. Zunehmend ist die Bedeutung von Altpapier als Rohstoff. Papierabfälle werden bis zu 100 % für weniger wertvolle Papiersorten eingesetzt. Bei Feinpapieren gewinnt moderner Deinkingstoff immer höhere Einsatzanteile. LWC-Papiere enthalten teilweise bis zu 70 % AP-Stoff ohne nennenswerte Einbuße in der Gebrauchsfähigkeit. Der früher wichtigste Rohstoff, die Hadern (Lumpen), findet heute nur noch in geringen Mengen Verwendung.

Einen Anteil von 61 % hat der Sekundärrohstoff Altpapier an den heute in Deutschland eingesetzten Rohstoffen für Papier, Pappe und Kartonagen. Da Altpapier bereits einmal zu Papier verarbeitet wurde, enthält es jedoch viele Zusatzstoffe und wurde bereits gemahlen. Die Fasern werden durch die erneute Verarbeitung zu Papier weiter geschädigt, der Anteil der Zusatzstoffe im Verhältnis zu den Faserstoffen nimmt weiter zu. In der Praxis werden Papierfasern im Schnitt nur fünf bis sechsmal recycled.

In Europa und Amerika werden vereinzelt Weizen und Roggen zur Strohfasergewinnung genutzt, aber auch Grassorten aus Nordafrika (Alfa- und Espartogras, siehe Alfapapier) können verwendet werden. In Japan verwendet man auch heute noch Reisstroh, in Indien den schnell wachsenden Bambus. Mengenmäßig spielen diese Faserstoffe im Vergleich zu Zellstoff aus Holz jedoch keine große Rolle.

Für besondere (Banknoten, Wertpapiere), dauerhafte und stark beanspruchte Papiere werden auch heute noch in geringem Umfang Hadern verwendet.

Aufbereitung von Halbstoff[Bearbeiten]

Mechanische Aufbereitung[Bearbeiten]

Weißer Holzstoff

Weißschliff entsteht aus geschliffenen Holzstämmen. Dazu werden geschälte Holzabschnitte mit viel Wasser in Pressenschleifern oder Stetigschleifern zerrieben. (vergleiche auch Holzschleifer) Im gleichen Betrieb wird die stark verdünnte Fasermasse zu Papier verarbeitet oder zum Versand in Pappenform gebracht. Dies geschieht mit Entwässerungsmaschinen.

Brauner Holzstoff

Braunschliff entsteht, wenn Stammabschnitte erst in großen Kesseln gedämpft und dann geschliffen werden.

Thermomechanischer Holzstoff

TMP entsteht aus gehäckselten Holzabfällen und Hackschnitzeln aus Sägereien. Diese werden im TMP-Verfahren (Thermomechanisches-Refiner-Verfahren) bei 130 °C gedämpft. Die Lignin-Verbindungen zwischen den Fasern lockern sich dadurch. Anschließend werden die Holzstücke in Refinern (Druckmahlmaschinen mit geriffelten Mahlscheiben) und Zusatz von Wasser gemahlen. Thermomechanischer Holzstoff hat im Vergleich zum Holzschliff eine gröbere Faserstruktur. Werden außerdem Chemikalien zugesetzt, handelt es sich um das chemo-thermomechanische Verfahren (CTMP). Durch rein mechanische Verfahren gewonnener Holzstoff besteht nicht aus den eigentlichen Fasern, sondern aus zerriebenen und abgeschliffenen Faserverbindungen, diese werden verholzte Fasern genannt. Um die elementaren Fasern zu gewinnen ist eine chemische Aufbereitung des Holzes notwendig.

Chemische Aufbereitung[Bearbeiten]

Früher für die Zellstoffherstellung verwendeter Säureturm in Crossen (Zwickau)

Holzschnitzel werden in einem Kochprozess chemisch behandelt. Die Fasern werden durch zwölf- bis fünfzehnstündiges Kochen von den Inkrusten, den unerwünschten Holzbestandteilen, Begleitstoffen von Cellulose getrennt. Chemisch betrachtet besteht Holz aus:

Es gibt Natron-, Sulfit- und Sulfatverfahren, die nach den eingesetzten Kochchemikalien unterschieden werden. Das Organocell-Verfahren ist eine neue Entwicklung. Vor allem enthaltenes Restlignin färbt den Zellstoff nach dem Kochen gelblich bis braun, er muss also gereinigt und gebleicht werden. Restlignin und andere unerwünschte Stoffe werden beim Bleichen herausgelöst, chemische Aufhellung beseitigt Verfärbungen. Der gebleichte Zellstoff (Cellulose) wird entwässert. Er wird nun entweder direkt zu Papier verarbeitet oder zu Rollen aufgewickelt. Die Ausbeute ist bei der Zellstoffherstellung geringer als bei der Holzstoffherstellung. Zellstofffasern aber haben den Vorteil, dass sie länger, fester und geschmeidiger sind. Aus Nadelholz gewonnene Zellstofffasern sind ca. 2,5 mm bis 4 mm lang, aus Laubholz gewonnene sind etwa 1 mm lang. Der größte Teil, ca. 85 % des benötigten Zellstoffs, vor allem Sulfatzellstoff, wird aus den skandinavischen Ländern, USA und Kanada importiert. Sulfatzellstoff ist im Vergleich zu Sulfitzellstoff langfaseriger und reißfester, somit wird er hauptsächlich für die Herstellung hochweißer Schreib- und Druckpapiere verwendet. Sulfitzellstoff findet überwiegend Verwendung bei der Herstellung weicher Hygienepapiere.

Welt-Zellstoffproduktion nach Bleichmethode: Chlor (grün), Elementar-Chlor-Frei (blau), d.h. mit Chlordioxid/Chlorit oder Total-Chlor-Frei (grau)

Der Faserstoff muss gebleicht werden, damit daraus weißes Papier entstehen kann. Traditionell wurde der Zellstoff mit Chlor gebleicht. Das führt jedoch zu einer hohen Belastung der Abwässer mit organischen Chlorverbindungen (AOX). Modernere Verfahren ersetzten Chlor durch Chlordioxid und man erhält ECF-Zellstoffe („elemental chlorine free“ bzw. „Elementar-Chlor-Frei“). Aufgrund der höheren Oxidationswirkung und der besseren Selektivität von Chlordioxid sinkt die AOX Belastung um 60–80 %. Wird vollständig auf Chlorverbindungen verzichtet und Sauerstoff, Ozon, Peroxoessigsäure und Wasserstoffperoxid verwendet, wird der Zellstoff mit TCF (totally chlorine free) bezeichnet. Papier aus ECF-Zellstoffen wird als chlorarm bezeichnet, (es sind noch Chlorverbindungen vorhanden). Chlorarme Druckpapiere sind in hochweißer Qualität schon ab einer flächenbezogenen Masse von 51 g/m² herstellbar, chlorfreie erst ab 80 g/m².

TCF-Zellstoff hat eine geringere Faserfestigkeit als chlorgebleichter oder ECF. Vorwiegend aus Holzstoff hergestelltes Papier nennt man holzhaltig, im Handel mittelfein. Da Lignin, Harze, Fette und Gerbstoffe im Faserbrei verbleiben, sind sie von geringerer Qualität als holzfreie Papiere.

Organocell-Verfahren[Bearbeiten]

Das nie dauerhaft großtechnisch umgesetzte Organocell-Verfahren dient der schwefelfreien und damit umweltfreundlicheren Zellstoffproduktion. In mehreren Kochstufen werden die Holzschnitzel in einem Methanol-Wasser-Gemisch unter Zusatz von Natronlauge bei Temperaturen von bis zu 190 °C unter Druck aufgeschlossen. Dabei lösen sich Lignin und Hemicellulose. Es folgen verschiedene Waschstufen, in denen der Zellstoff von der Kochflüssigkeit befreit wird sowie Bleichen und Entwässern.

Der Zellstoff wird in drei Stufen gebleicht:

  1. im alkalischen Milieu mit Sauerstoff unter Verwendung von Wasserstoffperoxid
  2. mit Wasserstoffperoxid oder Chlordioxid
  3. mit Wasserstoffperoxid

Methanol und Natronlauge, die Kochchemikalien, werden in einem Recyclingverfahren, welches parallel zur Zellstoffproduktion abläuft, zurückgewonnen. Es werden schwefelfreies Lignin und schwefelfreie Hemicellulose gewonnen, die von der chemischen Industrie verwendet werden können.

Strohzellstoff[Bearbeiten]

Durch Zerkleinern und Kochen in Natronlauge wird aus Stroh der Halbstoff Strohzellstoff oder, bei anderer Aufbereitung, gelber Strohstoff.

Kugelkocher und Pulper[Bearbeiten]

Schema eines Kugelkochers
Kugelkocher im Industriemuseum „Alte Dombach“ in Bergisch Gladbach

Im Kugelkocher werden Hadern gekocht. Dazu werden sie zunächst sortiert, im Haderndrescher gereinigt. Mit Kalklauge und Soda werden die Hadern unter Dampfdruck von 3 bar bis 5 bar im Kugelkocher gekocht. Dabei werden Farbstoffe zerstört, Fett verseift und Schmutz gelöst. Während des mehrstündigen Kochens lockert sich das Gewebe der Hadern und sie lassen sich anschließend leicht zu Halbstoff zerfasern.

Der Pulper (Stoffauflöser) ist eine Bütte mit rotierendem Propeller. In ihm wird nach Güteklassen sortiertes, zu Ballen gepresstes Altpapier mit viel Wasser zerkleinert und mechanisch aufgelöst. So werden die Fasern des Altpapiers geschont. Ein Arbeitsgang, der früher häufig mit dem Kollergang durchgeführt wurde. Der pumpfähige Faserbrei ist noch verunreinigt. Er gelangt im Pulper in einen Zylinder und wird von einem Rotor zerfasert. Dann wird der grob gelöste Stoff durch ein Sieb gedrückt. Infolge der Zentrifugalkraft werden grobe Verunreinigungen ausgeschieden. An der Zylinderachse sammelt sich der leichte Schmutz. Weitere Fremdstoffe wie Wachse und Druckfarben werden in Spezialanlagen herausgelöst.

Entfärbung von Altpapier[Bearbeiten]

Beim De-inking werden die Druckfarben mit Hilfe von Chemikalien (Seifen und Natriumsilicat) von den Fasern des Altpapiers gelöst. Durch Einblasen von Luft bildet sich an der Oberfläche des Faserbreis Schaum, in welchem sich die Farbbestandteile sammeln und abgeschöpft werden können. Dieses Trennverfahren nennt man Flotation.

Aufbereitung zum Ganzstoff[Bearbeiten]

Der Halbstoff wird durch Faserstoffmahlung und Mischung zum Ganzstoff verarbeitet. Die Halbstoffe werden in Refinern (Kegelstoffmühle) weiter zerfasert. Als dicker Brei fließt das Halbfertigprodukt im Refiner zwischen einer Messerwalze und seitlich befestigten Grundmessern hindurch. Die Fasern werden dabei zerschnitten (rösche Mahlung) oder zerquetscht (schmierige Mahlung), je nach Einstellung der Messer. Die Enden der gequetschten Fasern sind fibrilliert (ausgefranst), was bei der Blattbildung zu einer besseren Verbindung der Fasern führt.

  • Weiche, voluminöse, saugfähige und samtige Papiersorten entstehen aus rösch gemahlenen Fasern, etwa Löschpapier.
  • Schmierig gemahlene Fasern führen zu festen harten Papieren mit geringer Saugfähigkeit und wolkiger oder gleichmäßiger Transparenz wie für transparentes Zeichenpapier, aber auch Urkunden-, Banknoten- und Schreibmaschinenpapier.

Außerdem können die Fasern bei der Mahlung lang oder kurz gehalten werden, wobei die langen Fasern stärker verfilzen als die kurzen. Es ergeben sich daraus vier verschiedene Möglichkeiten der Mahlung. Faserlänge und Mahlart bestimmen Faser- und Papierqualität. Übliche Kombinationen sind rösch und lang oder schmierig und kurz.

Die Messer des Refiners liegen bei der Kurzfasermahlung sehr eng aneinander, sodass fast kein Zwischenraum vorhanden ist. Das Mischen der verschiedenen Halbstoffe sowie die Zugabe von Füll-, Leim- und Farbstoffen gehören zur Herstellung des Ganzstoffes.

Schematische Darstellung einer Langsiebpapiermaschine

Auf der Papiermaschine wird die Papierbahn gebildet. Folgende Maschinenstationen sind hintereinander geschaltet:

  1. Stoffauflauf
  2. Siebpartie
  3. Nasspressenpartie
  4. Trockenpartie
  5. Aufrollung

Blattbildung[Bearbeiten]

Die Blattbildung findet bei der industriellen Papierproduktion auf der Papiermaschine statt. Der gereinigte und entlüftete Papierbrei, welcher zu ca. 99 % aus Wasser besteht, wird im Stoffauflauf zu einem dünnen, möglichst gleichförmigen Strahl geformt. Dieser trifft bei Langsiebpapiermaschinen auf ein rotierendes, endloses Sieb (siehe dazu auch Metalltuch). Innerhalb weniger Sekunden läuft ein sehr großer Teil des Wassers ab und die Papierstruktur entsteht. Hierbei tragen unter dem Sieb angebrachte Sauger sowie Pulsationen erzeugende Foils zur Entwässerung des Faserstoffs bei. Oftmals wird auch versucht, die Temperatur der Suspension zu erhöhen (beispielsweise über Dampfblaskästen), was über eine niedrigere Viskosität ebenfalls die Entwässerung fördert. Soll das Papier ein Wasserzeichen enthalten, ist dieses in das Sieb eingearbeitet oder wird von oben mittels einer sogenannten Egoutteurwalze aufgebracht.

Auf Langsiebpapiermaschinen gefertigtes Papier hat wegen der einseitigen Entwässerung i.d.R. eine ausgeprägte Zweiseitigkeit. Diese drückt sich neben den unterschiedlichen Oberflächen (die Siebseite und die glatte Filz- oder Schönseite) meist auch in einer sehr ungleichmäßigen Verteilung der Füllstoffe innerhalb des Papieres aus. Dies hat neben unterschiedlicher Bedruckbarkeit oftmals auch eine Rollneigung (Curl) zur Folge. Abhilfe verschafft hier teilweise die Entwässerung über ein zweites Sieb nach oben (sogenannte Hybrid-Former), welche zudem die Gesamtentwässerungsleistung erhöht.

Langsiebpapiermaschinen geraten jedoch spätestens ab Geschwindigkeiten von ca. 1200 m/min an physikalische Grenzen, da die erzeugten Luftverwirbelungen über dem Langsieb die Formation zerstören. Moderne Papiermaschinen, insbesondere für graphische Papiere und Tissue, produzieren jedoch mit Geschwindigkeiten von bis zu 2000 m/min bei Arbeitsbreiten von mehr als 10 m. Daher sind für diese Maschinen andere Stoffauflaufkonzepte entwickelt worden, sogenannte Gap-Former: Hierbei wird der Papierbrei direkt in einen Spalt zwischen zwei rotierende Siebe gespritzt. Neben der höheren Laufgeschwindigkeit bieten Gap-Former auch eine deutlich gleichmäßigere Entwässerung und damit verminderte Zweiseitigkeit. Bei Papieren aus maschineller Produktion verlaufen fast alle Fasern parallel zur Siebrichtung (siehe auch Laufrichtung).

Am Ende des Siebes wird die weiche Papierbahn auf einen Filz übergeben und gelangt in die Pressenpartie. Traditionelle Pressenpartien bestehen aus drei bis vier aufeinanderfolgenden Pressen, in denen die Papierbahn mittels gegeneinandergepresster Walzen zwischen Filzen entwässert wird. Seit Anfang der 1990er Jahre hat sich jedoch zunehmend das Konzept der Schuhpresse durchgesetzt, bei der eine Walze den Filz und das Papier in einen polymerbespannten 'Schuh' presst. Dies hat eine deutlich größere Niplänge zufolge, womit sich eine schonendere und gleichzeitig stärkere Entwässerung erzielen lässt.

In der Trockenpartie findet schließlich die endgültige Entwässerung statt. Hier läuft die Papierbahn durch eine Anzahl dampfbeheizter Trockenzylinder und wird anschließend geglättet und aufgerollt. In einigen Fällen (hochglatte und scharf satinierte Papiere) wird vor dem endgültigen Aufrollen noch ein weiterer Glättungsschritt im Kalander vollzogen.

Der Papierbrei enthält außerdem:

Füllstoffe
Neben den Faserstoffen werden bis zu 30 % Füllstoffe dem Ganzstoff hinzugefügt. Diese können sein:
  • Kaolin (engl. China Clay) (Porzellanerde) In der Vergangenheit war Kaolin das bei der Papierherstellung am meisten verwendete Pigment. Kaolin bleibt über ein weites pH-Spektrum chemisch inert und kann deshalb nicht nur in sauren, sondern auch in alkalischen Produktionsverfahren verwendet werden. Etwa seit 1990 ist der Anteil des Kaolins bei der Papierherstellung jedoch deutlich zurückgegangen, da es sowohl als Füllstoff als auch als Streichpigment nach und nach durch Calciumcarbonat ersetzt wurde. Kaolin ist heute das bevorzugte Material bei der sauren Papierherstellung. Bei der sauren Papierherstellung ist der Einsatz von Calciumcarbonat nicht sehr verbreitet, da dieses aufgrund chemischer Reaktionen mit der Säure zerstört wird und deshalb die ihm zugedachte Funktion nicht mehr erfüllt. Im letzten Jahrzehnt war in der Papierindustrie ein Trend von der Verwendung von Kaolin hin zu Calciumcarbonat zu beobachten. Dieser Trend ist durch mehrere Faktoren verursacht worden: Zum einen durch die steigende Nachfrage nach weißerem Papier und durch die Weiterentwicklung von gefälltem Calciumcarbonat (PCC), die seinen Einsatz in Streichanwendungen für Papier und in mechanischen Druckverfahren erst ermöglichte, zum anderen durch die zunehmende Verwendung von Recyclingpapier, die stärkere und weißere Pigmente, die Karbonate, erforderlich macht.[23]
  • Talkum Talkum verringert die Porosität von Papier und wird daher zur Verbesserung der Bedruckbarkeit ungestrichener Papiere eingesetzt. Seine Eigenschaften unterscheiden sich jedoch erheblich von denen des Calciumcarbonats. Durch die Verwendung von hochpreisigem Talkum zur Beeinflussung der Holzfaserkörnung werden die Laufeigenschaften des Papiers verbessert. Der Glanz und die erreichte Lichtstreuung liegen jedoch unter denen von Calciumcarbonat.[24]
  • Titanweiß (Titandioxid) Mit Titandioxid können eine hohe Opazität, eine gute Lichtstreuung und ausgezeichneter Glanz erzielt werden, aber dieses Material ist um ein Vielfaches teurer als Calciumcarbonat und wird daher nicht in standardmäßigen Füll- oder Streichanwendungen eingesetzt. Es wird für die Herstellung von hochwertigem Papier mit kleinen Auftragsmengen, wie beispielsweise für Bibeln, verwendet.[25]
  • Stärke
  • Blanc fixe
  • Calciumcarbonat
  • a) Gemahlenes Calciumcarbonat (GCC): Die chemische Formel CaCO3 bezeichnet einen Rohstoff, von dem es überall auf der Welt natürliche Vorkommen gibt. Trotz der Vielzahl der Lagerstätten sind nur einige von so hoher Qualität, dass der Rohstoff außer im Bausektor und im Straßenbau auch in der Industrie und in der Landwirtschaft verwendet werden kann. Die wichtigsten für die Herstellung von GCC verwendeten CaCO3-haltigen Materialien sind Sedimentgesteine (Kalkstein oder Kreide) und das metamorphe Gestein Marmor, die sowohl im Tagebau als auch unter Tage abgebaut werden. Anschließend werden in einem Siebeverfahren Schlamm und Verunreinigungen wie farbige Silikate, Graphit und Pyrit entfernt. Nach der Siebung wird der Rohstoff weiter zerkleinert und gemahlen, bis die für die betreffende Anwendung erforderliche Körnung erreicht ist. Marmorsplitt aus hochwertigen Lagerstätten kann auch ohne weitere Bearbeitung direkt an die GCC-Werke geliefert werden. GCC wird aus verschiedenen Quellen (Kalkstein, Kreide, Marmor) gewonnen und hat ein großes Helligkeitspektrum. Wenn ein hoher Helligkeitsgrad erforderlich ist, bevorzugt die Papierindustrie in der Regel Marmor. Auch Kalkstein und Kreide können verwendet werden, haben jedoch einen niedrigeren Helligkeitsgrad. Als Füllstoff enthält GCC zu 40–75 % Körner mit einer Größe von weniger als 2 µm. Mit der Umstellung von der sauren auf die alkalische/neutrale Papierherstellung hat GCC das Kaolin als führendes Füllstoffpigment abgelöst. GCC ist zwar ein wichtiger Papierfüllstoff, im Europa wird er jedoch in erster Linie als Papierstreichpigment verwendet.
  • b) Gefälltes Calciumcarbonat (PCC): PCC ist ein synthetisches Industriemineral, das aus gebranntem Kalk oder dessen Rohstoff, Kalkstein, hergestellt wird. In der Papierindustrie, die der größte Abnehmer von PCC ist, dient das Material als Füllstoff und als Streichpigment. Im Gegensatz zu anderen Industriematerialien ist PCC ein synthetisches Produkt, das geformt und modifiziert werden kann, um dem herzustellenden Papier unterschiedliche Eigenschaften zu verleihen. Die physikalische Form des PCC kann sich im Reaktor erheblich verändern. Variable Faktoren sind unter anderem die Reaktionstemperatur, die Geschwindigkeit, mit der Kohlenstoffdioxidgas zugesetzt wird, und die Bewegungsgeschwindigkeit. Diese Variablen beeinflussen die Körnung und die Kornform des PCC, seine Oberflächengröße und Oberflächenchemie sowie die Korngrößenverteilung. Zwar ergeben sich daraus, dass mithilfe des PCC die Eigenschaften des Papiers gesteuert werden können (größere Helligkeit, Lichtundurchlässigkeit und Dicke als bei GCC), viele Vorteile, PCC kann jedoch nicht unbegrenzt als Füllstoff verwendet werden, da er die Faserfestigkeit reduziert. PCC wird auch als Papierstreichpigment verwendet, jedoch sind die verwendeten Mengen im Vergleich zu den Mengen des als Papierfüllstoff verwendeten PCC gering.[26]
  • Weitere Füllstoffe: In verschiedenen Anwendungen mit geringen Auftragsmengen kommen zahlreiche andere Minerale zum Einsatz. Dazu gehören Gips, Bentonit, Aluminiumhydroxid und Silicate. Diese Minerale werden jedoch nur in sehr geringem Umfang eingesetzt und erreichen lediglich einen Anteil von 3 % an den in der Papierindustrie eingesetzten Pigmenten.[27]

Durch das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Fasern machen die Füllstoffe das Papier weicher und geschmeidiger und geben ihm eine glatte Oberfläche. Der Massenanteil der Füllstoffe drückt sich in der Aschezahl aus. Bei Spezialpapieren, die, wie im Fall des Theaterprogrammpapieres, raschelfrei sein sollen, wird ein hoher Aschegehalt mit langen Fasern kombiniert. Auch Zigarettenpapier wird stark gefüllt, damit es glimmt und nicht abbrennt. Die Zusammensetzung und Kristallstruktur der Füllstoffe bestimmen Transparenz und Opazität eines Papiers sowie die Farbannahme beim Druck mit wegschlagenden Farben. Für die Tintenfestigkeit hingegen ist Leim notwendig. Füllstoffe können teilweise auch die Eigenschaften der Farbstoffe mit übernehmen. Viele Pigmentfarbstoffe sind gleichzeitig auch ein effektiver Füllstoff.

Farbstoffe

Auch weiße Papiere enthalten manchmal Farbstoffe, die in unterschiedlichen Mengen zugesetzt werden, denn auch optische Aufheller zählen zu den Farbstoffen. Es werden für Buntfarben vor allem synthetische Farbstoffe verwendet. Wichtig beim Papierfärben ist die Abstimmung des Farbsystems auf die Fasereigenschaften und das verwendete Leimungssystem. Grundsätzlich unterscheidet man saure (substantielle, selbstaufziehende) Farbstoffe und alkalische oder saure Entwicklungs- bzw. Verlackungsfarbstoffe. Erstere sind einfach in der Anwendung, aber sie reagieren empfindlich auf pH-Wert-Schwankungen und mangelhafte Fixierung. Letztere neigen, der nötigen Fällungsreaktion wegen, zur Verlackung jenseits der Faser, so dass ein Großteil der Flotte unwirksamen Farbverlust aufweist. Farbstoffe reagieren vorzugsweise auf Cellulose oder Holzbestandteile, selten aber auf beides. Somit muss der Auswahl des richtigen Systems passend zum zu färbenden Zellstoff besonderes Augenmerk geschenkt werden. Eine Sondergruppe stellen die natürlichen oder Pigmentfarbstoffe (Körperfarben) dar. Beide sind nur begrenzt wirksam, da sie meist durch Einlagerung im Lumen und durch Kapillarretention im Blatt gehalten werden. Intensivtönungen sind nur mit Küpenfärbung (Indigo) oder Rotpigmenten (Rotlack, Cochenille) möglich.

Leimungsstoffe

Leim macht das Papier beschreibbar, weil es weniger saugfähig und weniger hygroskopisch wird. Als Leimung bezeichnet man in der Papiermacherei die Hydrophobierung der Fasern. Die Leimstoffe sind chemisch modifizierte (verseifte) Baumharze in Kombination mit sauren Salzen, wie Kalialaun oder Aluminiumsulfat. Auch Polymere auf Basis von Acrylaten oder Polyurethanen werden eingesetzt.

Heute werden neben verschiedenen Harzen auch häufig ASA (Alkenyl Succinic Acid = alkyliertes Bernsteinsäureanhydrid) und alkylierte Ketendimere (AKD) zur Leimung von Papier eingesetzt. Die früher häufig verwendete, saure Leimung mit Harzsäuren und Alaun ist der Hauptgrund dafür, dass so geleimte Papiere zerstört werden. Das statt des Alauns benutzte Aluminiumsulfat kann durch überschüssige Restionen Schwefelsäure bilden, die wiederum die Cellulose zerstört. Heute wird die Leimung meist im neutralen oder schwach alkalischen pH-Bereich durchgeführt. Einige Papierfarbstoffe verlangen aber eine saure Leimung, wobei die Einstufung sauer oder alkalisch sich lediglich auf den prozessbedingten pH-Wert der Bütte bezieht, nicht auf das fertige Endprodukt. Die Wahl der Papierleimung wird ebenfalls durch nachfolgende Arbeitsschritte beeinflusst. Nach dem Bedrucken kann Bindemittel der Druckfarbe in das Papier wegschlagen, den Leimgrad senken und die Beschreibbarkeit des bedruckten Papiers deutlich verringern.

Prinzipiell wird bei der Leimung zwischen Masseleimung und der Oberflächenleimung unterschieden. Bei der Masseleimung wird das Leimungsmittel der Flotte zugegeben, bei der Oberflächenleimung wird das schon fertige Papier beschichtet. Verseifte Harze, Alkylketendimere und ASA sind typische Masseleimungsmittel, polymere Leimungsmittel wie Gelatine oder Stärkederivate sind eher als Oberflächenleimungsmittel im Gebrauch. Über den möglichen Einsatz als effektives Masseleimungsmittel entscheiden vor allem die Eigenretention und der technisch mögliche Einsatz von Retentionschemikalien.

Nassfestmittel
Unbehandeltes Papier wird mechanisch unbeständig, wenn es feucht oder nass wird. Durch die Aufspaltung der Wasserstoffbrücken unter Wasserzutritt verliert das Faservlies seinen inneren Zusammenhalt. Papier wird deshalb auch als hydroplastisch bezeichnet. Um auch im nassen Zustand eine – wenn auch beschränkte – mechanische Festigkeit zu erhalten, werden dem Papier bei der Herstellung Nassfestmittel (etwa Luresin) zugesetzt. Reißfestes Küchenkrepp dürfte das bekannteste Papier dieser Klasse sein, aber auch Kartons, Landkartenpapiere oder Papier für Geldnoten enthalten große Mengen Nassfestmittel. Nassfestmittel sind im Verarbeitungszustand wasserlösliche Polymere, die vorrangig aus Polyaminen und Epichlorhydrinderivaten hergestellt werden und mit den Papierfasern reagieren. Dabei bilden sich wasserunlösliche Quervernetzungen zwischen den Fasern, die den Papierfilz stabilisieren. Die hydrophobe Verkettung verhindert jedoch ein erfolgreiches Recycling, so dass der zunehmende Einsatz von Nassfestmitteln im Hygienepapierbereich weitreichende Konsequenzen für die Altpapierverwertung hat. Der Anfall von unlösbaren Stippen im normalen Löseprozess ist beständig steigend. Werden Nassfestmittel (ähnlich wie Bitumenklebstoffe) chemisch aufgebrochen, so degradiert die Faser untypisch schnell. Die Altpapierqualität nimmt somit schneller ab als bei normalen Recyclingprozessen. Nassfestmittel dürfen nicht mit Leimungschemikalien (beispielsweise AKD) verwechselt werden, da der chemo-physikalische Wirkprozess verschieden ist. So ist etwa ein nassfestes, ungeleimtes Papier nach wie vor hoch kapillar, wohingegen ein überleimtes Papier sich trotzdem nach langem Wasserzutritt zerfasern lässt.

Gestrichenes Papier[Bearbeiten]

Hauptartikel: Gestrichenes Papier

Gestrichenes Papier (auch Kunst- oder Bilderdruckpapier) ist ein Papier, bei dem die Oberfläche mit einer aus Pigmenten, Bindemittel und Additiven bestehenden Streichfarbe („Strich“) veredelt ist. Das Papier bekommt eine geschlossene, glatte und stabile Oberfläche, wodurch eine bessere Qualität beim Druck erreicht wird.

Normmaße für Papier[Bearbeiten]

Zählmaße nach DIN 6730
Bogen 1 Stück (ein „Blatt“) = 8 Blatt im gebunden Buch = 16 Seiten
Buch bei Schreibpapier 24 Bogen
Buch bei Druckpapier 25 Bogen (A4 Papier mit 80 g/m² DIN 6730)
Ries, Rieß 20 Buch („ein Paket“)
Ballen 10 Ries
Formate nach EN ISO 216, DIN 476

Die bekanntesten international genormten Papierformate sind diejenigen der A-Reihe nach DIN 476 Papierformat, die seit 2002 teilweise durch EN ISO 216 ersetzt ist. In einigen Ländern wie den Vereinigten Staaten und Kanada werden andere Formate verwendet.

Papierverarbeitung[Bearbeiten]

Zur Verarbeitung von Papier, insbesondere dem Zuschneiden auf bestimmte Formate, steht eine Reihe an Werkzeugen zu Verfügung. Von alters her Schere und Papier-Messer, in neuerer Zeit Papierschneidemaschinen:

  • Rollenschneider, überwiegend für den heimischen Gebrauch zur Zurichtung von einem oder wenigen Bögen an Papier (oder Photographien); meist bestehend aus einem Schnittbrett mit Linealfunktionen und einer Schnittleiste.
  • Hebelschneider in verschiedenen Ausführungsgrößen vom Hausgebrauch bis zum kleingewerblichen Gebrauch etwa in Graphikstudios oder kleinen Copyshops, die mehrere Bögen gleichzeitig schneiden und auf einem eigenen Gestell montiert sein können, die über Sicherheitsmaßnahmen (Schutzhauben), Feinjustierungs- und/oder Feststellmechanismen verfügen können.
  • Stapelschneider, die Papierstapel bis zu 80 mm (ca. 800 Bögen) schneiden, meist mechanisch im Handantrieb, oft 50 kg und mehr wiegen, über einen justierbaren Rückanschlag und Pressvorichtungen zur Fixierung des Papiers verfügen. Die Schnittflächen variieren meist zwischen DIN A3 und größer. Der Antrieb ist mechanisch oder elektromechanisch.
  • Papierschneideautomat für Druckereien oder industrielle Fertigung, heutigentags meist mit elektronischem Maßwerk, differenziertem Sicherheitssystemen (Zweihandbetrieb, Lichtschranken) und elektromechanischem Antrieb.

Papiermarkt[Bearbeiten]

Die Papierindustrie unterscheidet folgende vier Großgruppen von Papiersorten:

  • Grafische Papiere,
  • Papier, Karton und Pappe für Verpackungszwecke,
  • Hygiene-Papiere Tissue-Papiere,
  • Papiere und Pappe für spezielle technische Verwendungszwecke.

Weltweit werden jährlich knapp 400 Millionen Tonnen (2011) Papier, Karton und Pappe produziert.[28] Die größten Produzenten (2011) sind China (99,3 Mio. t), die USA (75 Mio. t), Japan (26,6 Mio. t) und Deutschland (22,7 Mio. t). Der rechnerische Papierverbrauch pro Kopf lag im Jahr 2010 in den USA bei 231 kg, in der EU bei 163 kg und weltweit bei 57 kg. In Deutschland betrug der rechnerische Papierverbrauch (Produktion+Import-Export) 2010 20 Millionen, also etwa 244 kg pro Kopf (2012). Davon gingen 44 Prozent in grafische Papiere, 43 Prozent in Verpackungen, 7 Prozent in Hygiene-Papiere sowie 6 Prozent in Spezialpapiere.

Ein Drittel der Kapazitäten für die Papierproduktion weltweit entfällt auf die europäische Papierindustrie. Europa ist führend bei der Herstellung von Druck- und Schreibpapier, gefolgt von Asien und Nordamerika, und hat einen Anteil von knapp 28 % an der gesamten Papier- und Pappeproduktion. Durch die Konsolidierung der europäischen Papierindustrie im letzten Jahrzehnt ist die Zahl der Unternehmen, Papierfabriken und Papiermaschinen in Europa gesunken, die Produktionskapazität jedoch gleichzeitig erheblich gestiegen. Es wird geschätzt, dass die 20 größten Papierhersteller derzeit einen Anteil von fast 40 % an der weltweiten Papier- und Pappeproduktion haben. Der Umsatz der europäischen Papierindustrie betrug 2011 rund 81 Mrd. EUR. 221.000 Menschen arbeiten in der europäischen Zellstoff- und Papierindustrie. Neben großen Papierherstellern wie Stora Enso, International Paper, UPM-Kymmene, Svenska Cellulosa Aktiebolaget (SCA), Metsä Board, Sappi oder der Smurfit Kappa Group Smurfit Kappa Group existiert eine große Zahl mittelgroßer und kleinerer Papierhersteller wie z.B. die Papierfabrik Palm, Deutsche Papier oder die Kartonfabrik WEIG.[29]

Die deutsche Papierindustrie, deren Interessen durch den Verband Deutscher Papierfabriken (VDP) vertreten werden, ist mit einem Produktionsvolumen von 22,4 Mio. Tonnen (2013) an Papier, Karton und Pappe die Nummer Eins in Europa und steht weltweit hinter China, den USA und Japan an vierter Stelle. Die Produktion gliedert sich in vier Hauptsortengruppen. Verpackungspapiere und -karton haben einen Anteil von 48,6 Prozent. 38,8 Prozent des Produktionsvolumens entfällt auf grafische Papiere. Die restlichen 12,9 Prozent entfallen fast zu gleichen Teilen auf Hygienepapiere (6,5%) sowie auf das breite Spektrum der technischen- und Spezialpapiere (6,1%). Die rund 40.000 Mitarbeiter erwirtschaften in der deutschen Zellstoff- und Papierindustrie in 167 Werken einen Umsatz von 14,3 Mrd. Euro (2013), ein Minus von 2,3 Prozent gegenüber dem Vorjahr.

Papierforschung[Bearbeiten]

Gründe zur Papierforschung ergeben sich aus sehr verschiedenen wissenschaftlichen Ansätzen. Neben technischen Fragestellungen der Papierindustrie sind das auch komplexe Themen in historischen Bibliotheks- und Archivbeständen. Dazu gehören beispielsweise die Herkunftsorte historischer Papiere einschließlich ihrer Wasserzeichen sowie das Alterungsverhalten aus konservatorischer und restauratorischer Sicht. Auf diesem Gebiet sind weltweit zahlreiche wissenschaftliche Bibliotheken und einige private Institutionen tätig.

Die industrielle Papierforschung wird in Deutschland gebündelt in der Papiertechnischen Stiftung (PTS), die im Jahre 1951 gegründet wurde und von den Unternehmungen der Papierindustrie gefördert wird. Es werden Auftragsforschungen und Dienstleistungen für die Papierindustrie und deren Zulieferfirmen erbracht. Darüber hinaus betreiben verschiedene Zulieferer eigenständige Forschungsanlagen.

Die Technischen Universitäten in Darmstadt und Dresden, die Fachhochschule München sowie die Duale Hochschule Baden-Württemberg in Karlsruhe bilden Papieringenieure aus. Forschungsschwerpunkte in Darmstadt sind Recyclingverfahren sowie Wasserkreisläufe, in Dresden wird vornehmlich zu Energieeffizienz sowie Oberflächeneigenschaften geforscht.

Der Papiermaschinenhersteller Voith Paper unterhält auf seinem Betriebsgelände in Heidenheim/Brenz ein weltweit einzigartiges Papierforschungszentrum, das Paper Technology Center (PTC). Dort werden die Forschungsbereiche „Faserstofftechnologie“ und „Prozess der Papierherstellung“ auf bisher einmalige Weise kombiniert. Im PTC ist es erstmals möglich, den kompletten Papierherstellungsprozess unter realen Bedingungen vorab zu testen und zu optimieren – vom Rohstoff über die Maschinenkonfiguration, die Automation und die Bespannungen bis hin zum Endprodukt. 140 Papiermacher, Automatisierungsexperten und Papieringenieure forschen im Paper Technology Center gemeinsam mit Papierherstellern aus aller Welt am Papier der Zukunft. Aufgrund des modularen Aufbaus dieser Anlage können unterschiedliche Produktionskonzepte erprobt und direkt miteinander verglichen werden. Im Bedarfsfall können ganze Maschinenteile mit Gewichten von bis zu 600 Tonnen en bloc ausgebaut und ausgetauscht werden. Darüber hinaus ist das Paper Technology Center mit einer Fiberdesignanlage ausgestattet, mit der der Rohstoff für die Papierherstellung gezielt an die Anforderungen des späteren Papiers angepasst werden kann.

Eine weitere Forschungsanlage betreibt der größte Hersteller für chemische Produkte zur Papierherstellung, die BASF in Ludwigshafen, teilweise in Partnerschaft mit der Omya.

Bestimmung des Alters von Papier[Bearbeiten]

Die Altersbestimmung von Papier beschäftigt z.B. Historiker und Kriminalisten, das Aufspüren von Fälschungen ist Ziel. Ein Aufsatz aus der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung beschreibt einige Verfahren.[30]

Sorten[Bearbeiten]

Hauptartikel: Papiersorten

Naturpapier ist ein Oberbegriff für alle Papiere, die aus Naturfasern ohne Zusatz von synthetischen Fasern und ohne Oberflächenbehandlung maschinenglatt oder satiniert sind.

Eigenschaften[Bearbeiten]

Physikalische Eigenschaften[Bearbeiten]

Grundsätzlich ist bei allen Messungen zu beachten, dass Luftfeuchtigkeit und Temperatur einen sehr großen Einfluss auf die Messwerte haben. Deshalb findet die Messung immer in Klimaräumen bei einem nach ISO-Normen festgelegten Normklima (23 °C, 50 % Luftfeuchtigkeit) statt. Meist wird die Papierprobe vor der Messung 24 Stunden in dem Raum gelagert, um sie zu akklimatisieren. Da die Messungen von der flächenbezogenen Masse des Papiers (auch Flächengewicht oder Grammatur genannt) abhängen, werden so genannte Laborblätter mit einer nach ISO-Norm festgelegten flächenbezogenen Masse verwendet.

Masse, Dichte und Dicke von Schreibpapier

Die Masse (bzw. umgangssprachlich auch das Gewicht) von Papier wird meist flächenbezogen angegeben - konkret in Gramm pro Quadratmeter (g/m²).

Die flächenbezogene Masse von normalem Schreibpapier beträgt 80 g/m², ein A4-Blatt hat damit eine Masse von 5 g. Drei dieser Blätter plus Briefumschlag liegen somit gerade unter der für einen Standardbrief erlaubten Höchstmasse von 20 g. 1000 Blatt A4-Papier wiegen daher 5 kg und 200.000 Blatt A4-Papier wiegen schon eine ganze Tonne.

Die auf das Volumen bezogene Dichte von normalem Schreibpapier liegt in der Größenordnung von 800 kg/m³, die Dicke also bei 0,1 Millimetern.

Papierbezeichnung nach Masse

Je nach flächenbezogener Masse ändert sich die Bezeichnung für den aus Papier bestehenden Bedruckstoff (umgangssprachlich sind Überschneidungen zwischen Papier, Karton und Pappe möglich):

Bezeichnung flächenbezogene Masse
DIN 6730
Papier 7 g/m² bis 225 g/m²
Pappe ab 225 g/m²
Umgangssprachlich (Deutsch)
Papier 7 g/m² bis 150 g/m²
Karton 150 g/m² bis 600 g/m²
Pappe ab 600 g/m²
Leitfähigkeit

Papier gilt allgemein als guter Isolator, weil es, wenn es trocken ist, gewöhnlich Wärme nicht gut und Strom nahezu gar nicht leitet.

Lichtundurchlässigkeit
Hauptartikel: Opazität

Der Grad der Lichtundurchlässigkeit des Papiers bezieht sich auf seine Fähigkeit, Licht nicht durchscheinen zu lassen. Papier ist lichtundurchlässig, wenn das einfallende Licht zurückgestreut oder im Papier absorbiert wird. Je höher die Streuung des Lichts, umso lichtundurchlässiger ist das Papier. Lichtundurchlässigkeit ist eine erwünschte Qualität, die das Durchscheinen des Druckes minimiert. Ein Blatt mit 100 %iger Lichtundurchlässigkeit lässt überhaupt kein Licht durchscheinen und damit auch nicht den Druck, sofern die Druckfarbe nicht eindringt. Im Allgemeinen ist die Lichtundurchlässigkeit des Papiers umso geringer, je niedriger seine flächenbezogene Masse ist. Der Weißegrad und die Helligkeit des Füllstoffs, seine Kornstruktur und -größe, sein Brechungsindex und der Füllstoffgehalt sind Faktoren, die die Lichtundurchlässigkeit des Papiers bestimmen.

Die Helligkeit ist ein Maß für die Licht reflektierenden Eigenschaften des Papiers, die die Wiedergabe von Kontrasten und Halbtönen beeinflussen. Der Unterschied zwischen dem Helligkeitsgrad, der durch Kaolin erzielt wird (80 bis 90 auf der ISO-Helligkeitsskala), und dem Helligkeitsgrad, der durch Calciumcarbonate erzielt wird (GCC über 90 und PCC 90-95), ist erheblich.[31]

Zugfestigkeit

Die Zugfestigkeit ist einer der zentralen physikalischen Werte bei der Papierherstellung, bei Kraftpapier ist sie sogar der wichtigste Wert. Die Maßeinheit der auf die Breite der Papierprobe bezogenen Zugfestigkeit ist N/m. Da die Zugfestigkeit vorwiegend von der flächenbezogenen Masse abhängt, wird auch der Zugfestigkeitsindex (ZFI) mit der Maßeinheit Nm/g verwendet.

Zur Bestimmung dieses Wertes wird eine Zerreißprobe gemacht. Dazu werden Papierstreifen einer genormten Länge und Breite mechanisch eingespannt, der so genannte Reißapparat zieht die Probe auseinander und zeichnet die benötigte Kraft auf. Die im Moment des Zerreißens benötigte Kraft ist die Zugfestigkeit. Um einen Durchschnittswert zu erhalten, werden meist 10 Streifen zerrissen, wovon 5 längs der Laufrichtung und 5 quer zur Laufrichtung der Papiermaschine genommen werden. Als Nebenprodukt dieser Messung werden noch die Bruchdehnung und die Zugbrucharbeit ermittelt. Die Bruchdehnung wird in Prozent angegeben und gibt an, um wie viel Prozent der Papierstreifen sich im Moment des Bruchs verlängert. Die Zugbrucharbeit wird in J/m² angegeben und ist die aufgewendete Zugkraft pro Papierfläche.

Spezifischer Weiterreißwiderstand

Die Maßeinheit des spezifischen Weiterreißwiderstandes ist mN·m²/g. Diese Maßeinheit gibt an, wie leicht ein Papier, das bereits eingerissen ist, weiterreißt. Dazu wird das Papier mit einem Schnitt versehen und in das Reißfestigkeitsprüfgerät (nach Elmendorf) eingespannt. Durch einen Knopfdruck wird ein blockiertes Pendel ausgelöst, welches die Probe im Zuge der Pendelbewegung zerreißt und dabei die Kraft misst.

Berstwiderstand

Der Berstwiderstand gibt den benötigten Druck an, um ein Papier zum Bersten zu bringen. Die Maßeinheit des Berstwiderstandes lautet kPa. Dazu wird das Normblatt in den Prüfapparat eingespannt und eine Membran mit genormter Fläche drückt mit ansteigender Kraft gegen das Papier. Der Druck, der zum Durchstoßen des Papiers erforderlich ist, wird Berstwiderstand genannt.

Porosität

Die Porosität gibt an, wie viel Luft ein Papier durchlässt. Die Maßeinheit der Porosität lautet Gurley. Dazu wird das Normblatt in den Prüfapparat eingespannt und der Prüfapparat drückt 100 ml Luft mit 1,23 kPa durch eine Prüffläche von 6,42 cm² und misst die dafür benötigte Zeit. Eine Zeitdauer von einer Sekunde entspricht dabei einem Gurley.

Spaltwiderstand

Der Spaltwiderstand gibt die aufzubringende Kraft an, welche benötigt wird, die Papierbahn in der Masse zu spalten. Dies wird gewöhnlich bei mehrlagigen Papieren angewandt, bei denen mehrere Papierbahnen nass (25–35 %) vergautscht wurden, so beispielsweise bei Faltschachtelkarton (FSK) oder besonders voluminösen Papieren (Rohdichte <1,5) wie Bierdeckeln.

Laufrichtung[Bearbeiten]

Langsiebpapiermaschine für den Laborbetrieb, Freilichtmuseum Hagen

Während bei der Papierherstellung von Hand die Fasern gleichmäßig in allen Richtungen liegen, tritt bei der maschinellen Papierherstellung, die auf einem Endlossieb erfolgt, eine (teilweise) Ausrichtung der Fasern längs des Bandes auf. Man spricht von der Laufrichtung des Papiers und unterscheidet zwischen der Maschinenrichtung (in Laufrichtung) und der Querrichtung (quer zur Laufrichtung).

Die Querrichtung ist zugleich die Richtung der Faserdicke, so dass in Querrichtung eine etwa dreifache Quellung und Schwindung des Papieres gegenüber der Laufrichtung auftritt. Bei Papiermaschinenherstellung liegt die Querrichtung parallel zu den Drehachsen und senkrecht zur Bewegungsrichtung.

Im Papierhandel und in der Druckerei werden Lauf- und Querrichtung durch die Begriffe Schmalbahn und Breitbahn einem Format zugeordnet. Die Bezeichnung schmal oder breit gibt dabei die Richtung der Schnittkante parallel zur Laufrichtung an. Dabei gilt:

  • Breitbahn (BB): Der Papierbogen liegt breit in der Papierbahn, DIN 6725, die kurze Kante liegt längs der Faserlänge
  • Schmalbahn (SB): Der Papierbogen liegt schmal in der Papierbahn, DIN 16544, die lange Kante liegt längs der Faserlänge

Dieses Wissen ist wichtig für die anzuwendende Formatlage bei verschiedenen Maschinenbauarten und zu beachtenden Weiterverarbeitungsprozessen (Falzlagen, späteres Buchformat). So kann der Passer in Umfangsrichtung innerhalb der Druckmaschine verstellt werden, in Querrichtung hingegen nicht. Bei Offsetarbeiten mit hohem Feuchtmittelanfall muss also die erste Platte in der Maschine kürzer eingerichtet werden als die letzte und das Papier muss in Breitbahn laufen, so dass die Quellung von Werk zu Werk passgenau ausgeglichen werden kann.

In Katalogen und auf Riesetiketten wird das Maß quer zur Laufrichtung unterstrichen oder fett ausgezeichnet oder zuerst genannt. Üblich sind auch die Abkürzungen SB (Schmalbahn) und BB (Breitbahn) oder ein Pfeil, der die Laufrichtung markiert.

In Abhängigkeit von der vorherrschenden Faserrichtung beeinflussen Feuchtigkeit, Temperatur und Alterung das Papier. Bei einer ungleichmäßigen Ausrichtung ändert somit jede Karte im Laufe der Zeit und mit dem Wechsel der Witterung bzw. des Raumklimas ihren genauen Maßstab unterschiedlich in den beiden Richtungen. Nur durch spezielle beziehungsweise geschichtete Papiersorten kann dieser Effekt bei maschinell produzierten Papieren verringert werden.

Bei der Herstellung von Büchern (und anderen aus Papier bestehenden Gegenständen) ist darauf zu achten, dass die Laufrichtung aller Seiten, des Buchdeckel- und Überzugmaterials parallel zum Buchrücken verläuft, da Papier sich immer quer zu seiner Laufrichtung ausdehnt bzw. schrumpft. Andernfalls bricht das Buch leicht an der Bindung auseinander bzw. lässt sich schlecht durchblättern. Wird beim Verkleben von Papier und Pappe die Laufrichtung der zu kombinierenden Materialien ignoriert, kommt es zu wellenartigen Verwerfungen, die irreversibel sind. Zur Prüfung der Laufrichtung gibt es mehrere händische Methoden.

Durch das Aufeinanderkleben mehrerer Papierschichten abwechselnder Laufrichtung erhält man sehr starres Papier (vergleichbar zum Sperrholz), wie beispielsweise den mindestens dreilagigen Bristolkarton.

Alterungsbeständigkeit[Bearbeiten]

Die Anforderungen bezüglich der Alterungsbeständigkeit von Büchern sind in den so genannten Frankfurter Forderungen der Deutschen Bibliothek und der Gesellschaft für das Buch, sowie in der US-Norm ANSI/NISO Z 39.48–1992 und ISO-Norm 9706 fixiert.[32]

Weißgrad[Bearbeiten]

Der Weißgrad ist ein technischer Kennwert für die Reflexionsfähigkeit des Papieres für weißes Licht. Er wird idealerweise mit einem Spektralphotometer gemessen. Aus der spektralen Verteilung wird der Zahlenwert nach verschiedenen Formeln berechnet. Für Papier wird meist der Weißgrad nach Berger genutzt. Bei einem normalen Kopierpapier ohne UV-sensible Aufheller liegt der Weißgrad nach Berger etwa bei 160. Durch optische Aufheller und Farbstoffe werden die Messergebnisse beeinflusst. Darum wird der Weißgrad üblicherweise unter Normlicht bestimmt, das gegenüber Tageslicht einen geringeren Anteil an kurzwelliger UV-Strahlung hat. Handelsübliche weiße Papiere sind meist aufgehellt. Unter Normlicht gemessene neutralweiße Papiere sehen so unter Glühlampenlicht gelblicher, im sonnigen Tageslicht oder unter Leuchtstofflampen dagegen bläulich-weiß aus.

Der Weißgrad gibt lediglich den Unbuntanteil einer gemessenen Fläche bezogen auf eine ideal weiße oder ideal schwarze Fläche an. Bei zwei Papieren, die messtechnisch den gleichen Weißgrad besitzen, kann ein sichtbarer Farbstich bestehen, der den subjektiven Weißeindruck verfälscht. Menschen empfinden leicht gelbliches oder rötliches Papier als weniger weiß, also grauer gegenüber einem leicht bläulichen oder grünlichen des gleichen Weißgrades.

Der Weißgrad wird als Standardprüfung in der Papierproduktion verwendet. Um unerwünschte Farbstiche zu vermeiden, ist vom Anwender neben dem Weißgrad auch der Farbstich des Papieres zu beachten. Den Effekt der „Weißgraderhöhung“ durch optische Verschiebung nutzt man unter anderem beim sogenannten Bläuen des Papieres aus. Dabei wird durch Zugabe blauer Pigmente ein Gelbstich verringert. Beim sogenannten Drücken wird ein zu weißes Papier durch Zugabe roter oder brauner Pigmente gebrochen. In beiden Fällen nimmt der technische Weißgrad leicht ab, der subjektive Weißeindruck jedoch wird beim Bläuen erhöht und beim Drücken verringert.

Verwendung[Bearbeiten]

Beschriftung[Bearbeiten]

Beim Beschriften wird ein Farbstoff (beispielsweise Tinte, Toner und Druckfarbe) mit einem Gerät auf Papier aufgetragen. Dies kann von Hand mit einer Schreibmaschine, einem Füllfederhalter, einem Bleistift, einem Buntstift, einem Filzstift oder einem Federkiel geschehen. Seit der Erfindung des Buchdrucks gibt es Maschinen, die einen Text seitenweise auf Papier übertragen können. Dies ist mit einer Druckmaschine millionenfach oder mit einem Laserdrucker für nur wenige Seiten möglich. Während anfänglich noch der zur Verfügung stehende Rohstoff die Eigenschaften des Papiers bestimmte, kann heute Papier den Anforderungen angepasst werden. Gestrichenes Bilderdruckpapier zum Kunstdruck, zum Zeitungsdruck ein billiges, reißfestes Papier und als Kopierpapier holzfreies, ungestrichenes Papier.

Banknoten und Luxuspapiere: kolorierter Stahlstich (um 1850), Grußkarten (1866), Ansichtskarte mit Lithografie (1902), bedruckte Pappkärtchen für Fotos (um 1900)

Bildende Kunst[Bearbeiten]

Pappmaché ist ein Gemisch aus Papier, Bindemittel und Kreide oder Ton, das im 18. Jahrhundert als Ersatz für Stuck in der Innenausstattung verwendet wurde. So gab es eine Manufaktur, in der aus alten Akten für das Schloss Ludwigslust Deckenverzierungen, Büsten und sogar Statuen, die wenige Monate im Freien aufgestellt werden konnten, hergestellt wurden. Heute findet man Papier im Modellbau, in der japanischen Papierfaltkunst Origami und bei Collagen und Assemblagen. Aquarellpapier für Aquarelle hat eine flächenbezogene Masse von bis zu 850 g/m². Fotopapier muss speziell beschichtet werden, damit es als Träger für die Fotoemulsion oder zum Einsatz für Tintenstrahldrucker geeignet ist.

Luxuspapiere[Bearbeiten]

Dies ist die Bezeichnung für veredelte, geschmückte und verzierte, oft aufwendig bearbeitete Papiererzeugnisse die von etwa 1820/60 bis 1920/30 hergestellt wurden, als es eine eigene Luxuspapierindustrie gab. Zur Veredlung wurde eine Reihe von Bearbeitungsverfahren eingesetzt, wie Kolorierung als Hand- und Schablonenkolorierung, Farbendruck als Chromolithografie, Gold- und Silberdruck, Prägen (Gaufrieren) und Stanzen, das Aufbringen von Fremdmaterialien, wie Glimmer, Seide sowie das Anbringen von Laschen, Klappen und Mechanismen bei Spielzeugen. Unter Luxuspapiere fallen Andachts- und Fleißbildchen, viele Ansichts- (Leporello), Gelegenheits- (Glückwunsch-, Weihnachts- und Neujahrskarten) und Bildpostkarten (Motivkarten), verzierte Briefbogen, Etiketten, allerlei Papierspielzeug (Papiertheater), Reklamemarken und Sammelbilder und vieles mehr. Heute sind solche Luxuspapiere Sammelobjekte.

In Japan und China wird Papier in der Inneneinrichtung in vielfältiger Weise verwendet, beispielsweise die japanischen Shoji, mit durchscheinendem Washi-Papier bespannte Raumteiler.

Technische und Spezialpapiere[Bearbeiten]

Pappe hat eine flächenbezogene Masse von mindestens 300 g/m² und ca 1,5 mm Dicke. Dünneres Material, ab 130 g/m², heißt Karton und wird vorwiegend als Kartonage verwendet. Mit einer Kunststoffbeschichtung und eventuell einer Aluminiumfolie als Zwischenlage kann sie als Getränkekarton sogar Flüssigkeiten verpacken. Die am meisten verbreitete Pappe ist die Wellpappe, die in den vielfältigsten Sorten vorkommt. Pappe und Kartons werden vorwiegend aus Recyclingpapier produziert, da es hierbei nicht so sehr auf die Farbe des Materials ankommt. Inzwischen kann jedoch Recyclingpapier mit einer sehr hohen Qualität produziert werden und unterscheidet sich im Weißegrad nur noch sehr schwach von Papier aus neuen Fasern. Das Papier mit der größten relativen Zugfestigkeit wird Kraftpapier genannt. Es besteht zu beinahe 100 % aus langfaserigen Zellstofffasern von Nadelhölzern. Es wird besonders für Papiersäcke verwendet. Es gibt Filterpapiere (Luftfilter für Fahrzeuge und Staubsauger), Kabelisolierpapiere, Medizinische Papiere, Klebezettel, Zigarettenpapier und Thermopapiere. Papiere finden sich ebenfalls in Metallpapierkondensatoren und Elektrolytkondensatoren, wo sie als Isolator oder Träger des flüssigen Elektrolyts dienen.

Das I-Paper (Intelligent Paper), im Jahr 2000 zum Patent angemeldet, besteht aus mehreren Papierlagen und einer magnetischen Speicherschicht. Sie erlaubt, Daten ins Papier zu speichern und wieder auszulesen. Dadurch wird der Medienbruch aufgehoben.

Fliegen mit Papier[Bearbeiten]

Es gibt Flugdrachen aus Papier in China, seitdem es dieses Material gibt. Die 1783 erbaute Montgolfière der Gebrüder Montgolfier war ein Heißluftballon aus Leinwand, der mit einer dünnen Papierschicht luftdicht verkleidet war. Im Zweiten Weltkrieg produzierte Japan ca. 10.000 Ballonbomben aus Papier, die mit Lack gasdicht gemacht wurden und Brand- und Sprengsätze (5 bis 15 Kilogramm) über den Pazifik nach Amerika transportierten.

Im Flugzeugmodellbau wird Papier als Bespannung (Spannpapier) von Tragflächen in Holm-Rippen-Bauweise und für Flugzeugrümpfe verwendet. Dazu wird es aufgeklebt, mit Spannlack getränkt und überlackiert, sobald durch Trocknen die nötige Oberflächenspannung erreicht ist.

Des Weiteren wird Papier zum Basteln von Papierfliegern benutzt. Dazu wird das Papier in eine einem Flugzeug ähnelnde Form gefaltet.

Garne, Textilien[Bearbeiten]

Papier kann zu Textilien verarbeitet werden, einerseits direkt aus Papier, andrerseits in Streifen geschnitten, versponnen und zu Textilen verwebt.

Siehe auch: Papiertextilien

Umweltaspekte und Recycling[Bearbeiten]

Recycling-Code für Papier

Bei der Papierproduktion ist vor allem der Verbrauch an Holz, Wasser und Energie Gegenstand der umweltpolitischen Diskussion. Rund 20 % des weltweit eingeschlagenen Holzes werden zu Papier verarbeitet. In Deutschland werden allerdings vornehmlich so genanntes „Durchforstungsholz“, Sturmholz oder Sägerestholz verwendet. Kontroverse Standpunkte finden sich vor allem beim Thema nachhaltige Forstwirtschaft, der Forstzertifizierung[33] und der Nutzung von Urwald.

Der hohe Wasserverbrauch war bereits vor 1900 problematisch, was die mehrfache Nutzung des Wassers bedingte, um den Verbrauch zu reduzieren. In den ersten Papiermühlen benötigte man 1.200 Liter pro Kilogramm Papier, um 1900 waren es 100 bis 800 Liter, heute sind es nur noch 7 Liter. Ein völliges Schließen des Kreislaufs ist im Regelfall nicht möglich. Auf Grund der Wasserhärte kommt es zu Verstopfungen von Maschinenteilen, wenn sich Calciumcarbonat anreichert. Nur in Einzelfällen, falls nur Altpapier eingesetzt wird, ist der komplette Abwasserrücklauf derzeit möglich.

Der Wasserverbrauch bedingt das Abwasser. Mit der Industrialisierung Ende des 19. Jahrhunderts und der steigenden Nachfrage nach Zellstoff und Chlorbleiche stieg die Menge der Abwässer und damit der darin enthaltenen Schadstoffe. Die Hemicellulosen und das Lignin (über 50 % des Holzes) wurden anfangs fast unbehandelt in die Gewässer entsorgt. Aufgrund der Umwelt- und Gesundheitsschäden und des Verlustes der Kochchemikalien mit der Ablauge wurden zunächst die Laugen zur Energieerzeugung eingesetzt. Moderne Zellstofffabriken arbeiten energieautark, die Kochchemikalien werden aus dem Abgas und der Asche zurückgewonnen.

Die deutschen Umweltvorschriften gehören zu den strengsten weltweit. Abwässer aus Zellstofffabriken dürfen eine Belastung bis 25 Kilogramm CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) pro Tonne Zellstoff aufweisen, bei der Papierherstellung sind zwei bis fünf Kilogramm CSB pro Tonne Papier zulässig.[34]

Die meisten Papierfabriken betreiben eigene Kläranlagen, die das eingesetzte Wasser in bis zu drei Stufen (mechanisch, biologisch, chemisch) reinigen und erst anschließend in den Vorfluter einleiten. Andere Papierfabriken sind Indirekteinleiter, d.h. ihr Abwasser wird gemeinsam mit kommunalem Abwasser gereinigt.

Der Energieverbrauch zur Herstellung liegt bei etwa 2,5 kWh pro Kilogramm Papier.[35]

Schädlinge und Konservierung[Bearbeiten]

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Ein bedeutsamer tierischer Schädling ist das Silberfischchen, welches das Papier entweder oberflächlich frisst oder gar Löcher verursacht. Ein weiterer tierischer Schädling ist die Bücherlaus, die sich parthenogenetisch fortpflanzt und somit schnell massenhaft feucht gewordene Papiere befallen kann. Unter den Pilzen sind Schimmelpilze von großer Bedeutung, die ebenfalls durch Feuchtigkeit begünstigt werden und beispielsweise infolge von Wasserschäden auftreten können. Ein wichtiger Schritt bei der Konservierung von nass gewordenem Papier ist die umgehende Gefriertrocknung.

Aus bestimmten Inhaltsstoffen von Papieren können Säuren gebildet werden, die das Papier zerstören. Um dem Säurefraß entgegenzuwirken, wurden automatisierte Konservierungs-Anlagen gebaut, in denen das „saure“ Papier neutralisiert und eine alkalische Reserve eingebracht wird.

Sonstiges[Bearbeiten]

Der vielzitierte Satz „Bei der nächsten Sintflut wird Gott nicht Wasser, sondern Papier verwenden“ stammt vom Schriftsteller Romain Gary.

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Bücher[Bearbeiten]

  • Josep Asunción: Das Papierhandwerk. Verlag Paul Haupt, Bern/Stuttgart/Wien 2003
  • Klaus B. Bartels: Papierherstellung in Deutschland. Von der Gründung der ersten Papierfabriken in Berlin und Brandenburg bis heute. be.bra wissenschaft verlag, Berlin 2011, ISBN 978-3-937233-82-6
  • Jürgen Dispan (2013): Papierindustrie in Deutschland. Branchenreport 2013. Stuttgart (= IMU-Informationsdienst Nr. 2-2013), ISBN 978-3-934859-44-9. Link zur Branchenstudie
  • Paul Ludger Göbel: Papier als Werkstoff in der Bildenden Kunst. Eine Bestandsaufnahme der Moderne und die gestalterischen Möglichkeiten für den Kunstunterricht. Dissertation, Universität Potsdam 2007 (Volltext)
  • Elke Gottschalk: Papierantiquitäten. Luxuspapiere von 1820 bis 1920. Battenberg Verlag, Augsburg 1996, ISBN 3-89441-216-X
  • Lothar Müller: Weiße Magie. Die Epoche des Papiers. Hanser, München 2012, ISBN 978-3-446-23911-1
  • Emile Joseph Labarre: Dictionary and encyclopædia of paper and paper-making. With equivalents of the technical terms in French, German, Dutch, Italian, Spanish & Swedish. 2. ed., rev. and enlarged, Swets & Zeitlinger, Amsterdam, s.a. [1952]
  • „Papier 2011“. Ein Leistungsbericht. Statistisches Jahrbuch des Verbandes Deutscher Papierfabriken, Bonn 2011
  • Armin Renker: Das Buch vom Papier, Berlin 1930, 4. Aufl. 1951.
  • Wilhelm Sandermann: Papier, eine Kulturgeschichte. 3. Auflage. Springer, Berlin/Heidelberg 1997 (zuerst 1988), ISBN 3-540-55313-4
  • Wolfgang Walenski: Das PapierBuch. Verlag Beruf + Schule, Itzehoe 1999, ISBN 3-88013-584-3
  • Therese Weber: Die Sprache des Papiers. Eine 2000-jährige Geschichte. Verlag Haupt, Bern/Stuttgart/Wien 2004, ISBN 3-258-06793-7

Aufsätze[Bearbeiten]

  • Günter Bayerl: Vorindustrielles Gewerbe und Umweltbelastung – das Beispiel der Handpapiermacherei. Technikgeschichte – Beiträge über d. geschichtl. Entwicklung d. Technik und d. Industrie sowie deren naturwiss. Voraussetzungen, Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Verlag, Düsseldorf 48.1981, ISSN 0082-2361, S. 206–238.
  • Robert I. Burns: Paper comes to the West, 800–1400. In: Uta Lindgren: Europäische Technik im Mittelalter. 800 bis 1400. Tradition und Innovation. 4. Auflage. Gebr. Mann, Berlin 1996, ISBN 3-7861-1748-9, S. 413–422.
  • Victor Thiel: Papiererzeugung und Papierhandel vornehmlich in den deutschen Landen von den ältesten Zeiten bis zum Beginn des 19. Jahrhunderts. Ein Entwurf, In: Archivalische Zeitschrift. Dritte Folge, Böhlau, Köln 8=41.1932, S. 106–151.
  • Andreas Pingel Keuth: Papierherstellung. In: Chemie in unserer Zeit. Wiley-VCH, Weinheim 39.2005,6, ISSN 0009-2851, S. 403–409.
  • [1] Klaus Roth: Papierkonservierung – Chemie kontra Papierzerfall. In: Chemie in unserer Zeit. Wiley-VCH, Weinheim 40.2006,1, ISSN 0009-2851, S. 54–62.
  • Alfred Schulte: Papierpresse, Druckerpresse und Kelter. In: Gutenberg-Jahrbuch. (1939), S. 52–56.
  • Wolfgang von Stromer: Große Innovationen der Papierfabrikation in Spätmittelalter und Frühneuzeit. In: Technikgeschichte. Bd. 60, Nr. 1 (1993), S. 1–6.
  • Susan Thompson: Paper Manufacturing and Early Books. In: Annals of the New York Academy of Sciences. Bd. 314 (1978), S. 167–176.
  • Peter F. Tschudin: Werkzeug und Handwerkstechnik in der mittelalterlichen Papierherstellung. In: Uta Lindgren: Europäische Technik im Mittelalter. 800 bis 1400. Tradition und Innovation. 4. Auflage. Gebr. Mann, Berlin 1996, ISBN 3-7861-1748-9, S. 423–428.

Normen[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Wiktionary: Papier – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen
 Commons: Papier – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien
 Wikisource: Papier – Quellen und Volltexte

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. DIN 6730, Papier und Pappe - Begriffe
  2. The Construction of the Codex In Classic- and Postclassic-Period Maya Civilization Maya Codex and Paper Making
  3. "CE">Dieter Pothmann: Impressionen von der IPH-China-Expedition.
  4. "SWR">Dagmar Lorenz: SWR2 Papier und Schriftkultur. Vierte Folge der Reihe: Chinoiserien.
  5. Thompson 1978, S. 169; Burns 1996, S. 414f.
  6. "Burns 1996, S. 417f">Burns 1996, S. 417f.
  7. "Tschudin 1996, 424">Tschudin 1996, S. 424.
  8. "Schulte 1939, 52–56">Schulte 1939, S. 52–56.
  9. "Tschudin 1996, 424f.">Tschudin 1996, S. 424f.
  10. Tschudin 1996, S. 424–426.
  11. Stromer 1993, S. 14f.
  12. "Burns 1996, S. 417f"
  13. "Tschudin 1996, 424"
  14. "Schulte 1939, 52–56"
  15. "Tschudin 1996, 424f."
  16. Kurzbiographie von Wilhelm Rettinghaus im Internetportal der Stadt Mülheim
  17. Histoire des protestants du Dauphiné aux XVIe, XVIIe et XVIIIe siècles (1875, Eugene Arnaut, 1826–1904), S. 23.
  18. Manfred Anders, Peter Bartsch, Karl Bredereck, Anna Haberditzl: Zur chemischen Festigung von Papier in Zusammenhang mit der Papierentsäuerung. In: IADA Preprints 1995, S. 81–85 (PDF; 4,4 MB)
  19. Kurt Hess: Die Chemie der Zellulose und ihrer Begleiter. Leipzig (Akademische Verlagsgesellschaft) 1928, S. 139–165.
  20. Max Zieger: Papierkunde. Leipzig (Fachbuchverlag) 1952, S. 18–27.
  21. Günter Engelhardt, Klaus Granich, Klaus Ritter: Das Leimen von Papier. Leipzig (Fachbuchverlag) 1972, S. 12–14.
  22. Otto Wurz: Papierherstellung nach neuzeitlichen Erkenntnissen. Graz, Wien (Verlag Ulrich Moser) 1951, S. 46–65.
  23. "m.3796">Entscheidung der Europäischen Kommission in der Sache Nr. COMP/M.3796 – OMYA/HUBER PCC PDF.
  24. "m.3796"
  25. "m.3796"
  26. "m.3796"
  27. "m.3796"
  28. http://www.dbu.de/123artikel33148_341.html
  29. "m.3796"
  30. Barbara Werthmann, Altersbestimmung von Papier Berlin, o.J. (PDF; 1,2 MB)
  31. "m.3796"
  32. A. Haberditzl: Woran erkenne ich alterungsbeständiges Papier? Eine Replik. In: Der Archivar, Jahrgang 58, Heft 4 (November 2005), S. 327. (PDF; 866 kB).
  33. WWF Deutschland: Zertifiziertem Papier gehört die Zukunft, Broschüre, Mai 2008.
  34. BMU: Abwasserverordnung, Anhänge 19 und 28.
  35. http://www.wiwo.de/unternehmer-maerkte/hohe-energiekosten-bremsen-papierindustrie-133856.
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