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Papier

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Dieser Artikel befasst sich mit dem Material Papier. Weitere Bedeutungen unter: Papier (Begriffsklärung)

Papier (v. französ.: papier, aus griech.: pápyros Papyrusstaude) hat seinen Ursprung in China.

Es ist ein Material, bei dem Fasern (wenige mm bis einige cm lange), meist pflanzlicher Herkunft, durch Wasserstoffbrücken ohne Bindemittel vernetzt werden. Normalerweise wird Papier in dünnen Schichten verwendet; es kann aber auch zu massiven Objekten geformt werden (Pappmaché [oder nach neuer Rechtschreibung auch: Pappmaschee]). Papier wird in der Regel aus Holzschliff oder Zellstoff hergestellt.

Der kulturell wichtigste Papiertyp ist das Schreibpapier, dessen geschichtliche Entwicklung weiter unten dargestellt wird.

Daneben wird Papier als Packmaterial in vielen verschiedenen Formen (siehe z.B. Pappe), in der Wohnungseinrichtung (Tapete, aber auch in Japan und China in unterschiedlichen Anwendungen) und als Hygienepapier sowie zum Basteln und Werken verwendet.

Geschichte des Papiers

Bevor es Papier gab

Höhlenzeichnungen sind die ältesten Dokumente, die der Mensch mittels pigmenthaltiger Farbe auf einen Untergrund gezeichnet hat.

Die Sumerer, die älteste bekannte Hochkultur schrieb die Keilschrift auf Tontafeln (ab ca. 3300 v. Chr.).

Aus Ägypten ist beispielsweise die Prunkpalette des Königs Narmer 3100 v. Chr. aus Speckstein erhalten.

Die folgenden organischen Schriftträger waren vergänglicher. Ohne die Tontafeln der Sumerer wüssten wir sehr wenig über diese Zeit. Leder, Pergament, Holz, Rinde, Papyrus (Ägypten ab ca. 3000 v. Chr.) und Papier sind im Gegensatz zu den Tontafeln brennbar und biologisch abbaubar.

Papyrus besteht aus den flach geschlagenen, über Kreuz gelegten und gepressten Stengeln einer Schilfart (Papyrus, Cyperus 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 auch Papyrus in Griechenland, jedoch war eine Verbreitung über Griechenland hinaus kaum bekannt. Im 3. Jahrhundert ersetzten die Griechen den Pinsel durch eine gespaltene Rohrfeder. Von dem Wort Papyrus leitet sich das Wort Papier ab.

Daneben wurde auf Pergament (feinem, nicht gegerbtem Leder) geschrieben.

In Rom nutze man sowohl Papyrus, als auch Wachstafeln in die der Text mittels eines angespitzten Stöckchens geritzt wurde. Mit einem Scharber konnte man das Wachs wieder glätten und die Tafel erneut beschreiben.

In Indien verwendete man Palmblätter.

In China benutzte man vor der Erfindung des Papiers Tafeln aus Knochen, Muscheln, Elfenbein, später Bronze, Eisen, Gold, Silber, Zinn, Jade, Stein und Ton. Organische Schriftträger waren Knochen, Holz, Bambusstreifen und Seide. Dagegen wurden Blätter und Häute nicht als Schriftträger benutzt. Die Orakelknochen wurden mit Griffeln geritzt oder mit Tinte aus Lampenruß und Zinnober beschriftet.

Anschwellendes Schrifttum und immer weniger geeigneter Beschreibstoff ließen Fan Yeh im 5. Jahrhundert (späte Han-Dynastie) berichten:

Von alters her wurden zum Schreiben Bambustreifen verwendet, die man zusammenband. Es gab auch ein Papier, das aus Seidenabfällen hergestellt war (Chi). Aber die Seide war zu teuer und die Bambustafeln waren zu schwer, beide also zur Verwendung nicht geeignet. So fasste Tsái Lun den Plan, aus Baumrinde oder Bastfasern, Hanf und auch aus alten Lumpen und Fischnetzten Papier zu bereiten. Im Jahre 105 n. Chr. berichtete er darüber dem Kaiser, und dieser lobte seine Fähigkeiten. Seitdem wurde das Papier allgemein gebraucht, und im gesamten Kaiserreich nannten es alle das Papier des gnädigen Tsái.

Die Erfindung des Papiers

Papier aus Seide war also schon länger bekannt, als im 1. Jahrhundert in China Tsái Lun ein Papier erfand, das hauptsächlich aus dem Bast des Papiermaulbeerbaumes bestand.

Bereits zuvor war Papier aus Hanf, Cannabis bekannt, wie fünf Papierfunde aus den Jahren 1933 bis 1978 belegen. Die vergleichende Datierung ergab, dass diese Papierproben aus der Zeit 140 bis 87 v. Chr. stammen müssen.

Ein anderer Papierrohstoff war Seidelbast, Locta. Hanf und Seidelbast haben im Vergleich zu den heute verwendeten Holzsarten längere Fasern und dadurch eine hohe (zeitliche) Haltbarkeit. Beide Eigenschaften erlaubten dort die Nutzung von Papier zu Zwecken, die über den Nutzen als Schreibpapier hinausgehen. Raumdekorationen und Kleidungsstücke wurden in Ostasien traditionell (auch) aus Papier hergestellt.

Der Papierrohstoff wird zerkleinert und in Wasser gestampft. Daraus ergibt sich ein sehr dünner Brei. Die Fasern sind fein im Wasser verteilt.

Zunächst wurde Papier mit dem schwimmenden Sieb geschöpft. 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. Diese Technik gelangte um das Jahr 300 zu den Thai.

Um das Jahr 600 gelangte die weiter entwickelte Technik des Schöpfens mit dem Schöpfsieb nach Korea und später nach Japan. Bei dem Schöpfsieb kann der Rahmen vom Sieb gelöst werden. Das frischgeschöpfte Blatt kann feucht entnommen und zum Trocknen ausgelegt werden. Diese Technik wird heute noch bei handgeschöpftem Papier verwendet.

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 als Japanpapier.

Daraus ergibt sich, dass das Schöpfsieb in der Zeit zwischen 300 und 600 erfunden wurde.

Die Verbreitung des Papiers

Bereits im 2. Jahrhundert gab es in China Papiertaschentücher, 363 erschien die erste Ausgabe der Pekinger Zeitung (1936 eingestellt), im 6. Jahrhundert stellte man Toilettenpapier aus billigstem Reisstrohpapier her.

Für Zwecke des Hofes stellte die kaiserliche Werkstatt 720 000 Blatt Toilettenpapier her, für die kaiserliche Familie waren es noch einmal 15 000 Blatt hellgelben, weichen, parfümierten Papiers.

Frühe Umweltprobleme

Alleine in Peking wurden jährlich 10 Millionen Päckchen Toilettenpapier mit 1000 bis 10 000 Blatt produziert. Die Abfälle an Stroh und Kalk bildeten bald große Hügel, Elefanten-Gebirge genannt.

In Japan wurden schon früh die Papierabfälle von Klöstern und Behörden zu einem Recyclingpapier verarbeitet.

Papiergeld

Kaiser Kao Tsung (650 bis 683) ließ erstmals Papiergeld ausgeben, als allgemeine Währung wurde es im 10. Jahrhundert anerkannt, um 1300 war Papiergeld auch in Japan, Persien, Vietnam und Indien im Umlauf.

1298 berichtete Marco Polo über die starke Verbreitung des Papiergeldes. Zu dieser Zeit gab es eine Inflation, die den Wert auf ca. 1% des ursprünglichen Wertes fallen ließ. Um Fälschungen zu erschweren wurde Papiergeld zeitweise aus einem Spezialpapier gefertigt, welches Zusätze an Seidenfasern, Insektiziden und Farbstoffen enthielt.

Weltweite Verbreitung von Papier

Papier in der arabischen Welt

750 oder 751 gelangte die Technik der Papierherstellung, vermutlich durch chinesische Gefangene bei einem Grenzstreit, nach Samarkand, von wo sich die Technik in die arabische Welt verbreitete.

Neue Erkenntnisse führen jedoch zu der Annahme, dass in Samarkand bereits 100 Jahre früher Papier bekannt war und auch hergestellt wurde.

Flachs und Hanf sowie gutes Wasser gab es zur Genüge, bald hatten die Araber eine blühende Papierindustrie aufgebaut. Die Verbreitung von Papier dehnte sich schnell bis Marokko aus.

In Bagdad errichtete man um 795 eine Papiermühle, 870 erschien dort das erst Papierbuch. In den Kanzleien des Kalifen Harun-al-Raschid wurde auf Papier geschrieben.

Es folgten Papierwerkstätten in Damaskus, Kairo, in nordafrikanischen Provinzen bis in den Westen.

Die Araber entwickelten die Herstellungstechnik weiter. Das Schöpfsieb aus Metalldraht ermöglichte es nun, Wasserzeichen zu verwenden. 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 (rizmar), 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.

Papier in Europa

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 San Felipe (Xativa) bei Valencia gab es nach einem Reisebericht von Edirsi 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 Lein angebaut wurde, welcher ein hervorragender Rohstoff für die Papierherstellung ist.

Mit der Ausbreitung der Schriftlichkeit in immer weitere Bereiche der Kultur (Wirtschaft, Recht, Verwaltung usw.) trat das Papier gegenüber Pergament seit dem 14. Jahrhundert seinen Siegeszug an. Mit dem Buchdruck seit der Mitte des 15. Jahrhunderts war die Rolle des Pergaments als reines Luxusschreibmaterial besiegelt.

Allerdings dauerte es bis ins 17. Jahrhundert, bis das kostengünstige Papier das vergleichsweise teure Pergament als Beschreibstoff verdrängt hatte.

In Fabriano (Italien) entstand 1276 eine Papiermühle.

Anfänge der Papierherstellung in einigen Ländern
1100 Spanien: San Felipe (Xativa) bei Valencia
1109 Siziliens ältestes auf Papier geschriebenes Dokument
1225 Frankreichs ältestes Papierdokument
1231 Für Urkunden verbreitet Kaiser Friedrich II. die Verwendung von Papier
1236 Laut der Statuten Paduas sind Urkunden auf Papier ohne Rechtskraft
1246 Das Registerbuch des Passauers Dechanten Behaim aus italienischem Papier ist die älteste deutsche Papierhandschrift
1268 In Italien (Fabriano) wird Papier hergestellt
1283 Papiermühle in Treviso
1293 Papiermühle in Bologna
1390 Deutschlands erste Papiermühle:
Die Gleismühl wurde von Ulman Stromer in Nürnberg gegründet
Weitere Papiermühlen:
1469 St. Pöltgen in Österreich
1494 Stevenage in England
1573 Klippan in Schweden
1575 Mexiko
1576 Moskau in Russland
1586 Dordrecht in Holland
1690 Germantown in den USA
Die Gleismühl bei Nürnberg

Die erste deutsche Papiermühle stand 1390 bei Nürnberg. Gegründet wurde die Gleismühl vom Ratsherren und Exportkaufmann Ulman Stromer. Stromer unternahm Geschäftsreisen, u.a. 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 Werkseinheiten. Die kleinere Mühle besaß zwei Mühlräder, die größere verfügte über drei, die mit Wasserkraft angetrieben wurden. (vgl. Wasserrad). Insgesamt wurden 18 Stampfen angetrieben.

1390 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 Chronik von 1493 zeigt sie als früheste Darstellung einer Papiermühle auf der Darstellung der Stadt Nürnberg. Die Gleismühl brannte später ab.

Papierherstellung

Unabhängig von der Faserart kann Papier in Handarbeit oder maschinell hergestellt werden.

Papier besteht hauptsächlich aus Zellulosefasern. Die Zellulose wird zunächst weitgehend freigelegt, also von Stärken, Harzen und anderen Pflanzenbestandteilen getrennt. Der so gewonnene Zellstoff wird mit viel Wasser versetzt und zerfasert. Diesen dünnen Brei nennt der Papiermacher "Stoff". Wenn er auf in einer dünnen Schicht auf ein feines Sieb gegeben wird, enthält er einen Wassergehalt von über 95%. Ein Großteil des Wassers tropft ab. Das Sieb muss bewegt werden, so legen sich die Fasern aneinander und bilden ein Vlies, das Papierblatt.

Wird auf dieses Sieb ein Muster aus Draht angebracht, lagern sich an dieser Stelle weniger Fasern ab und das Muster ist beim fertigen Papier zumindest in Gegenlicht als Wasserzeichen zu erkennen.

Vorindustrielle Produktion

Der Prozess der Papierherstellung besteht aus rund 60 Arbeitsschritten.

Die benötigten Zellstofffasern wurden bis in die zweite Hälfte des19. Jahrhunderts aus abgenutzten Leinentextilien gewonnen (Lumpen, Hadern (von althochdt. 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 einen 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 verarbeitet werden.

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. 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, ist die Ausrichtung der Fasern in alle Richtungen gleich.

Der moderne technische Durchbruch begann sich mit der Erfindung des Holländers um 1670 abzuzeichnen. Es handelt sich um eine Maschine, die den Faserbrei (Pulpe), der das Ausgangsmaterial für jede Papierherstellung ist, nicht mehr aus Lumpen, sondern überwiegend alten Seilen, Schiffstauen und Fischernetzen gewinnt. Diese sehr festen Materialien werden zunächst in der Kapperij, einem Stampfwerk mit wenigen Stempeln und scharfen Schneidemessern, zerkleinert und dann in einem Kollergang weiter zerkleinert. Der Holländer wurde in deutschen Papiermühlen ab etwa 1710 eingesetzt.

Der historische Beruf des Papiermachers

Ein Papiermacher ist ein Handwerker, der Papier herstellt, in der Regel in einer Papiermühle mit entsprechenden Produktionseinrichtungen.

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 ausgepägten Berufstradition innerhalb bestimmter Familien waren, so 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.

Die Industrialisierung der Papierherstellung

Saures Papier

Holzschleifer Schema
Holzschleifer im Industriemuseum "Alte Dombach" in Bergisch Gladbach

Seit etwa 1850 wurde der Holzschleifer eingesetzt, mit der die Papierherstellung aus dem billigeren Rohstoff Holz im industriellen Maßstab möglich wurde; um 1879 arbeiteten allein in Deutschland rund 340 solcher Holzschleifereien. Die Holzschliffpapiere erwiesen sich aufgrund von Säureresten aus dem Prozess der chemischen Aufschließung durch saures Ammoniumsulfit u.ä. als problematisch; mittel- und langfristig bildet sich im Papier Schwefelsäure, die das Papier braun und brüchig werden lässt oder es gänzlich zerstören kann; daher wird seit den 1980er Jahren für den Buchdruck hochwertiger Publikationen überwiegend ein teureres, aber auch dauerhafteres säurefreies Papier verwendet.

Erfunden wurde das Holzschliffpapier von Friedrich Gottlob Keller (* 1816 † 1895).

Industrielle Papierherstellung

Rohstoffe

Die für das Papier notwendigen Ausgangstoffe kann man in drei Gruppen einteilen: Die Zellulose, die Leimung und die Füllstoffe.

Die Zellulose ist ein Polysaccharid der Kohlenhydrate mit der chemischen Formel C6H10O5 und die häufigste organische Verbindung der Welt, aus der fast alle Zellwände von Pflanzen und Hölzern bestehen.

Zellulose besteht aus sehr vielen, kettenförmig miteinander verknüpften Glukoseresten. Die einzelnen Zellulosemoleküle sind also kettenförmige Makromoleküle, deren kleinste Glieder Glukoseeinheiten sind. Das Glukosemolekül (C6H12O6), das Monomer der Zellulose, bildet mit einem weiteren Glukosemolekül durch Lösung eines Wassermoleküls eine Zellobiose. Das Aneinanderreihen solcher Zellobiosen 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 bilden die sichtbare Zellulosefaser. 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, d.h. die Anzahl Monomere, variiert je nach Rohstoff und ist für die Qualität und Alterungsbeständigkeit von großer Bedeutung.

Zu 95 % wird Papier heute aus Holz hergestellt. Faserbildung und Härte des Holzes spielen bei der Auswahl als Papierrohstoff ein Rolle, nicht jedes Holz ist geeignet. Als besonders geeignet gelten

Nadelhölzer: Laubhölzer:

Die Verfügbarkeit und die regionalen Gegebenheiten bestimmen, welche Holzart als Primärrohstoff eingesetzt wird. Schnellwüchsige Hölzer, wie z.B. Pappeln kommen dem großen Bedarf entgegen.

Alle zellulosehaltigen Stoffe sind grundsätzlich zur Papierherstellung geignet. Zunehmend ist die Bedeutung von Altpapier als Rohstoff. Stroh und Papierabfälle werden in geringen Mengen für weniger wertvolle Papiersorten eingesetzt. Der früher wichtigste Rohstoff, die Hadern (Lumpen) finden heute nur noch in verschwindend geringen Mengen Verwendung.

Einen Anteil von fast 50 % 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 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.

Bei und werden vor allem Weizen und Roggen zur Strohfassergewinnung genutzt, aber auch Grassorten aus Nordafrika (Alfa- und Espartogras) können verwendet werden. In Japan verwendet man auch heute noch Reisstroh, in Indien den schnellwachsenden Bambus.

Hadern sind nur verwendbar, wenn sie Zellulose enthalten, also aus Leinen oder Baumwolle bestehen.

Aufbereitung von Halbstoff

Holz kann

  1. mechanisch
  2. chemisch

aufbereitet werden.

mechanische Aufbereitung
  1. Weisser Holzstoff entsteht aus geschliffenen Holzstämmen. Dazu werden geschälte Holzabschnitte mit viel Wasser in Vier-Pressen-Schleifern oder Stetigschleifern zerrieben. (vgl. Holzschleifer) Im gleichen Betrieb wird die stark verdünnte Fasermasse zu Papier verarbeitet oder zum Versand in Pappenform gebracht. Dies geschieht mit Entwässerungsmaschinen.
  2. Brauner Holzstoff entsteht, wenn Stammabschnitte in großen Kesseln erst gedämpft und dann geschliffen werden.
  3. Thermomechanischer Holzstoff entsteht aus gehäkselten 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 mmit 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 nötig.
chemische Aufbereitung
Früher für die Papierherstellung verwendeter Säureturm

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

Es gibt Natron-, Sulfit- und Sulfatverfahren, die nach den eingesetzen Kochchemikalien unterschieden werden. Das Organocell-Verfahrung 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 (Zellulose) wird entwässert. Er wird nun zu entweder direkt zu Papier verarbeitet oder zu Rollen aufgewickelt.

Die Ausbeute ist bei der Zellstoffherstellung geringer, als bei der Holzstoffherstellung. Zellstoffasern aber haben den Vorteil, dass sie länger, fester und geschmeidiger sind. Aus Nadelholz gewonnene Zellstofffasern sind ca. 2,5 bis 4 mm lang, aus Laubholz gewonnene sind etwa 1mm lang.

Der größte Teil, ca. 85 % des benötigten Zellstoffs, vor allem Sulfatzellstoff, werden 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.

Der Faserstoff muss gebleicht werden, damit daraus weisses Papier entstehen kann. Sulfatzellstoff wird konventionell mit Chlor gebleicht, wodurch das Abwasser mit Chlorkohlenwasserstoffen belastet wird, Sulfitzellstoff mit Wasserstoffperoxid oder Sauerstoff. Die alternative umweltfreundlichere Technik zur Chlorbleiche verwendet Sauerstoff und Chlordioxid. Als elementar chlorfrei wird der Zellstoff bezeichnet, als chlorarm das Papier (es sind noch Chlorverbindungen) vorhanden. Die Belastung für das Abwasser verringert sich nach Angaben der Papierindustrie um etwa 80%. Chlorarme Druckpapier sind in hochweisser Qualität schon ab einer Flächenmasse von 51 g/qm herstellbar, chlorfreie erst ab 80 g/qm.

Chlorfrei gebleichter Zellstoff hat eine geringere Faserfestigkeit als chlorgebleichter. Da er jedoch umweltverträglicher ist, setzt er sich zunehmend durch.

Vorwiegend aus Holzstoff hergestellte Papier nennt man holzhaltig, im Handel mittelfein, da Lignin, Harze, Fette und Gerbstoffe im Faserbrei verbleiben, sind sie von geringerer Qualität als holzfreie Papiere.

Das Organocell-Verfahren

Das 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 Hemizellulose. 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 Hemizellulose gewonnen, die von der chemischen Industrie verwendet werden können.

Strohzellstoff

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

Der Kugelkocher und der Pulper
Kugelkocher Schema
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 bis 5 bar im Kugelkocher gekocht. Dabei werden Farbstoffe zerstört, Fett verseift und Schmutz gelöst. Während des mehrstündigen Kochens locktert 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. In Folge der Zentrifugalkraft werden grobe Verunreinigungen ausgeschieden. An der Zylinderachse sammelt sich der leichte Schmutz. Weitere Fremdstoffe wie Wachse und Druckfarben werden in Spezialanlagen herausgelöst.

De-inking (Entfärbung) von Altpapier

Druckfarben werden mit Hilfe von Chemikalien von den Fasern des Altpapiers gelöst. Indem Luft eingeblasen wird, sammeln sich die Farbbestandteile an der Oberfläche des Faserbreis und können abgeschöpft werden.

Aufbereitung zum Ganzstoff

Der Halbstoff wird durch Mahlung und Mischung zum Ganzstoff verarbeitet. Die Halbbstoffe werden in Refinern (Kegelstoffmühle) weiter zerfasert. Als dicker Brei fliesst das Halbfertigprodukt im Refiner zwischen einer Messerwalze und seitlich befestigten Grundmessern hindurch. Die Faser 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, z.B. Löschpapier.

Ausserdem können die Fasern bei der Mahlung lang oder kurz gehalten werden. Es ergeben sich daraus vier verschiedene Möglichkeiten der Mahlung. Faserlänge und Mahlart bestimmen Faser- und Papierqualität. Übliche Kombinationen sind rösch/lang und schmierig/kurz. Lange Fasern verfilzen stärker als kurze.

Die Messer des Refiners liegen bei der Kurzfasermahlung sehr eng aneinander, Zwischenraum ist fast keiner mehr vorhanden.

Das Mischen der verschiedenen Halbstoffe sowie die Zugabe von Füll-, Leim- und Farbstoffen gehört zur Herstellung des Ganzstoffes.

Schematische Darstellung einer Langsiebpapiermaschine

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

  • Stoffauflauf
  • Siebpartie
  • Nasspressenpartie
  • Trockenpartie
  • Aufrollung

(vgl. Blattbildung)

Füllstoffe

Neben den Faserstoffen werden bis zu 20 % Füllstoffe dem Ganzstoff hinzugefügt. Füllstoffe können sein:

Durch das Ausfüllen der Zwischenräume zwischen den Fasern machen die Füllstoffe das Papier weicher und geschmeidiger und geben ihm eine glatte Oberfläche.

Die Zusammensetzung der Füllstoffe bestimmt Transparenz und Opazität eines Papieres sowie die Farbaufnahme beim Druck. Für die Tintenfestigkeit dagegen ist Leim notwendig.

Leimstoffe

Leim macht das Papier tintenfest, weil weniger saugfähig und weniger hygroskopisch. Stark geleimte Papiersorten zeichnen sich durch eine hohe Reissfestigkeit aus. Die Leimstoffe sind künstliche oder organische Harze sowie Alaun.

Farbstoffe

Auch weisse Papiere enthalten Farbstoffe, die in unterschiedlichen Mengen zugesetzt werden. Auch optische Aufheller zählen zu den Farbstoffen. Es werden vor allem Teerfarbstoffe verwendet.

Blattbildung

Papiereigenschaften

Die Laufrichtung

Papiermaschine für den Laborbetrieb

Dagegen tritt bei der maschinellen Papierherstellung, die auf einem Endlosband erfolgt, eine (teilweise) Ausrichtung der Fasern auf. Man unterscheidet zwischen Maschinenrichtung und Querrichtung, oder generell die Laufrichtung des Papiers. Eine einfache Methode, die Laufrichtung von Papier zu bestimmen, ist, aus einem Blatt Papier zwei lange Streifen zu schneiden; den einen horizontal, den anderen vertikal. Anfeuchten beider Streifen zeigt im Vergleich, in welcher Richtung die Fasern laufen. Eine zweite Methode besteht darin, einen Bogen erst horizontal dann vertikal einzureissen. Die Richtung in der der Riss "glatter" ist, ist die Laufrichtung. Es werden auch maschinell hergestellte Büttenpapiere angeboten z.B. Rundsiebbütten, jedoch haben diese nicht den unvergleichlichen Charme der handwerklich hergestellten.

In Abhängigkeit von der vorherrschenden Faserrichtung im Papier treten Einflüsse von Feuchtigkeit, Temperatur und Alterung ebenfalls richtungsabhängig auf. Dadurch ändert jeder Plan und jede Karte im Laufe der Zeit ihren genauen Maßstab unterschiedlich in den beiden Richtungen. Diese Effekte treten oft periodisch mit dem Wechsel der Witterung bzw. des Raumklimas auf. Durch spezielle bzw. geschichtete Papiersorten lassen sie sich verringern.

Bei der Herstellung von Büchern (und anderen Gegenständen) ist daher darauf zu achten, dass die Laufrichtung aller Seiten (und des Buchdeckels) von oben nach unten ist. Sonst bricht das Buch leicht an der Bindung auseinander bzw. lässt sich schlecht durchblättern. Durch das Aufeinanderkleben mehrerer Papierschichten abwechselnder Laufrichtung erhält man sehr starres Papier (vergleichbar zum Sperrholz), hier sei nur der Bristol-Karton genannt.

Alterungsbeständigkeit

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

Papiersorten



Papiermuseen

  • Papiermuseum Alte Dombach Kürtener Straße, D-51465 Bergisch Gladbach, vgl. Weblinks


  • Basler Papiermühle, St. Alban-Tal 35 - 37, CH-4052 Basel, Tel: 0041 - 61 - 27 29 652
Museum für Papier, Schrift und Druck in der Schweiz. Historische Papiermühle (1453) mit Ausstellungen zu Papier, Schrift und Druck. Werkstätten in Betrieb: Papierschöpferei, Schriftguss, Maschinensatz, Setzerei, Druckerei und Buchbinderei.


  • Friedrich Gottlob Keller Gedenkstätte, Friedrich-Gottlob-Keller-Straße, DE-01814 Krippen, Tel.: 0 35 028 - 80 401
Das Museum zeigt die Erfindung des Holzschliffs (1843) und das Wirken Kellers in Krippen.


  • Sammlung für Papier- und Druckgeschichte Johannes Roßberg, Markt 8, DE-09669 Frankenberg, Tel.: 0 37 206 - 33 08


  • Papiermanufactur und -museum, Eberswalder Straße 27 - 29, DE-16227 Eberswalde, Tel.: 0 33 34 - 35 49 43


  • Papiermuseum, Wallstraße 3 - 8, DE-52349 Düren, Tel.: 0 24 21 - 25 23 13
Das Museum zeigt die handwerkliche und industrielle Papierherstellung und Papierverarbeitung. Es besitzt ausserdem eine Wasserzeichensammlung.


  • Papiermacher- und Heimatmuseum, Talstraße 47, DE-67468 Frankeneck, Tel: 0 63 25 - 84 80


  • Museum für Papier und Buchkunst, Schloßrain 15, DE-73252 Lenningen, Tel: 0 70 26 - 60 940

Siehe auch

Literatur

  • Wilhelm Sandermann: Papier, eine Kulturgeschichte. 3. Auflage. Springer Verlag, Berlin Heidelberg 1997 ISBN 3-540-55313-4
  • Sabine Schachtner: Größer, schneller, mehr: Zur Geschichte der industriellen Papierproduktion und ihrer Entwicklung in Bergisch Gladbach. Rheinland-Verlag, Köln 1996 ISBN 3-7927-1561-9
  • Uwe Baufeldt, Hans Rösner, Jürgen Scheuermann und Hans Walk: Informationen übertragen und drucken, Lehr- und Arbeitsbuch für das Berufsfeld Drucktechnik. 14. Auflage, Verlag Beruf + Schule, Itzehoe 2000, ISBN 3-88013-606-8
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