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Technische Universität München                                                                                                   April 2005
Lehrstuhl für Ergonomie




Guido Wielsch




                                                     Papierherstellung



                  Fachinformationen, Medien und Didaktik für die
                     Darstellung im Unterricht im Fach AWT




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6.2. Naturwissenschaftliche und technische Grundlagen


Im Folgenden sollen an dieser Stelle die zum Verständnis der Papierherstellung notwendigen
chemischen, physikalischen und technischen Grundlagen dargestellt werden. Die Auswahl richtig
sich dabei zunächst einmal auf den Standardprozess der Papierherstellung aus, um an geeigneter
Stelle auf die doch zum Teil erheblichen Unterschiede und Eigenheiten bei der Herstellung der
heute rund 4.000 allein grafischen Papiersorten (dazu kommen Hygiene-, Verpackungs- und
Spezialpapiere) zu verweisen. Weiter reichende Recherchemöglichkeiten bieten sich zu dem aus
dem Text heraus durch die gesetzten Links sowie zum einen durch die im Kapitel 7.1. sowie zum
anderen im kommentierten Literaturverzeichnis (Kapitel 10) zusammengestellten Informationen.


6.2.1. Cellulose


Papier, egal ob Hand geschöpftes Büttenpapier des Mittelalters oder modernes Industriepapier,
besteht aus einem Filz pflanzlicher Cellulosefasern. Die Stabilität beruht, neben der
mechanischen Verfilzung, hauptsächlich auf der chemischen Verbindung der Fasern durch
Wasserstoffbrücken zwischen den Hydroxilgruppen der Cellulose-Moleküle. Die Reißfestigkeit
dieser Verbindungen kann so hoch sein, dass sie mit der von modernem Baustahl verglichen
werden kann. Cellulose ist die am häufigsten vorkommende biochemische Substanz in der Natur.
Der Naturstoff ist ein wasserunlösliches Polysaccharid („Mehrfachzucker“1), d. h. mit mehr als
zehn Verknüpfungen zwischen Monosaccariden, und wird mit der chemischen Formel (C6H10O5)n
umschrieben. Je nach Länge der Fasern sind 500 bis 5000 Einheiten kettenförmig und
unverzweigt miteinander verknüpft. Papier entsteht nun, wenn die Cellulose aus den Pflanzen
aufgebrochen und getrennt wird und sich im Sieb des Papiermachers oder der Maschinen neu
verfilzen und neue Wasserstoffbrücken aufbauen kann. Gerade letzteres in von entscheidender
Bedeutung, da dieser Prozess umkehrbar ist: durch Zugabe von Wasser werden die
Wasserstoffbrücken wieder gelöst, was gerade bei der Herstellung von Recyclingpapier zum
Tragen kommt. Von Cellulose wird begrifflich in der Papierherstellung der Zellstoff (der im
Grunde auch aus Cellulose besteht, bzw. je nach Reinheit Anteile Lignin enthält) unterschieden,


1
  Ursprünglich hielt man die Kohlenhydrate, zu denen der Zucker (lat. „Saccharose“) gehört, fälschlicherweise für die Hydrate
(„Wasserverbindungen“) des Kohlenstoffs. Kohlenhydrate gehören aber zu den Polyalkoholen, bei denen eine primäre oder
sekundäre Hydroxyl-Gruppe zur Aldehyd- bzw. Keto- Gruppe oxidiert ist. Die „falsche“ Bezeichnung wurde aus historischen
Gründen aber weiterverwendet.

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der aber ausschließlich durch chemische Aufschlussverfahren (so genannte „Chemical Pulp“)
gewonnen wird (nach Göttsching, Katz, 1999: Bd. 3, S. 414). Holzstoff oder –schliff bezeichnet
hingegen den fein gemahlenen Brei, in dem Cellulose, Lignin und andere Holzbestandteile
miteinander vermengt sind.
Die chemische Analyse der Cellulose begann 1819 durch Henri Braconnot, der Buchenholz
verschiedensten Säuren aussetzte, die oben genannte Summenformel geht auf Anselme Payen
(1838) zurück. Franz Schulze bezeichnete die bei der Herstellung abspaltbaren Substanzen
erstmals als „Lignin“ (1857). Doch weder „ Cellulose“ oder „Lignin“ dürfen mit den heutigen
Begriffen gleichgesetzt werden, zu ungenau waren die Methoden von Payen und Schulze. Sie
schlossen weitere Teile des Holzes sowie der Zellwandbestandteile ein und waren daher
begrifflich und chemisch nicht so klar getrennt wie heute (siehe Cellulose und auch Lignin). Aber
auch heute wird noch an der Cellulose geforscht. Zum Beispiel ist noch nicht entschieden ob
Cellulose und Lignin im Holz chemisch oder mechanisch miteinander verbunden sind. Darüber
hinaus ist Cellulose nicht nur für die Papierherstellung interessant. Je nach dem welchen
chemischen Prozessen (z. B. Ätherbildung, Esterung oder Alkoholbildung – die einzelnen
Prozesse können über folgenden Link recherchiert werden) der Stoff unterzogen wird, entstehen
wichtige Ausgangsstoffe für Kunststoffe, Lacke oder Kunstseide (Hentschel, 1966: 187ff). Die
weiteren Bestandteile des Holzes sind, neben der Cellulose (etwa 40 bis 50 Prozent) und dem
Lignin (etwa 20 bis 30 Prozent), die Hemicellulose mit weiteren 20 bis 30 Prozent sowie
verschiedene Extrastoffe wie Terpene, Fette, Wachse, Pektine, Sterine, Harzen oder Gerbstoffe
bei Laubhölzern. Die Summe von Cellulose und Hemicellulose wird auch als Holocellulose
bezeichnet (Sandermann, 1996: 192). Zur Nutzbarmachung der Cellulose und Herstellung der
Fasersuspension (eben keine Lösung sondern nur eine Vermischung von Wasser und Cellulose)
müssen nach und nach alle diese Stoffe mehr oder weniger entfernt werden, was
dementsprechend aufwändige Verfahren nach sich zieht und unterschiedliche Papierqualitäten
entstehen lässt.


6.2.2. Pergament und Papyrus


Vom Papier klar zu trennen ist das Pergament, welches eine mit Kalk behandelte, dünn
geschabte, aber nicht gegerbte Tierhaut ist. Angeblich wurde die Herstellung etwa im 3.
Jahrhundert v. Chr. in der Stadt Pergamon in Kleinasien, damals zu Griechenland gehörend,

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erfunden. Dem Ort der Entstehung verdankt das Pergament auch seinen Namen. Im 2.
Jahrhundert v. Chr. erreichte die Technik Rom, von wo aus sie ihren Siegeszug durch alle
römischen Provinzen und Zentraleuropa antrat. Im 4. Jahrhundert n. Chr. hatte das Pergament das
Papyrus fast vollständig verdrängt, bis ins späte Mittelalter und bis zum Beginn der Renaissance
blieb es der Beschreibstoff Nummer eins in Mitteleuropa. Auf Grund der hohen
Herstellungskosten                wurde          allerdings          schon        damals          ein      nicht       geringer          Anteil        der
Pergamentproduktion durch „Recycling“ gedeckt, das Blatt wurde mit einer Kalkschicht bedeckt
und vorsichtig abgeschabt. Erst gegen Ende des 14. Jahrhunderts begann auch hier der Aufstieg
des Papiers, der bis heute anhält. Vielleicht können elektronische Medien in Zukunft im 21.
Jahrhundert einen ähnlichen Verdrängungsvorgang schaffen. Pergament wird heute fast nur noch
im künstlerischen Bereich, zum Beispiel bei Bucheinbänden, verwendet. Pergament ist zudem
nicht mit dem so genannten Pergamentpapier oder Pergamin zu verwechseln, beide Sorten sind
Spezialpapiere aus Zellstoff und erinnern nur in ihrer Haptik und Optik an das Tierprodukt.
Der Vorläufer des Papiers ist das Papyrus, das aus der Pflanze „Cyperus papyrus“, einer Schilfart
die vor allem in Vorderasien und Nordafrika heimisch ist, gewonnen wurde. Deren Blätter
werden senkrecht und waagrecht miteinander verwoben. Das Geflecht wird anschließend mit
Schlägen bearbeitet, bis die Pflanzenfaser aufbrechen und der milchig-zähflüssige Pflanzensaft
austritt. Dieser Saft verfestigt das Geflecht und verleimt es zugleich. Dieser Prozess wird
Hydrophobierung („Wasserabweisung“) genannt und verbindet den Stoff zu einer dem Papier in
seiner Optik und Haptik ähnlichen Einheit. Nach dem Trocken muss die Oberfläche mit Steinen
geglättet und satiniert werden. Normalerweise wurden einzelne Blätter miteinander verklebt und
um Knochen oder Holzzylinder gerollt. So entstanden Bahnen bis zu vier Meter, manche konnten
aber auch eine Länge über 20 Meter, sogar bis 40 Meter Länge erreichen. Der Gebrauch von
Papyrus ist in Ägypten seit dem Jahr 3200 v. Chr. belegt, wahrscheinlich wurde es schon davor
benutzt. Etwa um die gleiche Zeit, vielleicht sogar noch davor, entstand im Ozeanischen Raum
eine ähnliche Fertigkeit. Diese Blätter werden Tapa genannt und bestehen vorwiegend aus den
Fasern des Maulbeerbaums.
Papyrus (abgeleitet vom koptischen „Papurro“ – dem König gehörenden; Sandermann, Berlin,
1997: 25ff) wurde bis ins 10. Jahrhundert n. Chr. (sogar einige päpstliche Bullen aus dieser Zeit
sind noch auf dem Stoff verfasst) verwendet, danach kaum noch. Das Papier beendete schließlich
auf Grund der einfacheren Herstellung, auch wegen der ausgeschöpften Vorräte an „Cyperus“,
letztlich durch ökonomische und politische Veränderungen die über 4000 Jahre dauernde

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Verwendung des Papyrus. Heute wird es (z. B. in Sizilien) in geringem Umfang für den
Kunstbedarf produziert oder allgemein als Zierpflanze kultiviert, allein der Name „Papier“
erinnert noch an ursprünglichen Ausgangspunkt. Wobei andere Quellen auf einen syrischen
Ursprung der Bezeichnung Papier verweisen, nämlich das lautmalerische Wort „babeer“, das vor
allem den Filzcharakter charakterisiert (Klemm, 1923: 11).


6.2.3. Lumpen und Hadern als Rohstoffe


Die technischen Schritte – ob mechanische oder chemische - bis zur Herstellung der
Papiersuspension (als „Ganzstoff“ bezeichnet), dem Wasser-Cellulose-Gemisch für das
Schöpfen, richten sich nach den eingesetzten Rohmaterialien und ihrer Aufbereitung (diese
werden „Halbstoffe“ genannt). Von der Einführung der Papierherstellung in Europa um 1100 bis
ins 17. Jahrhundert verwendete man fast ausschließlich, bis in 20. Jahrhundert noch intensiv
textile Reststoffe wie Hadern und Lumpen aus pflanzlichen Fasern. Dabei hängen textile und
Papierproduktion eng zusammen: In dem man bei der Kleiderherstellung die Zellstrukturen der
Pflanzenfasern, zum Beispiel beim Flachsen, aufbrach, konnten später Stampfer oder Mahlwerke
den Rest aufschließen und die Cellulose so für die Papierherstellung nutzbar machen. Im
Ursprungsland China und dann in Asien mengte man zudem noch weitere pflanzliche
Grundstoffe wie Bast, die Rinde des Maulbeerbaums oder sogar ausgediente Fischernetze bei.
Textilien tierischen Ursprungs sind nicht zu gebrauchen, sie enthalten keine Cellulose.
Die Papierherstellung beginnt damit, die Lumpen und Hadern grob zu reinigen, von Schnallen,
Schließen oder Knöpfen zu befreien. Danach werden Stofffetzen der Fäulnis ausgesetzt, um sie
anschließend leichter (in den Anfängen zuerst durch Stampfwerke mit Muskelkraft oder durch
Wasserantrieb, in späteren Jahrhunderten durch Dampf betriebene Maschinen) zu zerstampfen.
Ein weit verbreitetes, nach seinem Ursprungsland benanntes, Mahlwerk war der „Holländer“
(erfunden um 1670), in dem eine Vielzahl umlaufender, stumpfer Messer in einem geschlossen
Kreislauf die Ausgangsstoffe zu einem Faserbrei (der „Pulpe“) zerquetschten. Als Vorgriff auch
auf die Cellulose-Herstellung aus Holz sei hier angemerkt: Generell besteht ein sehr
kompliziertes Geflecht zwischen der Länge der Fasern, den Arten der Bäume oder Pflanzen, der
Dauer des Mahlvorgangs bei der Holzschliffherstellung und der Papierfestigkeit bzw. -
saugfähigkeit oder der Opazität (Lichtdurchlässigkeit) sowie anderer Eigenschaften des Papiers.
Eine Übersicht findet sich bei Sandermann (1996: 196) sowie Bayerl (1986: 163).

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Zurück zu Textilien als Ausgangsstoff: Sollte das Papier beim Holländer eine besonders gute
Qualität erhalten, musste ständig Frischwasser zugeführt sowie die Bracke abfiltriert werden.
Doch versucht man auch mit Hilfe der Chemie, eine bessere Optik der Papiere zu erreichen: So
stellte Claude-Louis Graf von Berthollet schon 1785 Chlor (gewonnen aus Kochsalz,
konzentrierter Schwefelsäure und Braunstein) her und empfiehlt die Anwendung zum Bleichen
von Papier, was wenige Jahre später (1789) auch geschah. Der Prozess des Stampfens dauert bis
zu 24 Stunden. Der entstandene Faserbrei wird in der Schöpfbütte stark verdünnt, der Büttgeselle
schöpft mit einem feinmaschigen Rahmen oder Form die Fasersuspension aus der Bütte. Je
gleichmäßiger die Suspension verteilt ist, umso ebener und glatter wird das Papier. Der Rahmen
ist dabei wie ein Sieb aufgebaut, so dass das Wasser nur nach untern abfließen kann.
Anschließend wurde das Blatt aus der Form gelöst („gegautscht“), auf einen Filz abgelegt,
traditionell in Stößen zu 181 Blatt (einem „Pauscht“) gepresst und später zum Trocknen
aufgehängt.


6.2.4. Holz als Rohstoffquelle: Holzschliff und Zellstoff


Ab dem 19. Jahrhundert wurde Holz, in kleineren Mengen auch Stroh und sogar Altpapier2,
langsam zu dem Rohstoff für die Papierherstellung. Experimentiert wurde schon vorher mit
Algen, Moos, Brennnesseln, Tannenzapfe oder Kartoffelkraut. Erste Versuche schildert das Werk
                                                                                 des Regensburger Jacob Christian Schäffer
                                                                                 „Versuche und Muster ohne alle Lumpen –
                                                                                 oder      doch        mit      einem         geringen          Zusatze
                                                                                 derselben – Papier zu machen“ aus der Zeit um
                                                                                 1770. Letztendlich war es der Weber Friedrich
                                                                                 Gottlob Keller, der 1843 im sächsischen
                                                                                 Hainichen als Erster, Holz unter der Zugabe
                                                                                 von Wasser mit einem Schleifstein zum so
                                                                                 genannten Holzschliff zermahlte. Doch erst
    Quelle: Wikipedia.de                                                         neun Jahre später gelang es Heinrich Völter die
eine „marktreife“ Technik zu entwickeln und einen für die Papierindustrie brauchbaren Rohstoff


2
 Im Jahr 1800 erhielt der Engländer Matthias Koops aus Millbank bei London ein Patent zur Herstellung von Papier aus Stroh
sowie der Wiederverwendung von Altpapier und der Entfernung von Druckerschwärze. (Kühn, 1986: 90)

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zu produzieren. Den ersten Holzschliffapparat nach dem Völter-Prinzip zeigte die Firma Decker
& Co. auf der Weltausstellung 1867 in Paris. Allerdings hat das aus dem Holzschliff erzeugte
Papier auf Grund der geringen Faserqualität keine lange Lebensdauer, außerdem oxidiert das
nicht isolierte Lignin und lässt das Papier vergilben. Am Anfang wurde es deshalb zur Streckung
der Hadern- und Lumpensuspension eingesetzt oder für kurzlebige Produkte, wie Zeitungen oder
Verpackungen. Auch heute muss dem Schliff noch mindestens zehn Prozent Zellstoff enthalten,
soll es als Zeitungspapier verwendet werden.
1854 erkannte Marie Amédée Charles Mellier, dass sich durch Kochen von Stroh mit Ätznatron
dessen unerwünschte Pflanzenteile (wie das Lignin) entfernen lassen, 1857 wurde diese, als
Natronverfahren bezeichnete Technik von Charles Watt, Hugh Burgess sowie Henry Oscar
Houghton erstmal auf Holz angewendet. Allerdings schon rund 20 Jahre später verdrängte das
Sulfitverfahren auf Grund besserer Lösungseigenschaft des Lignins das Natron. Dieses Verfahren
ist verbunden mit dem Namen Carl Daniel Ekman, der sich ursprünglich 1871 mit Verfahren für
die      Holzschliffbleiche                 beschäftigte.            Bei         Experimenten             entdeckte            er,     dass        durch
Magnesiumbisulfit gekochtes Holz einen brauchbaren Zellstoff liefert (nach Sandermann, 1996:
169). Eine Verbesserung des Verfahrens erreichte der deutsche Holzwirtschafts-Professor
Alexander Mitscherlich (1874) durch den Einsatz von Calicumsulfit und einem ausgeklügelten
Aufbau der Kochanlagen. Beruhend darauf, wird in Deutschland auch heute fast ausschließlich
Zellstoff nach dem Sulfitverfahren hergestellt (eine Ausnahme ist ein neu entstandenes Zellulose-
Werk in Stendal, das unter dem Punkt: „6.6. Außergewöhnliche Lösungen“ beschreiben wird),
während in anderen Ländern hauptsächlich das 1884 von Carl F. Dahl erfundene Sulfatverfahren
eingesetzt              wird.            Dies           stellt           eine
Weiterentwicklung zur Sulfitanwendung dar, da
das in beiden Prozessen verloren gehende
Natriumhydroxid nicht wie beim Sulfitverfahren
wieder zugesetzt, sondern durch das billigere
Natriumsulfat             (deswegen             auch        der       Name
„Sulfatverfahren“) ausgeglichen werden kann.
Warum also das Sulfitverfahren beibehalten?
Dieses eignet sich vor allem für Fichten, welche
in Deutschland einen nicht unerheblichen Anteil                                                                                   Quelle: VDP

am Wald haben, das Sulfatverfahren kommt hingegen bei Harz reichen Bäumen, wie der Kiefer

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(in Nordamerika oder Skandinavien) zum Einsatz. Mit der Erschließung dieser beider Verfahren
hatte sich Holz als Rohstoff für die Zellstoff- und damit auch für die Papierindustrie durchgesetzt.
Bis Mitte des 20. Jahrhundert galten nur Nadelbäume als einzig interessant für
Zellstoffherstellung. Forschungsergebnisse zeigten aber, dass auch Laubbäume hervorragende
Eigenschaften             besitzen.          Verknappung               der       Nadelhölzer            sowie        verbesserte           chemische
Aufschlussverfahren, wie das so genannte Kaltnatronverfahren (Hentschel, 1966: 243),
erschlossen die Verwendung von Laubhölzern. Auch wurde beispielsweise die Ausbeute des
Zellstoffs durch Einführung des SCMP-Verfahrens („Sulfit-Chemical-Mechanic-Pulp“) wie es
Sandermann (1996: 195ff) beschreibt, von anfänglich rund 60 Prozent des eingesetzten Holzes
auf bis zu 90 Prozent gesteigert. Eine weitere Verbesserung sind die CTMP-Anlagen („Chemo-
Thermo-Mechanical Pulp“ – das Verfahren liefert eine Faser mit höherer Festigkeit und Weiße),
die erste ging 1979 in Schweden in Betrieb- durch den Einsatz eines Refiners (einer
Aufschlagmahleinrichtung) wird das chemisch behandelte Holz nochmals zerkleinert. Diese
Mahlvorrichtungen kommen auch beim TMP-Verfahren („Thermo-Mechanical Pulp“ – im
Vergleich zum reinen Holzschliff sind die Fasern länger und gebündelt, beim Holzschliff bleiben
die Fasern härter) zum Einsatz.
Dabei werden Hackschnitzel, zum Beispiel aus Sägewerksabfall, bei Überdruck gekocht,
anschließend im Refiner gemahlen und müssen nicht einem chemischen Aufschlussverfahren –
dafür einem sehr hohen Energie fordernden Prozess - unterzogen werden. Moderne TMP-
Anlagen können Holzstoffe erzeugen, die in ihrer Qualität Zellstoff teilweise oder sogar voll
ersetzen können (nach Sandermann, 1996: 17). Neben verschiedenen Holzsorten kommen
inzwischen auch unterschiedliche Ein-Jahres-Pflanzen, wie Weizen-, Hafer- oder Roggenstroh,
zur Verarbeitung. Eine Einschätzung welche Bandbreite bei den einzelnen Verfahren umfasst,
mögen die Eintragungen (auch wenn natürlich nicht alle technisch umgesetzt sind) im Deutschen
Patent und Markenamt in München erlauben: So sind bei den SCMP-Anlagen „nur“ 37 Patente,
bei den CTMP-Verfahren schon 600 Patente und bei den TMP-Verfahren 2259 Patente
angemeldet.
Ein nächster wichtiger Schritt ist die Bleiche, in der das im Stoff verbliebene Restlignin entfernt
wird. Das Bleichen beinhaltet eine ganze Reihe von Anwendungen und wird in unterschiedlichen
Systemen angewendet, „klassisch“ ist die Verfahrensweise Chlorierung, alkalische Extraktion,
Hydrochloritbleiche, Chlordioxidbleiche und Peroxidbleiche (Hentschel, 1966: 395). Zunehmen
verzichtet man aber auf den Einsatz elementaren Chlors (im Handel unter der Bezeichnung

                                                                             8
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                                                                                                                                   Ergonomie
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„chlorfrei“          gekennzeichnetes                 Papier),        dafür        werden          zunehmend              Chlordioxid,             Ozon,
Stickstofftetroxid sowie Wasserstoffperoxid (bei stark holzhaltigen Papier oder Altpapier)
eingesetzt. Auch wird immer mehr Sauerstoff zur Bleiche eingesetzt, was zu einer Reduzierung
organischer Chlorverbindungen im Abwasser führt. Der Großteil des in Deutschland verwendet
Holz- bzw. Zellstoffs wird importiert.
Was geschieht mit dem Lignin? Je nach Holzart und der darin enthaltenen Menge des Stoffs
können verschiedene Öle abgespalten werden, so z. B. bei der Kiefer das Sulfaterpentinöl sowie
das so genannte Tallöl. Nach weiteren Fraktionierungen entstehen Fett- und Harzsäuren, die bei
der Herstellung von Papierleimen Verwendung finden. Fettsäuren werden nach der Veresterung
zu Lacken und Farben verarbeitet. Sulfatterpentinöl dient zur Synthese von Insektiziden und
Fungiziden (Sandermann, 1996: 184).


6.2.5. Altpapier als Alternative


Ein weiterer Rohstoff der Papierproduktion ist in zunehmendem Maße das Altpapier. Doch seine
Qualität ist so unterschiedlich, dass sich die europäischen Verbände der Papierindustrie auf
insgesamt 47 unterschiedliche Sorten – je nach Weiterverarbeitung und Einsatzmöglichkeit –
verständigt haben. Eine Liste des Verbandes
Deutscher              Papierindustrie                gibt         eine
Übersicht. Die Idee gebrauchtes Papier
wieder zu verwenden ist nicht neu, schon
1366 erließ man in Venedig ein Edikt über
die Weiterverarbeitung des Altpapiers in den
eignen Mühlen. Justus Claproth erfand 1774
eine Technik Druckfarbe wieder aus dem
Papier zu lösen. Claproth befürchtete, dass
auf Grund der Mode Seide und Wollstoff als                                                                                           Quelle: VDP

Bekleidung zu verwenden, eine baldige
Knappheit            von        Lumpen            und        Hadern.
Außerdem könne man „unbrauchbare gedruckte Sachen“ (Justus Claproth, zit. nach Sandermann
1996: 222) wieder einem sinnvollen Zweck zuführen. Etwa um 1850 betrug der Einsatz von
Altpapier in den USA und Großbritannien rund 20 Prozent, Deutschland folgte erst um 1900, da

                                                                             9
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                                                                                                                                   Ergonomie
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durch die chemischen Verfahren genügend Zellstoff zur Verfügung stand. Die größte
Schwierigkeit beim Einsatz von Altpapier ist der Prozess des „De-Inkings“, der Entfernung der
Druckfarbe3. Erst um 1950 gelang mit dem „Floating-De-Inking“-Verfahren (mit dem Verfahren
werden hauptsächlich Papier für die grafische Verwendung erzeugt, für die Aufbereitung für
Hygienepapier wird das Wasch-De-Inking-Verfahren verwendet, siehe dazu Punkt 6.4.ff) eine
technische und ökonomische Erfindung, die der Nutzung des Rohstoffs zum Durchbruch verhalf.
Altpapier          wird       dabei        bei      etwa       60      Grad        Celsius         mit       Natronlauge,            Natronwasser,
Wasserstoffperoxid, Komplexbildnern zur Bindung von Schwermetallen aus den Farben sowie
Tensiden (Schaumbildnern) behandelt. Die Fasern werden so komplett aufgespaltet, die
Fremdstoffe spülen auf und können abgeschöpft werden. Dieser Prozess läuft in verschiedenen
Stufen ab und kann darüber hinaus auch noch das Bleichen stark Holzschliff enthaltendes Papier
miteinschließen. Ein 1970 in der Schweiz entwickeltes Verfahren belässt hingegen die
Druckfarbe im Papier und verteilt diese mechanisch in der Suspension. Das so entstehende Papier
ist zwar nicht weiß, sondern gleichmäßig hellgrau, doch werden keine Chemikalien und deutlich
weniger Wasser benötigt. Zudem fällt so gut wie kein Abfall (z. B. der Druckfarbeschlamm) an.
Neuere Entwicklungen versuchen mit Hilfe von Enzymen (so mit der „Zellulase“) die Fasern zu
„sortieren“, um sie anschließen mechanisch zu trennen. Die Methode wurde 1995 in den USA
entwickelt. Die Altpapierquote in Deutschland, die das Einsatzverhältnis zwischen Neu- und
Altpapier beschreibt, steigt seit den 80-er Jahren kontinuierlich an und liegt heute bei rund 65
Prozent (Verband Deutscher Papierfabriken, VDP, 2004).
Allerdings lässt sich Altpapier nicht unendlich wieder aufbereiten. Etwa nach fünf bis sieben
Durchgängen ist die Faserlänge so kurz, dass sich keine neuen Wasserstoff-Brücken-Bindungen
mehr aufbauen können. So muss trotzdem immer wieder Restpapier aus Frischzellstoff in den
Kreislauf miteingebracht werden. Zudem muss bei Recyclingpapier auf die Mischung mit
Neupapier geachtet werden: grafische oder Spezialpapiere benötigen beispielsweise eine
besondere Reinheit und können nicht ohne weiteres durch Altpapier ersetzt werden. Lange Zeit
war auch die Lebensdauer des Recyclingpapiers geringer als die von Papier aus Frischzellen, laut
der Bundesanstalt für Materialprüfung lag diese bei nur wenigen Jahrzehnten (Sandermann,
1996: 230). Bei Zeitungen ist dies sicherlich unerheblich, doch Dokumente sollten länger
lagerbar sein. Inzwischen hat sich die Qualität des aus Altpapier hergestellten Materials deutlich


3
 „Ink“ bezeichnet dabei die Druckfarbe und nicht die Tinte, die sich durch Chlor eliminieren lässt. Druckfarbe hingegen basiert
auf Pigmenten und einer Firnis, deren Entfernung neue Verfahren verlangte (Sandermann, 1996: 223).

                                                                            10
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                                                                                                                                   Ergonomie
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verbessert. So garantiert das Umweltzeichen „Der Blaue Engel“ (vergeben vom RAL Deutsches
Institut für Gütesicherung und Kennzeichnung)4 für damit gekennzeichnete Papiere eine
Lagerfähigkeit von mehr als 100 Jahre.


6.2.6. Die Technik der Papierherstellung


Ob Holzschliff, Zellstoff oder Altpapier: Die Papierwerke können ganz unterschiedlich aufgebaut
sein, je nach dem ob sie selbst den Halbstoff herstellen oder von außen anliefern lassen. Fabriken,
die Halbstoffe herstellen und diese gleich zur Papierherstellung weiterverwenden, heißen
integrierte Werke. Mehr und mehr Unternehmen beziehen Halbstoff allerdings trocken, vor allem
aus Skandinavien, Nordamerika und Brasilien. Beiden Fabriktypen ist gemeinsam, dass, bevor
die Suspension, die (Maschinen)Bütte erreicht, sie noch mehrmals gemahlen und mit Hilfsstoffen
versetzt wird. In den Mahlvorgängen kann entschieden werden, für welchen Zweck das Papier
verwendet werden soll – auf den komplexen Zusammenhang zwischen Mahlen, Baumart und
Papiereigenschaft ist schon früher verwiesen worden. So eignen sich wenig gequetschte Fasern
zu Herstellung voluminöser, saugfähige, stark gequetschte und fibrillierter („stark aufgefasert“)
Fasern zur Herstellung harter bzw. fester Papiere. In diesem Stadium befinden sich etwa drei bis
acht Prozent des Cellulosestoffs in Lösung. Der, nach Zusatz der Hilfsstoffe, zur Schöpfung
fertige Ganzstoff, wird schließlich auf einen Feststoffgehalt von 0,2 bis 1,5 Prozent verdünnt
(nach Kühn, 1986: 161).
Mit den Hilfsstoffen wird das Papier für bestimmte Aufgaben vorbereitet, so zum Beispiel die
Bedruckbarkeit, Aufnahmevermögen für Farbe oder die Opazität (Durchsichtigkeit) beeinflusst
wird. Diese Stoffe (vor allem Silikate, kieselsaure Salze, Sulfate, Karbonate, Oxide und Sulfide)
lagern sich auf der Oberfläche der Papiere zwischen die Cellulosefasern ein und entfalten dort
ihre beabsichtigte Wirkung. Einer der wichtigsten Stoffe, der schon im alten China bekannt war,
ist das Kaolin (kieselsaure Tonerde), das dem Papier Glätte und Glanz verleiht, sowie
verschiedene Oxide, die das Papier weißen. Ein viel verbreiteter Stoff ist auch das
Calciumcarbonat.


4
  Der Blaue Engel wurde 1977 für die für Umweltschutz zuständigen Minister des Bundes und der Länder eingeführt. Ziel war
eine Einkaufshilfe für Verbraucher. Die für Papier und Kartons vergebenen Siegel beziehen sich auf Hygiene-, grafische
Recycling-, Tapeten-, Recyclingkartons und Zeitungspapiere und den darin enthaltenen Altpapieranteil. Darüber hinaus müssen
auch Anforderung z. B. des Bundesgesundheitsamtes (bei Hygienepapieren die Empfehlung XXXVI zu Inhaltsstoffen), der
Gefahrstoffverordnung oder technische DIN-Vorschriften (z. B. bei Kopierern) eingehalten werden (nach Göttsching,/Katz, 1999:
Bd. 1, 166)

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                                                                                                                                   Ergonomie
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Auch können Mineralfasern für eine hohe Stabilität eingelagert oder durch Pigmente farbiges
Papier erzeugt werden. Eine Übersicht über die Arten von Füllstoffen enthalten chemische
Handbücher, so u. a. bei Hentschel (1966: 95ff). Um Papier zu veredeln werden darüber hinaus
verschiedenste Leimstoffe eingesetzt. Sie sollen die Quelleigenschaften der Cellulose
unterbinden, das Papier so beschreibfähig machen. Der Leim kann tierischen (Knochen),
pflanzlichen (Wachs, Harz), mineralischen (Montanwachs) oder synthetischen (Parafin)
Ursprungs sein. Die Idee der Verleimung ist alt: Schon seit dem Beginn der Papierherstellung
wurde der Suspension Leim zugegeben, um auf ihm schreiben zu können. Genau das Gegenteil
ist bei der Herstellung von Hygiene-Papieren gefragt, die natürlich nicht verleimt werden, um
eine möglichst hohe Saugfähigkeit zu erhalten. Ein weiterer wichtiger Hilfsstoff, vor allem wenn
es darum geht dem Papier eine hohe Stabilität zu geben, ist die Stärke. Aber auch als
Pigmentbindemittel lässt sich die Stärke einsetzen.
Vor dem Industriezeitalter tauchte nun der Schöpfgeselle seinen Rahmen in die Suspension.
Obwohl es schon zu dessen Zeiten zu Rationalisierungen im Betriebsablauf kam, kam der
Durchbruch bei der Papierherstellung mit der Einführung der Papiermaschinen Endes des 18. und
Anfang des 19. Jahrhunderts. Damit ist der Name Louis-Nicolas Robert verbunden der 1798/99
ein Patent für eine von ihm entwickelte Maschine bekam. Das Prinzip ist einfach: Ein laufendes
Sieb schöpft aus der Bütte eine endlose Papierbahn. Das Wasser läuft ab und zwei Pressen
drücken Wasserrückstände ab. Schüttelbewegungen erleichtern den Fasern sich längs der
Laufrichtung anzuordnen. Der „diskontinuierliche“ Vorgang des Schöpfens war zu einem
„kontinuierlichen“ Siebvorgang (Kühn, 1986: 111), aufgeteilt in eine Nass- bzw. Sieb-, einer
Press- und einer Trockenmaschinenpartie, umgewandelt worden. Roberts Erfindung wurde
Langsiebmaschine genannt, auf deren Prinzip (fast) alle Papiermaschinen heute (etwa 80 Prozent
der Papiererzeugnisse – ein Exemplar der Maschine zeigt die Papierabteilung im Deutschen
Museum München) noch arbeiten. Die erste für industrielle Zwecke funktionsfähige Maschine
arbeitete ab 1804 in England, auf dem Kontinent gingen die erste Maschine 1817 in Dillingen
und Berlin in Betrieb. 1825 erfanden John und Christopher Phipps die Rundsiebmaschine, bei der
die Suspension auf ein rundes, sich drehendes Sieb aufläuft. Während mit der Langsiebmaschine
heute vor allem beispielsweise Zeitungspapier hergestellt wird, hat sich die Rundsiebmaschine
zur Herstellung von Pappe und Verpackung durchgesetzt.




                                                                            12
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                                                                                                                                   Ergonomie
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6.2.7. Die Papierherstellung nimmt Fahrt auf


In den folgenden Jahren nach der Einführung wurde in erster Linie versucht, die
Schöpfgeschwindigkeit zu erhöhen. Lag diese 1850 noch bei drei bis 20 Meter pro Minute (bei
einer Breite von bis zu 1,5 Metern) steigerte sich die Geschwindigkeit um 1900 bis 120 Meter pro
Minute (Breite 2,6 Meter). Moderne Maschinen können eine Geschwindigkeit von 900 Metern
pro Minute (54 km/h) über 2000 Meter pro Minute (120 km/h) bei einer Breite von sieben bis
neun Metern erreichen. Es dauert heute ungefähr 30 Sekunden, bis aus der Fasersuspension
rollbares Papier aus der im Normafall rund 150 Meter langen Maschine läuft. Die Länge einer
Papierrolle variiert Sorten abhängig zwischen 20 und 60 Kilometer, die Rollen können bis zu 15
Tonnen wiegen.
Die konkrete Konstruktion einzelnen Partien einer Langsiebmaschine können je nach Papiersorte
                                                                            (schon 1985 wurden über 4000 verschiedene
                                                                            Papiersorten auf dem Weltmarkt angeboten; die
                                                                            gebräuchlichste Einteilung ist die nach dem
                                                                            Verwendungszweck, Bayerl/Pichol, 1986: 120ff)
                                                                            sehr unterschiedlich sein, dass zugrunde liegende
                                                                            Schema ist aber immer gleich. Dies beginnt beim
                                                                            Stoffauflauf, bei dem die Suspension, um
                                                                            Faserballungen zu vermeiden, gleichmäßig über
                                                                            die       gesamte            Arbeitsbreite             der       Maschine
                                        Quelle: Papierzentrum.de            aufgespritzt wird. Die umlaufende Bahn aus
Metall- und Kunststoffgewebe der Siebpartie lässt die Papierbahn entstehen, indem sich die
Fasern auf dem Sieb ablagern und das Wasser durch die Maschine abläuft. Dieses Ablaufen wird
durch verschiedene Registerwalzen (so genannten „Foils“) oder Unterdrucksysteme unterstützt.
Bevor das Vlies die Presspartie erreicht sind schon etwa 95 Prozent des Wasseranteils entzogen,
dass nun wieder zur Verdünnung am Anfang des Kreislaufs eingesetzt werden kann. In der Regel
orientiert sich die Fasern in Längsrichtung des Stofflaufs, was bei der Weiterverarbeitung zu
beachten ist. So müssen beispielsweise bei Büchern die Fasern jeder einzelnen Seite
gleichgerichtet sein, da ansonsten – Papier „arbeitet“ je nach Luftfeuchtigkeit – sich
gegeneinander dehnen und reißen können. Im Pressbereich wird die Papierbahn weiter
entwässert, auf einem Filztuch durchläuft sie verschiedene Walzenanlagen, deren Anzahl

                                                                            13
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                                                                                                                                   Ergonomie
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ebenfalls durch die Papiersorte bestimmt wird. Eine technische Weiterentwicklung, die
Saugbahnüberführung („Pick up“ genannt – durch eine Vakuumwalze wird die Papierbahn aus
der Siebpartie übernommen), ermöglicht heute die hohen Bahngeschwindigkeiten, da der
Übergang vom Gautschen zum Pressen besonders Zeit intensiv und störungsanfällig war.
Allerdings ist es entscheidend, schon hier möglichst viel weiteres Wasser zu entziehen, damit in
der beheizten Trockenpartie nicht soviel Energie zum Endtrocknen verbraucht wird. Dem Papier
sind am Ende der Pressstraße rund 50 Prozent des Wassers entzogen. Nur noch etwa fünf Prozent
Restfeuchte bleiben am Ende der anschließenden Trockenpartie übrig, beheizte Zylinder lassen
weiteres Wasser aus dem Papier verdunsten. Bevor die Papierbahn auf den so genannten
Tambour aufgerollt werden kann, muss sie die Schlussgruppe der Maschine durchlaufen. Zum
einen wird hier das nun auf etwa 80 Grad Celsius aufgeheizte Papier abgekühlt, zum anderen
kann das Papier durch verschiedene Anlagen noch veredelt, zurechtgeschnitten und verpackt,
„ausgerüstet“ in der Fachsprache, werden.
Durch ihre Eigenschaft, den Raumwasserdampf sowohl durch die Cellulose als auch durch die
Räume zwischen den Fasern aufnehmen zu können (Hygroskopie), muss, um später ohne
Probleme mit dem Papier weiter arbeiten zu können, die Papierbahn ausgerüstet werden. Bei
diesem Prozess versucht man die hygroskopen Eigenschaften der Faserverbände so weit wie
möglich zu kontrollieren. Die Einwirkungen richten sich nach Faserart, Mahlzustand der Fasern,
Füllstoffanteil, Flächenmasse, relativer Luftfeuchtigkeit und Temperatur der Umgebung sowie
dem Zweck der Weiterverarbeitung. Dafür ist es ebenfalls wichtig am Ende des Trocknungs- und
Ausrüstungsprozesses das Verhältnis zwischen trocknem und feuchtem Anteil im Papier zu
bestimmen. Papier heißt am Ende lufttrocken („lutro“ – im Gegensatz zu „otro“, bzw. veraltet
„atro“, was offen trocken, bzw. absolut trocken als Maß für vollständig durchgetrocknetes
Papier bedeutet), bei einem Anteil von normaler weiser 90 Prozent Trockengehalt und 10 Prozent
Restfeuchte (in der Fachsprache: lutro 90:10) (Papierschule Gernsbach, o. Datum: 20ff). Auch
Zellstoff wird, wenn er nicht direkt vor Ort verbraucht wird, normalerweise lutro 90:10 an die
weiterverarbeitende Industrie geliefert.


6.2.8. Papier wird veredelt


Als eine der wichtigsten Veredelungen gilt, neben dem Glätten, das Streichen, dass im
industriellen Maßstab gegen Ende des 19. Jahrhunderts aufkam. Die Streichmasse, bestehend aus

                                                                            14
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                                                                                                                                   Ergonomie
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Pigmenten, Leim oder/und Bindemittel, sie erleichtert das Bedrucken des Papiers oder
imprägniert es. Dabei können bis zu 20 Gramm Streichmasse pro Quadratmeter aufgebracht
                                                       werden; man spricht dann vom Kunstdruckpapier5. Bei dem
                                                       normalerweise im Drucker oder Kopierer eingesetztem
                                                       gestrichenem               Papier         langen          meistens           fünf        Gramm
                                                       Streichmasse pro Quadratmeter. Selbst für den direkten
                                                       Kontakt mit Lebensmittel (z. B. als Etikett) können Papiere
                                                       gestrichen            und        so       haltbar          gemacht            werden.           Bei
                                                       Hygienepapieren hingegen wird meist auf Leimen und
                                                       Streichen ganz verzichtet, da für das Papier besondere
Vorschriften gelten (z. B. im Lebensmittelgesetz), außerdem muss diese Papiersorte besonders
Aufnahmefähig sein, die Prozedur des Veredelns hätte negative Folgen. Ebenso das Glätten.
Dieses wiederum verleiht grafischen Papieren ihren Glanz Dazu wird die Papierbahn über den
Kalander geführt, indem mehrere Hartgusswalzen auf die Bahn einwirken. Wie glänzend das
Papier am Ende sein soll, entscheidet der Verwendungszweck, normale Schreibpapiere sind in
ihrer Optik matt, Tiefdruckpapier, die vor allem im Illustriertendruck Verwendung finden,
müssen sehr stark glänzen, damit Farbbilder dementsprechend zur Geltung kommen. Am Ende
des Gesamtprozesses steht das Schneiden und Verpacken.
Moderne Anlagen werden Computer überwacht und können selbst kleinste schadhafte Stellen in
der Papierbahn erkennen. Der Abnehmer bestimmt auch hier die Art und weise der Verpackung –
ob in Paketen oder, wie im Fall der Druckindustrie, auf großen Rollen. Quer zur Laufrichtung
verlaufende Messer schneiden die Papierbahn in die gewünschten (DIN-)
Formate, das größte ist dabei das DIN-A0 „Oversize“ mit einer Kantenlänge von 882 x 1247
Millimetern, alle Formate darüber werden vom Fachmann „Bogen“ genannt. Die Normen gelten
in Deutschland im Geschäftsleben seit 1938. Die Idee Papiergrößen zu normieren ist allerdings
nicht neu. Ein geschichtliches Dokument ist eine Marmorplatte aus Bologna, der die „Statuti del
Populo“, die schon 1389 einige Papierformate festlegte.




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 Das Kunstdruckpapier wurde von dem Papierhersteller Adolf Scheufelen, Oberlenningen (Baden-Württemberg, Landkreis
Esslingen), 1892 erfunden. Das Unternehmen, das nach wie vor eigenständig arbeitet, existiert heute noch und gilt als einer der
Marktführer für gestrichenes Papier für hochwertige Drucke, welches sogar im Vatikan verwendet wird. Die Homepage des
Unternehmens gibt Auskunft über Geschichte und Papiersorten.

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