3.

Maschinelle Papierherstellung

Die Grundschritte bei der maschinellen Papierherstellung sind im Prinzip identisch mit denen bei der manuellen Herstellung von Papier. Trotzdem ist der technische Ablauf der maschinellen Produktion wesentlich komplexer. Bei der maschinellen Papierherstellung wird im ersten Arbeitsschritt der Rohstoff aufbereitet. Die bei der modernen Papierherstellung hauptsächlich verwendeten Materialien sind Baumwoll- und Leinenhadern und Holzpulpe. Mehr als 95 Prozent des Papiers werden heutzutage aus Cellulose hergestellt – letztere gewinnt man u. a. aus Holz. Für die billigsten Papiersorten, wie z. B. Zeitungspapier, wird nur Holzpulpe verwendet. Für bessere Sorten nutzt man chemisch aufbereitete Holzpulpe oder eine Mischung aus Pulpe und Hadern (Stoffreste oder Lumpen). Qualitativ hochwertige Papiere, wie z. B. Dokumentenpapiere von normaler Qualität, werden ausschließlich aus Hadern hergestellt.

Zuerst befreit man die Hadern mechanisch von Staub und Fremdkörpern. Nach dieser Reinigung werden die Hadern in einem großen rotierenden Boiler gekocht. Bei diesem Prozess behandelt man die Hadern mehrere Stunden lang unter Dampfdruck mit Kalk. Der Kalk verbindet sich mit Fetten und anderen Verunreinigungen in den Hadern und bildet nichtlösliche Seifen, die sich in einem späteren Arbeitsschritt auswaschen lassen. Gleichzeitig überführt der Kalk enthaltene Farbstoffe in farblose Verbindungen. Die so behandelten Hadern gelangen anschließend in einen speziellen Reißwolf. Dieser besteht aus einem längs geteilten Behälter. In einer Hälfte des Behälters rotiert ein mit Messern besetzter horizontal liegender Zylinder mit hoher Drehzahl. Die Messer laufen dabei in der Nähe des ebenfalls mit Messern besetzten Bodens des Behälters. Die Mischung aus Hadern und Wasser strömt zwischen dem Zylinder und dem Behälterboden hindurch, wobei die Hadern zerkleinert werden. In der zweiten Hälfte des Behälters befindet sich ein Waschzylinder, der mit einem feinen Sieb umgeben ist. Dieser Zylinder ist so angebracht, dass er Wasser aus dem Behälter ableitet und die Hadern und Fasern zurückhält. Während die Mischung aus Hadern und Wasser durch den Reißwolf fließt, wird der Schmutz entfernt, und die Hadern werden so stark aufgeweicht, bis sie sich schließlich in einzelne Fasern auflösen. Das dabei sich bildende Halbzeug wird dann durch eine oder mehrere ähnliche Vorrichtungen geschickt, in denen die Fasern noch weiter aufbrechen. Im Verlaufe dieser Vorgänge gibt man Farbstoffe, Bindemittel wie Kolophonium (Terpentinharz, Geigenharz) oder Leim und Füllstoffe wie Calciumsulfat oder Kaolin zu dem Faserbrei. Diese Stoffe verleihen dem fertigen Produkt Gewicht und Volumen.

Holz lässt sich auf zwei verschiedene Arten zur Papierherstellung aufbereiten. Bei einem Verfahren werden große Holzstücke gegen einen schnell rotierenden Schleifstein gedrückt, der Fasern abreibt. Die durch dieses Verfahren gewonnenen Fasern sind kurz und können nur für die Herstellung von billigem Zeitungspapier oder als Beimischung, zusammen mit anderen Arten von Holzfasern, für die Produktion von hochwertigem Papier verwendet werden.

1.

Bleichverfahren

Der sich bildende Faserbrei, die Pulpe ist mehr oder weniger gelb bis braun gefärbt – dies hängt mit den Inhaltsstoffen im Holz, wie z. B. Lignin, zusammen. Lignin ist ein Naturstoff, der das Papier intensiv braun färbt und so die optischen Eigenschaften schmälert. Lignin ist wasserunlöslich, lässt sich aber durch ein chemisches Verfahren, das Bleichen, in eine wasserlösliche Form überführen, die man dann aus der Pulpe auswaschen kann. Bei verschiedenen Bleichverfahren werden Holzschnitzel mit chemischen Hilfsmitteln behandelt, die Harze und Lignin aus dem Holz entfernen und reine Cellulosefasern zurücklassen. Das älteste dieser Verfahren ist das Sodaverfahren, das 1851 eingeführt wurde und eine Natriumhydroxidlösung als Lösemittel verwendet. Das Holz wird in dieser Lösung unter Dampfdruck gekocht.

Ein lange Zeit übliches Bleichverfahren war die umweltbelastende Chlorbleiche. Die dabei anfallenden Abwässer enthielten gewisse Mengen an schwer abbaubaren chlorierten Kohlenwasserstoffen. Um die bei der Papierherstellung enormen Abwassermengen zu begrenzen, ging man zu Verfahren in geschlossenen Wasserkreisläufen über. Außerdem gelang es durch diese Verfahrensweise, die Belastung der Gewässer mit Chlorkohlenwasserstoffen zu reduzieren. Heutzutage ist die Chlorbleiche in vielen Fällen auch durch andere, umweltverträglichere Verfahren, wie beispielsweise der Sauerstoffbleiche, ersetzt worden. Andere moderne Verfahren arbeiten mit Ozon oder Wasserstoffperoxid als Bleichmittel. Bei einem besonderen, jüngst entwickelten Peroxidverfahren kommt ein spezieller Katalysator zum Einsatz, der das Peroxid im alkalischen Milieu schon bei niedrigen Temperaturen aktiviert. Dadurch wird zum einen die Zerstörung der Kohlenhydrate im Zellstoff vermieden und zum anderen sind sehr gute Bleichergebnisse möglich.

Ein sich noch in der technischen Entwicklung befindendes Bleichverfahren nutzt eine elektrochemische Oxidation. Hierbei wird dem Faserbrei Violursäure, ein Abkömmling der Barbitursäure, zugesetzt, die das Lignin elektrolytisch oxidiert, wenn man zwei Elektroden in die Mischung taucht und eine elektrische Spannung anlegt. Vorteile dieser Methode sind zum einen die gute Umweltverträglichkeit und zum anderen die katalytische Wirkung der Violursäure: Sie ist nach Abschluss des Prozesses noch größtenteils vorhanden.

2.

Altpapierverwertung

Ein wichtiger Aspekt bei der Papierherstellung ist die Verwendung von Altpapier. So wurden beispielsweise 1995 etwa 56 Prozent des in Deutschland hergestellten Papiers (knapp 15 Millionen Tonnen) aus Altpapier gewonnen. In Europa ist Deutschland einer der größten Papierhersteller. Das Altpapier wird zunächst mit Wasser behandelt und anschließend in mehreren Wasch- und Reinigungsverfahren von Druckfarben und Füllstoffen getrennt. In der Papierindustrie fasst man diese Verfahren auch unter dem technischen Stichwort De-Inking-Prozess zusammen. Der dabei entstehende Faserbrei gelangt anschließend in die Weiterverarbeitung. Altpapier kommt vor allem zur Herstellung von Verpackungen, Zeitungspapier und Hygienepapier zum Einsatz.

3.

Papiermaschine

Die eigentliche Papierentstehung erfolgt in der Papiermaschine, die aus mehreren Einzelelementen besteht. Im Kern dieser Maschine stehen der Stoffauflauf, die Siebpartie, die Pressenpartie, die Trockenpartie mit anschließender Kühlung, das Glättwerk und die Aufrollung. Die fertig gemischte Papierpulpe wird zunächst im Stoffauflauf mit den so genannten Brustwalzen auf ein Förderband gegeben. Eine flache Wanne unter dem Band fängt einen großen Teil des abtropfenden Wassers auf. Dieses Wasser setzt man in einem kontinuierlichen Prozess der Pulpe wieder zu, um die darin noch enthaltenen Fasern zu nutzen. Die Ausbreitung der nassen Pulpe auf dem Band nach beiden Seiten wird durch Gummibänder begrenzt, die auf beiden Seiten des Bandes mitlaufen. Saugpumpen unter dem Band beschleunigen die Trocknung des Papiers. In der unmittelbar anschließenden Siebpartie wird das Band quer zur Laufrichtung gerüttelt, um das Verfilzen der Fasern zu unterstützen. Während das Papier über das Band läuft, bewegt es sich unter einem rotierenden Zylinder (Eggoutteur; Vorpresswalze) hindurch. Die Oberfläche dieses Zylinders ist mit Drahtgeflecht oder einzelnen Drähten bedeckt, die dem Papier ein Velinmuster oder eine Egouttierrippung aufdrücken. Bei einigen Modellen enthält die Zylinderoberfläche zusätzlich Wörter oder Muster aus Draht, die in das Papier eingedrückt werden und als Wasserzeichen erscheinen. Wasserzeichen geben Auskunft über die Papierqualität und den Hersteller. Bei handgeschöpften Papieren befinden sich die Muster der Wasserzeichen auf der Oberfläche des Siebes.

In der Pressenpartie führt man das Rohprodukt zunächst zwischen zwei mit Filz (so genannte Nassfilze) bespannten Gautschwalzen aus Stahl, Granit oder Hartgummi hindurch. Diese Rollen pressen Wasser aus dem Papiergewebe und verfestigen die Fasern so weit, dass die Papierbahn stark genug ist, um ohne die Unterstützung des Förderbandes weiter durch die Maschine zu laufen. Die Funktion der Walzen ist im Prinzip die gleiche, wie die der Filze beim Gautschen handgeschöpfter Papiere. Von diesen Gautschwalzen gelangt das Papier weiter auf glatte Metall- oder auch Presswalzen. Hier wird das Papier beidseitig vorgeglättet und ist danach vollständig ausgeformt.

In der Trockenpartie wird das Papier über eine Reihe beheizter Walzen geführt. Die gesamte Trockenpartie ist bei den meisten Maschinenausführungen durch eine Trockenhaube abgekapselt. Diese lässt sich mit Heißluft beheizen. Im nächsten Arbeitsschritt wird das Papier zwischen glatten Kühlwalzen wieder abgekühlt und anschließend im Glättwerk gepresst, wobei die so genannte maschinenglatte Oberfläche entsteht.

In der darauf folgenden Aufrollung schneiden Rotationsmesser das Papier in längere Abschnitte, die dann auf einen Stahlkern (den so genannten Tambour) gewickelt werden. Mit dem Schneiden ist die Papierherstellung im Prinzip abgeschlossen. Ein Teil des Papiers bleibt auf der Rolle und wird später für Zeitungs-Rotationsdruckmaschinen oder Rollenoffsetdruck verwendet.

Papiere für besondere Zwecke werden zusätzlich noch weiterbehandelt. Superkalandriertes Papier wird ein zweites Mal unter großem Druck zwischen einer Metallwalze und einer papierbespannten Walze gepresst. Beschichtetes Papier, wie z. B. für feine Halbtonreproduktionen, wird mit Ton oder Leim geleimt und kalandriert.