Sitzungsthema Der Werkstoff Papier

--- tags: Klassifikation und Verwendung von Werkstoffen title: Sitzungsthema Der Werkstoff Papier description: ... image: set note default image (for link preview) robots: noindex, nofollow lang: de slideOptions: parallaxBackgroundImage: 'https://www.papierindustrie.de/fileadmin/0002-PAPIERINDUSTRIE/00_Bilder/06_Publikationen/PKM/banner/Banner1-300x600px-2-1.gif' parallaxBackgroundSize: '300px 600px' # Transition style for full page slide backgrounds: none/fade/slide/convex/concave/zoom # Number of pixels to move the parallax background per slide # - Calculated automatically unless specified # - Set to 0 to disable movement along an axis parallaxBackgroundHorizontal: 150 parallaxBackgroundVertical: 150 backgroundTransition: 'fade' # transition options: none/fade/slide/convex/concave/zoom transition: slide # Display a presentation progress bar progress: true # Display the page number of the current slide slideNumber: false # Enable the slide overview mode overview: true spotlight: enabled: true ---    <div style="float: left;"> <img src="https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Logo_Werken_Grundschule.svg" alt="Logo Werken Grundschule" width="190" /> </div> # Seminar: Klassifikation und Verwendung von Werkstoffen ## Sitzung: Der Werkstoff Papier > *Dr. Stefan Blumenthal* --- ## Ziele für heute: - [ ] Aneignung von Wissen über die Entstehungsgeschichte von Papier - [ ] Aneignung von Wissen über verschiedene Arten von Papier - [ ] Aneignung von Wissen über Anwendungsbereiche von Papier - [ ] Aneignung von Wissen über die Herstellung von Papier - [ ] Aneignung von Wissen über nachhaltige Papiernutzung --- Neben Holz spielt das Papier eine immense Rolle in unserem alltäglichen Leben. Höchste Zeit, sich genauer mit diesem Werkstoff zu befassen! Die heutige Sitzung bewegt sich zwischen... :::warning *„Zwar werde ich meine Gedanken zu Papier bringen, aber das ist ein unzulängliches Medium für die Mitteilung von Gefühlen.“* (Mary Shelley) ::: und... :::warning *„Nichts verscheuchte böse Träume schneller als das Rascheln von bedrucktem Papier.“* (Cornelia Funke) ::: --- # Definition :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Die nachfolgend aufgeführten Definitionen von Papier zeigen, dass sich hinter diesem Werkstoff eine Vielzahl von Typen verbergen. Notieren Sie die Gemeinsamkeiten der Definitionen. Wo sehen Sie Unterschiede? ::: > [name=Duden] [color=blue] „aus Pflanzenfasern (mit Stoff- und Papierresten) durch Verfilzen und Verleimen hergestelltes, zu einer dünnen, glatten Schicht gepresstes Material, das vorwiegend zum Beschreiben, Bedrucken oder zum Verpacken gebraucht wird.“ > [name=DIN 6735 Papier, Pappe und Faserstoffe] [color=red] „flächiger, im Wesentlichen aus Fasern pflanzlicher Herkunft bestehender Werkstoff, der durch Entwässerung auf dem Sieb gebildet wird. Dabei entsteht ein Faserfilz, der anschließend verdichtet und getrocknet wird.“ > [name=DIN 6735 Papier, Pappe und Faserstoffe] [color=green] „Als Papier bezeichnet man heute einen glatten, dünnflächigen, industriell gefertigten Werkstoff, der vorwiegend aus aufbereiteten Pflanzenfasern besteht.“ --- # Einteilung von Papier ## Einteilung nach Flächengewicht Abhängig vom Flächengewicht wird das flexible Papier vom steifen Karton und der schwereren, steifen Pappe unterschieden. Diese drei Materialien werden aus den gleichen Grundstoffen und im Prinzip auch nach der gleichen Fertigungsweise hergestellt. Sie unterscheiden sich nur in ihrem Gewicht: |Papier|Karton|Pappe| |:---:|:---:|:---:| |Flächengewicht bis 150 g/m²|Flächengewicht 250 g/m² bis 500 g/m²|Flächengewicht ab 600 g/m²| Die Masse (bzw. umgangssprachlich das Gewicht) von Papier wird meist flächenbezogen angegeben – konkret in Gramm pro Quadratmeter (g/m²). Neben dem Gewicht unterscheiden sich die Materialien noch nach ihrer Farbe (d.h. nach ihrem Weißgrad) und ihrer Lichtundurchlässgkeit. --- ## Einteilung nach Format <img src="https://i.imgur.com/lVvNioj.png" alt="Papierformate" height="380" style="float: right;" /> In Hinblick auf die Formate von Papieren ist man auf ein international einheitliches Maß bemüht. Nach ISO 216 ("Schreibpapier und bestimmte Gruppen von Drucksachen - Endformate - A- und B-Reihen und Kennzeichnung der Maschinenlaufrichtung") bzw. DIN 476-2 ("Papier-Endformate - C-Reihe") werden die 3 Reihen A, B und C unterschieden, die jeweils in elf Klassen unterteilt werden, welche nach absteigender Größe von 0 bis 10 durchnummeriert sind. Das Verhältnis zwischen Breite und Höhe ist bei allen Blattgrößen gleich: $\frac{1}{\sqrt {2}}$. Nur bei diesem Verhältnis bleibt durch mittiges Falten über die lange Seite ein nächstkleineres Blatt, das dem Ausgangsblatt geometrisch ähnlich ist. Die bekanntesten international genormten Papierformate sind diejenigen der A-Reihe nach DIN 476 Papierformat. In einigen Ländern wie den Vereinigten Staaten und Kanada werden andere Formate verwendet. <div style="clear: both"></div> |Format|Abmaße|Fläche|Nutzungsbeispiele| |---|---|---|---| |A0|841 × 1189|$1m^2$|Technische Zeichnungen, Poster, Filmplakate, Wahlplakate| |A1|594 × 841|$\frac{1}{2}m^2$|See-/Landkarten, Druckbogen, Aushang-Fahrpläne| |A2|420 × 594|$\frac{1}{4}m^2$|Zeichnungen, Diagramme, große Tabellen, Kalender, Technische Zeichnungen| |A3|297 × 420|$\frac{1}{8}m^2$|Zeitungen, Notenblätter, Karten| |A4|210 × 297|$\frac{1}{16}m^2$|Briefpapier, Formulare, Hefte, Zeitschriften, Druckerpapier| |A5|148 × 210|$\frac{1}{32}m^2$|Notizblöcke, Schulhefte, Prospekte| |A6|105 × 148|$\frac{1}{64}m^2$|Flyer, Postkarten, Taschenbücher, Überweisungsträger, Notizhefte| |A7|74 × 105|$\frac{1}{128}m^2$|Karteikarten| |A8|52 × 74|$\frac{1}{256}m^2$|Spielkarten, Visitenkarten, Etiketten| |...|...|...|...| --- # Bedeutung und Verwendung von Papier Papier war schon immer ein wichtiges Medium zur Überlieferung von Informationen. Auch heute hat das Papier eine zentrale Bedeutung, selbst wenn andere Stimmen das Ende des Papiers durch eine Ablösung durch digitale Medien einläuten. Ein wesentlicher Vorteil von industrieller Papier-, Karton- und Pappeherstellung ist darin zu sehen, dass diese Werkstoffe aus einem natürlichen, nachwachsenden Rohstoff hergestellt werden. Maschinell ist es in großen Mengen produzier- und gut transportierbar. Aufgrund des geringen Gewichts werden Papier, Karton und Pappe bevorzugt als Verpackungsmaterial verwendet. {%slideshare StefanBlumenthal1/papier-kann-mehr %} :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Hören Sie sich den nachfolgenden Podcast an. In welchen Lebensbereichen spielt Papier eine Rolle? Fallen Ihnen weitere Anwendungsfelder ein? ::: <iframe width="800" height="100" src="http://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Papier/podcast.php" frameborder="0" scrolling=F>:headphones:</iframe> Weltweit gibt es mittlerweile um die 3.000 verschiedenen Papiersorten. Die riesige Vielfalt wird in vier Hauptverwendungszwecke untergliedert: ## 1. Grafische Papiere (ca. 37%) <img src="https://i.imgur.com/SazTwrV.png" alt="Grafische Papiere" height="253" style="float: right;" /> Papier gilt als wichtigster Kultur- und Informationsträger. Seit Jahrhunderten werden viele Aspekte der gesamten Geschichte und Kultur des Menschen über Papier von einer Generation an die nächste weitergegeben. Bücher, Zeitungen und Zeitschriften sind wichtige Arten der Informationsvermittlung. Nach dem gesprochenen Wort ist das auf Papier geschriebene Wort das am meisten verbreitete Kommunikationsmittel. Die Entwicklung von Fernsehen und Computern in ihren verschiedenen Formen ersetzt das Papier nicht. <div style="clear: both"></div> ## 2. Papier, Karton und Pappe für Verpackungszwecke (ca. 50%) <img src="https://i.imgur.com/sP3HvFS.png" alt="Papier, Karton und Pappe für Verpackungszwecke" height="253" style="float: right;" /> Papier, Karton und Pappe zählen zu den am meisten verbreiteten Verpackungsmaterialien. Sie sind stabil, bieten Schutz und sind gleichzeitig leicht, flexibel und wirtschaftlich. Mit ihnen lässt sich alles verpacken: Nahrungsmittel und Getränke, Medikamente und Smartphones. Der stabile braune Wellkarton und die Faltschachtel sind für die Verpackung von vielen Produkten unverzichtbar und spielen eine bedeutende Rolle im Welthandel. Sie bieten Schutz und garantieren als hochwertige Papier- und Kartonverpackungen die werbewirksame Präsentation der meisten Produkte in den Regalen der Geschäfte. <div style="clear: both"></div> ## 3. Hygienepapier (ca. 8%) <img src="https://i.imgur.com/Pjr0TsH.png" alt="Hygienepapier" height="253" style="float: right;" /> Bei Hygienepapieren handelt es sich hauptsächlich um Produkte aus Tissuepapier wie Küchenrollen, Kaffeefilter, Papiertaschentücher und Toilettenpapier. In diesem Bereich sind Papierprodukte in den letzten Jahren an die Stelle anderer Materialien getreten, da Papier leichter, saugfähiger und praktischer ist. Papier findet auch im medizinischen Bereich häufig Einsatz. <div style="clear: both"></div> ## 4. Papier und Pappe für technische und spezielle Verwendungszwecke (ca. 5%) <img src="https://i.imgur.com/IrRtxSz.png" alt="Papier und Pappe für technische und spezielle Verwendungszwecke" height="253" style="float: right;" /> Die Gruppe der Spezialpapiere umfasst zahlreiche Papiersorten für technische und spezielle Anwendungen. Die Spannbreite reicht vom Etikettenpapier über den Luftfilter zum Kondensatorpapier oder vom Teebeutelfilter und Fotopapier bis hin zur Hartpappe für Abdeckungen im Auto. Geldscheine gelten auch als Spezialpapiere, ebenso gibt es elektrotechnische Papiere. <div style="clear: both"></div> --- :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Würden Sie sagen, Sie verbrauchen viel Papier? Bitte reflektieren Sie Ihren Papierverbrauch für den letzten Universitätstag. Nutzen Sie folgende Übersicht als Orientierungshilfe:   |Datum: ____________________________|Diese Papierprodukte habe ich heute benutzt...| |---|---| |morgens (im Bad, beim Frühstück, auf dem Weg zur Uni)|| |vormittags (in den Veranstaltungen, in den Pausen, beim Mittag)|| |nachmittags (bei der Uni-Nachbereitung, bei der Freizeit)|| |abends (beim Abendessen, vor dem Zubettgehen)||   :::spoiler **Übrigens:** Haben Sie mit dieser Menge an Papier gerechnet? Deutschland gehört weltweit zu den Spitzenreitern beim Papierverbrauch. Jährlich werden etwa 250kg Papier pro Person verbraucht. Umgerechnet sind das 684g täglich. Das entspricht der Papiermenge eines Harry-Potter-Bandes. Damit verbraucht Deutschland in etwa soviel Papier wie Afrika und Südamerika zusammen. ```vega { "$schema": "https://vega.github.io/schema/vega-lite/v4.json", "description": "Papierverbrauch in Deutschland", "data": { "values": [ {"Jahr": "1900", "Verbrauch in kg": 15}, {"Jahr": "1930", "Verbrauch in kg": 25}, {"Jahr": "1950", "Verbrauch in kg": 40}, {"Jahr": "1965", "Verbrauch in kg": 100}, {"Jahr": "1995", "Verbrauch in kg": 193}, {"Jahr": "2002", "Verbrauch in kg": 230}, {"Jahr": "2007", "Verbrauch in kg": 250} ] }, "width":{"step": 80}, "mark": "bar", "encoding": { "x": {"field": "Jahr", "type": "ordinal"}, "y": {"field": "Verbrauch in kg", "type": "quantitative"} } } ``` :::  --- # Geschichte des Papiers  :::warning :::spoiler Frühe Schriftträger Die ältesten von Menschen überlieferten Dokumente sind Ritzzeichnungen auf Knochen und Steinen sowie über 15000 Jahre alte Felsmalereien. Über Jahrtausende diente Stein als dauerhaftes Material zur Überlieferung von Gemälden, wichtigen Gesetzen und anderen Informationen. Später wurden auch Wachs-, Holz- und Metalltafeln beschrieben. ::: :::warning :::spoiler Erste Papiernutzung in China Die Erfindung des Papiers geht wahrscheinlich auf den Chinesen Tsai Lun (Hofbeamter des Kaisers Ho Ti) zurück, der erstmals etwa 105 n. Chr. aus Pflanzenfasern Papier herstellte. Dazu wurden Fasern von Maulbeerbast, Bambus, Chinagras, Hanf oder Reste alter Gewebe (sog. Hadern) in einem Bottich zerstampft und mit Wasser vermengt. Den den gewonnenen Brei schöpfte man mit Hilfe von Bambussieben als Faservlies ab, presste es und ließ es an der Sonne trocknen. Das Kaiserhaus verhängte ein striktes Geheimhaltungsgebot über diese Methode, sodass sie sich auch erst später und langsam verbreitete. |1. Ernte des Rohmaterials|2. Kochen der Fasern|3. Schöpfen des Papieres|4. Auspressen des Wassers|5. Trocknung an der Sonne| |:---:|:---:|:---:|:---:|:---:| |<img src="https://i.imgur.com/taVGjS7.png" alt="" width="145" />|<img src="https://i.imgur.com/TOriDRC.png" alt="" width="145" />|<img src="https://i.imgur.com/4VJxHxS.png" alt="" width="145" />|<img src="https://i.imgur.com/6HnZ7uz.png" alt="" width="145" />|<img src="https://i.imgur.com/mJT8Xpv.png" alt="" width="145" />| |[Quelle: 豐, CC0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4729637)|[Quelle: 豐, CC0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4729640)|[Quelle: 豐, CC0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4729641)|[Quelle: 豐, CC0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4729642)|[Quelle: 豐](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4729644)| ::: :::warning :::spoiler Verbreitung im asiatischen Raum Im Laufe des ersten Jahrtausend n. Chr. gelangte das Wissen über die chinesische Methode, Papier zu erstellen über Mittelasien und Arabien nach Ägypten. Chinesische Kriegsgefangene eines arabischen Heeres gaben das Geheimnis preis und mussten im Dienste der Araber ihre Papiermacherkunst ausüben. ::: :::warning :::spoiler Papierherstellung in Europa Bedeutende europäische Handelsstädte wie Genua und Venedig brachten das Papier aus dem arabischen Raum nach Europa, wo im 12. Jahrhundert Papiermühlen arabischer Art entstanden. In Oberitalien wurden neue Geräte und Maschinen entwickelt, welche die Produktionsweise völlig veränderten. ::: :::warning :::spoiler Erste industrielle Papierherstellung in Deutschland Die erste deutsche Papiermühle wurde 1390 in Betrieb genommen. Ulman Stromer war mit seiner Gleismühle bei Nürnberg der erste Produzent von Papier in Deutschland. Um 1445 setzte Johannes Gutenberg als erster Europäer eine Buchseite aus beweglichen Lettern zusammen und revolutionierte damit die Drucktechnik. Die Papiermacher kamen in dieser Zeit dem Bedarf der Drucker kaum nach. Als das Papier noch handwerklich hergestellt wurde, schuf ein Geselle am Tag gerade dreihundert Bögen des begehrten Materials. <img src="https://i.imgur.com/LFfIrMH.jpg" alt="Von Daderot - Eigenes Werk, Gemeinfrei, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=31743516" height="253" style="float: right;" /> Der Franzose Louis Robert erfand 1799 die erste Papiermaschine, die vor allem den Schöpfvorgang mechanisierte. Bis zum Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts wurden Bütten- und Maschinenproduktion parallel angewendet. <div style="clear: both"></div> ::: :::warning :::spoiler Wachsende Nachfrage Die steigende Nachfrage nach Papier stellte die Papiermacher jedoch vor ein Problem. Die in der europäischen Papierherstellung ausschließlich verwandten Lumpen und Hadern reichten nicht mehr aus, den Rohstoffbedarf zu decken. Der französische Physiker René-Antoine Ferchault de Réaumur machte in diesem Zusammenhang eine Entdeckung, die er 1719 an die französische Akademie der Wissenschaften in Paris verkündete: <img src="https://i.imgur.com/T5xRU14.jpg" alt="René-Antoine Ferchault de Réaumur" height="253" style="float: right;" /> „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.“ Mit der Zeit etablierte es sich immer mehr, Papier aus Holz herzustellen. <div style="clear: both"></div>                                                                                                         [Quelle: Jules Pizzetta, CC0](https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=100577) ::: :::warning :::spoiler Moderne Papierfertigung An dem Prinzip der Papierherstellung, wie es die Chinesen vor rund 2.000 Jahren erfanden, hat sich bis heute nichts geändert. Revolutioniert haben sich aber die Maschinen und Technologien, die heute eine effiziente und umweltverträgliche Papierherstellung ermöglichen. Friedrich Gottlob Keller erfand 1843 das Verfahren zur Herstellung von Papier aus sogenanntem Holzschliff. Holz wird dabei in Faserrichtung mittels Schleifstein in kleine Faserteile zerteilt und in Kombination mit Wasser zu Holzschliff verarbeitet. Das Verfahren wurde noch weiter verfeinert und später zur großtechnischen Nutzung in Anwendung gebracht. Über viele weitere technische, chemische (z. B. Zellstoff) und technologische Entwicklungen führte der Weg zu weit gefächerten Einsatzgebieten von Papiererzeugnissen. Die Papiererzeugung erfolgt in der Papierfabrik und entspricht im Prinzip noch immer dem Vorgang, der der ursprünglichen Erfindung zugrunde lag. Der Unterschied zwischen der handwerklichen und der maschinellen Produktion liegt darin, dass im manuellen Verfahren einzelne Bogen geschöpft wurden, während die maschinelle Produktion eine endlose Papierbahn ergibt. ::: --- # Wie wird Papier heute konkret hergestellt?  2017 belief sich die globale Produktion von Papier, Karton und Pappe auf rund 420 Millionen Tonnen, bei steigender Tendenz. Allein in Deutschland werden jedes Jahr pro Kopf ca. 247 Kilogramm Pappe, Papier und Karton verbraucht (Umweltbundesamt, 2018). Damit belegen wir nach Belgien und Österreich Platz drei im weltweiten Ranking. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die industrielle Papiererzeugung. Die heute in den Papierfabriken eingesetzten Papiermaschinen sind technisch höchst anspruchsvolle Produktionsanlagen. Sie können eine Breite von über zehn Metern und eine Länge bis zu 120 Metern haben. [![Klicken zum Vergrößern](https://i.imgur.com/uusLLXV.png)](https://www.lehrlinie.de/Werken_Werkstoffe/Papier/papierwerk.png) Der gesamte Verfahrensablauf unterteilt sich dabei im Wesentlichen in verschiedene Schritte und beginnt mit der Stoffaufbereitung **Stoffaufbereitung** In der Stoffaufbereitung werden die Rohstoffe Zellstoff, Halbzellstoff oder Altpapier in einem Stofflöser (Pulper) mit Wasser „aufgelöst“ und in Einzelfasern zerlegt. Die dabei entstehende „Faserstoffsuspension“, kurz „Stoff“ genannt, wird in verschiedenen, durch Rohrleitungen miteinander verbundenen Prozessstufen weiter aufbereitet: Reinigung, Entstippung, Dispergierung, Sortierung, Mahlung, Bleichen, Zugabe von Hilfsstoffen, aber auch Masseleimung und Massefärbung erfolgen hier. Die Art der Aufbereitung richtet sich nach den gewünschten Eigenschaften des zu fertigenden Papiers. Je nach gewünschter Papiersorte erfolgt zudem die Mischung der verschiedenen Rohstoffe. :::info :page_facing_up: **Aufgabe** Informieren Sie sich über die verschiedenen Ausgangsstoffe zur Papierherstellung und machen Sie sich zusammenfassende Aufzeichnungen, bspw. nach dem Muster der folgenden Tabelle:   ||Herstellung aus Holzstoff|Herstellung aus Zellstoff|Herstellung aus Altpapier| |---|---|---|---| |Herstellung|-...|-...|-...| |Bestandteile|-...|-...|-...| |Einsatz|-...|-...|-...| :::  :::warning :::spoiler Herstellung aus Holzstoff <img src="https://i.imgur.com/WbnjHZH.png" alt="" height="253" style="float: right;" /> Die Gewinnung von Holzstoff aus dem Rohstoff Holz ist ein mechanisches Verfahren, das auf einem Schleifvorgang beruht. Das Holz wird in großen Maschinen von sich schnell drehenden Schleifsteinen unter Einfluss der mechanischen Energie und der Temperatur zerrissen. Durch Zusatz von Wasser entsteht ein Faserbrei, der sofort verarbeitet werden kann oder für eine spätere Verwendung eingedickt wird. Ein anderer Weg zur Herstellung von Holzstoff ist das Refiner-Verfahren. Ausgangsmaterial dabei sind Hackschnitzel (grobe Holzreste). Das Holz wird im Refiner bei hoher Temperatur unter Zugabe von Wasser gekocht und dann zwischen zwei gegeneinander rotierenden Mahlsteinen zerfasert. Bei der Gewinnung von Holzstoff bleiben die Ligninbestandteile des Holzes zu großen Teilen erhalten, was zu einer leichten Färbung (Vergilben) des Materials führt. Die Ausbeute dieser beiden Aufschlussverfahren liegt bei über 90%. <div style="clear: both"></div> ::: :::warning :::spoiler Zellstoff (Zellulose) <img src="https://i.imgur.com/6ipviDi.png" alt="" height="253" style="float: right;" /> Für die Gewinnung von Zellstoff aus dem Rohstoff Holz werden chemische Verfahren angewendet. Man unterscheidet zwischen Sulfit- und Sulfat-Verfahren. Nach diesen beiden chemischen Verfahren sind die Zellstoffe benannt: Sulfit-Zellstoff und Sulfat-Zellstoff. Das Sulfit-Verfahren und der so gewonnene Sulfit-Zellstoff haben heute vor allem Bedeutung für die Herstellung von Grafischen- und Hygienepapieren. Auch Kartonsorten, wie sie in der Faltschachtelherstellung eingesetzt werden, können Sulfit-Zellstoff enthalten. Für die Herstellung von Wellpappen-Rohpapieren ist dagegen ausschließlich das Sulfat-Verfahren relevant. Es ist ein alkalisches Verfahren im Gegensatz zu dem „sauren“ Sulfit-Verfahren. Beim Sulfat-Verfahren wird in kleine Schnitzel zerhacktes Holz in Druckkochern mit mehreren alkalischen Flüssigkeiten gekocht. Das Verfahren ist besonders dazu geeignet, harzhaltiges Nadelholz, z. B. von Fichten, Kiefern, Föhren und Pinien zu verarbeiten. Das Lignin wird dabei fast vollständig entfernt. Die Ausbeute der Zellstoffkochung liegt bei 45 bis 55 Prozent. <div style="clear: both"></div> ::: :::warning :::spoiler Herstellung aus Altpapier <img src="https://i.imgur.com/uWLCuYY.png" alt="" height="253" style="float: right;" /> Altpapier ist mit einer Einsatzquote von rund 74 Prozent mengenmäßig der wichtigste Rohstoff für die Papierherstellung in Deutschland. Altpapier wird in zahlreichen Qualitätsstufen gesammelt und für viele Papiersorten eingesetzt. Die modernen Techniken der Aufbereitung von Altpapier ermöglichen es der Papierindustrie, Verunreinigungen sowie nach der Sortierung im Entsorgungsbetrieb noch verbliebene aber nicht erwünschte Stoffe im Altpapier weitgehend zu beseitigen. Diese Verfahren bedeuten jedoch einen hohen zusätzlichen Zeit- und Kostenaufwand. Durch den Aufbereitungs- und Entfärbe-Prozess büßen die Fasern an Qualität ein. Sie verlieren mit der Zeit die Fähigkeit, sich zu einem Blatt zu bilden. Daher müssen dem Papierkreislauf immer wieder Frischfasern hinzugefügt werden, um neues Papier herstellen zu können. <div style="clear: both"></div> ::: --- Auf der Papiermaschine wird aus den Papierfasern eine endlose Papierbahn gebildet. Die Papiermaschine besteht aus mehreren Sektionen: 1. dem Stoffauflauf und der Sieb-/Formerpartie, 2. der Pressenpartie, 3. der Trockenpartie mit Leimpresse, 4. dem Glättwerk und 5. der Aufrollung. ## 1. Stoffauflauf und Sieb-/Formerpartie Der Stoffauflauf der Papiermaschine verteilt die Faserstoff-Wasser-Suspension gleichmäßig über die gesamte Siebbreite. Auf diese Weise wird eine bestmögliche Faserorientierung erzielt. Die Blattbildung erfolgt in der Sieb- oder Formerpartie, zum Teil auch Nasspartie genannt. Durch Aufgabe des Stoffes mittels eines Stoffauflaufes auf ein Sieb oder zwischen zwei Siebe und nachfolgender Entwässerung (Filtration) bildet sich ein immer dichter werdendes Faservlies. Die Faserstoffsuspension hat im Stoffauflauf einen Fasergehalt von ca. 1%. Das heißt, zur Produktion von einer Tonne Papier müssen etwa 100 Tonnen Faserstoffsuspension in der Siebpartie entwässert werden. Innerhalb des geschlossenen Kreislaufs, wird das Wasser der erneuten Verwendung zugeführt. Die Fasern bleiben mit einem Trockengehalt von ca. 20% auf dem Sieb zurück und werden danach an die Pressenpartie übergeben. Die Papiermaschine kann mit mehreren verschiedenen Siebeinheiten ausgestattet sein, welche die Herstellung mehrlagiger Papiere ermöglichen. Die einzeln gefertigten Lagen werden miteinander vergautscht (verpresst) und durchlaufen die nachfolgenden Fertigungsstufen gemeinsam. Dadurch entstehen mehrlagige Papierbahnen, die in ihrem Aufbau für die verschiedenen Aufgaben gezielt abgestimmt werden können. ## 2. Pressenpartie Die weitere Entwässerung erfolgt durch Pressen der Papierbahn in der Pressenpartie. Dabei wird die Papierbahn mittels eines saugfähigen endlosen Filztuches zwischen Walzen aus Stahl, Granit oder Hartgummi hindurchgeführt und dadurch entwässert. Die Papierbahn verlässt die Pressenpartie mit etwa 40% bis 52% Trockengehalt, je nach Papierart und Pressenkonfiguration. Durch den Pressvorgang verdichtet sich das Papiergefüge und die Festigkeit des Papiers wird erhöht. ## 3. Trockenpartie Die weitere Trocknung erfolgt in der Trockenpartie. Dazu wird die Papierbahn slalomartig mittels Trockensieben um eine große Anzahl dampfbeheizter Hohlzylinder (Trockenzylinder) geführt. Die Papierbahn wird erwärmt und durch Verdunstung des noch verbliebenen Wassers getrocknet. Die fertige Papierbahn verlässt die Trockenpartie mit einem Restfeuchtegehalt von ca. 6% bis 8%, abhängig von der jeweiligen Papiersorte. Die Leimpresse und eine sich anschließende Nachtrockenpartie sind ebenfalls Bestandteile der Trockenpartie. Bestimmte Papiereigenschaften, wie Beschreib- oder Bedruckbarkeit, Färbung oder Festigkeitseigenschaften können in der Leimpresse durch Aufbringen von chemischen Hilfsmitteln, Farbstoffen oder Stärke auf die Papierbahnoberfläche beeinflusst werden. Leime sollen das Papier steifer und widerstandsfähiger gegen Feuchtigkeit machen. Volle Nassfestigkeit kann durch Zusatz von Kunstharzen, Paraffinen und Wachsen erreicht werden. ## 4. Glättwerk Ein Teil der Papiermaschinen besitzt im Anschluss an die Trockenpartie ein Glättwerk, das aus mehreren übereinander angeordneten Walzen besteht, die der Papierbahn eine glatte Oberfläche und gleichmäßige Blattdicke geben. Hier werden außerdem mit hochsensiblen Messdetektoren die wichtigsten Papierqualitätswerte erfasst. ## 5. Aufrollung Am Ende der Papiermaschine wird die Papierbahn auf einer Wickelstange mit einem Stahlkern (Tambour) aufgerollt. Je nach Papiersorte kann ein Tambour eine Bahn von etwa 60 Kilometer Länge mit bis zu 25 Tonnen Gewicht aufnehmen. In der Ausrüstung werden dann aus diesem Tambour eine Anzahl kleiner Kundenrollen mit unterschiedlichen Bahnbreiten geschnitten und entsprechend den Kundenwünschen z. B. mit Umreifungsbändern und Spunden ausgerüstet, verwogen und mit Rollenlabeln versehen. --- # Recycling von Papier Der größte Vorteil von Papieren, Pappen und Kartonagen liegt in der Recyclingfähigkeit. So kann Papier heutzutage bereits zu 100% aus Altpapier hergestellt werden. Hinzu kommt, dass auch der Wasser- und Energieverbrauch beim Altpapierrecycling wesentlich geringer ist als bei der Herstellung von Frischfaserpapier. <img src="https://i.imgur.com/d75sg1R.png" alt="Der Prozess des Recyclings von Papier, Karton und Pappe" height="300" style="float: right;" /> Der Prozess des Papierrecyclings beginnt mit dem Altpapier das sachgerecht über die Altpapiertonne entsorgt wird. Von dort wird es zu einer Sortieranlage transportiert, wo es erfasst und in verschiedene Kategorien sortiert wird, z.B. Büropapier, Zeitschriften, Zeitungspapier, Pappe und Karton. Die weitere Verarbeitung erfolgt nach dem oben geschilderten Prozedere in einer Papierfabrik. Das Papier wird gereinigt und gesiebt, die Druckfarbe wird durch mechanisches Rühren im Wasserbad und durch ein Deinkingverfahren mit Schaumflotation entfernt, und das Papier wird mit Peroxiden oder Hydrosulfiten gebleicht, um den Weißgrad zu erhöhen. Danach wird der erneuerte Zellstoff zu Papier verarbeitet. <div style="clear: both"></div> Dass die Verwendung von Altpapier zur Papierherstellung deutlich effizienter ist als die Nutzung von Zellstoffen, zeigt die folgende Tabelle: *Tabelle: Rohstoffverbrauch beim Papierrecycling gegenüber der Papierherstellung aus Zellstoff* |Rohstoffe|Rohstoffverbrauch für 1kg Recyclingpapier aus 100% Altpapier|Rohstoffverbrauch für 1kg Frischfaserpapier aus Zellstoff| |---|:---:|:---:| |Altpapier/Holz|1kg Altpapier|2kg Holz| |Wasser|15l Wasser|100l Wasser|   Deutschland ist weltweit Spitzenreiter im Papier-Recycling. Das gesammelte Altpapier ist daher mengenmäßig der wichtigste Rohstoff für die deutsche Papierindustrie. <img src="https://i.imgur.com/dyRxJPH.png" alt="Altpapiereinsatzquote nach Ländern in Prozent" height="300" style="float: right;" /> *Abbildung: Altpapiereinsatzquote nach Ländern (in Prozent) (Quelle: VDP, 2015)* Dennoch ist zu beachten: Da die Fasern bei jedem Durchlauf durch das Recyclingsystem kürzer werden, kann Zellulose nur vier bis sechs Mal recycelt werden, bevor die Papierqualität nachlässt. Daher kann Papier aus jeder Kategorie nur zu Produkten gleicher oder geringerer Qualität recycelt werden. So wird beispielsweise aus Büropapier Büropapier oder Zeitschriften, aus Zeitschriften Zeitschriften oder Zeitungspapier usw. In der Praxis wird daher dem Altpapier auch ein gewisser Anteil an Frischfasern zugeführt. Für manche Papiere ist eine besondere Reißfestigkeit oder Bedruckbarkeit notwendig. Dies ist nur mit Frischfasern machbar. Auch für viele Spezialpapiere, wie zum Beispiel Medikamentenverpackungen und Fotopapiere, ist die Herstellung aus Frischfasern unumgänglich. Eine nachhaltige Nutzung von Papier (und anderen Ressourcen) sieht Recycling daher lediglich als eine Komponente eines bewussten Umgangs mit Rohstoffen an: **1. Reduzierung:** Zunächst sollten wir darauf achten, dass wir Rohstoffe nicht im Übermaß nutzen. Wir sollten uns jeweils fragen, ob die Verwendung der Ressourcen wirklich notwendig, also vetretbar ist. Z.B.: Vielleicht haben Sie es schon bemerkt, dass in manchen Emailsignaturen darauf hingewiesen wird, dass ein Ausdruck des Mailinhalts wohlüberlegt sein sollte...? **2. Wiederverwendung:** Bevor wir materielle Dinge aus wertvollen Roh-/Wertstoffen entsorgen, sollten wir noch einmal gewissenhaft prüfen, ob eine weitere Verwendung nicht doch möglich ist. Z.B.: Oftmals lassen sich scheinbar kaputte Geräte doch recht gut reparieren. Nicht mehr genutzte Dinge können über Sachspenden, auf Flohmärkten oder über Kleinanzeigen weitergegeben werden. **3. Recycling:** In letzter Instanz sollten die Möglichkeiten der sachgerechten Entsorgung geprüft werden, sodass das Recycling von wertvollen Rohstoffen ermöglicht wird. Z.B.: Das Recycling von Altpapier zu Recyclingpapier. --- ## Weitere Gedanken zur Nachhaltigkeit ## Toilettenpapier aus Bambus Bambus gilt als nachhaltige Alternative, da es sich um eine schnell wachsende Pflanze handelt (Monate statt Jahre bei Bäumen), die weniger Land benötigt als traditionelle Holzfasern. Seine Verwendung verursacht etwa 30 Prozent weniger Treibhausgasemissionen. Die Produkte sollten vom Hersteller idealerweise durch den Forest Stewardship Council (FSC) zertifiziert sein. Es handelt sich dabei um eine gemeinnützige Organisation, die sicherstellt, dass die Bambusfasern nachhaltig angebaut wurden, dass keine Wälder zerstört wurden, um Platz für die Bambuspflanze zu schaffen, und dass ihre Prozesse chlorfrei sind. ## Recyceltes und post-consumer recyceltes Toilettenpapier Obwohl die großen Toilettenpapierhersteller nur langsam vom Zellstoff aus borealen Wäldern abrücken, bieten viele neue Marken Toilettenpapier an, das zu 100 Prozent aus Recyclingpapier oder noch besser aus Post-Consumer-Recyclingpapier hergestellt wird. Post-Consumer bedeutet einfach, dass das Ausgangspapier nicht auf andere Weise recycelt werden kann und die Verwendung für Toilettenpapier es vor der Mülldeponie rettet. ## Ungebleicht und chlorfrei In den letzten hundert Jahren wurde eine Reihe von Verfahren angewandt, um Papierprodukte weißer zu machen. In den meisten Fällen wurde dabei Chlorbleiche verwendet. Chlor ist jedoch ein Umweltgift und die Konzentration zum Bleichen von Zellstoff vergleichsweise hoch. Insofern sind Produkte, die mit chlorfreien Bleichmitteln behandelt wurden, zu bevorzugen. Die genutzten Chemikalien gelten zwar als umweltfreundlicher als chlorhaltige Produkte, sind aber auch nicht gut für unsere Wasserwege. Insofern ist die Auswahl von Produkten aus ungebleichtem Papier die beste Wahl.  --- # Abschluss ## Wie war das noch? - Übungsfragen <iframe src="https://learningapps.org/watch?v=pkzdaxm4321" style="border:0px;width:100%;height:500px" allowfullscreen="true" webkitallowfullscreen="true" mozallowfullscreen="true"></iframe> --- ## Selbsteinschätzung Inwieweit haben Sie die Ziele für diese Einheit erreicht? |Ziele|:smiley:|:confused:|:disappointed:| |---|---|---|---| |Aneignung von Wissen über die Entstehungsgeschichte von Papier|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Aneignung von Wissen über verschiedene Arten von Papier|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| Aneignung von Wissen über Anwendungsbereiche von Papier|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| |Aneignung von Wissen über die Herstellung von Papier|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| |Aneignung von Wissen über nachhaltige Papiernutzung|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">|<input type="checkbox">| :::info :mega: Sollte Ihnen ein Ziel zu kurz gekommen sein oder wenn Sie jegliches Feedback oder Kritik haben, nutzen Sie bitte die Kommentarfunktion und geben Sie mir Hinweise zum Überarbeiten. :::