3.1.1.2 Papiere nach der Faserstoffzusammensetzung

Abgesehen von einer noch kleinen Prozentzahl an synthetischen Fasern sind die heutigen Papierfaserstoffe fast ausschließlich pflanzlicher Herkunft. Neben Stroh und einigen Gräsern bildet das Holz die wichtigste Rohstoffquelle. Am besten ist Nadelholz zur Faserstoffgewinnung geeignet. Die Zerlegung in die einzelnen Fasern, auch Aufschluss genannt, erfolgt entweder mechanisch oder chemisch.

Holzstoff ist der Oberbegriff für die verschiedenen Arten der weitgehend durch mechanische Mittel hergestellten Faserhalbstoffe aus Holz. Er wird untergliedert in die rein mechanischen Holzstoffe: Holzschliff, Braunschliff und Refiner-Holzstoff sowie die Holzstoffe mit thermischer und/oder chemischer Vorbehandlung: thermischer Refiner-Holzstoff, chemisch thermischer Refiner-Holzstoff.

Holzschliff (Weißschliff) wird auf rein mechanischem Wege durch Schleifen von Nadelhölzern, meist Fichte, hergestellt. Dabei wird das Holz bis zu einer Feinheit zerlegt, die der Größenordnung der Zellulosefasern nahe kommt. Die entrindeten und auf etwa ein Meter Länge geschnittenen Stämme werden unter Zusatz von Wasser an schnell rotierende Schleifsteine gepresst. Daher oft auch als Steinschliff bezeichnet. Die raue Steinoberfläche reißt aus dem Holz sowohl unversehrte Fasern von 1 bis 4 mm Länge als auch Faserbruchstücke und feinste Faserpartikel heraus. Holzschliff ist ein billiger Faserstoff, der neben den Zellulosefasern noch alle nichtfasrigen Bestandteile des Holzes, wie z. B. Lignin und Harz, enthält. Er ist kurzfasrig, spröde, hart und trotz Bleichung etwas gelblich.

Beim Braunschliffverfahren wird das entrindete Schleifholz mehrere Stunden unter Druck gedämpft. Dadurch wird der Holzfaserverband gelockert und beim Schleifen ein langer, röscher Stoff gewonnen bei allerdings starker und nicht bleichbarer Bräunung. Das Verwendungsgebiet dieses Stoffes ist dadurch wesentlich eingeschränkt und beschränkt sich auf Packpapiere, Kartons und Pappen (Lederpappe).

Beim Refiner-Holzstoff wird das Holz in Refinern zerfasert. Der Refiner besteht im Wesentlichen aus zwei Mahlscheiben, die aus profilbestückten Segmenten bestehen. Von diesen steht meist eine fest, während die andere parallel dazu schnell rotiert. Die Scheiben sind in der Form ausgebildet, dass der Mahlspalt gegen den Umfang zu immer enger wird. Im Zentrum ergibt sich dadurch eine Aufbrechzone, die dann in die Mahlzone übergeht. Im Gegensatz zum Steinschliff muss das Holz vor dem Zerfasern in kleine Holzstückchen, den sogenannten Hackschnitzeln, zerkleinert werden. Diese Hackschnitzel werden kontinuierlich im Zentrum zwischen die Mahlscheiben eingespeist, in der Aufbrechzone zerkleinert und durch Zentrifugalkräfte in die Mahlzone getrieben. Durch eine kombinierte Kompressions- und Wälzwirkung entsteht eine Reibungswärme, die zur Erweichung des Lignins führt und die Zerfaserung ermöglicht. Die Vorteile dieses Verfahrens liegen darin, dass man Industrierestholz, Sägewerksabfälle und sogar grobes Sägemehl aufarbeiten kann. Ferner erhält man einen langfasrigeren Holzstoff mit hohen Festigkeitseigenschaften. Der Splittergehalt dagegen sinkt ab. Die internationale Bezeichnung dieses Verfahrens lautet Refiner-Mechanical-Pulp oder abgekürzt RMP.

Der Unterschied vom thermo-mechanischen Holzstoff (TMP) zum Refiner-Holzstoff besteht in der thermischen Vorbehandlung der Hackschnitzel, ansonsten sind die Prozesse weitgehend identisch. Die Hackschnitzel werden in einem Vorwärmer mittels Dampf imprägniert, zwischen die Mahlscheiben eingeführt und zerlegt. Die Dämpfzeit beträgt ca. 1–3 Minuten bei 110–130 °C und ca. 1–2 bar Überdruck. Die thermische Vorbehandlung ermöglicht eine sehr schonende Zerfaserung, wobei man einen qualitativ sehr hochwertigen Holzstoff erhält, der sich durch viele gut erhaltene, lange, geschmeidige Holzfasern auszeichnet und kaum Splitter enthält. Der größere Anteil an unversehrten Fasern ist für einige Festigkeitseigenschaften von großem Vorteil. Die internationale Bezeichnung dieses Verfahrens lautet Thermo-Mechanical-Pulp oder abgekürzt TMP.

Beim chemisch-thermomechanischen Holzstoff (CTMP) werden im Unterschied zum TMP-Verfahren die Hackschnitzel nicht nur mit Dampf, sondern auch mit Chemikalien, meist Sulfiten und Bisulfiten, imprägniert. Dadurch bewirkt man ein Anlösen der Harze und des Lignins im Holz, wodurch beim anschließenden Zerfasern die eigentliche Zellulosefaser teilweise ganz aus ihrem Verband gelöst werden kann. Diese Art der Holzstofffaser bleibt verhältnismäßig lang und geschmeidig und stellt schon beinahe einen Übergang zum wertvolleren Zellstoff dar. Die internationale Bezeichnung dieses Verfahrens lautet Chemical-Thermo-Mechanical-Pulp oder abgekürzt CTMP.

Papiere, wie auch Kartons mit Holzstoffzusätzen, werden als holzhaltig (hin) bezeichnet. Die Höhe des Holzstoffzusatzes kann sich positiv wie negativ auf die Qualität des Papieres auswirken.
Positive Auswirkungen sind:
• Herabsetzung des Flächengewichtes,
• Erhöhung der Opazität (Undurchsichtigkeit),
• Erhöhung der Biegesteifigkeit besonders bei Karton.
Negative Auswirkungen sind:
• Verringerung der Festigkeit,
• Vergilbung und Brüchigwerden bei Lichteinwirkung,
• Verminderung der Spaltfestigkeit bei mehrlagigem Karton,
• vermehrter Staubanfall bei der Verarbeitung (schneiden, falzen).

Zellstoff erhält man durch chemischen Aufschluss des Holzes. Bei diesem Verfahren wird das zu Hackschnitzeln zerkleinerte Holz in Säuren oder Laugen bei hohem Dampfdruck gekocht. Diese Flüssigkeiten haben die Fähigkeit, diejenigen Stoffe aus dem Holz herauszulösen, die im Papier nachteilig sind. Es sind dies vor allem die nichtfasrigen Bestandteile wie Lignin und Harze, die auch Inkrusten genannt werden. Man erhält eine weitgehend unzerstörte Zellstofffaser, deren Festigkeit erhalten blieb. Papiere, wie auch Kartons, die nur aus Zellstoff hergestellt sind, werden als holzfrei (h'fr) bezeichnet. Sie sind sehr fest, zäh, elastisch und geschmeidig. Unter Lichteinwirkung vergilben sie kaum oder gar nicht.

Hadernstoffe sind pflanzliche Faserstoffe, die aus textilen Abfällen von Baumwolle, Leinen, Hanf und Flachs gewonnen werden. Es sind lange, geschmeidige und unverholzte Fasern von hoher Festigkeit. Hadernstoffe sind die ältesten und edelsten Halbstoffe für die Papiererzeugung. Sie wurden bereits bei der mittelalterlichen Papierherstellung eingesetzt und dienen heute noch zur Herstellung hochwertiger Papiere von großer Zähigkeit, Falz- und Knitterfestigkeit (z. B. Banknoten- und Dokumentenpapiere).

Synthetische Fasern sind Kunststoffe, die aus Großmolekülen aufgebaut sind. Ihre Faserform erhalten sie durch Spinn- oder Spritzprozesse. Synthetische Fasern haben eine sehr hohe Festigkeit, nehmen kein Wasser auf und verrotten nicht. Da sie nicht wie pflanzliche Fasern wiederum aus feinsten Einzelfäserchen bestehen, verfilzen sie kaum miteinander, sondern müssen bei der Blattbildung untereinander verklebt werden.

Faserstoffe aus Altpapier: Es handelt sich hier um keinen neuen Faserstoff, sondern um Fasern, die man durch die Zerlegung von Papierabfällen oder gebrauchtem Papier gewinnt (sekundärer Faserstoff). Über 40 % der gesamten Faserstoffmenge werden heute schon aus Altpapier gewonnen. Die Qualität des Faserstoffes aus Altpapier hängt entscheidend vom vorangegangenen Verwendungszweck des Papieres ab. Verschmutzungsgrad, Holzhaltigkeit und Farbe spielen eine große Rolle. Überwiegend wird dieser Faserstoff zur Herstellung von Umweltpapier, Packpapier, Karton und Pappe eingesetzt.

Papierarten: Nach der Art, der Menge und dem Mischungsverhältnis der angesprochenen Faserstoffe werden die Papiere in folgende Gruppen unterteilt:

• Hadernpapiere: Zu ihrer Herstellung wird nur Hadernhalbstoff verwendet. Beispiele: handgeschöpfte Büttenpapiere, Banknoten- und Dokumentenpapiere.

• Hadernhaltige Papiere: Es sind holzfreie Papiere mit einer Beimischung von mindestens 10% Hadernhalbstoff. Hauptanteil ist Zellstoff. Beispiele: hochwertige Schreib- und Zeichenpapiere, Dünn- und Bibeldruckpapiere.

• Holzfreie Papiere werden ausschließlich aus reinem Zellstoff hergestellt, dürfen jedoch bis 5% verholzte Fasern enthalten. Beispiele: gute Schreib- und Druckpapiere, Vorsatzpapiere, viele Überzugspapiere.

• Holzhaltige Papiere bestehen zu 10 bis 90% (z. B. bei Zeitungsdruckpapier) aus Holzstoff, der Rest ist Zellstoff oder Altpapier. Sie bilden den mengenmäßig größten Anteil der verbrauchten Papiere. Nach dem Holzstoffgehalt werden sie unterteilt in:
− fast holzfreie Papiere,
− leicht holzhaltige Papiere,
− mittelfeine Papiere (Holzstoffanteil 30 bis 50%)
− stark holzhaltige Papiere (Holzstoffgehalt bis zu 90%).
Beispiele: billige Schreibpapiere, Druckpapiere für Massendrucksachen, Zeitschriften- und Zeitungsdruckpapier.

• Synthetische Papiere: Sie bestehen entweder ganz aus Kunststofffasern oder enthalten eine Beimischung von Zellstoff. Ihre mechanische Festigkeit ist sehr hoch, d. h., sie sind kratz- und scheuerfest, sehr reißfest und lassen sich oft falzen, ohne zu brechen (hohe Falzfestigkeit). Viele Sorten sind sogar wasserfest und können mit den gebräuchlichen Klebstoffen der Buchbinderei nicht mehr verklebt werden.
Beispiele: Ausweise, Führerscheine, langlebige Gebrauchsanweisungen, wasserfeste Landkarten u. ä.