Papier

Von Julia Kottmann

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Die Erfindung des Papiers

Die Herstellung

Flotationsmechanismen

Moderne Papierindustrie

Die Gefahren

Wasser in der Papierindustrie

Papierrecycling

Altpapier

Nachwort: Zeitungspapier

Literaturverzeichnis

Bilder

Einleitung

Eigentlich hatte ich vor, das Thema „Zeitungspapier“ für mein Bio-Chemie Projekt zu nehmen. Aber leider habe ich darüber einfach zu wenig Informationen gefunden, obwohl ich mehrere Stunden damit zugebracht habe nach solchen zu suchen. Also entschloss ich mich das Thema ein wenig zu vergrößern und „Altpapier“ zu wählen. Doch als ich anfing die wichtigsten Infos aus den Büchern herauszuarbeiten, musste ich feststellen, dass es da einfach keinen Anfang gab, sosehr ich auch suchte ich wußte nicht womit ich anfangen sollte und so lief alles darauf hinaus, dass ich mich entschied mit „Papier“ anzufangen, dann auf „Altpapier“ überzugehen und zum Schluss noch ein wenig zum Thema „Zeitungspapier“ zu sagen. Damit bin ich auch schon am Ende meiner Einleitung angelangt und wir können uns nun dem informativerem Teil dieses Projektes zuwenden.

Die Erfindung des Papiers

Das Papier wurde wahrscheinlich 105 n.Chr. von einem Chinesen namens Tsai Lun erfunden. Dieser fertigte das Papier zuerst aus Baumrinde, Hanf, alten Lumpen und Fischnetzen an. Ganz sicher ist man sich dabei allerdings nicht und es wäre auch unfair diese Erfindung der Genialität eines Menschen zuzuschreiben. Allerdings ist dies die frühste Quelle die uns etwas über das Herstellen von Papier erzählt. Doch diejenigen die sich damit genauer befasst haben sagen, dass das Papier wohl kaum von einem Menschen erfunden wurde, sondern, dass sich die Erfindung des Papiers auf einen längeren Zeitraum hinzog und von vielen Menschen weiterentwickelt und erfunden wurde.

Die Herstellung

Die Papierherstellung war eigentlich sehr einfach. Es wurden zuerst Pflanzenfasern mit Wasser zu einem  Fasernbrei vermischt. Diese Suspension brachte man dann auf ein Sieb, damit das Wasser abtropfen konnte. Die zurückbleibenden Fasern „verfilzten“, wurden nach dem trocknen vom Sieb getrennt und bildeten ein Blatt Papier.

Der älteste Vorgang der Blattbildung war das Schwemm-, Schwimmsieb- oder Eingießungs- verfahren. Das Schwimmsieb bestand aus einem Holzrahmen mit einem Gewebe aus Baumwolle oder Hanf und schwamm in einem Becken. Der Faserbrei wurde mit der Hand auf das Sieb gegeben und gleichmäßig verteilt, was durch das von unten durch das Gewebe dringende Wasser erleichtert wurde. Dann wurde das Sieb aus dem Wasser gehoben, damit das Wasser abtropfen konnte und zum Trocknen ans Feuer oder in die Sonne gestellt. Wenn sie damals genug Siebformen hatten, konnten sie auf diese Weise bis zu 50 Bogen Papier pro Tag machen.

Das Schöpfen wurde zwischen 300 und 600 n.Chr. eingeführt und war ein riesiger Fortschritt. Dadurch, dass Bambussiebe verwendet wurden konnte das Wasser schneller ablaufen als beim Gewebesieb. Außerdem wurde der Papierstoff ja nicht mehr mit der Hand aufgetragen, sondern gleich in einer Wanne mit dem Wasser gründlich vermischt und dann mit dem Sieb aus der Wanne geschöpft. Dann konnte man die geschöpften Papierbogen auf einer festen Fläche ablegen, dass Sieb abrollen und wieder damit schöpfen. Dadurch wurde die Kapazität  gegenüber dem anderen Verfahren erheblich gesteigert.

Von China ging die Papierproduktion über an nach Arabien, wo einige Zeit am meisten und besten produziert wurde.

Im 8. Jahrhundert kam die Papierproduktion auch nach Europa. Nach Deutschland aber erst gegen Ende des 14. Jahrhundert. Wo sie sich allerdings zuerst ausgebreitet hat konnte nie genau nachgewiesen werden, den Quellen nach in Spanien, aber wo?. Schnell produzierte man in Europa noch besser und mehr als in Arabien. Nach der Zurückdrängung der arabischen Produktion blieb das Produktionsverfahren in Südeuropa heimisch.

Allerdings muss man zwischen der Spanischen Methode, die auf der zuvor genannten beruht und der neuen, von Oberitalien ausgehenden unterscheiden. Die wesentlichen Neuerungen waren die Einführungen eines mechanischen Lumpenstampfwerks, eines veränderten Schöpfsiebes und der Verwendung tierischen Leims. Ein spezifischer Betrieb mit differenzierten Werkzeugen, die Papiermühle, hatte sich damit herausgebildet. Eine erhöhte Verarbeitungskapazität des Lumpenrohstoffs durch das Stampfwerk ermöglichte die Arbeitsteilung beim Schöpfen, die zudem durch die Art des Faserstoffs und die verbesserte Schöpfform begünstigt wurde. Mit der Verwendung des Drahtsiebes kam der Brauch auf, das Papier mit einem besonderen Herkunfts- oder Warenzeichen, dem Wasserzeichen, zu versehen. Um dies zu erreichen wurde auf das Sieb ein entsprechend gebogener Draht „genäht“.

Der Europäische Produktionsprozess bestand nun aus folgenden Arbeitsschritten:

Sammeln und Sortieren der Lumpen; Zerkleinern, Grobreinigung und Anfaulen der Lumpen; ihre Zerfaserung zum sogenannten Zeug im Stampfgeschirr; Zwischenlagerung der Zeugmasse; Mischen von Zeug und Wasser und Beschickung der Bütte mit dieser Fasersuspension; Schöpfen, Gautschen (d.h. Ablegen der feuchten Bogen), Nasspressen und Legen (d.h. Auseinandersortieren von Bogen und Filzen) durch die drei Büttgesellen (Schöpfer, Gautscher und Leger); Trockenpressen, Trocknen und eventuelles Leimen des Papiers; Glätten, Sortieren und Verpacken.

Flotationsmechanismen

1. Druckfarben – und Seifenbindungen

Die sich im Wasser befindlichen positiven Calcium-Ionen bilden eine Brücke von den, im alkalischen Medium, negativ geladenen Druckfarbenteilchen zur negativen Carboxylatgruppe des Seifenmoleküls.

Die Bindung vom Pigment zur Seife ist durch elektrostatische Anziehungskräfte besonders hoch. Die erklärt die im Vergleich zu nichtionischen Tensiden ausgeprägt starke Sammlerwirkung der Seifen.

2. Absorption an Grenzflächen

Durch die Anlagerung des Sammlers Seife an die Pigmente werden diese hydrophobiert und streben danach, die hydrophobe Gruppe möglichst weitgehend der unmittelbaren Umgebung des Wasser zu entziehen. Das Erreichen sie durch die Absorption an die in den Flotationszellen vorhandenen Luftblasen.

Moderne Papierindustrie

Im Laufe des 19. Jahrhunderts erhielt die deutsche Papierproduktion ein neues Gesicht, obwohl auch alte Produktionsstrukturen und –verfahren überlebten.

In der Zeit gab es viele allgemeine Entwicklungen, diese wirkten sich wie folgt auf die Papierproduktion aus: Der technische Prozeß wurde auf eine neue Rohstoffbasis gestellt und in eine industrielle Produktion umgewandelt. Die veränderten Betriebsstrukturen fanden in der alten zunftähnlichen Ordnung keinen Platz. Die gewachsene Papierindustrie musste zu einer neuen Ordnung gelangen und ihre Position gegenüber der gesamten Industrie festigen. Dazu musste auch das Verhältnis zum Staat geklärt werden, denn Zölle, Im- und Exportbeschränkungen, Wasserrecht u.ä. trafen den Lebensnerv der sich immer mehr zu einer Weltwirtschaft entwickelnden Papierindustrie.

Die Gefahren

Die Gefahren am Arbeitsplatz gehen und gingen nicht nur von den Maschinen aus. Viel gefährlicher ist und war/ist zum Beispiel, dass durch das viele Wasser viel Feuchtigkeit vorhanden war/ist, hinzu kamen noch die Kälte und der Durchzug, da besonders früher die Fenster keine Scheiben hatten. Es gab jedoch auch noch einige Wärmequellen, wie die Öfen, so dass eine ungesunde Mischung aus Kälte, Wärme, Zug und Feuchtigkeit zustande kam und massenhaft Menschen daran erkrankten. Dazu stanken natürlich sowohl der Leim als auch die Lumpen und trugen nicht gerade zur Besserung der Luft bei. Mindestens genauso unangenehm war die Arbeit der Frauen und Kinder, das Sortieren und Reinigen der Lumpen. Nun litten vor allem die Kinder und Frauen nicht nur an dem üblichen Husten, sondern auch, an den, durch die Lumpen übertragenen Infektionskrankheiten.

Wasser in der Papiermacherei

Die Zellstoff- und Papierindustrie gehört mit 7,5% Wasserverbrauch der Industriewässer mit zu den größten Wasserverbrauchern. Es werden durchschnittlich 1000 Liter Wasser für eine Tonne Papier gebraucht.

Das Produktionswasser wird als Suspensionsmittel und Träger für das Fasermaterial benötigt. Für die Mahlung der Fasern leistet es große Hilfe als Quellmittel. Es bewirkt die Papierfestigkeit durch die Wasserstoffbrückenbildung und dient als Lösungsmittel für Papierhilfsstoffe. In der vorindustriellen und auch noch lange Zeit zu Beginn der industriellen Periode war neben dem Gebrauch als Rohstoff und Betriebsmittel das Wasser der wichtigste Energieträger zum Betrieb der Mühlen- und Turbinenmaschinerie. Zu dieser Nutzung wurden wasserbauliche, die Landschaft verändernde Maßnahmen zur Aufstauung und Erhöhung der Fließgeschwindigkeit durchgeführt.

In der vorindustriellen Zeit war Wasser in der Papierproduktion als Antrieb der Maschinerie (Energieträger) und als Mittel zur Reinigung und Zerteilung der Rohstoffe und damit als Trägersubstanz, die erst die Schaffung des Produktes Papier ermöglichte (Fabrikations- und Betriebswasser) notwendig. Es war für die Produktionsaufgabe nur brauchbar, wenn es von einer bestimmten, qualitativen Beschaffenheit und Menge war. Während des Produktionsprozesses veränderte das Wasser seine Beschaffenheit erheblich; es wurde verunreinigt. Die Wasserverunreinigung durch die Papiermühlen stellte einen Problembereich vorindustrieller Produktion dar. Diese frühzeitige Umweltbelastung ist Teil der Produktionsgeschichte. So kam es des öfteren zu Protesten bzw. Verboten bei geplanten Neugründungen, von Papiermühlen.

Auch für die moderne Papierproduktion ist die Wasserbeschaffenheit nach wie vor bedeutsam. Das Wasser muss von Schwebeteilchen und anderen gröberen Stoffen frei sein und sollte Trinkwasserqualität haben. Solches Wasser liefern häufig Gebirgs- und Mittelgebirgsgegenden. Von Bedeutung ist ferner die Konstanz der Wasserbeschaffenheit. Bei stoßweise auftretender und vielleicht gar verschiedenartiger Verschmutzung entsteht eine große Produktionsunsicherheit, da der Produktionsprozess auf die Rohstoffe (und ein solcher ist das Wasser) abzustimmen ist.

Papierrecycling

Von den Anfängen bis ins 19. Jahrhundert hinein war die Papierproduktion in Europa eine Technik zur Weiterverwendung von Altmaterial. Mit Holz als  neuem Rohstoff wandelte sich dieses innerhalb von 50 Jahren in der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts. Die Rohstoffbasis wurde erweitert und schwerpunktmäßig verlagert. Anstelle der vorzugsweise mechanischen Aufbereitung des Altmaterials Lumpen setzte sich eine hauptsächlich chemische und mechanische Aufbereitung des Naturstoffs Holz durch. Die Sorge um die Rohstoffsicherung wurde überdeckt durch die Frage der preisgünstigen Versorgung.

Steigende Papierproduktion und ständig wachsender Papierverbrauch belasteten zunehmend die Umwelt durch Abwasser und Müllbergen. Dabei gilt Papier wegen der leichten Verrottbarkeit als umweltfreundlich. Eine Wiederverwertung von Papier hätte schon in vergangenen Zeiten die Umweltbelastung verringern können durch Einsparung neuen Fasermaterials und von Deponieraum. 1984 wurden mehr als 12% des Waldbestandes der Bundesrepublik benötigt, um einen Teil des Bedarfs an Rohholz, der bei fast 9 Mio. m3 ohne Rinde pro Jahr liegt, für die deutsche Zellstoff- und Papierindustrie zu decken. Für einen einzigen modernen, großen, kontinuierlich arbeitenden Zellstoffkocher mit 1000t Tagesleistung ist täglich von mehr als 6,5 km2 Waldfläche das „erntereife“ Holz zu entfernen.

Verbrauchtes Papier landet noch heute zum großen Teil im Müll und wird damit entweder verbrannt oder auf Deponien gelagert. Leider bestehen  etwa 30 Gewichtsprozent oder 50 Volumenprozent des deutschen Mülls aus Papier, von denen nach Schätzungen noch 20% der Altpapierverwertung zugeführt werden könnten.

Altpapier

Lange bevor die Wiederverwertung von Papier mit Umweltproblemen in Beziehung gesetzt wurde, versuchten Papierproduzenten und Wissenschaftler eine brauchbare Technik der Altpapierverwendung zu entwickeln.

Erste Hinweise auf Altpapierverwendung in Europa stammen aus dem Jahre 1366. In Venedig wurde damals die Ausfuhr der Papierabfälle verboten, damit die Mühle bei Treviso diese Verwerten konnte.

Die erste wirkliche Altpapierverwertung stellte allerdings die Nutzung von beschriebenem, bedrucktem, schon benutztem Papier für mindere Papierqualitäten dar. Bei diesen billigen Papieren störten die Farbstoffe nicht oder nur wenig, denn es waren billigste Packpapiere (Schrenzpapier), Graupappe, Spulenhülsen für die Textilienindustrie u.ä., die hergestellt wurden. Die Papiere wurden nicht einmal zum einheitlichen Aussehen eingefärbt, da die Grautönung doch immer wieder durchgeschlagen hätte. Außerdem hätten die Farben eine erneute Wiederaufbereitung erschwert. Auch hier waren für die Aufbereitung keine besonderen Maschinen erforderlich. Die Erfahrung mit dem Altpapier ließ schon bald gewisse Vorzüge seiner Verwendung und Umarbeitung erkennen.

Die gute Geschlossenheit der mit Altpapier versetzten Papiere und die verbesserte Opazität (geringeres Durchscheinen ) fielen auf. Die Papiere waren weich und leicht bedruckbar. Der mit Altpapier angereicherte Stoff ließ einen schnelleren Papiermaschinenlauf zu. So wurde bald Altpapier ganz gezielt sogar besseren Papieren zugemischt. Für diese z.B. zum Drucken verwendeten Papiere konnten aber nur unbedruckte Papierabfälle der papierverarbeitenden Industrie, der Buchbindereien oder Druckereien genutzt werden.

Die offensichtlich guten Eigenschaften des Altpapiers wurden bei dem größten Teil von einer üblen Begleiterscheinung überschattet: Gefärbte, bedruckte, beschriebene Papiere konnten nicht für die Weißpapierproduktion genutzt werden, da die Farbstoffe nicht zu beseitigen waren. Dieses bis in unser Jahrhundert nicht ganz befriedigend gelöste Problem führte zur Entwicklung ganz spezieller Aufbereitungstechnologien.

Lange Zeit verbesserte man die Aufbereitung des Papiers oder Altpapiers. Man versuchte andere Farben zu finden, die man leichter aus den Fasern herauswaschen konnte.

Erst um 1950 wurden in den USA Verfahren entwickelt, die mit großen Wassermengen die gelösten Druckfarben herauswuschen. Wegen der hohen Abwasserbelastung waren diese Verfahren in Deutschland nicht anwendbar, zumal Faserverluste bis zu 50% entstanden.

Die Firma Voith entwickelte um 1956 ein sogenanntes De-inking-Flotationsverfahren weiter. Es ist ursprünglich aus der Aufbereitungstechnologie des Bergbaus übernommen wurden und musste erst auf die Belange der Altpapieraufbereitung umgestellt werden. Als das gelang, zeigte sich, dass man mit höchstens 10% Faserverlusst und einer zwar hoch belasteten, aber geringen Abwassermenge arbeiten konnte.

Dieses Verfahren weist heute fünf Stufen auf:

-         Auflösen und Vorsortieren geschehen voll maschinell. Vom Handel gelieferte Papierballen werden im Stofflöser in Wasser schonend aufgelöst. Im Zusammenhang mit der angeschlossenen Sortiertrommel und weiteren Sortiergeräten werden schrittweise grobe bis feine Schmutzteilchen unterschiedlichen Gewichts ausgeschieden.

-         In einem Reaktionsturm werden mittels spezieller De-inkin-Chemikalien die Druckfarben gelöst. Entstipper heben die Pigmente von den Fasern ab und bereiten den Stoff für die Flotation vor.

-         In der Flotation wird auf Wasser durch chemische Hilfsmittel und eingeblasene Luft ein Schaum erzeugt, der die Farbpartikel festhält. Danach wird der Schaum mit dem Abfall angezogen, eingedickt und verbrannt oder auf Halde gefahren. Das System arbeitet mit geschlossenem Wasserkreislauf und hat nur geringe Faserverluste.

-         In der Feinreinigung werden in mehreren Stufen die Fasern von noch vorhandenen Verunreinigungen, meist Kleberanteilen, gereinigt. Hierzu wurden ganz spezielle Apparate entwickelt, die mit Sieb- und Zentrifugaleffekten arbeiten.

-         Auf die jeweilige spätere Verwendung abgestimmt, werden die Fasern in der letzten Stufe behandelt, z.B. von Füll- und Feinstoffen durch Wäsche befreit oder gebleicht.

Dieses Verfahren arbeitet bei den heutigen Preisen gegenüber Holzschliffeinsatz preisgünstiger und liefert gleich gute Stoffqualitäten.

Allerdings bereitete sich die Papierindustrie selbst gewisse Schwierigkeiten bei der Altpapieraufbereitung. Die starke Veredelungstendenz, z.B. durch Beschichten von Folien, die den Einsatz von Papieren erweitern soll, steht einer einfachen Aufbereitung entgegen. Kunststoffe, Bitumen und ähnliche Zusatzstoffe lassen sich nur schwer aus Altpapier entfernen. Ein neues Altpapieraufbereitungsverfahren löst dieses Problem so, dass es eine feine Zerteilung dieser Stoffe erreicht, Bei äußerst gleichmäßiger Verteilung im Faserstoff verursachen die kleinen Teilchen dann keine Probleme mehr bei der weiteren Verarbeitung.

Die Entwicklung der voll kontinuierlichen Aufarbeitung hat das Altpapier zu einem ständig eingesetzten Rohstoff trotz immer noch schwankender Preise gemacht. Der Altpapieranteil in der Bundesrepublik beträgt fast 40% des Rohstoffverbrauchs, geht aber auch zu 80% in Kartons oder Verpackungspapiere.

Die heutige Lösung der Altpapierverwertung ist aber noch umstritten. Der größte Altpapierrücklauf von 95% aus papierverarbeitenden Betrieben, Kaufhäusern und Behörden ist gut organisiert. Von den Haushalten dagegen sind nur 10% erfaßt, diese liefern die restlichen 5%, häufig qualitativ minderwertiges, sehr gemischtes und verunreinigtes Papier. Ohne Zweifel könnten die privaten Haushalte hier durch Vorsortierung bessere Ergebnisse bewirken und Investitionen für spezielle Aufbereitungsanlagen in Papierfabriken ersparen.

Nachwort: Zeitungspapier

So, damit bin ich eigentlich auch schon beim Nachwort angekommen. Aber ich habe ja nun noch nichts über mein eigentliches Thema geschrieben und ich denke, es wäre vielleicht ganz nett, wenn ich wenigsten die wenigen Stichpunkte, die ich darüber gefunden habe aufschreibe. Also:

-         Zeitungspapier ist maschinenglattes Druckpapier (maschinenglatte Druckpapiere, sind Papiere, die so, wie sie aus dem Aufroller der Papiermaschine kommen, in den Handel gelangen. Ihre Oberfläche ist entsprechend rauh.), dass zu mindestens 80 % aus Holzstoff besteht (teilweise sogar aus 100% Holzstoff)

-         Das Gewicht beträgt 40-50g pro m2

-         Zeitungspapier ist meist billig hergestelltes Papier.

-         Zeitungspapier ist ein Massenerzeugnis an Rotationsdruckpapier, dass größtenteils in Rollen geliefert wird.

Nun möchte ich noch etwas zu meinem Thema und meiner Arbeit daran sagen. Mir hat es totalen Spaß gemacht das Thema zu bearbeiten und ich finde es wirklich interessant. Ich habe z.B. nicht gewußt, dass soviel wiederverwertbares Papier weggeschmissen wird oder dass das Papier früher zum größten Teil aus Lumpen bestanden hat.

Leider musste ich die Sachen wirklich auf das Minimum kürzen; das ist mir wirklich schwer gefallen. Ich hoffe, das  es mir trotz der Kürze gelungen ist eine gutes Projekt herzustellen,

                                                                                                                          Julia

Literaturverzeichnis

-         dtv Brockhaus Lexikon, Deutscher Taschenbuch Verlag GmbH & Co. KG, München

(1982, 1986)

-         Bertelsmann Discovery 2000, Bertelsmann Lexikon Verlag GmbH, Gütersloh (1999)

-         Bertelsmann Electronic, Publishing im Bertelsmann Lexikon Verlag GmbH Gütersloh, München (1999)

-         Karl J. Thome-Kozmiensky (Hrsg.), Recycling von Holz, Zellstoff und Papier,  EF-VERLAG für Energie- und Umwelttechnik GmbH, Berlin, 1987

-         Günter Bayerl/ Karl Pichol, Papier, Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg, Oktober 1986

 

1.    Wasserbilanz bei der Herstellung von  1t Zeitungspapier.

 

2.    Rohstoff- und Energiebedarf     Für 1000kg Papier.

 

 

 

 

 

 

3.    Flußschema der Altpapierverwertung im modernen Produktionsprozeß.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.   Erfassung von Altpapier aus Haushalten in der Bundesrepublik Deutschland.

      Quelle: Schätzung des Bundesverbands Papierrostoffe; Mitteilung vom 11. 04 1986

 

 

 

 

 

 

5.   Die Altpapieraufbereitung als Umkehrung der Vorgänge bei der Herstellung,

Verarbeitung und Verwendung von Papier.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.    Spezifischer Altpapiereinsatz bei Verpackungspapieren, Karton und Pappe

        (VDP-Umfrage für das Jahr 1984)

 

 

 

 

7.      Welt-Papierverbrauch und Bevölkerungsentwicklung 1885 bis 1985. Die

       Weltbevölkerung hat in den letzten 100 Jahren beinahe explosionsartig von 1,5

       Milliarden auf fast 5 Milliarden Menschen zugenommen. Der Papierverbrauch stieg im

       gleichen Zeitraum von 2 Millionen Tonnen auf annähernd 200 Millionen Tonnen.

 8.     Jährlicher Transport von Altpapier

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9.                  Bindungsmechanismus vom Pigment zum Seifenmolekül

 

 

 

 

 

 

 

10.           Adsorption des Sammlers an die Grenzfläche Wasser/Luft