Isabell Wöhrle Papier 26.10.2002

Station 7 Germantown

In Germantown entstand 1690 die erste Papierfabrik Amerikas. Das war wenige Jahre nach der ersten großen Auswanderungswelle von Europa in die Neue Welt. Station 8 Mainz

In der Epoche der Renaissance (14.-16. Jhd.) war der Bedarf an Papier besonders stark, da das Papier als Träger der neuen Ideen fungierte. Johannes Gutenberg setzte um 1445 eine Buchseite aus beweglichen Blättern zusammen und revolutionierte die Drucktechnik. Schon Ende des 16. Jahrhunderts erschienen die ersten Illustrierten und die Papiermacher kamen dem Bedarf der Drucker kaum nach. Station 9 Frankreich

Die ersten Schnelldruckmaschinen wurden hergestellt. Es gelang jedoch nicht mehr, den Papierbedarf dadurch zu decken, dass immer mehr Mühlen gebaut wurden. Der Franzose Louis Robert erfand 1799 die erste Papiermaschine. Diese mechanisierte vor allem den Schöpfvorgang. Station 10 Sachsen

Bis ins 20. Jahrhundert dienten vor allem Lumpen und Hadern als Faserstoffe. Doch diese Rohstoffe konnten die Nachfrage nach Papier nicht decken. 1843 gelang es dem sächsischen Weber Friedrich Gottlob Keller, Fasern aus Nadelholz zu erschließen. Dadurch wurde der nachwachsende Rohstoff Holz entdeckt und die Textilfasern wurden nicht mehr benötigt. Station 11 Plattling

An dem Prinzip der Papierherstellung hat sich bis heute nichts geändert. Aber die Maschinen und Technologien wurden verbessert und somit ist heute eine effizientere und umweltverträglichere Papierherstellung möglich. In Deutschland werden 3.000 Papiersorten hergestellt. Davon dient ungefähr die Hälfte der Kommunikation.

PAPIER

Das Papier wird aus dem nachwachsenden Rohstoff Holz hergestellt. Holz enthält etwa 40 bis 50 % Cellulose, 15 bis 20 % Hemicellulose (das ist ein Polysaccharid, das nicht aus Glucose, sondern aus anderen Monosacchariden besteht) und 25 bis 35 % Lignin. Da Cellulose der Hauptbestandteil des Holzes ist und Holz zur Papierherstellung dient, werde ich nun die Cellulose näher betrachten.

Cellulose Vorkommen:

Cellulose ist der Hauptbestandteil in den Zellwänden aller höheren Pflanzen und dient dort als „Gerüststoff“.

Cellulose ist die häufigst auftretende organische Verbindung auf der Erde. Sie kommt in Grünalgen, Pilzen und Flagellaten vor.

Cellulose kommt rein als Baumwolle in Samenhaaren einer subtropischen Pflanze vor.

Isabell Wöhrle Papier 26.10.2002

Stroh besteht zu etwa 30 % aus Cellulose.

Etwa 3*10 ¹¹ Tonnen Kohlenstoffverbindungen werden pro Jahr in pflanzlichen (95 %) und tierischen (5 %) Organismen produziert, davon entfallen 40 % auf Cellulose. Struktur:

Cellulose hat die Summenformel (C 6 H 10 O 5 ) n und ist somit ein Polysaccharid. Cellulose besteht aus 1000-14000 D-Glucosebausteinen, die durch eine β-1,4- Verknüpfungverbunden sind diese Verknüpfung wird β-glykosidische Verknüpfung genannt.

Auf Grund der vielen Glucosebausteine hat die Cellulose eine Molekülmasse über 1,8 Millionen u.

Durch die β-glykosidische Verknüpfung entstehen lange, flache, bandartige Ketten, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen benachbarten Bausteinen gestützt werden. Feste Cellulosen bilden ein mikrokristallines (kristallin geordnet parallelisiert) Gefüge; die Kettenmoleküle liegen in Faserrichtung. Dabei entstehen übermolekulare Strukturelemente: Fibrillen.

Fibrillen [lat.: = kleine Faser, Fäserchen]: Elementarer Baustein tierischer und pflanzlicher Fasern. Bei Chemiefasern parallellaufende Molekülketten, aus welchen die Fibrillen aufgebaut sind.

Eigenschaften:

Cellulose ist eine farb- und geruchlose Substanz.

Ohne zu schmelzen zersetzt sie sich bei 180°C und entflammt oberhalb von 290°C. Sie quillt in Wasser stark auf.

Cellulose ist in Wasser unlöslich, da sie eine hohe Molare Masse und eine hochgeordnete Struktur besitzt.

Durch bestimmte Enzyme oder Säuren werden die β-glykosidischen Verknüpfungen gespalten D-Glucose wird gebildet.

Cellulose kann im Körper nicht abgebaut werden, sie trägt also nicht zur menschlichen Ernährung bei. Verwendung:

Die Rohcellulose wird in erster Linie zur Herstellung von Papier und Textilien verwendet. In weiterverarbeiteter Form entstehen Textilfasern, Folien und Sprengstoffe.

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Papierherstellung

Bei der Papierherstellung in einer modernen Papierproduktionsfirma gibt es 15 Verarbeitungsstufen, bis das Holz zum Papier geworden ist. Diese Verarbeitungsstufen beginnen im Wald und enden beim Versand. 1. Verarbeitungsstufe Rohstoffquelle Wald

Der natürliche und nachwachsende Rohstoff Holz, in Form von Holzstoff, Zellstoff und/oder Altpapier, ist der wichtigste Ausgangsstoff für die Papierherstellung. Jedoch ist nicht jede Holzart zur Papierherstellung geeignet. Es eignen sich Fichte, Tanne, Kiefer, Buche und Birke auf Grund ihrer Faserstruktur. Die Zellstoff- und Papierindustrie nutzt vor allem Nebenprodukte, die in Sägewerken entstehen. Außerdem fällt bei der Durchforstung der Wälder „Schwachholz“ an, welches ebenso bei der Papierherstellung eingesetzt wird. 2. Verarbeitungsstufe Holzstoff

Hier wird das Fichtenholz, aus den Durchforstungen stammend, in 2 m langen Prügeln angeliefert und in geordneten Stapeln auf dem Holzplatz gelagert. Ebenso werden Schnee-und Windbruchhölzer verarbeitet. Holz wird entrindet:

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Die Prügel werden in einer rotierenden Trockenentrindungstrommel durch gegenseitige, mechanische Reibung von Bast und Rinde befreit. Dies geschieht ohne Chemikalieneinsatz. Holz wird zerfasert:

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Das Holz wird unter Wasserzufuhr bei einer Temperatur nahe dem Siedepunkt mechanisch mit rotierenden Schleifsteinen zerfasert. Dabei entsteht Holzschliff. Die Ausnutzung der Holzsubstanz hierbei liegt bei nahezu 100 %. Holzschliff wird gebleicht:

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Es folgt eine mehrstufige Sortierung. Zur Verfeinerung und Verbesserung der Holzschliffqualität wird der Holzschliff eingedickt und umweltfreundlich mit Wasserstoffperoxid (H 2 O 2 ) gebleicht. 3. Verarbeitungsstufe Zellstoff

Um Zellstoff zu erhalten, werden Hackschnitzel, meist Sägewerksresthölzer, unter Druck und Temperatur mit Hilfe von Säuren oder Laugen chemisch aufgeschlossen. Dadurch trennen sich faserige und nichtfaserige Bestandteile. Es entstehen sehr geschmeidige lange Fasern mit hohen mechanischen Festigkeiten. Dieser Zellstoff erreicht eine Papierfabrik in 200 kg schweren abgepackten Ballen und muss dort wieder aufgelöst werden. Dies geschieht in „Pulpern“, das sind große Auflösgeräte. So entsteht ein pumpfähiges Faser-Wasser-Gemisch. 4. Verarbeitungsstufe Altpapier

Das Altpapier muss neu aufbereitet werden. Das heißt, es wird aufgelöst und von den Druckfarben befreit.

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5. Verarbeitungsstufe Stoffzentrale

Alle Rohstoffe gelangen nach ihrer Aufbereitung zur Stoffzentrale. Dort steuert ein Regelsystem die Stoffproportionen, die zur Papierherstellung nötig sind. In der Regel sind dies 90 % Faserstoffe und 10 % Füll- und Hilfsstoffe. Der Ganzstoff, das sind alle Rohstoffe, wird vor dem Stoffauflauf äußerst stark mit dem Kreislaufwasser der Papiermaschinen verdünnt, gereinigt und von Luftbläschen befreit. Die bisher angefallenen Papierabfälle werden bei dieser Verarbeitungsstufe wieder in den Produktionsprozess zurückgeführt. 6. Verarbeitungsstufe Stoffauflauf

Die Bestandteile des Papiers werden in der Papiermaschine so aufgebracht, dass sich ein homogener Faserverbund ergibt. Also ein Faserverbund der gleichförmig und gleichartig ist. Der Hochturbulenz-Stoffauflauf einer Papiermaschine verteilt den hochverdünnten Ganzstoff gleichmäßig über die gesamte Siebbreite. 100.000 Liter Faser-Wasser-Gemisch mit nur 500 kg Faseranteil schießen innerhalb einer Minute mit einer Geschwindigkeit von 72 km/h durch genau 1.254 wabenförmige Öffnungen. Durch dies wird eine bestmögliche Faserorientierung erzielt. Außerdem erhält das Papier durch eine automatische Querprofilregelung ein gleichmäßiges Querprofil. 7. Verarbeitungsstufe Siebpartie

Im sogenannten „Duoformer“ beginnt nach dem Stoffauflauf bereits wieder der Entwässerungsprozess. Dort wird die Flüssigkeit über zwei endlos umlaufende, feinmaschige Kunststoffsiebe transportiert. Das Resultat hieraus ist ein nahezu symmetrischer Blattaufbau und eine weitgehende Gleichseitigkeit der Oberflächen. 8. Verarbeitungsstufe Pressenpartie

Hier erfolgt die Entwässerung des feuchten, äußerst zugsensiblen Faservlieses durch den mechanischen Druck von Walzenpaaren. Durch diesen Pressvorgang wird das Papiergefüge verdichtet und die Festigkeit erhöht. Nach diesem Vorgang hat das Papier einen Trockengehalt von rund 45 %. 9. Verarbeitungsstufe Trockenpartie

Das verbliebene Restwasser wird aus dem Papier verdampft. Hierbei wird ein Trockengehalt von rund 96-98 % erreicht. 10. Verarbeitungsstufe Aufrollung

Hier wird die Blattdicke durch ein 2-Walzen-Glättwerk gleichmäßig und das Dickenquerprofil optimiert. Das Papier wird auf einer Breite von 7,60 m zu einem über 20-Tonnenschweren Tambour aufgerollt. 11. Verarbeitungsstufe Die Streichmaschine

Mit einer Geschwindigkeit von bis zu 85 km/h wird die Streichfarbe über ein Düsenauftragswerk aufgetragen. Diese Farbe wird im Überschuss aufgetragen, da ein Streichmesser danach für das richtige Strichgewicht und die optimale Verteilung der Streichfarbe sorgt.

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12. Verarbeitungsstufe Kalandar

Hier erfolgt die „Satinage“ des gestrichenen Papiers, das heißt, die Oberfläche wird geglättet und die gewünschte Oberflächencharakteristik des Papiers wird hergestellt. 13. Verarbeitungsstufe Rollenschneider

Bei einer Laufgeschwindigkeit der Tambouren von bis zu 120 km/h wird hier das Papier geschnitten. 14. Verarbeitungsstufe Packanlage

Die geschnittenen Rollen gelangen über ein Fördersystem zur halbautomatischen Rollenpackanlage. Dort wird jede Rolle feuchtigkeitsdicht versiegelt. 15. Verarbeitungsstufe Versand

Verpackt und versiegelt werden nun die Papiere per LKW, Bahn oder Schiff und Druck- und Verlagshäuser transportiert.

Literatur- und Quellennachweis:

- HAUPTMANN, Siegfried: Organische Chemie, S.652

- ALLINGER&CAVA&DEJONG&JOHNSON&LEBEL&STEVENS: Organische Chemie

- BREUER, Hans: dtv-Atlas zur Chemie Band 2, S.427

- Schüler Duden, Die Chemie, S.78-79

- FITTKAU, Siegfried: Organische Chemie 7. Auflage, S.169

- CHRISTEN, Hans Rudolf: Allgemeine Chemie, S.240

- ATKINS, P.W.: Moleküle- Die Chemischen Bausteine der Natur, S.105, S.113-115

- http://www.mdpapier.de/deutsch/html/d_papierwissen/d_00_con_papiergeschichte_00.htm

- http://www.mdpapier.de/deutsch/html/d_papierwissen/d_00_con_papierherstellung_00.htm