Wie wird Papier hergestellt? Ein Exkurs zu einem der wichtigsten Stoffe zur Wahrung von Wissen

Auch wenn wir mittlerweile in Zeiten des „papierlosen Büros“ leben bzw. uns stark darauf zubewegen, ist Papier eine DER Erfindungen in der Geschichte der Menschheit. Die Erforschung ebendieser würde sich um ein Vielfaches schwieriger gestalten, bliebe allein die mündliche Tradierung. Papier ist einer der Stoffe, auf dem nicht zuletzt ein Gros an Wissen festgehalten wurde und auch weiterhin wird. Dabei stellt sich natürlich die Frage: „Wie wird Papier hergestellt?“

Mancher weiß, dass bei der Produktion Holz und Wasser entscheidende Faktoren darstellen. Doch woraus setzt sich dieser wertvolle Stoff noch zusammen und weshalb kommt vielfach auch Altpapier zum Einsatz, wenn es um die Papierherstellung geht? Dieser und weiterer Fragen soll nun in diesem Artikel nachgegangen werden.

Wie wird Papier hergestellt? Geschichtliches zur Papierproduktion

Der heutige Begriff „Papier“ leitet sich aus dem Lateinischen „papyrus“ ab, welcher seinerseits von dem altgriechischen Wort „pápyros“ stammt. Dieser bezieht sich auf die Papyrusstaude, aus welcher der Stoff gewonnen wird, der früher als Rohstoff zur Herstellung von Papier bzw. Papyrus diente. Konnte zuvor Wissen hauptsächlich auf Stein oder Ton festgehalten werden, der vor allem en masse mitunter schwer von einem Ort zum andern transportiert werden konnte, so wurde es mit der Erfindung des Papiers bzw. Papyrus einfacher, Erlerntes im wahrsten Sinne des Wortes weiterzutragen. Dabei wurde bereits mit einer frühen Form von Tinte gearbeitet, um die Schrift auf diesem Untergrund zu bannen. Wenn Sie mehr zur Herstellung von Tinte erfahren möchten, lesen Sie gern in unserem entsprechenden Artikel nach.

Menschen hielten seit dem Altertum in sämtlichen Hochkulturen auf diversen Schreibstoffen die Dinge fest, die sie des Weitergebens als wichtig erachteten. Die Erfindung des Papiers als solches aber liegt wahrscheinlich unabhängig voneinander einerseits in Asien und andererseits in Europa. Vor allem Hanf wurde früher zur Gewinnung des Stoffes genutzt.

Die Herstellung in Asien

Erstmals beschrieben wurde die bis heute bekannte Herstellung von Papier um 105 n. Chr. in China. Die Papierherstellung aus Lumpen findet hier beispielsweise Anwendung, denn die Rohstoffe für die chinesische Produktion von Papier waren Seidenabfälle, Hanf, besagte Lumpen sowie Fischernetze in Verbindung mit Baumrinde oder Bast (organisches Gewebe unter der Borke). Die Fasern und Faserreste wurden gesäubert, zerstampft, gekocht und gewässert. Danach wurden mithilfe eines Siebes einzelne Lagen abgeschöpft und getrocknet. Hernach wurden sie gepresst und geglättet, um auf ihnen schreiben zu können. Auch in Korea wurde diese Art der Papiergewinnung vermutlich um etwa die gleiche Zeit angewandt.

Bereits kurze Zeit später wurde in China begonnen, das Papier mit Stärke als Leimstoff zu versetzen, was das Papier glatter und weniger saugfähig machte und die Tinte nicht so sehr verlaufen ließ. Auch Papiertaschentücher sowie Toilettenpapier aus Reisstroh wurden gefunden.

Zum Schöpfen des Papiers wurden zunächst Siebe verwendet, deren Gitter fest mit dem Rahmen verbunden waren, sodass die einzelnen Papierbögen erst trocknen mussten, bevor sie herausgenommen werden konnten, bis sich diese Technik weiterentwickelte, sodass nunmehr das feuchte Blatt dem Sieb entnommen und zum Trocknen ausgelegt werden konnte. Noch heute wird diese Schöpftechnik beim sogenannten handgeschöpften Papier verwendet. In der weiteren Entwicklung wurden dem Faserbrei später Pflanzenschleime beigemischt, die die Klümpchenbildung verringerten. Für die Papiergeldherstellung wurden außerdem Pflanzenfasern aus Bambus verwendet. Um die Falschgeldproduktion zu erschweren, wurden Seidenfasern, Insektizide und Farbstoffe beigemischt.

Papierherstellung im arabischen Raum

Neben Hanf wurde in den Anfängen der Papiererzeugung im arabischen Raum auch Flachs als Rohstoff verwendet. Auch hier wurde schnell eine Oberflächenleimung aus zerfaserten und gekämmten Lumpen und Stricken entwickelt, die in Kalkwasser eingeweicht, zerstampft und gebleicht wurden. Diese Masse wurde anschließend an eine Wand zum Trocknen gestrichen, um danach mit einer Mischung aus Stärke glattgerieben und im Anschluss in Reiswasser getaucht zu werden, wobei sich die Poren schließen konnten. In der weiteren Entwicklung fand auch eine Normung des Papiers in Bezug auf Flächenmaß, Bögen, Bündel usw. statt. Diese Bündel-Normung wird bis heute „Ries“ genannt, was von dem arabischen „rizma“ stammt. Ein Ries A4-Papier à 80g/m² entspricht laut DIN 6730 exakt 500 Blatt.

Papierherstellung in Indien

Die Technik der Papierproduktion orientierte sich in ihrer frühen Zeit in Indien an der aus dem arabischen Raum. Allerdings wurde hier häufiger das Querformat genutzt, da dies sich wiederum an dem in Indien bereits manifestierten Schreibmaterial aus Palmblättern orientierte. Interessant zu wissen ist dabei, dass das Palmblatt in Südindien bis zum Buchdruck im 19. Jahrhundert nicht vom Papier abgelöst werden konnte. Es blieb bis zu diesem Zeitpunkt der bevorzugte Beschreibstoff.

Herstellung von Papier in Europa

Auch in Europa wurde der arabischen Tradition gefolgt, Papier aus Hanf oder Flachs (Leinen) herzustellen. Allerdings wurde hier auch Nesseltuch verwendet, welches vornehmlich aus den Pflanzenfasern der Brennnessel gewonnen wurde. Dabei ließen sich die sogenannten Papiermühlen (Fabriken zur Herstellung von Papier) die benötigten Tuchreste von Lumpensammlern liefern. Hier konnten Papierhersteller bereits kurze Zeit später Innovationen auf dem Gebiet der maschinellen Papiererzeugung verzeichnen und so die Massenproduktion von Papier vorantreiben. So konnte beispielsweise der Zermalmungsvorgang der Fasern im mittelalterlichen Europa bereitsmechanisch über wasserbetriebene Papiermühlen erfolgen, was zuvor mühsam per Hand oder im Kollergang von Nutzvieh durchgeführt werden musste, was die Arbeit der Papiermacher nun deutlich erleichterte.

Zudem wurde auch das Zerreißen der Lumpen in sogenannten Hadermühlen merklich vereinfacht, indem das innovative Sensenblatt das Reißen oder Schneiden per Hand obsolet machte. Auch die Entwicklung von Papierpressen löste das langwierige Trocknen des Papiers an der Luft ab, indem es fortan durch denSchraubpressdruck (in einer Kelter) getrocknet wurde. Die erste Papiermühle in Deutschland entstand übrigens im späten 14. Jahrhundert bei Nürnberg. Dabei wurden die Produktionsstätten häufig fernab der Städte errichtet, da sie einen unangenehmen Geruch sowie Lärm verbreiteten.

Eine weitere Innovation stellte das Schöpfsieb mit metallischem Geflecht dar, welches das bis dato verwendete Sieb aus Bambus oder Schilf ersetzte. Dies bildete auch die Grundlage für Papiere mit Wasserzeichen; übrigens aller Wahrscheinlichkeit nach eine italienische Erfindung. Die immer weiter fortschreitende Verfeinerung der Papierqualität trug dabei maßgeblich zum modernen Buchdruck bei, wie ihn Johannes Gutenberg entwickelte. Auch die Kosten für die Papierherstellung reduzierten sich mit dem technologischen Fortschritt. Mit dem Buchdruck trat endgültig der Siegeszug von Papier über das aus Tierhäuten bestehende Pergament ein.

Papierherstellung früher vs. Papierherstellung heute

Wie der geschichtliche Umriss bereits erahnen lässt, hat sich in der Herstellung von Papier einiges getan. Vor allem die Papiermacher und Papiermühlen im mittelalterlichen Europa haben einen Großteil zum maschinellen Fortschritt beigetragen.

Papierherstellung: Mittelalter bis Industrialisierung

Noch bis ins 19. Jahrhundert hinein wurden zur Papierherstellung Lumpen und Leinen verwendet, sodass es teilweise sogar zum Ausfuhrverbot für ebendiese kam, um der Nachfrage gerecht zu werden. Diese wurden in den bereits genannten Papiermühlen in Fetzen geschnitten, einem Faulungsprozess unterzogen und danach zerstampft, sodass einzelne Fasern übrig blieben. Das Stampfwerk wurde ab dem späten 17. Jahrhundert, Anfang des frühen 18. Jahrhunderts durch den sogenannten „Holländer“ ersetzt, der einen wesentlich höheren Faserdurchdrang besaß. Später wurden die Lumpen mittels Chlor gebleicht, sodass auch farbige Stoffe in der Fabrik zu weißem Papier verarbeitet werden konnte. So konnte auch der Verlust an Fasern beschränkt werden.

Papiermacher schöpften nun mittels des rechteckigen metallenen Schöpfsiebes den entstandenen Papierbrei aus dem Bottich (auch „Bütte“ genannt – Büttenpapier). Je nach Siebgröße konnte entsprechend auch die Papiergröße bestimmt werden. Der frische Bogen Papier wurde nun auf ein Filz gedrückt, um ihn danach zum Trocknen aufzuhängen. Im Anschluss wurde das Papier gepresst, geglättet und sortiert, bevor es verpackt wurde. Schreibpapier wurde zusätzlich geleimt, sodass die Tinte später nicht in den Papierfasern verlief.

Bis in die Neuzeit benutzten Papiermacher, auch Papiermüller genannt, für ihre Wirkungszeit typische Wasserzeichen. Das Deutsche Buch- und Schriftmuseum in der Deutschen Bücherei in Leipzig beherbergt diesbezüglich sogar eine Papiermacherkartei.

Wie wird Papier industriell hergestellt? Papierproduktion von der Industrialisierung bis heute

Bereits Anfang des 18. Jahrhunderts wurde deutlich, dass der zunehmende Mangel an Lumpen auch zum Engpass der Papierproduktion führen würde. Nach Vorbild amerikanischer Wespen sollte sich nun auf die Papierherstellung aus Holz konzentriert werden. Doch auch andere Versuche, wie gar Papier aus Asbest herzustellen, wurden unternommen. Zukunftweisend aber waren Vorschläge Papier aus Flachs, Hanf, Baumwolle und der Pappelweide zu produzieren.

Ende des 18. Jahrhunderts leitete ein Göttinger Professor bereits die Verwendung von Altpapier als Rohstoffzur Papiergewinnung ein. Die fortschreitende industrielle Entwicklung ermöglichte es zudem, Papier maschinell fabrizieren zu können, indem das Schöpfen des Papierbreis durch eine Schüttelmaschine mit rotierendem Metallsieb übernommen wurde. Es folgten weitere Innovationen der Siebmaschinen und die Leimung wurde nun während des Herstellungsprozesses bereits im Papierbrei vorgenommen.

Mitte des 19. Jahrhunderts wurde in Sachsen begonnen, Papier aus Holzschliff herzustellen. Dieses Verfahren bedeutete, Holz in Faserquerrichtung auf einem Schleifstein unter Zuhilfenahme von Wasser zu Holzschliff zu verarbeiten. Industriell konnte sich die Papierherstellung in Sachsen allerdings noch nicht manifestieren. Es folgten in den kommenden Jahren weitere Erfindungen zur großtechnischen Nutzung der Holzschliffmaschinen, um den Holzschliff weiter zu verfeinern und die Papierqualität so verbessern zu können.

Mittlerweile kann Papier sowohl industriell als auch in Handarbeit gefertigt werden. Dabei besteht Papier heutzutage aus Cellulosefasern, die unterschiedlich lang sein können und von den ursprünglichen weiteren Pflanzenbestandteilen getrennt wurden. Das bedeutet, dass der gewonnene Zellstoff mit Wasser versetzt und zerfasert wird. Der entstandene Brei wird vom Papiermacher maschinell oder per Hand auf ein sich bewegendes Sieb gegeben, damit sich die Fasern eng übereinander legen können, sodass ein Vlies entsteht. Nach dem Trocknungsvorgang wird die Oberfläche des Papierblattes mit Stärke, modifizierter Cellulose oder Polyvinylalkohol geschlossen, d.h. imprägniert bzw. „geleimt“.

Papierherstellung & Chemie

Die aus dem Holzschliff gewonnenen Papiere waren nicht ganz unproblematisch, da sie verschiedene saure Substanzen enthielten. Durch die industrielle Herstellung mit Sulfit entstand durch Luftoxidation sowie Hydrolyse Schwefelsäure. Außerdem verminderte sich die Reißfestigkeit des Papiers durch die Verwendung von Chlor und Essigsäure, was auch zu starken Vergilbungen führte. Davon war das Holzschliffpapier aus dem Ende des 19. und Anfang des 20. Jahrhunderts in besonders starkem Maße betroffen.

Da die Entwicklung hier aber natürlich nicht Halt machte, konnte Ende des 19. Jahrhunderts auch Zellstoff aus Holz mittels Natronverfahren hergestellt werden. Durch den chemischen Aufschluss von Holz konnte kurze Zeit später auch Sulfitzellstoff gewonnen werden. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde begonnen, Papier aus halbsynthetischen Fasern wie regenerierter Cellulose herzustellen. Mit fortschreitender Technik wurden zunehmend Holländer und Kollergang von Refinern abgelöst. In den 1950er Jahren konnte dann das erste Papier aus vollsynthetischen Fasern aus Polyamid vorgestellt werden. Seit 1980 kann nun auch ohne Chlor gebleicht werden. Seitdem wird hauptsächlich Papier hergestellt, welches sehr alterungsbeständig sowie säurefrei sein soll.

Papierarten

Mittlerweile tummeln sich auf dem Markt zahlreiche verschiedene Arten von Papier, seien es Hygienetücher, Toilettenpapier, Taschentücher, Schreibpapier, Büttenpapier, Druckerpapier und auch Spezialpapiere wie Fotopapier, Bastelkarton und viele mehr. Fast täglich benutzen wir Papier für das anfallende Dokumentenmanagement. Wir nutzen Schmierzettel oder Papier, um Dokumente und dergleichen auszudrucken. Dabei muss natürlich auch darauf geachtet werden, welches Druckverfahren angewandt wird.

So arbeitet ein Laserdrucker beispielsweise mit besonders hohen Temperaturen, weshalb das Papier hitzebeständig sein muss. Beim Tintenstrahldrucker dagegen kommt es darauf an, dass die Tinte schnell trocknet und nicht verläuft. Fotopapier sorgt zudem mit seiner speziellen Beschichtung für langlebige und farbbrillante Bilder. Achten Sie also stets auf die Herstellerangaben für Ihren Drucker, damit Sie nicht versehentlich zum falschen Papier greifen. Verbrauchsmaterial für Ihren Drucker finden Sie übrigens zu günstigen Konditionen im TintenCenter Onlineshop. Das Papier kann mittlerweile den diversen Anforderungen angepasst werden, weshalb es zig verschiedene Arten gibt, auf die Sie zurückgreifen können.

Wie wird Papier hergestellt: Die verwendbaren Rohstoffe

Wie weiter oben bereits erwähnt, wurden schon diverse Stoffe zur Papierherstellung verwendet. Darunter zählen Seidenabfälle, Hanf, Flachs, Bast und vor allem Lumpen (Hadern). Letztere werden heute hauptsächlich noch für stark beanspruchte Papiersorten wie Wertpapiere, Papiergeld sowie Briefmarken genutzt. Heutzutage wird auch auf andere Substanzen zurückgegriffen, wobei Holz weiterhin neben Altpapier einen wichtigen Bestandteil ausmacht. Im Allgemeinen können aber sämtliche cellulosehaltigen Stoffe zur Papierproduktion genutzt werden. Es wird dabei sowohl in Halbstoffe als auch in Ganzstoffe sowie in Primärstoffe und Sekundärstoffe unterschieden.

Halbstoffe sind dabei die verschiedenen Faserstoffe. Als Primärstoffe gelten solche, die zum ersten Mal genutzt werden, wie zum Beispiel frisches Holz und Zellstoff. Sekundärstoffe werden beispielsweise durch Recycling aus Altpapier gewonnen. Dabei werden durch Deinking die Druckfarben vom Altpapier durch diverse chemische Vorgänge gelöst. Allerdings werden die Fasern nur circa fünf- bis sechsmal recycelt, da sie durch die wiederholte Verarbeitung geschädigt werden. Auch der Anteil der verwendeten Zusatzstoffe nimmt durch die Wiederverwertung zu.

Hauptbestandteil von heutigem Papier bleibt die Cellulose. Diese Fasern kommen hauptsächlich in den Zellwänden von Pflanzen und Hölzern vor. Chemisch betrachtet ist die Cellulose ein Polymer, da sie aus einer Aneinanderreihung von Glukose- und Wassermolekülen besteht. Die Cellulose wird zumeist aus Holz gewonnen, welches in einem chemischen Prozess durch Kochen in seine Bestandteile zerlegt wird. Je nach den eingesetzten Chemikalien während des Kochens wird zwischen Natronverfahren, Sulfitverfahren und Sulfatverfahren unterschieden. Danach wird der Zellstoff gebleicht, da er ansonsten gelb bis braun wäre. Mittlerweile wird dies aufgrund der Umweltbelastung meist nicht mehr mit Chlor sondern mit Chlordioxid durchgeführt. Der so gewonnene Sulfatzellstoff ist langfaseriger und reißfester, weshalb er vor allem bei der Herstellung von Schreib- und Druckerpapier verwendet wird. Sulfitzellstoff dient im Gegenzug als Grundlage für weicheres Hygienepapier.

Um das Papier zu vollenden, werden weitere Stoffe zugeführt. Dazu zählen unter anderem:

• Kaolin/Porzellanerde zur Pigmentierung des Papiers, auch wenn es teilweise durch das stärkere Calciumcarbonat abgelöst wurde
• Talkum, um die Porosität zu verringern
• Titanweiß für eine bessere Lichtstreuung und Glanz
• Leimungsstoffe, welche das Papier weniger saugfähig und daher beschreibbar machen
• Nassfestmittel, damit sich das Papier nicht auflöst, wie beispielsweise bei Küchenkrepp deutlich sichtbar
• Weitere Hilfsstoffe sind zum Beispiel Stärke sowie einige Minerale in geringen Mengen

Schritte der Papierherstellung heute: Die Papiermaschine

Nach dem Zerstampfen wird der Papierbrei, welcher aus über 90% Wasser besteht, zunächst gereinigt und entlüftet. Danach wird er in der industriellen Papiermaschine in dem sogenannten Stoffauflauf in Form eines dünnen Strahls auf ein rotierendes Endlossieb gegeben. Je nach Bewegungsrichtung des Siebs richten sich auch die Fasern aus, was in unterschiedlichen Eigenschaften des späteren Papiers resultiert. In der Siebpartie läuft nun ein Großteil des Wassers ab. Hier wird auch das Wasserzeichen aufgebracht, sollte das Papier später ein solches aufweisen. Allerdings wird das Papier, welches auf derlei Langsiebmaschinen produziert wird aufgrund der einseitigen Entwässerung häufig nur auf einer Seite wirklich glatt. Ein zweites Sieb, welches auch nach oben hin entwässert, ist daher oft von Vorteil.

Auf der anderen Seite gibt es sogenannte Gap-Former, bei welchen der Papierbrei zwischen zwei bewegliche Siebe gespritzt wird, um so ein gleichmäßigeres Oberflächenergebnis des Papiers zu gewährleisten. Nun wird die Papierbahn auf einen Filz gegeben und zur Pressenpartie geleitet. Diese besteht zumeist aus drei bis vier einzelnen Pressen, welche hintereinander liegen und deren Walzen die Papierbahn zwischen Filzen entwässern. Die endgültige Entwässerung wird mittels dampfbeheizter Trockenzylinder in der Trockenpartie durchgeführt, wonach das Papier nochmals geglättet und danach aufgerollt wird. Die letzten Schritte umfassen nach der Herstellung das Zuschneiden auf genormte Maße sowie das Verpacken.

Papierherstellung: Zusammenfassung

Wie in den meisten Lebensbereichen hat sich auch in der Papierherstellung während der Zeit einiges getan. Wo anfangs nur wenige Eigenschaften aus dem Rohstoff herausgearbeitet werden konnten, gibt es heutzutage zahlreiche Papierarten für die unterschiedlichsten Anwendungen. Eine abschließende Tabelle soll die gravierendsten Unterschiede und Gemeinsamkeiten verdeutlichen.

Wie wurde Papier früher hergestellt?	Wie wird Papier heute hergestellt?
Hauptbestandteile: Hanf, Flachs, Bast, Lumpen (Hadern) Fasern in Bottichen (Bütten) zerstampft Papierbrei wurde mithilfe eines Siebes auf festem Rahmen per Hand geschöpft Bleichen mittels Chlor Trocknung mittels Aufhängen	Hauptbestandteile: Holz bzw. Cellulose, teilweise immer noch Hadern für stark beanspruchte Sonderpapiere Papier durchläuft in der Papiermaschine diverse Schritte Bleichen mittels Chlordioxid und anderer Chemikalien Trocknung mittels Walzen und Filz Papierherstellung aus Altpapier mittels Recycling

Es wird deutlich, dass sich der Prozess der Papierherstellung als solches nicht groß verändert hat. Fasern müssen zunächst vom Rohstoff wie Lumpen oder Pflanzen getrennt und danach gewässert werden. Der entstandene Papierbrei gelangt auf ein rotierendes Sieb und wird danach wieder entwässert, gepresst und getrocknet. Allein die chemischen Bestandteile sowie, ob der Vorgang per Hand oder maschinell durchgeführt wird, haben sich im Laufe der Geschichte des Papiers geändert. Um dem Papier weitere verbesserte Eigenschaften angedeihen zu lassen, werden stetig neue Innovationen hervorgebracht, die einerseits die Arbeit erleichtern als auch die Papierqualität verbessern sollen.