Abb. 1: Faserstoffeinsatz in Bayern 2011
Die Papierindustrie stellt etwa 3.000 verschiedene Papiersorten her. Die bayerische Papier- und Verpackungsindustrie produziert jährlich etwa 4,6 Millionen Tonnen Papier, rund 17 Prozent der deutschen Papierproduktion. Mit über 70 Prozent lagen 2011 die grafischen Papiere in Bayern an der Spitze, gefolgt von den Verpackungspapieren (24 %). Hygiene-, Spezial- und Technische Papiere stellten den kleinsten Anteil in der Papierproduktion. Altpapier ist dabei der am meisten verwendete Faserstoff, die Frischfasern Zellstoff und Holzstoff sind gleichwertig vertreten (Abb. 1).
Bei der Stoffzusammensetzung eines Papiers unterscheidet man grundsätzlich holzfrei, holzhaltig, altpapierhaltig und hadernhaltig.
- Holzfreie Papiere werden vorwiegend aus Zellstofffasern hergestellt und enthalten höchstens fünf Prozent verholzte Fasern. Naturpapiere und holzfreie gestrichene Papiere zeichnen sich durch hohe Anforderungen an die Druckqualität aus.
- Holzhaltige Papiere werden unter Verwendung von Holzstoff mit unterschiedlichem Anteil hergestellt. Sie enthalten noch einen großen Anteil an Lignin, womit sie relativ schnell zu Vergilbung neigen. Holzhaltige Papiere sind beispielsweise leicht gestrichene Magazinpapiere, die zunehmend unter Verwendung von Altpapier erzeugt werden.
- Hadernhaltige Papiere sind von sehr hoher Qualität und werden oft in die Produktklasse Spezialpapiere eingestuft, z.B. als Banknoten- und Sicherheitspapiere. Sie weisen hohe Anforderungen an Alterungsbeständigkeit, Reißfestigkeit, Falzfestigkeit und Witterungsbeständigkeit auf.
Rohstoff Holz
Ohne Holz ist die Produktion von Papier und Verpackungen in Mitteleuropa nicht denkbar. Holz bildet den Beginn des fast komplett geschlossenen Recyclingkreislaufs der Papierproduktion; die Altpapierrücklaufquote betrug 2011 in Deutschland 77 Prozent. Zur Herstellung hochwertiger Papiere für die grafische Industrie und für technische Zwecke setzt die bayerische Papierindustrie jährlich knapp zwei Millionen Raummeter Waldholz ein. Dazu kommen etwa 350.000 Kubikmeter Nebenprodukte aus der Sägeindustrie. Die regionale Verfügbarkeit von Holz aus nachhaltiger Waldwirtschaft ist für die Papierindustrie ein zentraler Standortfaktor.
Verwendet werden in der Papierindustrie vor allem Fichte und Kiefer bzw. Birke, Buche und Aspe. Für die Faserstofferzeugung ist in erster Linie die Rohdichte von Bedeutung. Die verschiedenen Holzsorten eignen sich unterschiedlich für die verschiedenen Faserstoffproduktionstechnologien.
Zellstoff aus Langholz
Abb. 2: Lichtmikroskopische Aufnahme von Buchenfasern (Foto: PTS)
Aus Buchenlangholz wird Sulfitzellstoff für Naturpapiere und gestrichene Feinpapiere hergestellt. Die kurzen Buchenfasern (0,6 bis 1,3 mm lang) verbessern die Formation und Durchsicht der hochwertigen Druckpapiere.
Voraussetzung für eine hohe Zellstoffqualität ist die optimale Entrindung der Langhölzer, denn das saure Magnesiumsulfitverfahren ist – anders als das alkalische Sulfatverfahren – sehr sensibel gegenüber Restrindenbestandteilen. Rindenreste werden nur bedingt abgebaut und erscheinen als Schmutzpunkte im Papier. Auch durch Bleiche mit Wasserstoffperoxid können diese Schmutzpunkte nicht eliminiert werden. Eine optimale Entrindung wird mit zunehmender Holzlagerung und der damit verbundenen Reduzierung des Feuchtegehalts erschwert. Bei einer dreimonatigen Lagerung steigt der Verbrauch an Holz bei der Zellstoffproduktion bereits um bis zu drei Prozent. Auch die Festigkeitseigenschaften von Zellstoffen aus "trockenem" Holz sinken, können nach dreimonatiger Lagerung im Sommer bis zu 20 Prozent abnehmen. Die rasche Verarbeitung von frisch eingeschlagenen Hölzern ist somit von großer Bedeutung.
Zellstoff aus Hackschnitzeln
Die idealen Hackschnitzel für die Zellstoffaufkochung haben eine Abmessung von 20 mm x 20 mm x 4 mm. Zu kleine Hackschnitzel werden beim chemischen Aufschluss oft vollkommen aufgelöst, zu große Hackschnitzel werden im inneren Kern nicht aufgeschlossen. Auch die Qualität der Messer während des Hackvorgangs spielt eine große Rolle für die Eigenschaften des Zellstoffes. So reduzieren "gestauchte" Hackschnitzel die Festigkeitseigenschaften des Zellstoffes um bis zu 20 Prozent.
Holzstoff aus Langholz
Die Fichte hat generell sehr günstige Eigenschaften für die Papierproduktion. Wegen der niedrigen Rohdichte bzw. des höheren Frühholzanteils ist der Energieverbrauch bei der Holzstoffproduktion im Vergleich zu anderen Nadelhölzern geringer. Positiv ist auch der hohe Weißgrad des Holzes. Die langen Fasern (2,6 bis 3,6 mm) weisen gute Festigkeitseigenschaften auf.
Bei Holzstoff unterscheidet man nach dem Aufschluss mittels Druckschleifer und dem Aufschluss mittels Refiner mit thermischer und/oder chemischer Vorbehandlung.
Für gute Ergebnisse im Tiefdruckverfahren ist eine gleichmäßige Oberflächentopografie entscheidend. Für die Holzstoffproduktion werden Druckschleifer verwendet. Die Anforderungen an die Entrindung sind ähnlich hoch wie bei der Sulfitzellstoffproduktion. Die Holzfeuchtigkeit spielt beim Steinschliffverfahren eine entscheidende Rolle. Frisch eingeschlagenes und rasch weiterverarbeitetes Holz hat einen positiven Einfluss auf die Festigkeit der Fasern. Der Holzschliff hat einen größeren Faserlangstoffgehalt bei gleichzeitig hochwertigerem Feinstoff. Das Qualitätsmaximum liegt bei einem Feuchtegehalt von 50 bis 60 Prozent.
Holzstoff aus Hackschnitzeln
Als Hackschnitzel können Holzqualitäten verarbeitet werden, die für den Schleifprozess nicht geeignet sind, z.B. Sägewerksabfälle. Mit einer chemischen Vorbehandlung lassen sich auch verschiedene Laubholzarte, z.B. die Aspe, verarbeiten. Eine homogene Hackschnitzelgröße unterstützt die gleichmäßige Penetration und Diffusion der Chemikalien in das Innere der Holzstruktur. Der entstehende Faserstoff hat einen hohen Langfaseranteil und gute Festigkeitseigenschaften. Die Holzstoffe werden unter anderem bei der Produktion von leicht gestrichenen Magazinpapieren oder den ungestrichenen, hochkalandrierten Papieren eingesetzt.
Ausblick
Abb. 3: Neue Druckverfahren stellen andere Anforderungen als bisher an den Rohstoff Papier (Foto: Elisabeth Hilbel, Kompetenzzentrum Hauswirtschaft).
Der Verpackungssektor zeigt seit Jahren einen stetigen Anstieg. Mit der Einführung des Internets und den damit verbundenen online-Bestellungen hat sich der Bedarf an Verpackungen gewandelt. Auch der Hygienesektor zeigt stabile Produktionszahlen. Die klassischen Anwendungen wie der Zeitungsdruck haben zunehmend Schwierigkeiten. Das lässt sich zum Teil mit einem veränderten Nutzungsverhalten der Bevölkerung erklären. Aber auch neue Druckverfahren stellen andere Anforderungen an den Rohstoff Papier.
