HANDBUCH FÜR DEN PACKMITTELTECHNOLOGEN

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1 HANDBUCH FÜR DEN PACKMITTELTECHNOLOGEN Hauptverband Papier- und Kunststoffverarbeitung e.v. (HPV)

2 [HANDBUCH FÜR DEN PACKMITTELTECHNOLOGEN Band 1 Inhalt Lernfeld 2] Inhalt Lernfeld 2 2 Packstoffe auswählen Papier, Karton und Pappe Begriffsdefinitionen Einführung in den Werkstoff Papier Gewinnung der Faserstoffe Additive Faserstoffaufbereitung Papierherstellung Papiersorten Allgemeine Eigenschaften von Papier, Karton und Pappe Eigenschaften von Wellpappe Einführung Wellpappenrohpapiersorten Eigenschaften von Wellpappenrohpapieren Einteilung der Wellpappesorten Eigenschaften von Wellpappe Einfluss der Wellpappe auf die Eigenschaften von daraus hergestellten Verpackungen Eigenschaften von Kunststoffen Vom Erdöl zum Kunststoff Herstellung der Kunststoffe Eigenschaften der Kunststoffe Einteilung der Kunststoffe Thermoplaste; Duroplaste; Elastomere Verwendung der Kunststoffe Hilfsstoffe für die Verarbeitung Erkennen von Kunststoffen Nachhaltigkeit des Werkstoffes Kunststoff Prüfung der Grundeigenschaften von Papier, Karton, Pappe und Kunststofffolien Papier, Karton und Pappe Probennahme und Probenvorbereitung; Grundeigenschaften Kunststofffolien Formate, Bogen- und Rollenmaße Rollenmaße Formate und Bogenmaße Recycling, Entsorgung, Umweltschutz und Nachhaltigkeit Ökologische Nachhaltigkeit Entsorgung und Recycling Umweltschutzvorschriften Herausgeber: Hauptverband Papier- und Kunststoffverarbeitung e.v. (HPV) Stand 2013

3 2 Packstoffe auswählen 2.1 Papier, Karton und Pappe Papier, Pappe, Karton die wichtigsten Vorprodukte in der Packmittelindustrie alle Definitionen. Hier erfahren Sie Grundsätzliches über Papier, Karton und Pappe die wichtigsten Grundstoffe in der Packmittelindustrie. Sie lernen, wie die Faserstoffe (hauptsächlich aus Holz und Altpapier) gewonnen und aufbereitet werden. Sie finden Informationen darüber, wie Zusatzstoffe Eigenschaften von Papier verändern können, damit es zum Beispiel besonders weiß oder besonders fest wird. Grundlagenwissen bietet dieser Abschnitt auch zu allgemeinen Eigenschaften von Papier, Karton und Pappe Begriffsdefinitionen Papier Nach DIN 6735 ist Papier ein flächiger, im Wesentlichen aus Fasern meist pflanzlicher Herkunft bestehender Werkstoff, der durch Entwässerung einer Faserstoffaufschwemmung auf einem Sieb gebildet wird. Dabei entsteht ein Faserfilz, der anschließend verdichtet und getrocknet wird; flächenbezogene Masse 225 g/m². Pappe Pappe ist nach DIN 6735 der Oberbegriff für Vollpappe und Wellpappe, deren Definitionen im Folgenden aufgeführt sind: Vollpappe Massiver (im Gegensatz zur Wellpappe) im Wesentlichen aus Fasern pflanzlicher Herkunft bestehender Werkstoff, einlagig und gegautscht, auch zusammengeklebt, beklebt, imprägniert oder beschichtet als Maschinenpappe oder Wickelpappe hergestellt, dessen flächenbezogene Masse im Regelfall oberhalb derjenigen für Karton liegt. Wellpappe Pappe aus einer oder mehrerer Lagen eines gewellten Papiers, das auf eine Lage oder zwischen mehreren Lagen eines anderen Papiers oder Pappe geklebt ist. Karton Die Begriffsbestimmung für Karton in DIN 6735 ist äußerst vage. Sie lautet: Allgemeiner Begriff, angewendet für bestimmte Papierarten, die häufig durch ihre relativ hohe Festigkeit charakterisiert sind. Im allgemeinen Sprachgebrauch versteht man unter Karton oft einseitig gestrichene papierne Flächengebilde im Grenzgebiet zwischen Papier und Pappe mit flächenbezogenen Massen im Bereich von 150 bis 600 g/m², die vor allem für Verpackungszwecke verwendet werden. Hinsichtlich der Kartonsorteneinteilung vergleiche Abschnitt [ 86 ] Stand 2013

4 2.1.2 Einführung in den Werkstoff Papier In Europa ist der Rohstoff zur Herstellung von Papierfasern Holz, insbesondere Stammholz, darüber hinaus Industrieresthölzer und Sägereiabfälle. Wie alle Pflanzen wird auch Holz aus Zellen aufgebaut, die im Falle von Holz mehrere Millimeter lang sein können, die hohl sind und die einen Durchmesser von etwa 50 µm haben. Die Zellen sind im Holz im Wesentlichen parallel zur Stammachse ausgerichtet, sie sind also hochgeordnet und füllen die Holzsubstanz porenfrei aus. Chemisch gesehen bestehen die Zellwände im Wesentlichen aus Cellulose und Hemicellulose. Als Kittsubstanz zum Zusammenhalten des Zellverbundes dient das Lignin. Direkt aus Holz können zwar sehr dünne Flächengebilde hergestellt werden (Furnierholz), aufgrund des Holzaufbaus (hoher Ordnungsgrad der Zellen, keine Poren) und der starken Abhängigkeit von der individuellen Beschaffenheit des Baumes sind Furnierholztafeln aber als Bedruckstoff oder Verpackungsmaterial nicht gut geeignet. Um trotzdem aus Holz einen gut geeigneten Bedruckstoff machen zu können, ist ein Umweg erforderlich, der schließlich zu einem neuen Werkstoff, dem Papier, führt. Die Grundidee des Papiers basiert auf der Schaffung eines neuen Werkstoffs, der die Nachteile des Holzes vermeidet. Sind im Holz die Zellen geordnet, dann sollen sie im neuen Werkstoff ungeordnet sein; enthält das Holz keine Poren, dann soll der neue Werkstoff Poren enthalten; sind die Eigenschaften einer Furnierholztafel von der Beschaffenheit des zugehörigen Baumes abhängig, dann sollen die Baumeigenschaften beim neuen Werkstoff keine Rolle mehr spielen. Natürlich sollen die Vorteile des Holzes, nämlich ein nachwachsender und biologisch abbaubarer Rohstoff zu sein, uneingeschränkt auch für den neuen Werkstoff gelten. Schließlich darf sich der neue Werkstoff auch hinsichtlich seiner Festigkeitseigenschaften nicht zu sehr vom Holz unterscheiden. Weil im Folgenden die Papiertechnik im Vordergrund stehen wird, sollen auch die dort üblichen Begriffe verwendet werden. Das gilt zunächst einmal für die Zellen des Baumes, die in der Papiertechnik mit Fasern bezeichnet werden. Dieser Begriff wird ab jetzt ausschließlich verwendet. Der Weg vom Holz zum Papier besteht aus zwei Schritten. Im ersten Schritt wird das Holz in seine elementaren Bestandteile, die Fasern, zerlegt. Im zweiten Schritt werden die vereinzelten Fasern nach dem neuen Ordnungsprinzip wieder zusammengefügt. Den Zerlegungsvorgang des Holzes in seine elementaren Bestandteile nennt man Aufschluss. Dieser Vorgang findet stets in der Gegenwart von Wasser statt. An seinem Ende liegen die vereinzelten Fasern in Wasser verteilt vor. Der Prozess des Zusammenfügens der vereinzelten Fasern zum neuen Werkstoff Papier geschieht auf dem Sieb der Papiermaschine. Im Zuge der weiteren Verdichtung und Trocknung des Papiers entstehen in den Kontaktflächen sich kreuzender Fasern 1 µm = 0,001 mm. Papierfasern werden aus Stammholz, Industrieresthölzern und Sägereiabfällen hergestellt. Die Zellen eines Baumes werden in der Papiertechnik ausschließlich als Fasern bezeichnet. [ 87 ]

5 Beim Trocknen des Papiers legen sich die Fasern übereinander. Dadurch entstehen die Bindungskräfte im Papier. Die Fasern gewinnt man entweder durch Steinschliff oder mit dem Refiner. Bindungskräfte. Diese sorgen letztendlich für die Festigkeit des fertigen Papiers Gewinnung der Faserstoffe Der Oberbegriff für die in der Papiererzeugung verwendeten Fasern ist Faserstoff. Darunter werden die aus Holz gewonnenen primären Fasern ebenso verstanden wie die aus Altpapier stammenden sekundären Fasern. Aber auch die für einige spezielle Papiersorten benötigten textilen Fasern oder synthetische Fasern zählen zu den Faserstoffen. Von Holzstoff spricht man, wenn der Aufschluss des Holzes ausschließlich mechanisch oder mechanisch nach geeigneter Vorbehandlung des Holzes erfolgt. Wird ausschließlich chemisch aufgeschlossen, spricht man von Zellstoff. Beim rein mechanischen Aufschluss verwendet man zwei unterschiedliche Hauptmethoden: 1. Steinschliff. Ein rotierender Schleifstein, gegen den Stammholzabschnitte mit einer Länge entsprechend der Schleifsteinbreite (meist etwa 1 m) in Gegenwart von Wasser gepresst wird, zerfasert das Holz. Dieses klassische Verfahren wird auch mit Holzschliff bezeichnet (vgl. Abbildung 71a). 2. Refiner-Holzstoff. Ein Refiner besteht im Wesentlichen aus zwei motorisch angetriebenen, im geringen Abstand zueinander rotierenden gezahnten Stahlscheiben. Vor dem Zerfaserungsprozess muss das Holz zunächst in Hackschnitzel mit einer Kantenlänge von mm zerkleinert werden. Die Hackschnitzel werden dann in Gegenwart von Wasser zentrisch in den Spalt zwischen den Scheiben gepresst und dabei zerfasert (vgl. Abbildung 72b). Im Englischen wird der Prozess mit Mechanical Pulping bezeichnet. Beim Refiner-Holzstoff kann die Qualität des erzeugten Stoffs wesentlich verbessert werden, wenn die Hackschnitzel thermisch in der Regel durch Dämpfen vorbehandelt werden. Diese Holzstoffe werden nach der englischen Verfahrensbezeichnung mit TMP (Thermomechanical Pulp) bezeichnet. Mithilfe einer zusätzlichen chemischen Vorbehandlung können weitere Verbesserungen der Zerfaserbarkeit der Hackschnitzel und damit der Güte der Holzstoffe erreicht werden. Für dieses Verfahren wird das Kürzel CTMP (Chemithermomechanical Pulp) verwendet. Bei der Holzstoffherstellung auch beim CTMP wird die chemische Zusammensetzung des Holzes nicht verändert. Da das im Holzstoff enthaltene Lignin mit der Zeit gelb wird, ist die Vergilbungsneigung ein typisches Merkmal von Holzstoff sowie aus Holzstoff hergestellter Papiere. Auf der anderen Seite können die mechanischen Aufschlussbedingungen in weiten Grenzen variiert werden, sodass je nach gewählter Bedingung sehr dichte, aber auch sehr voluminöse Papiere hergestellt werden können. [ 88 ] Stand 2013

6 Abb. 72a: Schematische Darstellung der Holzstofferzeugung mittels Schleifstein (Bildquelle: VDP) Abb. 72b: Schematische Darstellung der Holzstofferzeugung mittels Refiner (Bildquelle: VDP) Aus Holzstoff hergestellte Papiere heißen holzhaltige Papiere. Der Aufschluss kann auch chemisch erfolgen, wobei aber ein ganz anderes Ziel verfolgt wird als beim CTMP und natürlich auch andere Chemikalien eingesetzt werden. Rohstoff sind wieder Hackschnitzel, die in einem aufwendigen Kochprozess mit geeigneten sauren oder alkalischen Chemikalien behandelt werden, wobei die Kittsubstanz im Holz das Lignin in eine wasserlösliche Form umgewandelt wird. Das Lignin kann dann nahezu vollständig aus der Holzsubstanz herausgewaschen werden. Übrig bleiben die Fasern aus Cellulose und Hemicellulose. Der so erzeugte Faserstoff heißt Zellstoff und die daraus hergestellten Papiere sind die holzfreien Papiere. Je nach Wahl der Aufschlusschemikalien erhält man den sogenannten Sulfitzellstoff für Papiere mit hohen Weißgrad- und geringen Festigkeitsansprüchen oder den Sulfatzellstoff für Papiere mit hohen Festigkeitsansprüchen. Für letzteren ist auch der Begriff Kraftzellstoff geläufig. Die daraus hergestellten Papiere heißen dann Kraftpapiere. Zellstoffe sind je nach Grad der Ligninentfernung bräunlich bis weiß. Aus Holzstoff hergestellte Papiere neigen zum Vergilben. [ 89 ]

7 Ligninfreie Papiere vergilben nicht. Der Prozess, mit dem die letzten Reste des Lignins aus dem Faserstoff entfernt werden und bei dem der anfänglich braune Faserstoff immer weißer wird, heißt Bleiche. Er erfordert andere Chemikalien als der Aufschlussprozess: Oft sind dies Chlordioxid, Peroxid oder Sauerstoff. Hoch gebleichte und nahezu ligninfreie Zellstoffe sind weiß, daraus hergestellte Lerngebiet Papiere vergilben 2, Kapitel wegen 2.1 des fehlenden Lignins nicht. Ungebleichte Kraftzellstoffe werden vorzugsweise für die Herstellung von Verpackungspapieren Lerngebiet und Wellpappenrohpapieren 2, Kapitel 2.1 verwendet, weil dort die bräunliche Färbung in der Regel nicht stört. Die Hauptprozessschritte der Zellstoffherstellung zeigt Abbildung 73 schematisch. Abb. 73: Schematis Darstellung der Hauptprozessschrit Abb. 73: Sche Zellstoffherstellung Darstellung de VDP). Hauptprozess Zu den Verfahrensschritten Zellstoffherste und Reinigen VDP). Zu sieh den Abb. 73: Schematische Darstellung der und Reinigen Verfahrenssch Hauptprozessschritte der Zellstoffherstellung (Bildquelle: VDP). Zu den Verfahrensschritten Mahlen und Reinigen siehe Abschnitt Aus dem Rücklauf und der Aufbereitung (Recycling) gebrauchter holzhalti Aus dem holzfreier Rücklauf Aus Papiere, und dem der Rücklauf nach Aufbereitung Möglichkeit und der (Recycling) Aufbereitung aufgeteilt gebrauchter in (Recycling) weiße oder gebrauchter helle Altpapie ho holzhaltiger braune und holzfreier Altpapiere, holzfreier Papiere, Papiere, entsteht nach nach der Möglichkeit Altpapierstoff, aufgeteilt die in dritte weiße oder helle der Altpapiere Papierindustrie. braune und Altpapiere, braune Die Altpapiere, daraus entsteht hergestellten entsteht der Altpapierstoff, der Papiere Altpapier- heißen die dritte Recyclingpa sehr wichtig in weiße sehr oder wichtige helle Ro Alt stoff, die dritte Grundzüge sehr der wichtige der Papierindustrie. Altpapieraufbereitung Rohstoffquelle Die daraus der Papierindustrie. für hergestellten weiße Altpapiere Papiere Die zeigt heißen Abbildun Recyc schematisch. Grundzüge der Altpapieraufbereitung für weiße Altpapiere zeigt Abb schematisch. Abb. 74: Grund Aufbereitung Abb. 74: wg heller Aufbereitu Altpapier Altpapierstoff heller Altp (B Altpapiers VDP) VDP) Abb. 74: Grundzüge der Aufbereitung weißer und heller Altpapiere zu Altpapierstoff (Bildquelle: VDP) Aus weißen Aus beziehungsweise weißen beziehungsweise hellen Altpapieren hellen Altpapieren werden werden Altpapierstoffe h die überwiegend die überwiegend für grafische für grafische Neupapiere Neupapiere Verwendung Verwendung finden. finden. Die Aufber Die A dieser Altpapierstoffe dieser Altpapierstoffe ist durch ist den durch Prozessschritt den Prozessschritt Deinking Deinking gekennzeichn die mehr die oder mehr weniger oder weniger vollständige vollständige Entfernung Entfernung von Druckfarben von Druckfarben aus dem aus angestrebt angestrebt wird. Grundlage wird. Grundlage dafür ist dafür ein mit ist ein Flotation mit Flotation bezeichneter bezeichneter Prozes P prinzipielle prinzipielle Funktionsweise Funktionsweise Abbildung Abbildung 75 zeigt. 75 zeigt. [ 90 ] Stand 2013

8 daraus hergestellten Papiere heißen Recyclingpapiere. Die Grundzüge der Altpapieraufbereitung für weiße Altpapiere zeigt Abbildung 74 schematisch. Aus weißen beziehungsweise hellen Altpapieren werden Altpapierstoffe hergestellt, die überwiegend für grafische Neupapiere Verwendung finden. Die Aufbereitung dieser Altpapierstoffe ist durch den Prozessschritt Deinking gekennzeichnet, in dem die mehr oder weniger vollständige 2, Kapitel 2.1 Entfernung von Druckfarben aus dem Faserstoff ange Lerngebiet strebt wird. Grundlage dafür ist ein mit Flotation bezeichneter Prozess, dessen prinzipielle Funktionsweise Abbildung 75 zeigt. Altpapier ist ein wichtiger Rohstoff in der Papierherstellung. Deinking (engl. ink = Tinte) nennt man die Entfernung von Druckfarben aus Altpapier. Abb. 75: Prinzip der Druckfarbenentfernung (Deinking) durch Flotation (Bildquelle: VDP) Additive Neben den Fasern wird für die Papierherstellung auch noch eine Reihe von Additiven benötigt. Einige davon dienen der Verbesserung des Additive Neben Papierherstellungsprozesses. den Fasern wird für die Papierherstellung Hierzu zählen beispielsweise auch noch eine Mittel, Reihe die von Additiven benötigt. das Schäumen Einige davon des Faserstoffes dienen der Verbesserung verhindern, Mittel des Papierherstellungsprozesses. zur Verbesserung Hierzu der Blattbildung zählen beispielsweise auf dem Papiermaschinensieb Mittel, die das Schäumen und Ähnliches. des Faserstoffes Auf diese wird zur Verbesserung hier nicht weiter der eingegangen. Blattbildung auf dem Papiermaschinensieb und ähnliches. verhindern, Mittel Auf diese Andere wird Additive hier nicht dienen weiter der eingegangen. Verbesserung der Papiereigenschaften. Andere Additive dienen der Verbesserung der Papiereigenschaften. Die wichtigsten Die wichtigsten dieser Additive sind dieser Additive sind Füllstoffe Leimungsmittel Farbstoffe Trockenverfestigungsmittel und und Nassfestmittel Abb. 75: Prinzip der Druckfarbenentfernung (Deinking) durch Flotation (Bildquelle: VDP) Füllstoffe sind weiße anorganische Pigmente, die dem Papier zugesetzt werden, um dessen Füllstoffe Bedruckbarkeit, sind weiße Weiße, anorganische Porosität Pigmente, und viele andere die dem Eigenschaften Papier zugesetzt werden, Häufig um dessen verwendet Bedruckbarkeit, werden Calciumcarbonat Weiße, Porosität und Kaolin und viele als günstig zu beeinflussen. Weißpigmente. andere Eigenschaften günstig zu beeinflussen. Häufig verwendet werden dem Calciumcarbonat Begriff Leimungsmittel und Kaolin werden als Weißpigmente. zwei ganz unterschiedliche Additivgruppen Unter zusammengefasst. Unter dem Begriff Klassische Leimungsmittel Leimungsmittel werden haben zwei ganz den Zweck, unterschiedliche Additivgruppen zusammengefasst. Klassische Leimungsmittel ha Papier mit wässrigen Tinten beschreibbar zu machen. Dazu müssen die Fasern wasserabstoßend gemacht werden, damit die Tinte nicht in die Kapillaren des Papiergefüges ben den Zweck, eindringen Papier mit kann. wässrigen Man verwendet Tinten beschreibbar dafür natürliche zu machen. oder synthetische Harze, mit denen die Faseroberflächen gewissermaßen imprägniert werden. Mit Leimungsmittel bezeichnet man auch Mittel, die die Festigkeit des Papiers im trockenen Zustand erhöhen sollen (siehe unten). Farbstoffe dienen in erster Linie einer Färbung des Papiers. Für weiße Papiere spielen dabei die blauen Nuancierfarbstoffe und insbesondere die optischen Aufheller eine Rolle. Letztere sind Substanzen, die UV-Licht absorbieren und die die so Kommentar [KB11]: Zusatz sorgen dafür, dass Papier bestimmte [ Eigenschaften 91 ] e Calciumcarbonat und Kaolin ma zum Beispiel weiß.

9 Zusatzstoffe sorgen dafür, dass Papier bestimmte Eigenschaften erhält. Calciumcarbonat und Kaolin machen es zum Beispiel weiß. Verfestigungsmittel sorgen zum Beispiel dafür, dass sich ein Kaffeefilter beim Brühvorgang nicht wieder in seine Faserbestandteile auflöst. Dazu müssen die Fasern wasserabstoßend gemacht werden, damit die Tinte nicht in die Kapillaren des Papiergefüges eindringen kann. Man verwendet dafür natürliche oder synthetische Harze, mit denen die Faseroberflächen gewissermaßen imprägniert werden. Mit Leimungsmittel bezeichnet man auch Mittel, die die Festigkeit des Papiers im trockenen Zustand erhöhen sollen (siehe unten). Farbstoffe dienen in erster Linie einer Färbung des Papiers. Für weiße Papiere spielen dabei die blauen Nuancierfarbstoffe und insbesondere die optischen Aufheller eine Rolle. Letztere sind Substanzen, die UV-Licht absorbieren und die die so aufgenommene Energie im sichtbaren Bereich wieder abgeben können. Dem sonst üblichen leichten Gelbstich von Papieren kann mit Hilfe dieser Additive entgegengewirkt werden das Papier erscheint dadurch strahlend weiß. Allerdings wirkt dieser Effekt nur, wenn die Beleuchtung des Papiers UV-Anteile enthält. Auch mit Nuancierfarbstoffen kann dem Gelbstich entgegengewirkt werden. Sie lassen das Papier weißer erscheinen, aber auf Kosten der Helligkeit. Für die Herstellung bunter Papiere stehen verschiedenste Farbstoffe zur Verfügung, die je nach Faserstoffzusammensetzung und Verfahrensbedingung ausgewählt werden müssen. Trockenverfestigungsmittel dienen der Verstärkung von Faser-Faser-Bindungen im trockenen Papiergefüge. In der Regel werden dafür Stärke oder auf Stärke basierende Produkte eingesetzt. Oft genügt es, die verfestigenden Mittel nur in die Papieroberflächen mit Hilfe der Leimpresse oder der Filmpresse einzubringen. Man spricht dann von Oberflächenleimung. In vielen Fällen wird das verfestigende Mittel dem Faserstoff vor Beginn der Papierherstellung zugemischt. In dem Fall spricht man von Masseleimung. Nassfestmittel reduzieren die Empfindlichkeit des Papiers gegen Wasser. Letztere beruht darauf, dass die Faser-Faser-Bindungen in den Kontaktflächen sich kreuzender Fasern, die bei der Verdichtung und Trocknung des Papiers in der Papiermaschine entstehen, wieder rückgängig gemacht werden können, wenn das Papier Wasser ausgesetzt wird. Durch die Zugabe spezieller polymerer Additive lässt sich dieser Prozess mehr oder weniger stark reduzieren. Nassfestmittel spielen eine besondere Rolle, wenn das Papier bestimmungsgemäß mit Wasser in Kontakt kommt (z.b. Teefilter oder Kaffeefilter aus Papier) Faserstoffaufbereitung Nach der Faserstoffgewinnung ist die Faserstoffaufbereitung die erste Stufe der Papierherstellung. Sie umfasst die Maschinen und Anlagen, die zur Reinigung der Faserstoffe benötigt werden. Mit Hilfe verschiedener Techniken werden im Faserstoff enthaltene Verunreinigungen entfernt. Siebtechniken werden angewendet, um grobe Partikel herauszuholen. Mit Hilfe sogenannter Cleaner werden Zentrifugal- beziehungsweise Zentripetalkräfte genutzt, um spezifisch leichte und spezifisch schwere Partikel zu entfernen. Bei der Aufbereitung von [ 92 ] Stand 2013

10 Altpapierstoffen müssen die gegebenenfalls enthaltenen störenden Druckfarbenreste mittels Flotations-Verfahren entfernt werden. Ein besonders wichtiger Verfahrensschritt der Faserstoffaufbereitung ist die Mahlung, für die wieder Refiner eingesetzt werden. Ziel der Mahlung: Die Fasern sollen gekürzt werden, um deren Neigung zur Bildung von Faserflocken zu reduzieren; darüber hinaus wird die Faserwand kontrolliert geschädigt, um die Bindefähigkeit der Fasern zu verbessern. Die Führung des Mahlprozesses hängt dabei ganz wesentlich von den eingesetzten Faserstoffen und den Anforderungen an das aus dem Faserstoff hergestellte Papier ab. Generell gilt, dass die Intensität der Mahlung umso geringer ist, je voluminöser das spätere Papier sein soll. Bei manchen Papiersorten zum Beispiel bei Filterpapieren oder Tissuepapieren, die besonders Lerngebiet voluminös und 2, Kapitel saugfähig 2.1 sein müssen muss nicht oder nur ganz schwach gemahlen werden. Für die Herstellung sehr dichter Papiere muss dagegen intensiv gemahlen werden. Der Prozess der Mahlung spielt bei Zellstoffen eine besondere Rolle, weil die Fasern hier nahezu unbeschädigt aus dem Gewinnungsprozess herauskommen und durch die Mahlung erst den Anforderungen des Papiers angepasst werden müssen. Bei Holzstoffen, die aufgrund des Zerfaserungsprozesses so gut wie keine unbeschädigten Fasern enthalten, hat die Mahlung einen deutlich geringeren Stellenwert. Mit der Mahlung lassen sich Altpapierfasern reaktivieren. Die Faserstoffaufbereitung endet mit der Bereitstellung des Faserstoffes in der für die Papierherstellung notwendigen Verdünnung sowie mit der Papierherstellung Zumischung der Additive. Die Zentrifugalkraft (von lat. centrum, Mitte, und fugere, fliehen) nennt man auf Deutsch auch Fliehkraft. Im Alltag kann man sie zum Beispiel auf einem Kettenkarussell erleben, wenn die Sitze in der Drehung nach außen gedrängt werden, oder auch bei einer Wäscheschleuder. die Mahlung erst den Anforderungen des Papiers angepasst werden müssen. Bei Holzstoffen, die aufgrund des Zerfaserungsprozesses so gut wie keine unbeschädigten Fasern enthalten, hat die Mahlung einen deutlich geringeren Stellenwert. Mit der Mahlung lassen sich Altpapierfasern reaktivieren. Bei besonders feinen Papieren müssen die Papier fasern inten Die Faserstoffaufbereitung endet mit der Bereitstellung des siv Faserstoffes gemahlen werden. in der für die Papierherstellung notwendigen Verdünnung sowie mit der Zumischung der Additive. Die Papierherstellung findet in der Papiermaschine statt, die aus den folgenden Baugruppen Die Papierherstellung besteht: findet in der Papiermaschine statt, die aus den folgenden Baugruppen besteht: Stoffauflauf Stoffauflauf Siebpartie Siebpartie Pressenpartie Pressenpartie Trockenpartie Trockenpartie Aufrollung Aufrollung Eine Übersicht Übersicht zeigt zeigt Abbildung Abbildung Abb. 76: schematische Darstellung der Baugruppen einer Papiermaschine (Bildquelle: VDP) Abb. 76: schematische Darstellung der Baugruppen einer Papiermaschine (Bildquelle: VDP) Der Stoffauflauf, der vor der Siebpartie angeordnet ist, hat die Aufgabe, den Faserstoff gleichmäßig über die Breite des Siebes zu verteilen. Durch spezielle Einbauten [ 93 ]

11 Bedingt durch Herstellungsweise und Faserorientierung werden viele Papiere richtungsabhängig. Der Stoffauflauf, der vor der Siebpartie angeordnet ist, hat die Aufgabe, den Faserstoff gleichmäßig über die Breite des Siebes zu verteilen. Durch spezielle Einbauten werden im Stoffauflauf Turbulenzen erzeugt, mit denen die Flockenbildung der Fasern verhindert und schon gebildete Flocken aufgelöst werden sollen. In einem siebbreiten Strahl bestimmter Dicke und bestimmter Geschwindigkeit tritt der Stoff mit einer Stoffdichte kleiner als 1 % aus dem Stoffauflauf aus und trifft auf das Sieb, auf dem die Blattbildung stattfindet. Die Siebpartie besteht aus einem endlosen umlaufenden Sieb, das über zwei Umlenkwalzen läuft. Der aufgebrachte hochverdünnte Faserstoff wird vom Sieb in Maschinenrichtung transportiert und dabei stark entwässert, anfänglich allein durch die wirkende Schwerkraft, später unterstützt durch Entwässerungselemente und Vakuum. Wenn das Sieb umgelenkt wird, hat sich ein Faservlies gebildet, dessen Stoffdichte etwa 20 % beträgt. Seine Festigkeit reicht aus, es mit Hilfe umlaufender Filze vom Sieb herunterzunehmen und der Pressenpartie zuzuführen. Das auf dem Sieb gebildete Faservlies besteht idealerweise aus völlig ungeordneten Fasern, tatsächlich sind sie aber bevorzugt parallel zur Bewegungsrichtung des Siebes ausgerichtet und in z-richtung geschichtet. Es gibt so gut wie keine Fasern, die senkrecht zur Blattebene angeordnet sind. Durch die ausschließliche Entwässerung senkrecht zur Blattebene verarmt die Siebseite des Blattes an siebgängigen Feinstoffen, diese Verarmung ist auf der Oberseite wesentlich schwächer. Die Folge ist ein Blatt, dessen Oberseite und Unterseite unterschiedliche Eigenschaften haben. Das Papier ist zweiseitig. In der Pressenpartie durchläuft das noch sehr feuchte Faservlies ein oder mehrere Walzenspalte, in denen Wasser mechanisch herausgepresst wird. Das Vlies wird dabei verdichtet und geglättet, seine Stoffdichte steigt auf etwa 40 %. Das nun noch im Faservlies enthaltene Wasser muss thermisch entfernt werden. Dazu wird es um dampfbeheizte Walzen geführt, bis die Stoffdichte auf etwa 94 % angestiegen ist, der Wassergehalt des Papiers also etwa 6 % beträgt. Das nun fertige Papier kann aufgerollt werden. Mit beginnender Trocknung bilden sich Bindungen zwischen benachbarten Fasern aus, und das Papier gewinnt dadurch erheblich an Festigkeit. Bei noch etwas weiter fortgeschrittener Trocknung beginnt das Papier zu schrumpfen, wobei allerdings das Schrumpfen in der Maschinenrichtung durch die wirkenden Bahnzüge behindert wird, in der Querrichtung dagegen kann die Bahn mehr oder weniger ungehindert schrumpfen. Diese Erscheinung führt gemeinsam mit der auf dem Sieb geprägten Faserorientierung dazu, dass viele Papiereigenschaften richtungsabhängig werden. So ist beispielsweise die Feuchtdehnung eines Papiers in Maschinenrichtung kleiner als in Querrichtung. Um die Vielzahl der verfügbaren Papiersorten abzudecken sind sehr viele verschiedene Papiermaschinenkonstruktionen erforderlich. In [ 94 ] Stand 2013

12 mo dernen und schnelllaufenden Papiermaschinen wird das klassische Langsieb durch Doppelsiebe ersetzt, die aus einem Untersieb und einem Obersieb bestehen. Dadurch kann die Effizienz der Entwässerung erheblich gesteigert werden und gleichzeitig die unerwünschte Zweiseitigkeit vermindert werden. Papiermaschinen für die Herstellung mehrlagiger Produkte wie beispielsweise Faltschachtelkartons müssen für jede Lage eine eigene Siebpartie aufweisen. Alle von den Sieben erzeugten Bahnen werden im noch nassen Zustand zusammengeführt und dann gemeinsam an die Pressenpartie übergeben. Den Prozess des Verbindens noch nasser Vliese zu einem mehrlagigen Produkt bezeichnet man mit Gautschen. Papiermaschinen können zudem eine Reihe von zusätzlichen Aggregaten aufweisen. Die größte Bedeutung haben dabei die Leimpresse Papiermaschinen haben oft beziehungsweise ihre moderne Form, die Filmpresse. Ihre Aufgabe ist noch Zusatzaggregate. Diese es, auf die Oberfläche der Bahn ein Additiv (meist Stärke) aufzubringen, um auf diese Weise die Oberflächenfestigkeit des Papiers zu verspiel Stärke auf das Papier auf. bringen Additive wie zum Beibessern. Viele Papier- und Kartonmaschinen enthalten ein oder mehrere Streichaggregate, mit denen ein dünner Pigmentstrich auf die Oberfläche aufgebracht werden kann. Oft wird der Vorgang des Streichens auch Lerngebiet in eigenständigen 2, Kapitel 2.1 Streichmaschinen vorgenommen (vgl. Abbildung 77). Durch das Streichen wird eine sehr gute Vergleichmäßigung der Oberfläche erreicht. Sie wird zudem weißer. Und vor allem verbessert sich die Bedruckbarkeit des Papiers wesentlich. Oberfläche erreicht. Sie wird zudem weißer. Und vor allem verbessert sich die Bedruckbarkeit des Papiers wesentlich. Abb. 77: Schemata Je nach Verwendungszweck einer Streichmaschine eines Papiers muss dessen und Oberfläche eines bestimmte Gebrauchseigenschaften wie Glättwerks (Satinierkalander) zum Beispiel Glätte und Glanz (Bildquelle: VDP) besitzen. Für diese Eigenschaften sorgt der Kalander. Das ist eine Walzenmaschine mit bis zu 15 übereinander angeordneten Abb. Das 77: von Schemata der Papiermaschine einer Streichmaschine und aufgerollte eines Glättwerks Fertigprodukt (Satinierkalander) wird schließlich Walzen, an die unter letzte Druck zusammengefahren werden werden die und dann (Bildquelle: Abteilung VDP) einer Papierfabrik übergeben die Ausrüstung. Im Bedarfsfall Papiere zunächst geglättet; dafür werden Glättwerke oder Satinierkalander verwendet. Anschließend werden aus den maschinenbreiten Rollen Schmalrollen geschnitten, die sorgfältig Das von der verpackt Papiermaschine in den Versand aufgerollte kommen. Fertigprodukt Wenn das wird Papier schließlich ausgerüstet an die letzte werden Abteilung soll, werden einer Papierfabrik Querschneider übergeben benötigt. die Die Aus erzeugten Formate zu Formaten rüstung. werden Im geriest Bedarfsfall oder auf werden Paletten die Papiere gestapelt zunächst und nach geglättet; sorgfältiger dafür Verpackung zum Versand gebracht. werden Glättwerke oder Satinierkalander verwendet. Anschließend werden aus den maschinenbreiten Rollen Schmalrollen geschnitten, die sorgfältig verpackt in den Versand kommen. Wenn das Papier zu eine geschlossene Walzenspalte (Nips) bilden. Durchläuft muss dessen Kommentar Verwendung die Papierbahn diese Nips, so Gebrauchsei Beispiel Glät wird sie mechanischen und Für diese Eig thermischen Kräften ausgesetzt, die bewirken, dass das übereinande Kalander. Da Walzenmasc Papier die geforderten Oberflächeneigenschaften erhält. dann eine ge Walzen, die zusammenge Walzenspalte Durchläuft d Nips, so wird thermischen die bewirken [ 95 geforderten ] Oberflächene Abb. 78: Prinzip der Rollen- und Formatausrüstung von Papier. Mit Hilfe von Kreismessern werden in Rollenschneidmaschinen Kommentar bedeutet ver

13 (B [Packstoffe auswählen] Riesen bedeutet verpacken. Möchte man ein Ries haben, so heißt das, dass man ein einzeln verpacktes Paket Papier haben möchte. Normalerweise befinden sich mehrere Packungen beziehungsweise Riese in einem Karton. Das von der Papiermaschine aufgerollte Fertigprodukt wird schließlic Abteilung einer Papierfabrik übergeben die Ausrüstung. Im Bedarfs Papiere zunächst geglättet; dafür werden Glättwerke oder Satinierkala Formaten ausgerüstet werden Anschließend soll, werden aus Querschneider den maschinenbreiten benötigt. Rollen Schmalrollen Die erzeugten Formate werden sorgfältig geriest verpackt oder in auf den Paletten Versand gestapelt kommen. Wenn und das Papier zu For ausgerüstet werden soll, werden Querschneider benötigt. Die erzeug nach sorgfältiger Verpackung werden zum geriest Versand oder gebracht. auf Paletten gestapelt und nach sorgfältiger Verp Versand gebracht. Abb. 78: Prinzip der Rollenund Formatausrüstung von Papier. Mit Hilfe von Kreismessern werden in Rollenschneidmaschinen Schmalrollen geschnitten (oben). Um Formatpapiere daraus herzustellen, werden Querschneider eingesetzt (unten). Leichtgewichtige Papiere werden dabei mehrlagig geschnitten Abb. 78: Prinzip de Formatausrüstung Hilfe von Kreismes Rollenschneidmas Schmalrollen gesc Um Formatpapiere herzustellen, werd Querschneider ein Leichtgewichtige P dabei mehrlagig g Legt man Papier in Wasser, so löst es sich in seine Faserbestandteile auf. Dadurch lässt es sich aber auch so gut recyceln. Ausnahme: Es ist durch Additive wasserfest gemacht worden. Nun bleibt noch nachzutragen, dass die Festigkeit im Papier wie be durch Bindungen in der Berührungsfläche zweier sich kreuzender Fa mehr Berührungsflächen vorhanden sind und je größer die Flächen s ist das Papier. Die Bindungskräfte selber werden durch Wasserstoffbr erzeugt, die nicht wasserfest sind. Taucht man ein Blatt Papier in Wa sich die Bindungen zwischen benachbarten Fasern und das Blatt ze darin liegt aber auch eine große Chance: nämlich die Möglichkeit, Pa 11 Nun bleibt noch nachzutragen, dass die Festigkeit im Papier wie bereits erwähnt durch Bindungen in der Berührungsfläche zweier sich kreuzender Fasern entsteht. Je mehr Berührungsflächen vorhanden sind und je größer die Flächen sind, desto fester ist das Papier. Die Bindungskräfte selber werden durch Wasserstoffbrückenbindungen erzeugt, die nicht wasserfest sind. Taucht man ein Blatt Papier in Wasser, dann lösen sich die Bindungen zwischen benachbarten Fasern und das Blatt zerfällt. Genau darin liegt aber auch eine große Chance: nämlich die Möglichkeit, Papier auf einfache Weise nur durch Einbringen in Wasser in seine Faserbestandteile zu zerlegen und diese dann erneut zur Papierproduktion zu verwenden. Das ist die Grundidee des Recyclings. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die gesetzten Ziele uneingeschränkt erreicht sind: Durch den Blattbildungsprozess ist erreicht worden, dass ein neuer Werkstoff das Papier entstanden ist, in dem die Fasern regellos angeordnet sind und der Poren enthält. Die Papiereigenschaften sind unabhängig von den Eigenschaften des Baumes, aus dem die Fasern stammen. Schon nach dem Aufschlussprozess können die Fasern im Faserstoff nicht mehr dem Baum zugeordnet werden, aus dem sie stammen. Da zum Beispiel für die Erzeugung eines Blattes üblichen Kopierpapiers im Format DIN A4 rund 16 Millionen Fasern benötigt werden, spielen ein paar Fasern, die vielleicht aus Holz minderer Güte stammen, keine Rolle. Holz ist biologisch abbaubar und ein nachhaltiger Rohstoff; es überträgt diese Eigenschaften auf das Papier. [ 96 ] Stand 2013

14 Darüber hinaus hat der Werkstoff Papier noch weitere Vorteile: Der Papierherstellprozess vergleichmäßigt die Einflüsse der Einzelfasern und erlaubt deshalb zumindest theoretisch die Produktion beliebiger Mengen in immer gleicher Qualität. Papier kann problemlos recycelt werden, sofern der Zerfall der Faser- Faser-Bindungen im Wasser nicht durch Additive oder sonstige Maßnahmen verhindert wird. In dem Fall kann das Papier nicht oder nur mit zusätzlichem Aufwand recycelt werden. Papier kann äußerst wirtschaftlich mit Hilfe der Streichtechnik mit einer dünnen Schicht aus mineralischen Pigmenten versehen und dadurch zu einem hochwertigen Bedruckstoff veredelt werden Papiersorten Die von der Papierindustrie hergestellten Papiere werden in die folgenden vier Hauptgruppen eingeteilt: Druck- und Pressepapiere/Büro- und Administrationspapiere (Kurzbenennung grafische Papiere ). Papier, Karton und Pappe für Verpackungszwecke (Kurzbenennung: Verpackungspapiere ). Papier und Pappe für technische und spezielle Verwendungszwecke (Kurzbenennung: Spezialpapiere ). Hygienepapiere. Es gibt vier Hauptgruppen von Papieren: grafische Papiere, Verpackungspapiere, Spezialpapiere und Hygienepapiere. Zu den grafischen Papieren gehören alle Druck- und Schreibpapiere. Diese gibt es in Rollenform oder als Formatpapiere. Besondere Bedeutung haben die Zeitungsdruckpapiere und die Papiere für den Tiefdruck sowie den Offsetdruck. Zu den Büro- und Administrationspapieren zählen die Kopierpapiere ebenso wie die Papiere für den Formulardruck und ähnliche Produkte für den Bürobedarf. Besondere Bedeutung in der Gruppe der Verpackungspapiere haben die Wellpappenrohpapiere und der Faltschachtelkarton. Die Gruppe umfasst aber noch viele weitere Sorten, die im Verpackungsbereich Verwendung finden. Unter den Spezialpapieren finden sich Papiersorten, die weder der Gruppe der grafischen Papiere noch den Verpackungspapieren zugeordnet werden können. Naturgemäß ist die Vielfalt der hier angesiedelten Papiersorten sehr groß, unter anderem sind es Tapetenpapiere, Filterpapiere, Zigarettenpapiere, Teebeutelpapiere, Silikonrohpapiere, Banknotenpapiere und viele weitere Spezialitäten. Hygienepapiere umfassen alle Papiersorten, die zur Herstellung von Hygieneprodukten wie Toilettenpapier, Küchenrollenpapier, Taschentücher, Handtücher, Kosmetiktücher usw. verwendet werden. Im Wesentlichen sind das in der Regel aus Zellstoff hergestellte sehr dünne Tissue papiere und die Krepp-Papiere, für deren Herstellung auch Holzstoff oder Altpapierstoff eingesetzt werden kann. [ 97 ]

15 Neben der Zugehörigkeit von Papiersorten zu einer der genannten Hauptgruppen lassen sich Papiersorten auch nach anderen Gesichtspunkten unterscheiden. Nach der Oberflächenbeschaffenheit unterscheidet man Gestrichene Papiere. Dies sind Papiere, die einseitig oder beidseitig mit einer dünnen Pigmentschicht versehen wurden. Dadurch wird die Oberfläche vergleichmäßigt und glatter und damit wesentlich besser bedruckbar. Beidseitig gestrichene grafische Papiere werden je nach der Dicke der aufgetragenen Strichschicht und der flächenbezogenen Masse des Rohpapiers unterteilt in: o leichtgewichtige gestrichene Papiere (engl.: low weight coated LWC), o Bilderdruckpapiere und die o Kunstdruckpapiere Einseitig gestrichene Papiere, die überwiegend Verpackungszwecken dienen, sind die o Etikettenpapiere und der o Faltschachtelkarton (vgl. Abbildung 79) So nennt man die Walzenspalte eines Kalanders Naturpapiere. Dies ist der Oberbegriff für alle Papiere, die nicht gestrichen wurden. Die weitere Untergliederung nach der Oberflächenbeschaffenheit: o Maschinenglatte Naturpapiere. Papiere, die ohne zusätzliche Glättung wie von der Papiermaschine produziert verarbeitet werden. o Einseitig glatte Papiere. Papiere, die während der Trocknung in der Papiermaschine über einen sehr großen Glättzylinder mit spiegelglatter Oberfläche geführt wurden, wobei sich die Oberflächenglätte auf die kontaktierende Papieroberfläche abbildet. o Satinierte Papiere. Papiere, die mittels eines Kalanders oder Glättwerks unter Druck und Wärme beim Durchlauf durch den Nip zweier Walzen geglättet wurden. Für eine sehr intensive Glättung werden Superkalander oder auch Satinierkalander, bei denen das Papier durch mehrere hintereinandergeschaltete Walzen nips läuft, verwendet. Übergangsformen zwischen gestrichenen Papieren und Naturpapieren sind pigmentierte Papiere, deren Pigmentstrich so dünn ist, dass die Faserstruktur des Papiers noch sichtbar ist. Nach dem eingesetzten Faserstoff unterscheidet man holzfreie Papiere aus überwiegend Zellstoff holzhaltige Papiere aus Holzstoff Recyclingpapiere aus Altpapierstoff [ 98 ] Stand 2013

16 Kartonart Gebleichter Zellstoffkarton Solid Bleached Board (SBB) ungebleichter Zellstoffkarton Solid Unbleached Board (SUB) Primärfaserkarton Folding Boxboard (FBB) Sekundärfaserkarton Whitelined Chipboard (WLC) Beschreibung Karton aus gebleichtem Zellstoff. Die Ober- und Rückseite kann mit mineralischen oder synthetischen Pigmenten gestrichen sein Karton aus überwiegend ungebleichtem Zellstoff. Um eine weiße Oberseite zu erhalten, kann er mit mineralischen oder synthetischen Pigmenten gestrichen werden, manchmal in Kombination mit einer Schicht aus gebleichtem Zellstoff unter dieser Lage Karton mit einer oder mehrerer Lagen aus Zellstoff, dazwischen Lagen aus Holzstoff. Die obere Lage besteht aus gebleichtem Zellstoff und die Rückseite aus gebleichtem oder ungebleichtem Zellstoff. Die Ober- und Rückseite kann mit mineralischen oder synthetischen Pigmenten gestrichen sein Mehrlagiger Karton, der mindestens eine Mittellage aus überwiegend rezyklierten Faserstoff enthält. Die obere Lage besteht aus gebleichten Frischfasern oder hellen deinkten Fasern. Die Ober- und Rückseite kann mit mineralischen oder synthetischen Pigmenten gestrichen sein. Sortenbezeichnung gestrichen: GZ ungestrichen: UZ gestrichen: GN ungestrichen: UN gestrichen: GC ungestrichen: UC gestrichen: GD ungestrichen: UD Rückseite: grau gestrichen: GT ungestrichen: UT weiß: 1 hell: 2 braun: 4 weiß: 1 hell: 2 braun: 4 weiß: 1 hell: 2 braun: 4 > 1,45 cm³/g: 1 1,45-1,3 cm³/g: 2 < 1,3 cm³/g: 3 weiß: 1 hell: 2 braun: 4 Abb. 79: Sorteneinteilung für Faltschachtelkarton nach DIN Abb. 79: Sorteneinteilung für Faltschachtelkarton nach DIN Allgemeine Eigenschaften von Papier, Karton und Pappe Die Eigenschaften von Papier, Karton und Pappe können durch die Wahl der Rohstoffe, deren Aufbereitungsverfahren und das Herstellverfahren in weiten Grenzen variiert und an die Anwendungsanforderungen angepasst werden. Die Gesamtproduktion in Deutschland betrug 2012 etwa 22,6 Mio. t; sie kann in folgende Hauptgruppen unterteilt werden: Grafische Papiere (9,2 Mio. t) Papier, Karton und Pappe für Verpackungszwecke (10,5 Mio. t) Hygienepapiere (1,4 Mio. t) Papier und Pappe für technische und spezielle Verwendungszwecke (1,5 Mio. t). Abgesehen von den speziellen Eigenschaften der Papiere in den vier Hauptgruppen gibt es allgemeine Eigenschaften, die den Werkstoff kennzeichnen. Dazu gehören die hygroskopische Eigenschaften. Sie kennzeichnen die Eigenschaft von Papier, Feuchtigkeit aus feuchter Umgebungsluft aufzunehmen und Feuchtigkeit abzugeben, wenn die Luft trocken ist. Dieser Austausch geht so lange, bis das Papier im Gleichgewicht mit der umgebenden Luft ist. Es hat dann seine Gleichgewichtsfeuchte erreicht. Üblicherweise wird der Feuchtegehalt der Luft durch Angabe der relativen Feuchte angegeben. Das ist das Verhältnis der tatsächlich in der Luft vorhandenen Feuchte im Verhältnis zum maximal möglichen Feuchtegehalt. Letzterer ist stark von der Lufttemperatur abhängig. Bei Angaben der relativen Feuchte muss auch stets die zugehörige Lufttemperatur angegeben werden. Quelle für diese Produk tionszahlen: Kennzahlen deutscher Zellstoff- und Papierfabriken, Verband Deutscher Papierfabriken VDP, Bonn ( Hygroskopisch: wissenschaftlicher Begriff für die Eigenschaft, Feuchtigkeit aus der Umgebung zu binden. [ 99 ]

17 Hauptrichtungen in der Papierherstellung die Abkürzung MD steht für Machine Direction, CD steht für Cross Direction, ZD steht für Thickness Direction. Gut bedruckbare Papiere müssen möglichst gleichmäßig dick sein. Je nach dem Feuchtegehalt des Papiers ändern sich viele physikalischen Papiereigenschaften mehr oder weniger stark. Diesem Umstand muss bei der Papierverarbeitung ebenso wie bei der Papierprüfung Rechnung getragen werden. Um einheitliche Bedingungen zu schaffen, wurde in der DIN ISO 187 als Standardklima festgelegt: relative Luftfeuchte 50 % +/ 2 % und Lufttemperatur 23 C +/ 1 C. Dieses Klima wird auch mit Normalklima oder Normklima bezeichnet. In der Papierprüfung muss das zu prüfende Papier mit diesem Klima im Gleichgewicht sein. Die wohl wichtigste Folge der Hygroskopizität ist die Veränderung der Dimension (der Abmessungen) eines Papierblattes je nach Feuchtegehalt. Beim Trocknen schrumpft Papier und beim Befeuchten dehnt es sich aus. Feuchtes Papier ist lappiger als trockenes, es lässt sich stärker dehnen als trockenes und es ist weniger zugfest als trockenes. Weiterhin gehört zu den allgemeinen Eigenschaften die Richtungsabhängigkeit von Merkmalsausprägungen. Hauptrichtungen sind Maschinenrichtung (Produktionsrichtung), Querrichtung dazu in der Blattebene und die Richtung senkrecht zur Blattebene. Die aus dem Englischen abgeleiteten Kurzzeichen MD für Maschinenrichtung, CD für Querrichtung und ZD für die Senkrechte sind in der Papiertechnik gängige Bezeichnungen für die Hauptrichtungen. Die Richtungsabhängigkeit von Papiereigenschaften ist eine Folge der maschinellen Produktion in Papiermaschinen. Auch die Ungleichmäßigkeit des Blattaufbaus zählt zu den allgemeinen Eigenschaften. Ein Papierblatt ist aufgrund seines Aufbaus aus ungeordnet liegenden Fasern mit eingebetteten luftgefüllten Poren ungleichmäßig. Gegebenenfalls in das Faservlies eingearbeitete mineralische Partikel (Füllstoffe) verstärken noch die Ungleichmäßigkeit. Weitere Formen der Ungleichmäßigkeit entstehen durch Faserflocken, die sich im Faserstoff bilden und vom Stoffauflauf nicht beseitigt werden können. Sie erzeugen, dünnere und dickere Stellen im Papierblatt. In der Durchsicht erscheint ein Papierblatt an den dünneren Stellen heller und an den dickeren dunkler, es wirkt wolkig. Eine möglichst gleichmäßige Durchsicht, also eine möglichst geringe Wolkigkeit, wird bei einem Papier mit guter Bedruckbarkeit angestrebt. Jedes Papier weist eine mehr oder weniger ausgeprägte Zweiseitigkeit auf, weshalb diese Eigenschaft auch zu den allgemeinen gehört. Bedingt durch die Herstellbedingungen in Papiermaschinen unterscheiden sich die Strukturmerkmale von Papieren auf der Oberseite von denen auf der Unterseite. Bei Langsiebpapiermaschinen ist in der Regel die Siebseite des Papiers offenporig, weil während der Blattbildung und Entwässerung siebgängiger Feinstoff ausgewaschen wird. Auf der Oberseite (dem Sieb abgewandten Seite) ist dieser Auswaschprozess wesentlich geringer ausgeprägt. Diese Papierseite bleibt dann feinstoffreicher und infolgedessen feinporiger. Die Bedruckbarkeitseigenschaften können dadurch seitenabhängig werden. Bei Doppelsiebmaschinen ist der Effekt der Zweiseitigkeit meist deutlich geringer ausgeprägt. [ 100 ] Stand 2013

18 2.2 Eigenschaften von Wellpappe Sie erfahren hier mehr über Wellpappenrohpapiersorten und deren Eigenschaften. Sie lernen, aus welchen Komponenten sich Wellpappe zusammensetzt, welche Wellpappensorten es gibt und welche Eigenschaften diese haben. Dieses Kapitel informiert auch über die vielfältigen Testverfahren, mit denen Wellpappe auf ihre Eignung als Verpackung und ihre Widerstandsfähigkeit zum Beispiel und beim Transport getestet wird Einführung Wellpappe ist ein typischer Leichtbauwerkstoff mit hoher Steifigkeit bei geringer flächenbezogener Masse also bei geringem Materialaufwand. Sie ist dadurch ideal zur Herstellung von Transportverpackungen aller Art geeignet. Wellpappe geht zurück auf ein amerikanisches Patent aus dem Jahre Es bezog sich eigentlich nur auf die Herstellung einer gewellten (geriffelten) Papierbahn zur Verwendung als Polstermaterial. Aber schon wenige Jahre später wurde die Idee geboren, die gewellte Papierbahn mit einer ebenen Papierbahn mit Hilfe eines pflanzlichen Klebstoffs zu verbinden. Die einseitige noch wickelfähige Wellpappe war entstanden. 13 Jahre nach der Patenterteilung wurde die erste einwellige Wellpappe das ist ein gewelltes Papier, das beidseitig mit ebenen Papierbahnen beklebt ist maschinell hergestellt. Dieses Produkt kann nicht mehr gewickelt werden. Die hergestellte Endlosbahn muss am Ende des Produktionsprozesses mittels Querschneider zu Tafeln verarbeitet werden. Als schließlich 1907 die Berstdruckprüfung eingeführt wurde und damit erstmals eine messende Güteprüfung möglich war, begann der Siegeszug der Wellpappe und der daraus gefertigten Transportverpackungen. Seither hat sich am Grundprinzip nichts mehr verändert lediglich die Herstell- und Verarbeitungsprozesse haben sich stark weiterentwickelt. Heute wird Wellpappe auf großen Fertigungsanlagen mit enormer Produktivität und hoher Präzision hergestellt. Wellpappe kann heute mit einer Qualität bedruckt werden, die vor zehn Jahren noch für unmöglich gehalten wurde. Und die Entwicklung ist noch nicht am Ende. Die Wellpappenrohpapiere werden leichter, immer mehr werden gestrichene Papiere eingesetzt, die Klebetechnik wird verbessert, kurz: Die Wellpappe hat noch ein beachtliches Entwicklungspotenzial vor sich. Wellpappe ist herstellungsbedingt ein Werkstoff, dessen Eigenschaften in MD und CD erhebliche Unterschiede aufweisen. Verursacher ist das gewellte Papier, dessen Wellen quer zur Maschinenrichtung (MD) der Deckenpapiere verlaufen. Wellpappe ist leicht und gleichzeitig sehr steif das ideale Material für Transportverpackungen. Die Grundidee für die Wellpappe entstand im 19. Jahr hundert in den USA. Die Druckqualität auf Wellpappe ist heute viel besser als noch vor zehn Jahren. Und die Entwicklung ist hier noch längst nicht am Ende. [ 101 ]

19 2.2.2 Wellpappenrohpapiersorten Papiere, die speziell für die Verwendung in der Wellpappenproduktion ausgelegt sind, bezeichnet man als Wellpappenrohpapier. Unterschieden werden zunächst die Deckenpapiere (engl.: liner) von den Wellenpapieren (engl.: fluting). Auch im Deutschen werden Deckenpapiere oft als Liner bezeichnet. Deckenpapiersorten sind: Kraftliner KL. Sie werden hauptsächlich aus Kraft-Zellstoffen (Sulfat- Zellstoffen) mit Zumischung von Altpapierstoff aus Kraftpapier hergestellt. KL können braun (ungebleicht), weiß (gebleicht), geflammt (KL aus ungebleichtem Zellstoff mit dünner Auflage aus weißem Zellstoff) oder einseitig gestrichen sein. Testliner TL. Sie werden überwiegend aus Altpapierstoff hergestellt, oft zweilagig, oft farblich wie KL eingestellt, auch einseitig gestrichen beziehungsweise weiß gedeckt. Schrenzpapiere sind einlagige Papiere aus Altpapierstoff. Wellenpapiersorten sind: Halbzellstoffpapier. Es handelt sich hier um Papiere hoher Festigkeit, die überwiegend aus speziellen ungebleichten Halbzellstoffsorten mit hohem Restligningehalt hergestellt werden. Wellenstoff aus Altpapierstoff, oft mit festigkeitssteigernder Leimung. GD = gestrichener Sekundärfaserkarton, Einlage und Rückseite grau. Aus Wellpappe lassen sich viele kreative Verpackungslösungen entwickeln. In der Wellpappenindustrie wird neben den genannten Sorten auch Faltschachtelkarton eingesetzt, insbesondere GD-Sorten. So werden beispielsweise für die Herstellung von Displays und ähnliche Produkte für die Werbung und Warenpräsentation einseitige Wellpappe mit zuvor hochwertig im Bogenoffset bedruckte GD-Kartonbogen kaschiert. Vor allem GD-Sorten mit geringer flächenbezogener Masse in Rollen werden als besondere Linerart auch zur Produktion ein- oder zweiwelliger Wellpappen verwendet. Darüber hinaus gibt es noch zahlreiche Sonderprodukte mit Spezialpapieren, die nicht zu den Standard-Wellpappenrohpapieren gehören. Fettdichte Papiere, gewachste Papiere, silikonisierte Papiere gehören dazu. Wellpappe eröffnet dem Verpackungsentwickler mit ihren vielseitigen Einsatzmöglichkeiten fast grenzenlose kreative Möglichkeiten Eigenschaften von Wellpappenrohpapieren Wellpappenrohpapiere sind in unterschiedlichen Güteabstufungen erhältlich. Maßgebend für die Güteeinstufung von Deckenpapieren in Abhängigkeit von ihrer flächenbezogenen Masse sind: Berstfestigkeit Ringstauchwiderstand (RCT) und der Durchreißwiderstand [ 102 ] Stand 2013

20 Die Berstfestigkeit kennzeichnet die Energie, die aufgebracht werden muss, um einen Prüfkörper senkrecht durch eine Probe des Wellpappenrohpapiers durchzustoßen. Der Ringstauchwiderstand wird mit einem speziellen mit RCT (engl.: Ring Crush Test) bezeichneten Verfahren gemessen. Bestimmt wird die maximale längenbezogene Kraft, der ein ringförmig aufgestellter Wellpappenrohpapierstreifen bei senkrechter Belastung ohne zu beulen widerstehen kann. Der Durchreißwiderstand schließlich ist die Energie, die erforderlich ist, um eine Papierprobe von einem definierten Anriss aus durchzureißen. Näheres zu den Prüfverfahren im Kapitel 2.4 Prüfung der Grundeigenschaften von Papier, Karton, Pappe und Kunststofffolien. Die Güte von Wellenpapieren wird mit dem CMT (Concora Medium Test) und dem Kantenstauchwiderstand (CCT) labormäßig gewellter Papierproben 3 eingestuft. Die Güteeinteilung nach Rüger 1 zeigt Abbildung 80. Kraft, der ein ringförmig aufgestellter Wellpappenrohpapierstreifen bei senkrechter Belastung Für die ohne Durchführung zu beulen widerstehen beider Testverfahren kann. Der Durchreißwiderstand wird ein Labor-Wellenbildner benötigt, mit dem schmale Wellenpapierstreifen ähnlich wie schließlich ist die Energie, die erforderlich ist, um eine Papierprobe von einem definierten Anriss aus durchzureißen. Näheres zu den Prüfverfahren im Kapitel 2.4 Prüfung der in Grundeigenschaften einer Wellpappenmaschine von Papier, Karton, bei Pappe hohen und Temperaturen Kunststofffolien. gewellt werden können. Für diesen Vorgang ist der Begriff des Riffelns gebräuchlich. Die Güte von Wellenpapieren wird mit dem Das Walzenpaar, mit dem geriffelt wird, heißt Riffelwalzenpaar. Beim CMT CONCORA (Concora Medium Test) Test und (CMT) dem wird der Widerstand einer flach Kantenstauchwiderstand (CCT) labormäßig gewellter Papierproben liegenden geriffelten Papierprobe gegenüber senkrecht wirkenden eingestuft. Die Güteeinteilung nach Rüger 1 zeigt Abbildung 80. Druckkräften bestimmt, beim CONCORA Corrugated Test (CCT) oder Kantenstauchwiderstand Für die Durchführung beider Testverfahren steht die wird geriffelte ein Labor-Wellenbildner Papierprobe benötigt, senkrecht mit dem schmale Wellenpapierstreifen ähnlich wie in einer Wellpappenmaschine bei und hohen wird Temperaturen senkrecht gewellt mit Druckkräften werden können. beaufschlagt. Für diesen Vorgang ist der Begriff des Riffelns RCT und gebräuchlich. CCT sind Das heute Walzenpaar, weitgehend mit dem durch geriffelt den wird, Streifenstauchwiderstand geriffelten (SCT) Papierprobe ersetzt, gegenüber mit dem senkrecht sich die Druckbelastbarkeit wirkenden Druckkräften eines bestimmt, Papiers beim heißt Riffelwalzenpaar. Beim CONCORA Medium Test (CMT) wird der Widerstand einer flach liegenden in CONCORA der Blattebene Corrugated sehr Test (CCT) exakt oder und Kantenstauchwiderstand im Unterschied zum steht RCT die und geriffelte CCT Papierprobe senkrecht und wird senkrecht mit Druckkräften beaufschlagt. weitgehend unabhängig von der flächenbezogenen Masse bestimmen RCT und CCT sind heute weitgehend durch den Streifenstauchwiderstand (SCT) lässt. ersetzt, Auch mit dem hier sich findet die Druckbelastbarkeit sich Näheres im eines Kapitel Papiers 2.4 in der Prüfung Blattebene der sehr Grundeigenschaften exakt und im Unterschied von zum Papier, RCT und Karton, CCT weitgehend Pappe und unabhängig Kunststofffolien. von der flächenbezogenen Masse bestimmen lässt. Auch hier findet sich Näheres im Kapitel 2.4 Prüfung der Grundeigenschaften von Papier, Karton, Pappe und Kunststofffolien. Flächengewicht, g/m² Berstfestigkeit, kpa RCT (CD), kn/m Durchreißfestigkeit (CD+MD), mn CMT, N CCT, kn/m Kraftliner , , , , , Testliner , Testliner , Testliner , Testliner , Testliner , Testliner , Testliner , Testliner , Testliner , AP-Wellenpapier ,4 HZ-Wellenpapier ,5 HZ-Wellenpapier ,8 Abb. Abb. 80: 80: Kriterien Kriterien für für die die Güte Güteeinteilung einteilung von von Wellpapperohpapieren Wellpapperohpapieren nach nach Rüger Rüger Neben den genannten technischen Eigenschaften müssen Wellpappenrohpapiere noch weitere Merkmale aufweisen. Dazu gehört ihre Verklebbarkeit mit den wässrigen Klebstoffen auf Stärkebasis, die in der Wellpappenindustrie zum Verbinden 1 K. Rüger, Einkaufsrichtlinien für Wellenpapier, Allgemeine Papier-Rundschau -, 502ff (1984) Nr CONCORA = Container Corporation of America Kommentar [KB6]: CONCORA = Container Corporation of America 1 K. Rüger, Einkaufsrichtlinien für Wellenpapier, Allgemeine Papier- Rundschau, 502 ff. (1984) Nr. 18 [ 103 ]