Fachbereich: PRODUKTGESTALTUNG GS II Sachbereich: Einblick in die Arbeitswelt (Papierherstellung)

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1 Fachbereich: PRODUKTGESTALTUNG GS II Sachbereich: Einblick in die Arbeitswelt (Papierherstellung) 1. Sachinformation Papier ist der von Schülern am häufigsten und oft auch sehr leichtfertig verwendeten Werkstoffe. Die einfache Erklärung: Papier wird aus Holz gemacht, ist nach G. Zankl vielfach eine Begriffshülse, unter der man sich als Laie sehr wenig vorstellen kann. In seiner 2000jährigen Geschichte wurde Papier großteils von Hand hergestellt. Erst seit der industriellen Revolution wurde der Prozess mechanisiert. Die Technologie der modernen Papierherstellung ist sehr komplex, dennoch sind die Grundprozesse so einfach, dass selbst ein Kind Papier herstellen kann. Papiermachen ist eine spontane, ausbaufähige und kreative Tätigkeit, die enormen Spaß bereiten kann. Gerade beim Papierschöpfen ergibt sich nun für den Werkunterricht die wunderbare Möglichkeit, einen Transfer zwischen laienhafter, handwerklicher und industrieller Papiererzeugung herzustellen. Ähnlich wie beim Rakubrand in der Keramiktechnologie wird hier den Schülern einer der elementarsten technologischen Produktionsprozesse begreifbar gemacht. Eine angeschlossene Exkursion in eine Papierfabrik würde diesen Transfer abrunden und einen Einblick in die Arbeitsbedingungen in der Industrie geben. 1.1 BEGRIFFE Papier das; -s, -e [spätmhd. papier < lat. papyrum, papyrus = Papyrus(staude) < griech. papyros]: aus Pflanzenfasern (mit Stoff- u. Papierresten) durch Verfilzen u. Verleimen hergestelltes, zu einer dünnen, glatten Schicht gepresstes Material, das vorwiegend zum Beschreiben u. Bedrucken od. zum Verpacken gebraucht wird. (DUDEN, Deutsches Universal Wörterbuch A-Z) Papier [von lateinisch papyrum, griechisch pápyros»papyrus(staude)«], flächiger Werkstoff, der zu 60 bis 95 % aus mechanisch oder chemisch aufgeschlossenen Fasern meist pflanzlicher Herkunft besteht, die in einer wässrigen Suspension miteinander verbunden sind und unter Zusatz von Hilfsstoffen durch Entwässerung auf einem Sieb zur Blattform verfestigt werden. Papiere mit einer flächenbezogenen Masse etwa zwischen 150 und 600 g/m 2 werden als Karton, über 600 g/m 2 als Pappe bezeichnet. Papier wird nach verschiedenen Kriterien eingeteilt: nach Art der verwendeten Faserstoffe in holzfreies Papier, holzhaltiges Papier und Recyclingpapier (aus Altpapier, Recycling); nach der Oberflächenbeschaffenheit in maschinenglattes, einseitig glattes, satiniertes und gestrichenes Papier; nach Verwendungszweck in grafisches Papier (Druckpapier), Verpackungspapier, Hygienepapier (z. B. Toilettenpapier, Papiertaschentücher), technisches und Spezialpapier (z. B. Reaktionsdurchschreibepapiere, Kaffeefilter). Krepppapier ist ein zur Erhöhung der Dehnbarkeit stark gefälteltes Papier, das durch Stauchen der Papierbahn in noch feuchtem Zustand während der Herstellung oder durch erneutes Anfeuchten entsteht. Kunstdruckpapier verfügt über eine geschlossene und glatte Oberfläche; es ist für Bildwiedergaben mit feinstem Raster (Kunstdrucke) geeignet. Fließpapier (Löschpapier) ist ungeleimtes Papier ohne Füllstoffe, das Flüssigkeiten schnell aufsaugt. B. Boehmer, KPH Graz 1

2 Papier besteht grundsätzlich aus Fasern, Hilfsstoffen und Wasser. Neben pflanzlichen Fasern aus Zellstoff, Holzstoff (Holzschliff) und Hadern (z. B. Baumwolle, Hanffasern) verwendet man tierische, mineralische oder synthetische Fasern. Daneben stellt Altpapier als Sekundärfaserstoff mengenmäßig die wichtigste Faserstoffquelle für die Papierherstellung dar. Hilfsstoffe natürlicher und synthetischer Herkunft steigern die Produktivität bei der Erzeugung und Verarbeitung sowie die Qualität.( lexikon.meyers.de/meyers/papier ) Papierschöpfen: Mit Hilfe eines Schöpfrahmens, der die Größe und die Dicke des Papieres festlegt, wird die Pulpe (Faserbrei) aus der Bütte (Schöpfgefäß) herausgeschöpft. In der weiteren Verarbeitung geht es nur mehr darum, Wasser und Zellstofffasern zu trennen. Siebenpartie: Das Wasser rinnt durch das Papiersieb hindurch, die Fasern bleiben liegen. Auf der Papiermaschine: über laufende Längssiebe Beim Papierschöpfen: durch den Schöpfrahmen Pressenpartie: Mechanisch wird das gebundene Wasser aus dem Brei herausgepresst. Auf der Papiermaschine: über laufende Presszylinder Beim Papierschöpfen: durch händisches Auspressen mit saugfähigen Tüchern Trockenpartie: Das feuchte Papier wird thermisch entwässert: Auf der Papiermaschine: durch dampfbeheizte Trockenzylinder Beim Papierschöpfen: durch Trockenbügeln oder Aufhängen Papiermühle: Im Mittelalter war der Ausgangsstoff für die Papierherstellung nicht wie heute Holz oder Einjahrespflanzen sondern Altkleider (Hadern), daher auch heute noch der Begriff Hadernpapier. Diese wurden von einem eigenen nicht sehr angesehenen Berufszweig, den Lumpensammlern (Haderlump) gesammelt und zur Papiermühle gebracht. Aufwendiger als das Papierschöpfen war nun allerdings die Faseraufbereitung (das Zerkleinern der Altkleider). Dieser Vorgang geschah in einer Mühle mittels großer Mahlsteine, daher der Begriff Papiermühle. 1.2.GESCHICHTLICHER ÜBERBLICK 2500 v. Chr. Der Namensgeber unseres heutigen Papiers wird in Ägypten als Beschreibstoff erstmals verwendet. Das Ausgangsmaterial, die Papyrusstaude, ist eine Art Schilfgras, das im tropischen Afrika und im Mittelmeergebiet, vor allem im Nildelta wächst. Der untere Teil des dreikantigen etwa armdicken, 4 bis 5 Meter hohen Stängels wird in dünne, ca. 1,5 cm breite Streifen geschnitten, die auf einem Brett nebeneinander gelegt werden. Eine zweite Schicht solcher Streifen kommt quer über die erste zu liegen. Das so entstehende Blatt wird durch Schlagen und Pressen verfestigt. Der dabei austretende stärkehaltige Saft der Pflanze wirkt zugleich als Bindemittel. Anschließend wird das Papyrusblatt gepresst und getrocknet. Immerhin sind auf diesem Material Schriftzeichen über mehrere jahrtausende erhalten geblieben. 105 n. Chr. Tsai Lun aus Gue Yang in der Provinz Hunan berichtet dem Kaiser von China HO Ti über seine Erfindung des Papiers. Er stellte dieses aus Baumrinde, Hanf, Lumpen und Fischernetzen her Jh. Die Papiermacherkunst wird überliefert und fasst Fuß in Japan, im Mittleren Osten, in Ägypten und ab dem 11. Jh. in Spanien und Italien und kommt so B. Boehmer, KPH Graz 2

3 über den Mittelmeerraum auch nach Mitteleuropa. Alle Papiere werden aus Hanf, Flachs, Baumwolle (Hadern) und Schilf hergestellt. 1390/91 gründet Ulman Stromer die Gleissmühle in Nürnberg, die erste Papiermühle in Deutschland 15./16. Jh. Überall in Deutschland entstehen Papiermühlen. Papier wird in dieser Zeit hauptsächlich von Goldschmieden und Apothekern vertrieben, was zeigt, wie wertvoll es ist macht der französische Forscher und Zoologe Rene Antoine Reamur darauf aufmerksam, dass Wespen ihre Nester aus einer Papier ähnlichen Substanz auf der Basis von Holz herstellen. Die amerikanischen Wespen bilden ein sehr feines Papier, ähnlich dem unsrigen. Sie lehren uns, dass es möglich ist, Papier aus Pflanzenfasern herzustellen, ohne Hadern oder Leinen zu gebrauchen Wenn wir Holzarten ähnlich denen besäßen, welche die amerikanischen Wespen zu ihrer Papierherstellung benutzen, so könnten wir das weißeste Papier herstellen stellt Louis Nicolas Robert in der Papierfabrik Diderot die erste Maschine zur Herstellung langer Papierbahnen her gelingt es dem Franzosen M.A.C. Mellier aus Paris, Stroh mittels Natronlauge und unter Dampfdruck aufzuschlüsseln und Zellstoff zu gewinnen geht in Gratkorn die bisher weltweit größte Papiermaschine mit einer Länge von 205m und einem Tagesausstoß von bis zu 2500 Tonnen in Betrieb. 1.3 VERWENDUNGSMÖGLICHKEITEN Kommunikationsträger Der erste und ausschließliche Verwendungszweck des Papiers bestand darin, als Unterlage für schriftliche oder grafische Botschaften zu dienen. Ursprünglich wurde darauf geschrieben, gezeichnet, später auch gedruckt Verpackung Ab dem beginnenden 20. Jh. wurde Papier auch vermehrt als sauberes und hygienisches Verpackungsmaterial eingesetzt. Ob Lebensmittel oder anderes Gebrauchsgut, alles wurde in ganz neues oder recyceltes Papier eingepackt und damit vor Umwelteinflüssen und Transportschäden geschützt Hygiene Spätestens ab dem 2. Weltkrieg, bzw. mit dem langsamen Aufkommen eines gewissen Wohlstandes gewinnt Papier auch zunehmende Bedeutung als Hygieneartikel, sei es ursprünglich als WC-Papier, dann als Serviette, Küchenrolle, Putzhilfe bis hin zu Damenbinden, Slipeinlagen, Einmalwindel und Wegwerfunterwäsche. Auch die Bedeutung in der modernen Medizin darf heute nicht mehr unterschätzt werden, wenn man bedenkt, dass noch vor nicht allzu langer Zeit Kleidung und Tücher für keimfreie Wundversorgung ausgekocht werden mussten. All das übernimmt heute der medizinische Zellstoff. B. Boehmer, KPH Graz 3

4 Spezialpapiere In unserer modernen Wegwerfgesellschaft wird natürlich auch Papier vermehrt als umweltfreundlicher, weil verbrenn- oder verrottbarer Werkstoff zur Erleichterung des Alltages eingesetzt. Wir denken an Filterpapiere für Kaffee, Tee Dunstabzüge und vieles mehr. 2. Einstieg in das Problem: Der Werkstoff Papier wird nicht nur in der Werkerziehung der Grundschule hauptsächlich eingesetzt, sondern ist ganz allgemein Hauptmedium der Schule in Form von Büchern, Heften, Arbeitsblättern geworden. Ein Gebrauchsmaterial, mit dem wir ganz selbstverständlich und sorglos umgehen, da es heute in großen Mengen und äußerst billig allen und jedem zur Verfügung steht. Umso wichtiger erscheint mir die Notwendigkeit zu hinterfragen, woher kommt dieses Material, wie wird es hergestellt, woraus wird es gemacht. Es erscheint mir sinnvoll, vor der geplanten Werkeinheit mit sinnvoll angefügtem Lehrausgang in eine Papierfabrik, den Schülern den Auftrag zu erteilen, zu beobachten wo überall wir im Laufe eines Tages mit Papieren unterschiedlichster Art in Berührung kommen: 3. Ziele der Unterrichtssequenz (ca. 3 Doppelstunden) Erkunden der Zellstofferschließung durch Kochen von pflanzlichen Materialien Kennen lernen der Produktionsschritte beim Papierschöpfen Bewusstmachen der ähnlichen Herstellungsmethoden in der Industrie in den gänzlich analogen Erzeugungsabschnitten: Siebenpartie, Pressenpartie und Trockenpartie Entwickeln des eigenen kreativen Potenzials in der Gestaltung von eigenen handgeschöpften Papieren. Erkennen des Wertes handwerklich erzeugter Individualpapiere im Unterschied zum industriellen Massenprodukt Weiterverarbeitung der geschöpften Papiere zu Mappen, Kuverts, Billetts oder Leporellos Kennen lernen der industriellen Papiererzeugung und der damit verbundenen Arbeitsbedingungen Hinweise für mehrperspektivische Ansatzpunkte Papier und seine Bedeutung für den Buchdruck diverse Sorten von Gebrauchspapieren in der Schule: Seidenpapier, Krepppapier, Tonpapier, Zeichenpapier, Schreibpapier, Karton, Pappe Papier als Gestaltungsmaterial für Feste und Feiern als billiges Dekorationsmaterial Verpackungsmaterial Geschenkspapier diverse Qualitäten als Zeichen- und Druckpapier Papier als Zahlungsmittel (Geldscheine) Papier im Werkunterricht (von der Zwei- zur Dreidimensionalität) Zeitschriften und Zeitungen Werbeträger B. Boehmer, KPH Graz 4

5 3.2.Ökologische Aspekte: Papier ist in hohem Maße recyclebar (neueste Forschungsergebnisse bescheinigen gerade den Österreichern ein hohes Maß an Umweltbewusstsein in der Mülltrennung speziell auf dem Papiersektor), immer aber verrottbar und verbrennbar und daher in allen Anwendungsbereichen höchst umweltschonend. 4. Voraussetzungen bzw. Unterrichtsmedien Herstellen oder Kaufen von Schöpfsieben bestehend aus einem Rahmen mit grober Rabbitsgitterbespannung, dem eigentlichen Papiersieb, hier kann Fliegengitter verwendet werden, und einem weiteren Rahmen zum Festlegen des Papierformates Leistungsfähiger Küchenmixer und diverse flache, wasserdichte Behältnisse (Wannen) Altpapier und Zellstoffprodukte (für weißes Papier: Küchenrolle, Klopapier, Zellstoff; für farbiges Papier farbige Papierservietten) Gestaltungsmaterialien: Heu Stroh, Pflanzenteile, Blätter, etc. B. Boehmer, KPH Graz 5

6 Vliestücher, Schwammtücher, Bügelladen und Bügeleisen 5. Einführung 5.1. Vorstellen eines Wespen- oder Hornissenkruges mit der Frage nach dem Material 5.2. Querverbindung zum Papier 5.3. Verwendungsmöglichkeiten von Papier 5.4. Namensklärung 6. Problemstellung Gibt es eine Möglichkeit selbst Papier herzustellen, wenn das sogar die Wespen selbst können? Aufschließen der Zellfasern durch Kochen (Beispiel: Spinat im Geschirrspülersieb) Wiederverwertung bereits vorhandener Zellstoffe 7. Problemlösungsprozess 7.1. Lehrgangsmäßiges Vorzeigen der einzelnen Produktionsschritte im Arbeitsteiligen Verfahren an verschiedenen Fertigungsstationen 7.2. Erkunden der Möglichkeiten und Gestaltungsvielfalt durch Komposition eigener Pulpen 7.3. Gestaltungsmöglichkeiten durch Farbe, Beimengung, Einlage 7.4. Weiterverarbeitung der speziellen Papiere 7.5., Reflexionsphase hinsichtlich, Stärke, Gestaltung, Ausformung für den gewünschten Verwendungszweck 8. Sicherung des Unterrichtsertrages Vergleichende Beobachtungen im Zuge eines Lehrausganges in eine Papierfabrik, wo alle Verarbeitungsschritte an der Papiermaschine in ganz großem Stil nachvollzogen werden können! B. Boehmer, KPH Graz 6

7 Verwendete Literatur: Elliot, M.: Papier selbst herstellen und verarbeiten, Projekte Ideen und Techniken. Bertelsmann Verlag, Wien Zürich, 1997 Ramsey, A.:Schmuckpapier selbst geschöpft, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart, 2000 Dardel, K.: Kreatives Papierschöpfen - Pflanzenpapiere, Recyclingpapiere, farbige Papiere, 2. Auflage, Verlag Haupt, Bern B. Boehmer, KPH Graz 7

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