Papierherstellung

Die Papierherstellung besteht aus zwei grundlegenden Schritten. Zuerst wird faseriger Rohstoff, Zellulose aus Faserholz, Nicht-Holz-Fasern oder Altpapier, in Zellstoff umgewandelt, eine Masse aus Fasern, die für die Papierherstellung geeignet ist. Zweitens wird dieser Zellstoff verwoben und zu einer Blattstruktur gebunden, wodurch Papier entsteht. Der Aufschlussprozess trennt die Papierfasern vom Holz.

Die drei Hauptarten von Zellstoff sind Holzstoff, thermo-mechanischer Zellstoff (TMP) und chemischer Zellstoff. Jede Art liefert Papier mit unterschiedlichen Qualitätsmerkmalen.

Holz besteht aus Zellulosefasern, die durch Lignin, eine klebrige Substanz, gebunden sind. Die Papierqualität verbessert sich im Allgemeinen mit der Entfernung von Lignin, da Lignin mit der Zeit zu Verfärbungen führt. Chemischer Aufschluss entfernt Lignin, während mechanische und thermo-mechanische Verfahren dies nicht tun.

Holzstoff. Die Hauptarten sind Holzschliff, hergestellt durch Drücken von Faserholz gegen einen rotierenden Schleifstein, und Refiner-Holzstoff (RMP), erzeugt durch Leiten von Holzschnitzeln durch einen Scheibenrefiner.

Thermo-mechanischer Zellstoff. Thermo-mechanischer Zellstoff (TMP) wird hergestellt, indem Holzschnitzel oder Sägemehl unter Druck mit Dampf gekocht werden, um das Lignin zu erweichen. Die erweichten Schnitzel werden dann mit einem Scheibenrefiner zu Zellstoff gemahlen und für die Weiße gebleicht. Dieses Verfahren liefert weißere, hellere Papiere mit guter Opazität für den beidseitigen Druck. Viele hochwertige Zeitungen verwenden TMP.

Chemischer Zellstoff. Chemischer Aufschluss ist die teuerste Methode und erzeugt Papiere höchster Qualität. Holzschnitzel werden unter Druck in einer chemischen Flüssigkeit gekocht, die darauf ausgelegt ist, Lignin abzubauen und zu entfernen. Der resultierende Zellstoff wird gereinigt und gebleicht, wodurch ein hellweißes Papier mit ausgezeichneter Beständigkeit entsteht. Chemischer Aufschluss löst Zellulosefasern aus der sie bindenden Ligninverbindung.

Beim chemischen Aufschluss lösen Chemikalien Lignin und Hemicellulose, um Zellulosefasern freizusetzen. Bleichen entfernt restliches Lignin und Hemicellulose. Der chemische Aufschluss hat eine Ausbeute von 45% bis 55%, deutlich niedriger als die 90% oder höhere Ausbeute mechanischer Aufschlussverfahren. Die Prozesse verwenden Säuren wie schwefelige Säure und Alkalien wie Lauge (Natronlauge).

Halochemischer Zellstoff. Halochemische Zellstoffe werden durch mildes Kochen von Holzschnitzeln mit Chemikalien hergestellt, typischerweise Natriumsulfit oder einer kleinen Menge eines alkalischen Salzes wie Natriumcarbonat, Bicarbonat oder Hydroxid. Dieses Kochen entfernt und erweicht Lignin teilweise und schwächt die Bindung zwischen den Fasern. Die Schnitzel werden dann einer Scheibenrefinierung zur Faserisierung unterzogen, gefolgt von einer chemischen Wäsche. Halochemischer Aufschluss behält beträchtliches Lignin bei, was zu Ausbeuten von 60% bis 80% führt. Bleichen reduziert die Ausbeute, wie bei allen Aufschlussverfahren.

Bleichen von Zellstoff. Ungebleichter Holzzellstoff reicht in der Farbe von Creme bis Dunkelbraun; braune Papiertüten werden aus ungebleichtem Zellstoff hergestellt. Bleichen entfernt restliches Lignin, ohne die Zellulosefasern stark zu schädigen, was zu weißerem Papier führt, das den Druckkontrast verbessert und brillantere farbige Papiere erzeugt.

Stoffaufbereitung und Mahlung. Aufgeschlossene Fasern erfordern eine weitere Behandlung, genannt Stoffaufbereitung, bevor hochwertiges Papier gebildet wird. Dieser Prozess umfasst die Fasermahlung und das Mischen von Fasern mit nichtfaserigen Materialien, um die gewünschten Papiereigenschaften zu erreichen. Während das Papier auf einer Papiermaschine gebildet wird, werden viele Eigenschaften während der Stoffaufbereitung bestimmt.

Die Mahlung verwendet Holländer, konische Refiner (Jordan) oder Scheibenrefiner, um Fasern Bürst-, Schneid-, Ausfrans- und Verkürzungsaktionen zu unterziehen. Diese Aktionen bewirken, dass Fasern quellen, erweichen und feine Oberflächenhärchen entwickeln, was die Bindung fördert und stärkeres Papier erzeugt.

Während der Stoffaufbereitung werden Zellulosefasern mit Füllstoffen, innerer Leimung, Farbstoffen, farbigen Pigmenten und anderen Additiven gemischt, die dem Papier spezifische Eigenschaften verleihen.

Papierbildung. Die meisten Druckpapiere werden auf Fourdrinier-Papiermaschinen hergestellt, benannt nach den Erfindern Henry und Sealy Fourdrinier. Zellstoff wird vor der Bildungsstufe mit großen Mengen Wasser gemischt, wodurch ein Wasseranteil von 99% erreicht wird. Diese Mischung aus Zellstoff und Wasser, genannt Stoff, wird dann entwässert und gepresst, um eine kontinuierliche Papierbahn zu bilden.

Nachhaltigkeit bleibt ein zentraler Treiber, mit verstärktem Fokus auf geschlossene Wasserkreisläufe und energieeffiziente Produktionsmethoden. Fortschritte im Digitaldruck erfordern auch Papiere mit spezifischen Leistungsmerkmalen, was die Zellstoffauswahl und Veredelungsbehandlungen beeinflusst.

Superkalander

. Superkalandriertes Papier wird hergestellt, indem maschinenglattes Papier durch den Superkalander, Abbildung 5-4, geführt wird, eine Maschine, die aus abwechselnd polierten Stahl- und komprimierten Papier- oder Baumwollwalzen besteht, die unter hohem Druck zusammenlaufen. Es komprimiert das Papier und erhöht die Oberflächenglätte und den Glanz des Papiers.

Gestrichene Papiere

. Der Drucker verwendet oft die Druckpresse, um nach dem Drucken eine Lackbeschichtung auf das Papier aufzubringen, normalerweise zu Schutz- oder ästhetischen Zwecken. Der Papierhersteller kann jedoch auch eine Beschichtung auf die Papieroberfläche auftragen, um das Papier für seinen Endverwendungszweck geeigneter zu machen. Gestrichene Papiere sind Sorten, die eine mineralische Beschichtung, meist Ton, erhalten haben, um ihre Bedruckbarkeit und ihr Aussehen zu verbessern. Sie sind in verschiedenen Oberflächen erhältlich. Beschichtungen verbessern die Weiße des Papiers, die Rupffestigkeit, die Wasserbeständigkeit, die Farbannahme, die Opazität, den Glanz und die allgemeine Druckqualität. Normalerweise wird Papier beidseitig gestrichen (C2S).