Papierherstellung

Was ist das?

Zellulosefasern in Wasser dispergieren (Zerfasern), dann mit einem Sieb einen gleichmäßigen Bogen aus dem dünnen Faserbrei heben; der Bogen wird anschließend gepresst und getrocknet. Das Ergebnis ist Papier: das Grundmaterial zum Schreiben, Zeichnen, Verpacken und Filtern – und das günstigste Medium zur Aufzeichnung von Wissen.

Wozu ist es gut?

Für eine Gemeinschaft ist Papier die Technologie der Wissenserhaltung: der Träger von Notizen, Zeichnungen und Plänen, Lehrmaterialien und Aufzeichnungen. Es dient auch als Verpackungs- und Isoliermaterial, Filterpapier und Zunder – und die Herstellung von Recyclingpapier dient gleichzeitig der lokalen Wiederverwendung von Papierabfällen.

Die Physik dahinter

Papier erhält seine Festigkeit durch zwei Dinge: die mechanische Verhakung der Fasern und die Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Zellulosemolekülen, die sich an den Kontaktpunkten der Fasern während des Trocknens bilden, wenn das Wasser entweicht. Deshalb ist das Schlagen/Zerfasern entscheidend: Mechanische Bearbeitung raut die Faseroberflächen auf und franst sie aus (Fibrillation), wodurch weitaus mehr Bindungspunkte entstehen. Wasser spielt die Rolle des Trägers: In einer verdünnten Suspension verteilen sich die Fasern gleichmäßig; das Sieb lässt Wasser durch, hält aber die Fasern zurück – und das sanfte Schütteln während der Bogenbildung legt die Fasern in alle Richtungen. Pressen entfernt Wasser und verdichtet die Fasern, wodurch der Kontakt erhöht wird; Trocknen fixiert die Struktur.

Geschichte

Der Überlieferung nach wurde die Papierherstellung um 105 n. Chr. vom chinesischen Hofbeamten Cai Lun systematisiert (archäologische Funde zeigen, dass die Technik noch älter ist). Das Wissen gelangte im 8. Jahrhundert über arabische Vermittler nach Westen (Samarkand wurde ein berühmtes Zentrum der Papierherstellung) und erreichte Europa um das 12. Jahrhundert über spanische und italienische Werkstätten. Jahrhundertelang wurde europäisches Papier aus Lumpen (Leinen- und Hanftextilabfällen) hergestellt; im 17. Jahrhundert mechanisierte der Holländer die Faseraufbereitung, im frühen 19. Jahrhundert machte die Fourdrinier-Papiermaschine die Produktion kontinuierlich, und zu diesem Zeitpunkt stellte die Industrie auf Holzschliff um.

Einfache Version

Aus Recyclingpapier, mit Haushaltswerkzeugen. Ungedrucktes oder leicht bedrucktes Altpapier in kleine Stücke reißen, einweichen und dann mit Wasser zu einem dünnen Brei mixen. Den Brei in einen großen Bottich gießen, mit deutlich mehr Wasser verdünnen. Die Schöpfform senkrecht eintauchen, unter dem Brei waagerecht drehen, dann gleichmäßig herausheben und dabei sanft schütteln, damit sich die Fasern zu einer ineinandergreifenden Matte setzen. Abtropfen lassen, den Bogen auf ein feuchtes Geschirrtuch oder Filz abgautschen, ein weiteres Tuch darauflegen, pressen (ein Brett plus Gewichte) und schließlich flach liegend oder aufgehängt trocknen.

Fortgeschrittene Version

Aus Pflanzenfasern, mit Leimung. Faserquellen sind Brennnessel- und Hanfstängel, Stroh, Maisblätter, Gräser oder vom Seilmachen übrig gebliebene Werg. Die Fasern werden durch alkalisches Kochen (traditionell Lauge aus Holzasche, heute Waschsoda) aufgeschlossen – dies löst die Substanzen, die die Fasern zusammenkleben. Nach gründlichem Spülen folgt das Schlagen: mit einem Mörser, einem Holzhammer oder einer Maschine, bis sich die Fasern trennen und ausfransen. Nach der Bogenbildung wird der Bogen auf Filz abgegautscht, und die Bögen werden in abwechselnden Schichten mit Filzen gestapelt gepresst. Für die Beschreibbarkeit benötigt das Papier eine Leimung (eine Stärke- oder Gelatinelösung), da es sonst Tinte wie Löschpapier aufsaugt.

Industrielle Version

Zellstoffproduktion durch chemischen Aufschluss (Sulfat-/Kraft-Verfahren), Bleichen, dann eine kontinuierliche Papiermaschine: Die verdünnte Fasersuspension fließt auf ein sich bewegendes Endlosdrahtsieb, gefolgt von einer Pressenpartie, Trockenzylindern und Kalandrierung – die Physik der Bogenbildung ist dieselbe wie beim Handschöpfen, nur eben kontinuierlich.

Selbstbau

• Schöpfform: zwei Holzrahmen gleicher Größe, verbunden oder verschraubt; über einen davon ein feines Netz (Moskitonetz, eng gewebter Stoff) straff spannen. Der andere Rahmen ist der Deckelrahmen: Er wird beim Schöpfen auf den bespannten Rahmen gelegt und verleiht dem Bogen eine saubere Kante.
• Bottich: jedes Gefäß, in das der Rahmen bequem schräg eingetaucht werden kann.
• Presse: zwei dicke, glatte Bretter, die mit Schnellspannzwingen, Schrauben oder einfach Gewichten zusammengepresst werden.
• Trocknen: Bögen flach auf Stoff liegend oder auf ein Brett geglättet; langsames, gleichmäßiges Trocknen ergibt den glattesten Bogen.

Häufige Fehler

• Zellstoff im Bottich zu dick → dicke, ungleichmäßige, fleckige Bögen (stattdessen mehr verdünnen und mehr Bögen schöpfen)
• Das Schütteln während der Bogenbildung weglassen → die Fasern richten sich in eine Richtung aus und der Bogen reißt leicht
• Unzureichend geschlagene Fasern → lockeres, schwaches, fusseliges Papier
• Die Leimung weglassen → Tinte verläuft und blutet aus; der Bogen ist nur als Löschpapier geeignet
• Zu schnelles und ungleichmäßiges Trocknen → wellige, sich kräuselnde Bögen
• Zellstoff tagelang im Bottich stehen lassen → Gärung, Schimmel, Geruch (kühl lagern oder aufbrauchen)

Wie man misst

• Gleichmäßigkeit der Dicke: den Bogen gegen das Licht halten – wolkige Stellen deuten auf ungleichmäßiges Schöpfen hin
• Tinten-Test: wie stark ein einzelner Federstrich verläuft, zeigt die Qualität der Leimung
• Falt-Test: wie oft der Bogen entlang derselben Linie gefaltet werden kann, bevor er reißt – ein guter Indikator für Faserqualität und Schlagen
• Schätzung des Flächengewichts (g/m²): einen Bogen bekannter Größe auf einer Küchenwaage wiegen und auf die Fläche umrechnen

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