Holzstoff

Holzschleifer im Industriemuseum „Alte Dombach“ in Bergisch Gladbach

Holzstoff, USA, 1947

Als Holzstoff wird der Rohstoff bezeichnet, der für die Herstellung bestimmter Papiersorten verwendet wird. Er wird aus Holz gewonnen und enthält, anders als Zellstoff für höherwertige Papiere, große Anteile an Lignin. Der hohe Ligninanteil führt zum Vergilben des Papiers (holzhaltiges Papier), so dass Holzstoff nur für Zeitungs- und Magazinpapier (englisch light-weight coated paper (LWC-Papier)) und anderes, kurzzeitig verwendetes Papier eingesetzt wird. Wirtschaftlich bedeutende Holzstoff-Sorten sind Holzschliff, Druckschliff und TMP (englisch thermomechanical pulp/ thermomechanischer Holzstoff).

Die Herstellung erfolgt durch mechanische und/oder thermische und/oder chemische Verfahren zum Holzaufschluss.

Geschichte

(siehe Artikel Papier und Zellstoff)

Früher wurde Papier vor allem aus Lumpen (Hadern) gewonnen. Wegen der begrenzten Verfügbarkeit dieses Rohstoffs wurden etwa ab dem Jahr 1700 nach Alternativen gesucht. Im 19. Jahrhundert wurden Verfahren zur Gewinnung von Holzschliff und des höherwertigen, aber aufwendiger zu erzeugenden Zellstoffs entwickelt.

Rohstoff

Holzart	Eucalyptus globulus	Eucalyptus grandis	Birke	Kiefern	Fichten	Buche	Acacia	Pappeln
Verbreitungsgebiet	Iberische Halbinsel	Südamerika	Nordhalbkugel	Nordhalbkugel	Nordhalbkugel	Nordhalbkugel	Indien, Indonesien
Ertrag [m3·ha−1·a−1]	15–30		3–8	2–10	4–10	2–9	15–25
Standzeit [Jahre]	9–14		25–45	75–110	60–80	100–140	6–12
Holzschliff-Ertrag [m3·t−1]	2,8–2,9	3,8–4,0	4,5	5			3	4,9

2013 entfielen 45 % des Holzstoffs auf lange Fasern (Nadelholz), 20 % auf kurze Fasern (Laubholz) und 30 % auf Eukalyptus.

Produktion

Holzschleifer-Schema

Holzstoff wird aus dem Rohstoff Holz, der hauptsächlich aus Lignocellulose besteht, gewonnen. Lignocellulose besteht aus Cellulosemolekülen, die zu Fasern zusammengelagert sind. Eine Matrix aus Lignin durchwirkt die Cellulose, so dass ein druck- und reißfester Verbund entsteht. Bei der Herstellung von Holzstoff erfolgt eine Zerfaserung des Holzes mit verschiedenen Verfahren. Durch die fast vollständige Verwendung des Rohstoffs sind hohe Ausbeuten möglich. Allerdings werden die Fasern durch die mechanische Einwirkung zum Teil beschädigt oder gekürzt, was zu einer Reduzierung der Papierfestigkeit führt. Bei der Herstellung von Zellstoff hingegen wird der Ligninanteil mit chemischen Methoden entfernt, so dass bei geringerer Ausbeute und höherem Aufwand der höherwertige Zellstoff gewonnen wird, der fast vollständig aus Cellulose besteht. Meist wird bei der Holzstofferzeugung Rundholz oder Prügelholz eingesetzt, wobei Nadelholz wegen der Langfaserigkeit bevorzugt wird. Unterschiedliche Verfahren führen zu den verschiedenen Holzstoff-Sorten.

Schliff-Verfahren

Schliff-Produkte werden durch Zerfaserung von Holz mit Hilfe von Schleifsteinen erzeugt.

Holzschliff

Die Herstellung von Holzschliff erfolgt mechanisch. Entrindete Holzprügel (Meterholz) werden unter Zusatz von warmen Wasser auf rotierende Schleifsteine gepresst und zerschliffen. Anschließend kann eine weitere Vermahlung zur Anpassung der Fasern erfolgen.

Druckschliff

Eine modernere Produktionsvariante ist der Druckschliff. Gegenüber üblichem Holzschliff, der bei einer Temperatur unter 100 °C erzeugt wird, erlaubt die Kapselung des Schleifers einen höheren Druck und dadurch eine höhere Temperatur. Das erweicht die Ligninmatrix. Dadurch kann das Ausgangsholz leichter zerfasert und eine größere Länge der Cellulosefasern erreicht werden.

Refiner-Verfahren

Wirkpaarungen eines Refiners:
➀ Kante gegen Kante
➁ Fläche gegen Fläche
➂ Messerzelle gegen Messerzelle

Bei den Refiner-Verfahren erfolgt zunächst eine Zerkleinerung in Hackschnitzel und, nach weiteren Prozessschritten, die Zerfaserung im Refiner.

Thermomechanical pulp (TMP)

Bei der TMP-Erzeugung werden Hackschnitzel bei Temperaturen bis 140 °C zwischen den Kanten eines Refiners zerfasert (Faserstoffmahlung). Bei dieser Temperatur erweicht das Lignin und der Faserverbund löst sich unter Bildung längerer Fasern auf. Dadurch nähern sich die Eigenschaften teilweise denen des teureren Zellstoffs an, wie z. B. höhere Reißfestigkeit des daraus hergestellten Papiers.

Chemithermomechanical pulp (CTMP)

Eine Variante des TMP ist die chemo-thermische Holzstofferzeugung (CTMP), bei der die Hackschnitzel zusätzlich chemisch vorbehandelt werden. Das Produkt ist durch die chemische Vorbehandlung dunkler als TMP. CTMP kann auch gebleicht werden und wird dann als BCTMP bezeichnet.

Je nach gewünschter Papierqualität (Opazität (Lichtstreufähigkeit), Volumen (Steifigkeit), Helligkeit, Oberflächeneigenschaften, Binde- und Festigkeitseigenschaften) und nach ökonomischen Aspekten werden unterschiedliche Holzstoffe eingesetzt. Oft findet auch eine Kombination mit anderen Rohstoffen, wie z. B. mit aufbereitetem Altpapier oder langfaserigem Zellstoff aus Nadelholz, statt, um die gewünschte Papierqualität zu erreichen.

Chemischer Nachweis

Holzschliff kann durch Rotfärbung des enthaltenen Lignins mit salzsaurer Phloroglucinlösung nachgewiesen und so von Zellstoff unterschieden werden. Verwendet wurden dazu häufig auch Wursters Blau und Rot (nach Casimir Wurster) und Anilinsulfat.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Holzstoff ist für die Kartonherstellung deutlich vorteilhafter als Zellstoff, da das Lignin im Zellstoffverbund zusätzliche Steifigkeit gibt. Auch für Zeitungspapier ist ligninfreies Papier aus Zellstoff ungeeignet. Die Herstellung von Holzstoff ist zudem einfacher und damit kostengünstiger als die Herstellung von Zellstoff, da der komplexe Kochvorgang zur Ligninentfernung entfällt.
• Die Ausbeute bezogen auf den Holzeinsatz liegt bei Holzstoff bei etwa 90 %, da fast alle Inhaltsstoffe des Holzes, darunter auch das Lignin, im Holzstoff nahezu unverändert vorhanden sind. Bei der Zelluloseherstellung liegt die Ausbeute durch die Entfernung des Lignins deutlich niedriger (etwa 50 %).

Nachteile

• Der größte Nachteil von Holzstoff bei vielen Anwendungen besteht im Ligningehalt. Unter Licht- und Sauerstoffeinfluss vergilbt das Lignin. Papier mit einem hohen Holzstoffgehalt verfärbt sich dadurch schnell (Zeitungspapier).
• Die sichtbare Papierqualität mit Holzstoff ist schlechter als bei Zellstoff, da es zu einer deutlich stärkeren Flockenbildung kommt, wodurch die Formation beeinträchtigt ist.
• Für den Schleifvorgang wird sehr viel Energie benötigt, um die Schleifscheiben und Häckselanlagen anzutreiben. Der Energiebedarf ist abhängig von der Intensität der Mahlung und liegt zwischen 1500 und 3500 kWh/t. Dieser hohe Energiebedarf und die Verfügbarkeit von preiswertem Altpapier haben in Mitteleuropa zur Verwendung von nahezu 100 % Altpapier zur Herstellung von Zeitungspapier geführt. Innerhalb Europas wird TMP nur noch in Skandinavien zu Zeitungspapier verarbeitet.
• Papier aus Holzschliff hat niedrige Festigkeitswerte, da die Fasern bei der Herstellung stark beschädigt werden. Durch Mischen mit Zellstoff kann die Festigkeit erhöht werden.

Siehe auch

• Papierzerfall

Literatur

• H. Sixta: Handbook of Pulp. VCH-Wiley, 2006, S. 1071f. ISBN 3-527-30999-3

Weblinks

• Suche nach Holzstoff in der Deutschen Digitalen Bibliothek
• Suche nach Holzstoff im Portal SPK digital der Stiftung Preußischer Kulturbesitz