EL-MO Elemente und Moleküle, Schulbuch

260 260 Holz – Zellstoff – Papier Cellulose der natürliche Faserstoff Reine Cellulosefäden treten selten auf. Die Samenhaare der Baumwolle und die Stängelfasern des Flachses, aus denen das Leinen gewonnen wird, sind fast reine Cellulose. Holz Der weitaus größte Anteil der Cellulose liegt aber im Holz vor. Trockenes Holz besteht zu etwa 50 % aus Cellulose, die die Zugfestigkeit bewirkt. Die Cellulose- fasern sind in einer Matrix aus Lignin (Holzstoff) und Hemicellulosen eingela- gert. Dies erhöht die Druckfestigkeit. Lignin (ca. 30 % der Holztrockenmasse) ist ein Makromolekül mit aromatischen Ringen, die durch aliphatische Seitenketten räumlich verknüpft sind und phenolische –OH-Gruppen und –O–CH 3 -Gruppen enthalten. Hemicellulosen, auch Holzpolyosen genannt, sind Makromoleküle, die überwiegend aus Pentosen aufgebaut sind. Sie bilden zusammen mit Harzstoffen (Terpene) und Wachsen die restlichen ca. 20 % des Holzes. Gewinnung von Zellstoff Die technisch aus Holz gewonnene Cellulose wird Zellstoff genannt. Da Cellu- lose von den Holzkomponenten am schwersten in Lösung zu bringen ist, schafft man Bedingungen, unter denen sich alle anderen Bestandteile des Holzes lösen. Zur Isolierung des Zellstoffs sind 2 Verfahren üblich, das Sulfitverfahren (saures Verfahren) und das Sulfat-Verfahren (basisches Verfahren). In Österreich sind beide Verfahren im Einsatz. In Lenzing, Hallein und Kematen wird Zellstoff nach dem Sulfitverfahren gewonnen, in Pöls, Frantschach und Nettingdorf nach dem Sulfatverfahren. Gemeinsam ist den Verfahren, dass bei höherem Druck (bis 10 bar) und höherer Temperatur (150 – 180 °C) in einer Chemikalienlösung alle Holzinhaltsstoffe außer dem Zellstoff gelöst werden können. Die Cellulose wird abgepresst und gewaschen. Die entstehende Ablauge muss eingedickt und ver- brannt werden. Sie enthält ja etwa 50 % des Holzes. Die eingesetzten Chemi- kalien werden aus dem Verbrennungsrückstand und den Abgasen weitgehend zurückgewonnen und können so im Kreislauf geführt werden. Bleichen von Zellstoff Der rohe Zellstoff beider Verfahren ist noch gelb bis braun und wird meist ge- bleicht. Das früher übliche Verfahren der Chlorbleiche , das Abwässer mit orga- nischen Chlorverbindungen belastete, wurde weitgehend aufgegeben. Heute bleicht man mit Wasserstoffperoxid oder Ozon ( Sauerstoffbleiche ). Für viele Zwecke kann auch ungebleichter Zellstoff eingesetzt werden. Papier Die Hauptverwendung von Zellstoff ist die Herstellung von Papier. Die Weltpro- duktion 2017 betrug ca. 420 Mio. Tonnen (Davon 100 Mio. t in Europa). Österreich gehört aufgrund des Waldreichtums in Europa zu den großen Papierexportlän- dern mit einer Jahresproduktion (2017) von 5 Mio. Tonnen. Bei der Papierherstellung wird eine Zellstoffaufschlämmung gleichmäßig aufge- tragen und in mehreren Stufen gepresst, entwässert und schließlich getrocknet. Die im Papier kreuz und quer liegenden Cellulosefasern bewirken die Reißfestig- keit des Papiers. Papier aus reiner Cellulose ist saugfähig. Es wird für Taschentücher, Toilettepapier und Küchenrollen verwendet, aber auch für Filterpapier im chemischen Labor. Als Schreibpapier ist es ungeeignet, da die Tinte darauf zerrinnt. Für Schreibpa- pier wird der Cellulosebrei mit bis zu 30 % Füllstoffen versetzt, die das Papier schwer, weißer und undurchsichtiger machen. Dies sind vor allem Bariumsulfat, Gips, Kalk, Kaolin und Titanweiß (TiO 2 ). Für färbige Papiere werden Pigmente (wasserunlösliche Farbstoffe) oder Farbstoffe zugesetzt, die auf der Cellulosefa- ser aufziehen. Dazu kommen Alaun, Wasserglas und Harzleime. Dadurch werden die Poren im Papier verschlossen. Dieses verliert seine Saugfähigkeit, und die Tinte zerrinnt nicht mehr. Exkurs Abb. 260–1: Die Herstellung von Zellstoff SO 2 Mg(HSO 3 ) 2 MgO/SO 2 Na 2 CO 3 Thiole CaCO 3 Ca(OH) 2 Holz Zerkleinern Abpressen Verbrennen Cellulose Lignin Hemicellulosen Kochen Ablauge Holz Zerkleinern Abpressen Verbrennen Cellulose Lignin Hemicellulosen Kochen Ablauge NaOH Na 2 SO 4 Na 2 S Sulfit- Verfahren Sulfat- Verfahren PAPIER Schreib- papier Lösch- papier Zeitungs- und Packpapier ZELLSTOFF ZELLSTOFF wenig Zellstoff HOLZSCHLIFF + Leim + Füllstoffe + Leim + Füllstoffe Abb. 260–2: Papierarten Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv