Faserstoff

Die Herstellung von hochwertigen Wellpappe-Verpackungen erfordert ein umfassendes Verständnis von Materialien, insbesondere von Faserstoffen. Als entscheidender Bestandteil trägt der Faserstoff wesentlich zur Qualität und Funktionstüchtigkeit von Wellpappe bei. Er beeinflusst unter anderem Festigkeit, Steifigkeit, Bedruckbarkeit, Feuchteverhalten und Prozessstabilität in der Wellpappenproduktion. Die Wahl, Mischung und Aufbereitung der Faserstoffe bestimmen maßgeblich Kennwerte wie ECT, RCT, Berstfestigkeit, Kantenstauchwiderstand und die Laufeigenschaften an der Wellpappenanlage. Zudem wirken sich Faserorientierung (MD/CD), die Gleichmäßigkeit der Grammatur, der Feinanteil sowie der Feuchtehaushalt direkt auf Rillbarkeit, Stanzbarkeit, Klebqualität und die Dimensionsstabilität der Verpackung aus, was sich in der Praxis in reproduzierbarer Performance, geringeren Ausschussquoten und stabilen Prozessen äußert.

Definition: Was versteht man unter Faserstoff?

In der Papier- und Verpackungsindustrie bezeichnet der Begriff Faserstoff die Masse, die als Ausgangsprodukt für die Herstellung von Papier und Wellpappe dient. Sie besteht in erster Linie aus pflanzlichen Fasern, die aus Holz, Alt- oder Altpapier gewonnen werden und durch mechanische oder chemisch-mechanische Verfahren in ihre Bestandteile aufgelöst werden. Zusätzlich können dem Faserstoff auch Fasern nicht-holzigen Ursprungs, wie z. B. Stroh, zugefügt werden. Der Faserstoff wird üblicherweise im Pulper aufgelöst, gereinigt und über verschiedene Stufen konditioniert, sodass eine gleichmäßige Faserverteilung und definierte Entwässerungseigenschaften für die Papiermaschine sichergestellt sind.

Faserstoff ist damit der Sammelbegriff für aufbereitete Faserrohstoffe (z. B. Zellstoff, Halbzellstoff, Holzstoffe und Recyclingfaserstoffe), die mittels Siebung, Reinigung, Entstippung (Entfernung von Stippen/Stickies) und gegebenenfalls Dispergierung zu einem homogenen Faserbrei (Stoff) verarbeitet werden. Eigenschaften wie Faserlänge, Faserfeinheit, Steifigkeit, Bindefähigkeit sowie der Mahlgrad (z. B. Schopper-Riegler-Wert, SR) bestimmen das spätere Papier- und Wellpappverhalten. Ebenso relevant sind Aschegehalt, Füllstoffanteile, Faserstofftemperatur und pH-Wert, da sie das Entwässerungs- und Leimungsverhalten sowie die resultierende Z-Festigkeit beeinflussen.

Rohstoffquellen und Fasergeometrie

Die Herkunft der Fasern (Nadelholz mit längeren, steiferen Fasern vs. Laubholz mit kürzeren, feineren Fasern) beeinflusst das Verhältnis aus Zugfestigkeit, Steifigkeit, Oberflächenglätte und Porosität. Frischfasern liefern in der Regel höhere Festigkeiten und bessere Z-Festigkeit, während Recyclingfasern durch wiederholte Nutzung kürzer und spröder werden können, was eine angepasste Stoffzusammensetzung erfordert. Typische Faserlängen liegen bei Nadelholz etwa bei 2–3 mm, bei Laubholz bei etwa 0,7–1,2 mm; der Feinanteil und der Mikrofibrillenwinkel wirken zusätzlich auf Steifigkeit, Rillverhalten und Knickfestigkeit. Eine gezielte Kombination aus langen Stützfasern und feineren Bindefasern ermöglicht stabile Liner- und Flutingpapiere bei effizienter Grammatur.

Aufschluss- und Aufbereitungsverfahren

Der Aufschluss erfolgt mechanisch, chemisch oder als Kombi-Verfahren (z. B. chemo-thermomechanisch/CTMP). In der Aufbereitung kommen Sortierer, Drucksiebe, Zyklone, Flotations- oder Wascheinheiten und Dispergierer zum Einsatz. Ziel ist die Reduktion von Störstoffen (Klebstoffe, Kunststoffe, Metalle, Feinstoffe) sowie die Einstellung eines reproduzierbaren Faserprofils für die Papiermaschine und die nachfolgende Wellpappenfertigung. Durch gezieltes Mahlen (Refining) werden Faseroberflächen aktiviert, die Fibrillierung erhöht und damit die Blattbildung, Bindefestigkeit und Dichte beeinflusst; gleichzeitig gilt es, Übermahlung und damit verbundene Entwässerungsprobleme oder übermäßige Glättung zu vermeiden.

Verschiedene Arten und ihre Eigenschaften

Es gibt verschiedene Arten von Faserstoffen mit unterschiedlichen Eigenschaften, die durch ihre spezifischen Merkmale für bestimmte Einsatzbereiche im Bereich der Wellpappe geeignet sind. Hierzu gehören unter anderem Frischfaserstoff, Altpapierfaserstoff und Chemiefaserstoff. Frischfaserstoffe sind aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Helligkeit besonders qualitativ und bieten eine hohe Laufeffizienz. Altpapierfaserstoff ist aufgrund seiner recycelbaren Eigenschaften sehr umweltfreundlich, während Chemiefaserstoff durch besondere Eigenschaften wie z. B. die Resistenz gegen Feuchtigkeit und Säure besticht. In der Praxis werden häufig Mischungen gewählt, um Festigkeit, Steifigkeit, Bedruckbarkeit und Materialeffizienz in ein ausgewogenes Verhältnis zu bringen.

Typische Faserstoffklassen und Merkmale:

• Frischfaserstoff (Zellstoff): hohe Faserlänge und -steifigkeit, gute Zug- und Kantenstauchwerte, verlässliche Planlage und gute Bedruckbarkeit; bevorzugt für Deckschichten (z. B. Kraftliner) oder anspruchsvolle Anwendungen; ermöglicht in Kombination mit geeigneter Leimung eine verbesserte Feuchteresilienz.
• Recyclingfaserstoff (Altpapierfaserstoff): ressourcenschonend und kreislauforientiert; Eignung für Testliner, Wellenpapiere und Standardqualitäten. Erfordert sorgfältige Sortierung und Aufbereitung, da Faserverkürzung und Störstoffgehalte die Festigkeit beeinflussen können; Qualitätskonstanz und sorgfältiges Deinking sind für reproduzierbare Ergebnisse wesentlich.
• Halbzellstoff/chemisch-mechanische Fasern: gute Volumina und Steifigkeit bei moderatem Energieeinsatz; häufig als Wellenrohpapier (Fluting) eingesetzt, wenn ein ausgewogenes Verhältnis aus Formstabilität und Verarbeitbarkeit gefragt ist; durch den höheren Lumenanteil kann die Knautsch- und Federwirkung der Welle positiv beeinflusst werden.
• Chemisch modifizierter Faserstoff: durch Leimung, Nassfestmittel oder Additive veredelt, um Feuchte- oder Chemikalienbeständigkeit gezielt zu erhöhen; nützlich für anspruchsvolle Umgebungen mit erhöhter Luftfeuchte oder Spritzwasserbelastung; ermöglicht stabile Klebungen und geringere Feuchteaufnahme (z. B. niedrigerer Cobb-Wert) bei geeigneter Rezeptur.

Eine optimale Mischung berücksichtigt Faserlänge, Feinanteil, Aschegehalt, Porosität, Leimungsgrad und die angestrebte Grammatur. So entstehen Papierbahnen für Liner (Deckschichten) und Fluting (Wellenbahn) mit definierten Eigenschaften. Ergänzend fließen Parameter wie Oberflächenrauigkeit, Zeta-Potenzial, Retentionsmittel und die Einstellung des Stoffauflaufs in die Auslegung ein, um stabile Blattbildung, homogene Profilierung über die Breite und eine gute Interaktion mit Stärkeklebstoffen in der Wellpappenanlage sicherzustellen.

Einsatz von Faserstoffen in der Wellpappenherstellung

Für die Wellpappenproduktion können Faserstoffe aufgrund ihrer vielfältigen Eigenschaften unterschiedlich eingesetzt werden. Beispielsweise verleiht ein hoher Anteil an Frischfasern der Wellpappe eine hohe Festigkeit, was eine schwere Beladung ermöglicht. Altpapierfaserstoff ist sehr gut für die Herstellung von Recycling-Wellpappe geeignet, während Chemiefaserstoffe oft für spezielle Anwendungen eingesetzt werden, bei denen besondere Anforderungen, wie hohe Feuchtigkeits- oder Säureresistenz, gestellt werden. Darüber hinaus beeinflussen Wellengeometrien (z. B. B-, C-, E- oder BC-Welle), die Klebstoffrezeptur (Stärke, Additive) sowie Maschinenparameter wie Bahnzug, Vorheiztemperaturen, Anpressdruck und Trocknung das Ergebnis wesentlich.

In der Praxis werden Liner und Fluting gezielt aufeinander abgestimmt: Für einwellige Qualitäten sind andere Mischungen sinnvoll als für zweiwellige oder mehrwellige Konstruktionen. Zusätzlich beeinflussen Stärkeklebstoff, Temperatur- und Feuchteführung an der Wellpappenanlage, Bahnzug und Trocknung die resultierende Festigkeit (z. B. ECT) ebenso wie Lagerklima und spätere Belastungsfälle. Je nach Anwendungsprofil spielen zudem Rill- und Stanzbarkeit, Kantenbruchneigung und die Kompatibilität mit Druckverfahren (Flexo, Digital) eine Rolle. Weitere fachliche Hinweise bieten weiterführende Informationen zu Verpackungen ab Lager.

Prozess- und Qualitätsparameter

Wesentliche Kennwerte im Kontext der Faserstoffauswahl sind unter anderem Grammatur, Feuchtegehalt, Leimungsgrad, Oberflächenfestigkeit, Rauigkeit, Verdichtungsgrad und die resultierenden Wellpappprüfwerte. Eine konstantere Stoffqualität führt zu stabileren Prozessen, weniger Bruchereignissen und reproduzierbaren Klebungen an der Anlage. Relevante Prüfgrößen umfassen darüber hinaus Cobb (Wasseraufnahme), SCT (Short-Span Compression Test), CMT (Corrugating Medium Test), BCT (Box Compression), Mullen/Berstwert sowie ZD-Festigkeit und Planlage; sie liefern ein differenziertes Bild zur Eignung des Faserstoffs für spezifische Verpackungsanforderungen.

Prüfmethoden und Normen

Für die Beurteilung von Papier- und Wellpappqualitäten werden standardisierte Prüfungen eingesetzt, etwa ISO 536 (Grammatur), ISO 535 (Cobb), ISO 9895 (SCT), ISO 7263 (CMT), ISO 2758 (Berstfestigkeit/Mullen), ISO 3037 (ECT), ISO 12048 (BCT) sowie ISO 187 (Konditionierungsklima, typischerweise 23 °C/50 % r. F.). Eine normgerechte Probenvorbereitung und Klimatisierung sind entscheidend, damit die Ergebnisse belastbar und vergleichbar sind.

Einfluss von Klima und Feuchte

Faserstoffe reagieren hygroskopisch: Steigende relative Luftfeuchte senkt die Druck- und Kantenstauchfestigkeit, erhöht die Flexibilität und beeinflusst die Klebung. Eine kontrollierte Lagerung, angepasste Leimung und das Einhalten definierter Klimata in Produktion und Prüfraum sind daher zentrale Stellhebel, um Schwankungen zu minimieren und die Leistung der Verpackung im Einsatzfall sicherzustellen.

Bedruckbarkeit und Weiterverarbeitung

Die Interaktion von Faserstoff, Leimung und Oberflächenbehandlung bestimmt die Bedruckbarkeit (Tonwertzuwachs, Punktzuwachs, Konturenschärfe) und die Weiterverarbeitung. Eine ausreichend feste, aber nicht spröde Faserstruktur begünstigt saubere Rillungen und Falzungen ohne Faserbruch an der Kante. Gleichmäßige Oberflächen und moderate Rauigkeiten verbessern die Druckqualität, während eine stabile Z-Festigkeit Delaminationen vorbeugt.

Nachhaltigkeits- und Kreislaufaspekte

Faserstoffsysteme für Wellpappe sind kreislauforientiert. Hohe Wiederverwendungsraten reduzieren den Bedarf an Frischfaser, während gezielte Frischfaseranteile die notwendige Festigkeit und Prozessstabilität sichern. Eine sorgfältige Sortierung, Entfernung von Störstoffen und ein effizientes Wassermanagement in Aufschluss und Aufbereitung tragen zur Ressourcenschonung bei. Zugleich ist die Auslegung so zu wählen, dass Recyclingfähigkeit, Faserschonung und die geforderte Verpackungsfunktion in Einklang stehen.

Typische Fehlerbilder und Abhilfemaßnahmen

• Kantenbruch oder Rissbildung beim Rillen/Stan