Naturfaser

Die Verwendung von Naturfasern in der Wellpappindustrie gewinnt immer mehr an Bedeutung. Sie spielen eine entscheidende Rolle, wenn es darum geht, umweltfreundliche, biologisch abbaubare und nachhaltige Verpackungen zu produzieren. Naturfaserbasierte Packstoffe verbinden Ressourceneffizienz mit hoher Leistungsfähigkeit und ermöglichen robuste, zugleich materialoptimierte Transportlösungen für vielfältige Einsatzbereiche entlang der Lieferkette.

Als rohstoffeffiziente Basis für Papierbahnen und Wellpappenrohpapiere tragen Naturfasern zur Ressourcenschonung und zu geschlossenen Stoffkreisläufen bei. Sie ermöglichen ein günstiges Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht, unterstützen eine hohe Recyclingfähigkeit und sind unter geeigneten Bedingungen biologisch abbaubar. Gleichzeitig beeinflussen Faserart, Faserlänge, Mahlgrad und Feuchtegehalt maßgeblich die mechanischen Kennwerte der resultierenden Papier- und Wellpappensorten. Ebenso wirken Faserorientierung, Porosität und die Prozessführung (Entwässerung, Pressung, Trocknung) auf Reißfestigkeit, Kantenstauchwiderstand und Bedruckbarkeit. Ein abgestimmter Faser-Mix ermöglicht es, definierte Zielwerte bei minimalem Materialeinsatz zu erzielen.

Definition: Was versteht man unter Naturfasern?

Unter Naturfasern versteht man pflanzliche, tierische oder mineralische Stoffe, die in der Natur vorkommen und aus ihnen Fäden gesponnen werden können. Beispiele für pflanzliche Naturfasern sind Baumwolle, Flachs und Hanf; tierische Naturfasern umfassen Wolle und Seide, während Asbest ein Beispiel für mineralische Naturfasern ist. In Bezug auf Wellpappe sind primär pflanzliche Fasern von Interesse, da sie eine wesentliche Komponente für deren Herstellung darstellen. In der Verpackungspraxis werden diese zellulosischen Rohstoffe als Faserstoffe bzw. Zellstoffe bezeichnet und überwiegend in Form von Primärfasern (z. B. Kraftzellstoff) und Sekundärfasern (Recyclingfasern aus Altpapier) eingesetzt.

Für faserbasierte Packstoffe sind vor allem zellulosische, pflanzliche Rohstoffe relevant. Sie lassen sich in lange Fasern (typisch Nadelholz) und kürzere Fasern (typisch Laubholz) unterscheiden. Lange Fasern erhöhen die Reiß- und Kantenstauchfestigkeit, kurze Fasern verbessern Glätte und Bedruckbarkeit. Ergänzend kommen alternative Faserquellen wie Stroh, Bagasse oder Gras in Betracht, die je nach Verfügbarkeit und Qualitätsanforderungen beigemischt werden können. Typische Längenordnungen liegen bei Nadelholzfasern im Bereich von etwa 2–4 mm und bei Laubholzfasern bei circa 0,7–1,5 mm; diese Unterschiede prägen die Netzbildung und somit die Eigenschaften der Papierbahnen.

Pflanzliche Naturfasern: Zellulose aus Nadel- und Laubholz, Hanf, Flachs, Stroh, Miscanthus, Bagasse
Tierische Naturfasern: Wolle, Seide (für Wellpappenpapiere nicht üblich)
Mineralische Naturfasern: z. B. Asbest (heute nicht mehr gebräuchlich und für Packstoffe ungeeignet)

Eigenschaften zellulosischer Naturfasern

Zellulosische Fasern bestehen überwiegend aus Zellulose sowie Anteilen von Hemicellulosen und Lignin. Der Anteil und die Verteilung dieser Bestandteile beeinflussen Fasersteifigkeit, Bindungsfähigkeit und Alterungsbeständigkeit. Durch mechanische oder chemische Aufbereitung werden Faseroberflächen aktiviert, was die Faser-Faser-Bindung verbessert. Fasern quellen in wässriger Umgebung, wodurch sich die interne Bindungsfläche vergrößert; zugleich hängen Entwässerbarkeit und Porenstruktur der Papierbahn vom Mahlgrad ab. Eine gezielte Steuerung dieser Parameter ist entscheidend für konstante Qualität von Wellpappenrohpapiere wie Liner und Fluting.

Gewinnung und Verarbeitung von Naturfasern für die Wellpappenproduktion

Zur Gewinnung von Naturfasern für die Herstellung von Wellpappe werden hauptsächlich Holzarten wie Fichte, Kiefer und Buche verwendet. Dieses Holz wird zunächst in kleine Stücke zerkleinert und anschließend zu Holzschliff verarbeitet. Aus diesem Holzschliff werden dann die Naturfasern gewonnen, welche die Grundvoraussetzung für die Produktion von Papier und somit auch Wellpappe sind. Diese Fasern werden durch Aufschlussverfahren, wie thermisch oder chemisch, freigesetzt. Danach folgt der Entfärbungs- und Reinigungsprozess, bei dem die Fasern von Unreinheiten und Farbstoffen befreit werden. Nachdem diese Prozesse abgeschlossen sind, können die Fasern in Papiermaschinen zu Papierbahnen verarbeitet werden. Diese werden anschließend in Wellpappenmaschinen zu Wellpappe verarbeitet. In der Praxis sind ungeblichene, braune Papiersorten (z. B. Kraftliner, Testliner, Wellenstoff/Fluting) üblich, da sie hohe Festigkeiten bei effizienter Rohstoffnutzung ermöglichen.

Faseraufbereitung und Stoffzusammensetzung

In der Praxis wird zwischen mechanischem, chemischem und halbchemischem Aufschluss unterschieden. Mechanische Verfahren (z. B. Holzschliff) maximieren die Ausbeute, liefern aber kürzere, stärker beschädigte Fasern. Chemische Verfahren (z. B. Sulfat-/Kraft- oder Sulfitprozess) lösen Lignin, erhalten längere, belastbare Fasern und führen zu besonders tragfähigen Papieren. Halbchemische Prozesse verbinden beide Ansätze. Für Wellpappenrohpapiere werden diese Primärfasern häufig mit Recyclingfasern kombiniert, um Materialeigenschaften und Ressourceneinsatz auszubalancieren. Zusätzlich kommen Retentionsmittel, Leimungsmittel und Stärke zum Einsatz, um Feinanteile in der Bahn zu halten, die Oberflächenfestigkeit zu erhöhen und die Verklebungsqualität in der Wellpappenanlage zu unterstützen.

Deinking und Reinigung: Entfernen von Druckfarben, Klebstoffpartikeln und Störstoffen aus Altpapierströmen
Stoffparameter: Mahlgrad, Feuchtegehalt, Temperatur und pH-Wert steuern Faserquellung und Bindungskräfte
Bahnbildung: Auf der Papiermaschine bestimmen Entwässerung, Pressung und Trocknung die Gleichmäßigkeit und Festigkeit
Sorten: Liner (Deckschichten) und Fluting (Wellenstoff) mit angepasster Grammatur und Faserrezeptur

Die gezielte Rezeptur entscheidet über Steifigkeit, Z-Reißfestigkeit, Oberflächenfestigkeit und Porosität. So begünstigen langfaserige Anteile die Kantenstauchfestigkeit, während feinere Fraktionen die Glätte und das Druckbild verbessern. Semichemical Fluting (SC) kann bei gleichen Grammaturen erhöhte Wellenstabilität bieten. Gleichzeitig beeinflusst die Wahl der Leimung und eventueller Barriere- bzw. Imprägnierkonzepte das Feuchteverhalten und damit die Anwendbarkeit unter variierenden Klimabedingungen.

Einfluss auf Produkteigenschaften

Die aus Naturfasern gebildeten Papierbahnen prägen die maßgeblichen Prüfwerte von Wellpappe. Zu den wichtigen Kennzahlen zählen u. a. Kantenstauchwiderstand (ECT), Ringstauchwiderstand (RCT), Berstfestigkeit und Cobb-Aufnahme (Feuchtesensibilität). Längere, gut vernetzte Fasern erhöhen die Tragfähigkeit und Stapelstabilität; feinere Fraktionen fördern die Oberflächenqualität für Druck und Kennzeichnung. Zusätzlich sind BCT (Box Compression Test), Durchstoßarbeit und Rillverhalten relevant für die Performance der fertigen Verpackung. Die Klimaführung (Standardklima, relative Luftfeuchte) beeinflusst maßgeblich die Messergebnisse und sollte bei Vergleichen stets berücksichtigt werden.

Anwendung von Naturfasern in der Wellpappenindustrie

Die aus Holz gewonnenen Naturfasern sind essenziell bei der Herstellung von Wellpappe. Sie bieten optimalen Schutz und Stabilität für das Transportgut und können vielfältig eingesetzt werden. Darüber hinaus sind sie aufgrund ihrer organischen Beschaffenheit kompostierbar und bieten somit eine umweltfreundliche und nachhaltige Verpackungsalternative. In Abhängigkeit von Grammatur und Faserrezeptur lassen sich leichte Versandverpackungen ebenso realisieren wie tragfähige Mehrstoffkonstruktionen für erhöhte Anforderungen.

In der Praxis werden Liner und Wellenstoff je nach Beanspruchung kombiniert (z. B. E-, B-, C- oder Doppelwellen). Naturfaserbasierte Klebstoffe auf Stärkebasis verbinden die Papierbahnen in der Wellpappenanlage. So entstehen leichte, stabile und gut bedruckbare Transportlösungen, die für unterschiedliche Belastungen geeignet sind. Für spezifische Anforderungen kommen gemischte Faserrezepturen zum Einsatz, die Festigkeit, Durchstoßwiderstand oder Feuchteverhalten gezielt beeinflussen. Alternative pflanzliche Rohstoffe werden zunehmend berücksichtigt, wenn regionale Verfügbarkeit, ökologische Bewertung und technische Eignung zusammenpassen. Dazu zählt auch der Einsatz grasbasierter Faserstoffe. Mehr über nachhaltige Lösungen aus Graspapier bietet einen guten Überblick über Eigenschaften und mögliche Einsatzfelder in faserbasierten Packstoffen.

Schutzfunktion: Stoßdämpfung, Kantenstabilität, Stapelfähigkeit
Informationsfunktion: Bedruckbarkeit für Kennzeichnung und Hinweise
Ressourcennutzung: Hoher Anteil an Recyclingfasern möglich, stoffliche Wiederverwertung im Kreislauf
Entsorgung: Materialseitig gut recycelbar; unter passenden Bedingungen biologisch abbaubar

Verarbeitungsschritte im Converter

Nach der Wellpappenherstellung folgen Zuschnitt, Rillen, Stanzen und Kleben. Faserqualität und Papieroberflächen beeinflussen dabei das Rillverhalten, die Kantenqualität und das Druckergebnis (Flexo, Digital). Ein ausgewogenes Verhältnis von Steifigkeit und Faltbarkeit minimiert Rissbildung an Rilllinien und erhöht die Prozesssicherheit in automatisierten Abpackprozessen.

Vor- und Nachteile von Naturfasern

Für eine umfassende Bewertung der Verwendung von Naturfasern in der Verpackungsindustrie ist es wichtig, sowohl die Vorteile als auch die Nachteile zu berücksichtigen. Zu den signifikanten Vorteilen zählt vor allem die Umweltfreundlichkeit: Naturfasern sind kompostierbar und reduzieren so den Abfall. Sie sind auch nachhaltig, da sie aus nachwachsenden Rohstoffen bestehen. Auch bieten Naturfasern aufgrund ihrer Struktur eine hohe Festigkeit und Stabilität, was sie zu einem idealen Material für Schutz- und Transportverpackungen macht. Zu den Nachteilen gehört allerdings, dass die Produktion von Naturfasern hohe Wassermengen benötigt und teilweise mit dem Einsatz umweltschädlicher Chemikalien verbunden ist. Zudem kann die Qualität der Naturfasern starken Schwankungen unterliegen, abhängig von äußeren Faktoren wie Witterungsbedingungen. In der Praxis werden diese Zielkonflikte über Rezepturanpassungen, den Einsatz von Prozesshilfsmitteln und eine stabile Prozessführung adressiert.

Vorteile: erneuerbare Quelle, hohes Festigkeit-Gewichts-Verhältnis, gute Bedruckbarkeit, Kreislauffähigkeit mit hohen Wiederverwertungsquoten
Nachteile: Feuchteempfindlichkeit, potenzielle Schwankungen der Faserqualität, Energie- und Wasserbedarf in der Aufbereitung, begrenzte Dauerhaftigkeit bei Nässe
Abwägung: Rezepturgestaltung (Fasermix, Mahlgrad, Additive) und Prozessführung gleichen Zielkonflikte zwischen Festigkeit, Gewicht und Ressourceneinsatz aus

Ein weiterer praxisrelevanter Aspekt ist die Wechselwirkung zwischen Barriereanforderungen (z. B. gegen Feuchtigkeit) und Recyclingfähigkeit. Beschichtungen und Imprägnierungen können die Nutzungsdauer erhöhen, sollten jedoch so gewählt werden, dass die Wiederaufbereitung im Faserstoffkreislauf gewährleistet bleibt.

Zusätzliche Aspekte: Qualitätssicherung und Kreislauf

Eine konsistente Produktqualität erfordert regelmäßige Prüfungen und eine angepasste Prozessführung. Standardisierte Tests und dokumentierte Prozessparameter sichern reproduzierbare Eigenschaften. Zudem sind definierte Prüfklimata und die Nachverfolgbarkeit von Rohstoffchargen wichtige Grundlagen für belastbare Spezifikationen von Wellpappenverpackungen.

Prüfmethoden: ECT, RCT, Berstfestigkeit, Durchstoß, Cobb, Grammatur und Feuchtegehalt
Kreislaufgedanke: Mehrfache Wiederverwendung von Fasern im Altpapierkreislauf, bis die Faserlänge und -festigkeit unter eine technische Grenze sinken
Rohstoffsteuerung: Mischung aus Primär- und Sekundärfasern entsprechend Anforderungsklasse, Druckbild und Feuchtebelastung

Lagerung und Klimaführung

Wellpappe reagiert auf relative Luftfeuchte und Temperatur. Für stabile Eigenschaften ist die Lagerung in trockener, temperierter Umgebung sinnvoll. Akklimatisierung vor der Verarbeitung reduziert Maßänderungen und stabilisiert Rill- und Staucheigenschaften. Transport und Zwischenlager sollten vor direkter Feuchteexposition geschützt werden.

Normen, Begriffe und Kennzahlen

In der Praxis haben sich definierte Begriffe etabliert: Kraftliner (Primärfaser-dominierter Liner), Testliner (recyclingfaserbasierter Liner) sowie Fluting/Wellenstoff (u. a. semichemisch). Die Grammaturbereiche, die mechanischen Kennwerte (z. B. ECT, RCT) und die Oberflächeneigenschaften (z. B. Oberflächenfestigkeit, Porosität) werden nach genormten Verfahren bestimmt. Vergleichbarkeit setzt identische Prüfklimata und Probenvorbereitung voraus.

Faserorientierung (Maschinenrichtung/Querrichtung), Feinanteile und Leimungsgrad wirken direkt auf die resultierenden Kennwerte. Eine eindeutige Spezifikation umfasst daher neben Zielwerten auch Toleranzen, Prüfbedingungen und Hinweise zur Verarbeitung.

Nachhaltigkeit und Ökobilanz

Der Einsatz von Naturfasern ermöglicht geschlossene Wertstoffkreisläufe mit hohen stofflichen Verwertungsquoten. Altpapierströme werden sortiert, gereinigt und wieder in den Produktionsprozess überführt. Je nach Qualität der Rückläufe lässt sich die Anzahl der Umläufe der Faser erhöhen, bevor Längen- und Festigkeitsverluste einen Ersatz durch Primärfaseranteile erforderlich machen. Regionale Faserquellen und alternative Rohstoffe (z. B. agrarische Reststoffe) können Transportaufwände verringern und die Rohstoffbasis breiter aufstellen.

Kreislaufführung: Erhalt der Faserqualität durch saubere Sammel- und Sortierströme
Prozesswasser-Management: Aufbereitung und Kreislaufnutzung senken den Frischwasserbedarf
Materialeffizienz: Grammatur- und Rezepturoptimierung reduziert Rohstoffeinsatz bei gleichbleibender Performance

Zusammenfassung:

Naturfasern sind biologische Substanzen, die aus Pflanzen, Tieren oder Mineralien gewonnen werden und das Potenzial haben, umweltfreundliche und nachhaltige Verpackungsoptionen zu bieten.
Sie können bei der Produktion von Wellpappe verwendet werden, einem Verpackungsmaterial, das wegen seiner Festigkeit und Flexibilität bei Unternehmen sehr beliebt ist.
Im Vergleich zu synthetischen Fasern bieten Naturfasern eine verbesserte Nachhaltigkeit, da sie biologisch abbaubar sind und damit das Abfallproblem deutlich reduzieren.
Die spezifischen Eigenschaften der Papiere hängen stark von Faserlänge, Mahlgrad, Feuchte und Rezeptur ab und bestimmen die Leistungsfähigkeit der resultierenden Wellpappenprodukte.
Eine ausgewogene Kombination aus Primär- und Recyclingfasern unterstützt Ressourceneffizienz, hohe Recyclingquoten und stabile mechanische Kennwerte.
Grenzen bestehen vor allem bei Feuchtebelastung und Dauerhaftigkeit; geeignete Konstruktion und Materialauswahl helfen, diese Aspekte praxisgerecht zu adressieren.
Normgerechte Prüfungen, definierte Klimabedingungen und eine stabile Prozessführung sichern konstante Qualität entlang der gesamten Prozesskette vom Papier bis zur fertigen Verpackung.
Alternative pflanzliche Faserquellen wie Stroh, Bagasse oder Gras können – bei passender Verfügbarkeit und Eignung – die Rohstoffbasis ergänzen und die Kreislaufführung unterstützen.