Zu Papier gebracht: Geschichte der Papierherstellung

In unserer Serie „Packende Geschichten“ beleuchten wir die Anfänge heutiger Verpackungsklassiker. Diese Ausgabe widmet sich der Entwicklung des Papiers – von den Frühformen vergangener Hochkulturen bis zur industriellen Massenfertigung der Neuzeit.

Der Entwicklung des Papiers geht eine mehrere tausend Jahre andauernde Suche nach einem Trägermaterial zur Übermittlung geschriebener Informationen voraus, die zu unterschiedlichsten Lösungen führte. Die bekanntesten direkten Vorläufer des Papiers sind wohl Papyrus, ein etwa 3500 v. Chr. in Ägypten entwickelter Schriftträger aus gepressten Fasern der gleichnamigen Staudenpflanze, und Pergament, eine besonders präparierte Tierhaut mit wiederbeschreibbarer Oberfläche, die erstmals um 2700 v. Chr. ebenfalls in Ägypten hergestellt wurde. Weitere Frühformen waren Huun (Mayas), Amatl (Azteken) und das tuchartige Tapa (Polynesien), welche allesamt aus Baumrinden bzw. deren Fasern hergestellt wurden. Die Wiege des Papiers liegt allerdings im Reich der Mitte: China.

China – Wiege der Papierentwicklung

Auch in China war vor Entwicklung des Papiers ein anderweitiger Schriftträger in Umlauf – ein papierartiger Stoff auf Seidenbasis. Wenn das Material selbst auch von minderwertiger Qualität war, legte das angewandte Herstellungsverfahren – welches sich grundlegend von denen der vorgenannten Frühformen unterschied – doch den Grundstein für die spätere Papierentwicklung. Während Papyrus & Co. aus gitterförmig aufeinander gelegten Pflanzenfasern bestanden, die solange gepresst oder mit einem Schlagholz bearbeitet wurden, bis sich diese zu einem zusammenhängenden „Blatt“ verfestigt hatten (breitgeschlagene Fasern füllten Zwischenräume, austretende Pflanzensäfte dienten als Bindemittel), wurde der chinesische Papiervorläufer aus einer Fasersuspension gewonnen – einem breiartigen Abfallprodukt, das bei der Seidengewinnung im Kochwasser zurückblieb. Der dünnflüssige Faserbrei wurde abgeschöpft, in eine Siebform (ein mit grobem Gewebe bespannter Holzrahmen) gegossen, entwässert, gepresst und getrocknet. Hierbei verfilzten sich die Seidenfasern zu einem vliesartigen Material, das nach vollständiger Trocknung aus dem Sieb gelöst werden konnte. Dieses Gießverfahren kam der späteren Technik der Papierherstellung bereits recht nah. Da allerdings für jedes Blatt ein eigenes Sieb benötigt wurde bzw. die Holzrahmen erst nach erfolgter Trocknung weiterverwendet werden konnten, war diese Methode nicht sonderlich effektiv. Zudem waren die seidenen Schriftträger recht weich und kostspielig.

Mit dem Einsatz pflanzlicher Fasern folgte um das Jahr 140 v. Chr. der entscheidende letzte Schritt in der Papierentwicklung: Die Beimischung von Hanf lieferte ein erstes festes und brauchbares Papier (sogenanntes Hanfpapier). Doch die frühen Papiermacher waren probierfreudig und mischten den Seidenabfällen auch alte Lumpen und Fischernetze bei. Mit der Zugabe von Maulbeerbast und -rinde wurde die Zusammensetzung im Laufe der Zeit stetig verfeinert und auch das Herstellungsverfahren weiter ausgereift. Die hohe Kunst des Papiermachens fand erstmals 105 n. Chr. durch den Chinesen Ts’ai Lun (ca. 50 – 121), Minister für Fertigung von Instrumenten und Waffen am chinesischen Kaiserhof, schriftliche Erwähnung. Demnach wurden die Fasern und Faserreste gesäubert, in Steinmörsern zerstampft, in großen Bütten gewässert und gekocht. Anschließend wurde der Faserbrei in einzelnen Lagen mit einem speziellen Schöpfsieb – ein Rahmen mit lose angebrachter Matte aus feinem Bambusgeflecht – entnommen. Ein Deckel verhinderte hierbei das seitliche Ablaufen des Faserbreis.

Während das Wasser beim Herausheben nach unten abfließen konnte, lagerten sich die Fasern auf der Bambusmatte ab. Der Deckel wurde abgenommen, das Sieb kopfüber abgelegt, der Rahmen gelöst und das biegsame Bambusgeflecht von der Faserstoffmasse abgerollt. Diese wurde nun gepresst, sonnengetrocknet und mit Steinen geglättet. Das Ergebnis waren relativ homogene Papierbögen, die über eine glatte Schönseite und eine raue Siebseite verfügten. Die folgenden Holzschnitte aus der Ming-Dynastie geben einen Eindruck der chinesischen Papierherstellung:

Neben der verbesserten Zusammensetzung des Faserbreis war insbesondere das optimierte Herstellungsverfahren wegweisend: Wurde beim Gießverfahren noch jedes Blatt in eine separate Siebform gegossen, welche erst nach Trocknung des Papierbogens wieder zur Verfügung stand, genügte beim Schöpfverfahren ein einziges Sieb, da das Papier direkt nach dem Schöpfen herausgelöst und die Siebform weiterverwendet werden konnte. 

Der Zusatz von Stärke als Leimstoff sowie die darauf basierende Erfindung der Leimung (dünner Überzug aus Stärke) im 3. Jahrhundert ließen das Papier glatter werden und senkten die Saugfähigkeit, wodurch Tinte und Tusche weniger stark verliefen. Doch die Verwendung des Papiers beschränkte sich nicht auf die Nutzung als Schriftträger: Bereits im 2. Jahrhundert wurden in China eingefärbte Tapeten und Kleidungsstücke sowie Taschentücher aus Papier hergestellt. Im 6. Jahrhundert folgte das Toilettenpapier, überwiegend aus billigem Reisstrohpapier, für die kaiserliche Familie aber auch in besonders weichen, farbigen und parfümierten Varianten. Der Einsatz von Bambusfasern sowie Beschichtungen aus Wachs oder Mineralien verbesserten die Papierqualität. Kupfermangel bremste im 7. Jahrhundert die chinesische Münzprägung und führte zur Einführung des ersten Papiergeldes.

Das lange Zeit streng gehütete Wissen um das Schöpfverfahren gelang um 600 nach Korea, wo in primitiverer Form etwa seit dem 2. Jahrhundert Papier aus Hanf, Rattan, Bambus, Reisstroh und Seetang hergestellt wurde. 625 erreichte die Technik auch Japan, wo der Faserbrei durch Zugabe von Pflanzenschleimen weiter aufgewertet wurde (gleichmäßigere Verteilung der Fasern, keine Klümpchenbildung) und sich eine eigene Papierkultur entwickelte. Die Araber erlernten die Kunst der Papierherstellung von chinesischen Kriegsgefangenen, die sie 751 im Zuge eines Grenzstreits gefangen genommen hatten. 793 öffnete in Bagdad eine erste Produktionsstätte. Da viele der in China üblichen Rohstoffe im mittleren Osten nicht verfügbar waren, nutzten die Araber überwiegend Flachs, Hanf und textile Abfälle (Lumpen, Stricke etc.) als Faserstoffe. Diese wurden zerfasert und gekämmt, anschließend in Kalkwasser eingeweicht, zerstampft und gebleicht. Anschließend wurde die vliesartige Masse zum Trocknen an Wände geschmiert. Die Araber entwickelten die chinesische Technik konsequent weiter: Stampfwerke ersetzten die in China zur Fasertrennung gebräuchlichen Mörser und ermöglichten größere Produktionsmengen. Eine optimierte Oberflächenleimung gewährleistete zudem eine bessere Beschreibbarkeit des Papiers. So wurden die Bögen beidseitig mit einer pflanzlichen Stärkemischung glattgerieben und für den Porenverschluss anschließend in Reiswasser getaucht. Über den Mittleren Osten gelang das Wissen im 10. Jahrhundert nach Ägypten und verbreitete sich von dort aus in ganz Nordafrika. Mit der Belagerung Spaniens durch die Araber erreichte die Kunst der Papierherstellung wenig später auch das südliche Europa. 1144 wurde in Xàtiva nahe Valencia das erste Papier auf europäischem Boden hergestellt. Als Rohstoffe dienten vorwiegend Hanf, Flachs und Nesseltuch.

In Europa wurde das Herstellungsverfahren durch Einführung diverser Neuerungen, die den Chinesen und Arabern unbekannt waren, binnen kürzester Zeit revolutioniert und der Grundstein für die maschinelle Massenfertigung gelegt: Wassergetriebene Papiermühlen mit eisenbewehrten Stampfwerken mechanisierten den Zerkleinerungsprozess, welcher zuvor in mühsamer Handarbeit oder unter Zuhilfenahme von Nutztieren im Kollergang praktiziert worden war. Eine erste Papiermühle dieses Typs wurde 1276 im italienischen Fabriano in Betrieb genommen. An gleicher Stelle wurde 1294 erstmals Tierleim eingesetzt – das Ergebnis war ein glatteres, festeres und weniger durchscheinendes Papier. Textillumpen, ehemals per Hand oder mittels Messer und Schere zerteilt, wurden fortan mit einem Sensenblatt zerkleinert. An Stelle der flexiblen Schöpfsiebe aus Bambus- oder Schilfgeflecht trat bald ein starres Metallsieb aus Drahtgeflecht, welches erstmals die Anbringung eines Wasserzeichens zur Gütekennzeichnung ermöglichte. Darüber hinaus sorgten Papierpressen mittels Schraubpressdruck für eine zügige Trocknung des Papiers.

Ab dem 14. Jahrhundert folgten Papiermühlen in ganz Europa, so 1321 in Österreich, 1326 in Frankreich, 1432 in der Schweiz und ab 1490 auch in England. Die erste Papiermühle Deutschlands wurde 1389 nahe Nürnberg in Betrieb genommen, bis Ende des 16. Jahrhunderts waren es hierzulande etwa 190 Anlagen. Deutsche Auswanderer brachten die Technik schließlich nach Germantown, wo 1690 die erste Papiermühle der USA errichtet wurde.

Das Herstellungsverfahren wurde in Europa fortlaufend perfektioniert, beispielsweise 1541 durch Erfindung des Glätt- oder Stampfhammers zum mechanischen Glätten der Papierbögen. Eine der bedeutendsten Neuerungen folgte 1670 in Form des nach seinem Herkunftsland benannten Holländers. Im Gegensatz zu klassischen Stampfwerken verfügte die Maschine über mit Messerwerken ausgestattete Tröge, in denen der Faserbrei nicht nur gestampft, sondern durch eine kombinierte Schneid- und Schlageinwirkung zerkleinert wurde. Die Faseraufbereitung konnte hierdurch enorm beschleunigt werden – so benötigten Stampfwerke für 1 kg Faserstoff die 12-fache Zeit des Holländers. Neben der Produktivitätssteigerung bedingte die schonendere weil kürzere Stampfzeit des Holländers eine bessere Papierqualität. In Deutschland erfolgte ab 1710 der flächendeckende Einsatz.

Engpässe durch einen zunehmenden Mangel an Leinenlumpen führten im 18. Jahrhundert zu einer verstärkten Suche nach alternativen Faserrohstoffen wie Asbest (1727), Holz (1753) und Rohrkolben (1756), die sich allerdings allesamt nicht bewähren konnten. In der Folge wurde in Preußen ein Ausfuhrverbot für Lumpen erlassen (1756) und mit der Wiederaufbereitung von Altpapier begonnen (ab 1774). Ab 1784 erfolgte der Einsatz von Chlor als Bleichmittel, woraufhin Papier erstmals in reinstem Weiß erstrahlte. Mit Entwicklung der Längssiebmaschine wurde 1798 in Frankreich schließlich auch der Schöpfvorgang mechanisiert. Dieser hatte sich seit den Anfängen der Papierherstellung kaum verändert – wie bei den Chinesen wurde der Faserbrei nach wie vor händisch mit einem Sieb abgeschöpft. Bei der Längssiebmaschine wurde dieser Vorgang nun durch Aufgießen auf ein rotierendes Metallsieb ersetzt. Darüber hinaus ermöglichte die Längssiebmaschine erstmals die Produktion endloser Papierbahnen. 1805 folgte in England die Entwicklung der Rundsiebmaschine, welche insbesondere der Herstellung von Pappen und Kartonagen diente.

Mitte des 19. Jahrhunderts gelang es schließlich doch, Holzfasern zu einem qualitativ guten Papier zu verarbeiten. Bei dem 1843 in Deutschland entwickelten Verfahren wurde Holz auf einem Schleifstein in Faserrichtung mit Wasser zu Holzschliff verarbeitet, aus dem anschließend Papier hergestellt werden konnte. Die ersten ausgereiften Holzschleifer wurden etwa 1850 in Betrieb genommen. Das splitterreiche Grobmaterial des Holzschliffs wurde ab 1859 durch den sogenannten Raffineur verfeinert und hierdurch eine wesentlich bessere Papierqualität erreicht. Die Etablierung des Holzes als Rohstoff für die Papierherstellung führte 1872 zur Aufhebung des preußischen Lumpenausfuhrverbots. Nachteil des Holzschliffes war allerdings, dass das hieraus produzierte Papier unter Sonneneinstrahlung schnell brüchig wurde und vergilbte. Der chemische Aufschluss des Holzes optimierte die Papierqualität (Natronzellstoff, 1854) und sorgte für eine gezielte Eignung für bestimmte Anwendungszwecke (Sulfitzellstoff für Schreib- und Druckerpapiere, 1863; Sulfatzellstoff für Kraftpapiere, 1884). 1919 folgte schließlich die Herstellung erster halbsynthetischer Fasern (regenerierte Zellulose) sowie 1955 das erste vollsynthetische Papier (Polyamid). 

Um das Jahr 1900 existierten weltweit bereits an die 5.200 Papierfabriken, 1.300 davon allein in Deutschland. Dank zahlreicher technischer Neuerungen wie der Saugwalze (1909), mehrmotorigen Elektroantrieben für Papiermaschinen (ab 1919) oder der Vakuumabnahme (1936) konnte die Produktionsgeschwindigkeit von 5 m / min (1820) auf über 500 m / min (1930) gesteigert werden. Auch die Arbeitsbreite wuchs von 85 cm (1830) auf 770 cm (1930). Pulper, übergroße Rührbottiche mit Rotorwellen (Mixer) zum Auflösen von Faserstoffen, und Refiner, Mahlaggregate zur Faserverfeinerung, ersetzten ab 1945 den „Holländer“ und optimierten die Aufbereitung des Zellstoffbreis (Homogenisierung). 1966 folgte die Entwicklung der Doppelsiebpartien. Produktionsbreite und -geschwindigkeit erreichten mittlerweile 10 m bzw. 2.000 m / min. Zudem hielten EDV-gestützte Prozessleitsysteme Einzug in die Papierindustrie. Ende des 20. Jahrhunderts gewann der ökologische Aspekt zunehmende Bedeutung: 1989 erschien das erste Kopierpapier aus chlorfrei gebleichtem Zellstoff auf dem Markt – Sauerstoff und Wasserstoffperoxid ersetzten somit nach 200 Jahren das hochgiftige Chlorgas. Der menschliche Erfindungsgeist ebnete somit wieder einmal den Weg für eine Fortsetzung der rund zweitausendjährigen Erfolgsgeschichte des Papiers.

Angekommen im 21. Jahrhundert hat Papier – trotz zunehmender Digitalisierung – nichts von seinem Stellenwert verloren. Ob als Schriftträger, Verpackungsmaterial oder Hygieneartikel – Papier ist heute ebenso allgegenwärtig wie unverzichtbar. Rückblickend spiegelt kaum eine zweite Errungenschaft die gesellschaftliche Entwicklung der Menschheit derart langfristig wieder wie das Papier – wobei Papier selbst oft genug als Wegbereiter fungierte, beispielsweise bei der Entfaltung von Schreibkultur, Schulwesen, Gelehrsamkeit oder Literatur. Man darf gespannt sein, in welche Bahnen wir das Papier – und das Papier uns – in Zukunft leiten werden.