Leimung

Leimung bzw. Leimen ist ein Verfahren in der Papierherstellung und hat nichts mit Kleben im alltäglichen Verständnis zu tun. Sie dient der Verbesserung wichtiger Papiereigenschaften und hat ihren Ursprung in chinesischen Techniken aus dem 3. Jahrhundert.^[1][2] Der Begriff leitet sich vom Tierleim ab, der früher zu diesem Zweck verwendet wurde.

Papiertechnologen unterscheiden die Oberflächenleimung (dünner Leimauftrag auf die Oberseite der Papierbahn, des Papierblattes) und die Masseleimung (Zugabe von Leimstoffen vor der Blattbildung in der Fasermasse).

Die Leimung dient in erster Linie 1. der Steuerung der Saugfähigkeit zur Verbesserung der Beschreibbarkeit und 2. der Verbesserung der Oberfläche und der Festigkeit des Papiers zur Verbesserung von Bedruckbarkeit, Glanz, Glätte, Rupffestigkeit und Staubbildung.

Je nach Menge der Leimzugabe unterscheidet man ungeleimte Papiere, Viertelleimung, Halbleimung, Dreiviertelleimung und Vollleimung.

Wenn dem Bindemittel bei der Oberflächenleimung auch Pigmente beigegeben werden, erhält man eine Streichfarbe, die zum Streichen des Papiers verwendet wird.

Ohne Leimung würden Schreibtinten auf dem Papier verlaufen

Oberflächenleimung

Die Oberflächenleimung erhöht die Oberflächenfestigkeit (Rupf- und Radierfestigkeit), verringert die Staubneigung und verbessert Farbaufnahme und Beschreibbarkeit.

Auf ungeleimtem Papier, zum Beispiel Küchenkrepp, Lösch- oder Toilettenpapier, verlaufen wasserbasierte und niedrigviskose Schreibmaterialien wie Tinte oder Tusche. Die hohe Kapillarität (Saugfähigkeit) des Papieres verhindern ein sauberes Schriftbild.

Leimung verringert die innere Oberflächenspannung des Papiervlieses und somit die Kapillarität,

Leimung bzw. Leimen das teilweise Hydrophobieren von Papier, um es beschreib- oder mit wässrigen oder lösemittelhaltigen Druckfarben bedruckbar zu machen. Statt des Begriffes Leimung kann sinngemäß der Begriff Imprägnierung verwendet werden. Im englischen Sprachraum verwendet man auch korrekterweise sizing anstatt glueing, was von der wichtigsten Eigenschaft der Leimung, nämlich der Hydrophilie­verringerung und somit der Saugfähigkeitsbegrenzung, abgeleitet ist.

Als Maß für die vergleichbare Wasseraufnahme gibt es den sogenannten Cobb-Wert. Dieser Wert gibt an, wie viel Gramm Wasser von einem Quadratmeter Papier unter normierten Bedingungen aufgenommen werden kann.

Papier mit einem Gewicht von etwa 80 g/m² (soviel wiegt normales Kopierpapier) nimmt ungeleimt etwa 100–120 g/m² Wasser auf. Nachdem es geleimt wurde, beträgt die Wasseraufnahme nur noch etwa 20–25 g/m².

Papier mit zu geringer Wasseraufnahme lässt die Tinte und Druckfarbe nicht schnell genug einziehen, so dass diese verwischen kann. Eine Überleimung kann im Extremfall zum Abperlen eines Schreibstoffes von der Papieroberfläche führen.

Masseleimung

Bei der Leimung werden die hydrophob wirkenden Harzteilchen an den Oberflächen der Fasern fixiert, es verbleiben aber auch freie Harzteilchen (freier Leim). Freier Leim setzt in der Bütte die Bindungsfähigkeit der Fasern ab, indem er die bindungsfähigen Fibrillenenden besetzt und somit eine Verkettung beim Trocknen verhindert. Reißlänge und Berstfestigkeit nehmen mit steigendem Leimeinsatz ab.

Historische Leimungsmittel

Als Leimungsmittel wurden in den frühen ostasiatischen und arabischen Papieren natürliche Stärke und verschiedene Pflanzenschleime verwendet (vegetabile Leimung). Später, als das Wissen um die Papierherstellung nach Europa gekommen war, verwendete man Tierleim oder Hautleim – daher auch der Name. Sowohl Tierleim (Gelatinelösung) als auch Stärkelösung lassen sich sinnvoll nur als Oberflächenleimung einsetzen, da ihre Eigenretention zu gering für einen Einsatz in der Masse ist. Das damit geleimte Papier ist zwar sehr gut gegen Umwelteinflüsse und Schreibstoffe geschützt, es ist jedoch nicht radierfest. Bis nach 1810 zog man die Papiere einzeln durch heißen tierischen Leim und verbesserte durch die Oberflächenleimung ihre Qualität.

Seit etwa 1806 benutzt man vorher modifizierte (durch Kochen mit Lauge verseifte) Baumharze, überwiegend Kolophonium (Harzleim), in der Masse. Die Leime enthalten meist noch zahlreiche weitere Substanzen, wie Tallharz oder andere tierische oder pflanzliche Leime sowie Kunstharz­zusätze.^[3][4][5] Die neuartigen Harzseifen hatten allerdings den Nachteil, nicht auf den Zellulosefasern zu haften. Um eine Haftfähigkeit zu erreichen, wird durch vorheriges Beizen der Zellulosefasern mit Alaun, dem Kalium-Aluminium-Sulfat, eine Fixierung erreicht. Die sogenannte saure Fällung der verseiften Harze in der Papiermaschine oder Bütte erfolgte zuerst durch die Aluminiumionen des Kalialaun und später durch die des billigeren Aluminiumsulfats. Das entsprach den überlieferten Erfahrungen der Papiermacher mit Alaun.^[6]

Da in beiden Fällen zur Verhinderung freien Leims und zur Verbesserung der maschinellen Verarbeitung mit einem Überschuss an freien Aluminiumionen gegenüber den reaktionsfähigen kolloiden Leimsubstanzen gearbeitet werden muss, entsteht ein schwach sauer reagierendes Papierprodukt, das nicht alterungsbeständig ist. Das Papier wird nämlich bei Zutritt von Luftfeuchte (Schwefelsäure) von innen heraus geschädigt (katalytisch verursachte Cellulosedegradation). Das Papier verfärbt sich, von hellgelb bis dunkelbraun, wird brüchig, reißt an Rändern und Ecken ein, schließlich kommt es zum Papierzerfall.

Holzschliff altert schneller als Zellstoff. Beim Zusammentreffen von Holzschliff und saurer Harzleimung kann ein Papier nicht alterungsbeständig sein. Durch Hydrolyse des im Papier verbliebenen Alaungehaltes – gleichgültig, ob es sich um Zellstoffpapiere oder Holzschliffpapiere handelt – entstand partiell Schwefelsäure, die zur Übersäuerung und zum beschleunigten Abbau der Papiere des 19. und 20. Jahrhunderts führte. Allerdings wurden auch tierisch geleimte alte Hadernpapiere mit Alaun behandelt. Dem Tierleim wurde auch Kalkmilch zur Klärung zugesetzt, gefolgt von Alaunlösung.^[7][8]

Heutige Leimungsmittel

Das modernste und papierschonendste Verfahren ist die aktuell gebräuchliche, synthetische Leimung. Verwendet werden dabei vorrangig hydrophobierend wirkende Polymere (zum Beispiel Copolymere aus Styrol und Acrylsäureestern oder Maleinsäure), alkylierte Ketendimere (AKD-Leimung) oder Alkenylbernsteinsäureanhydride (ASA-Leimung).

In der Oberflächenleimung kommen auch Stärke, Stärkederivate (Ether, Ester), Tierleim, Casein, Paraffin, Wachs, Celluloseester (Methylcellulose, Natrium-Carboxymethylcellulosen) zum Einsatz.

Als Leimungshilfsmittel dienen Alginate und Manno-Galactane (Glucomannane).^[9]

Siehe auch

• Schlichte (Fertigungstechnik)

Literatur

• Hans-H. Hofer und Josef Weigel: Möglichkeiten der Papierleimung. In: H. Bansa (Hrsg.): Zeitschrift für Bibliothekswesen und Bibliographie. Dauerhaftigkeit von Papier: Vorträge des 4. Internationalen Graphischen Restauratorentages 1979. Sonderh. 31, Klostermann, 1980, ISBN 3-465-01448-0, S. 82–90, Online (PDF; 356 kB), auf iada-home.org, abgerufen am 31. Oktober 2023.
• Günter Engelhardt, Klaus Granich, Klaus Ritter: Das Leimen von Papier. Fachbuchverlag, Leipzig 1972, DNB 730155331.
• Kurt Hess: Die Chemie der Zellulose und ihrer Begleiter. Akademische Verlagsgesellschaft, Leipzig 1928, OCLC 313883984.
• Andreas Pingel Keuth: Papierproduktion: Von Zellstoff zu Filtertüte, Schreibpapier, .. In: Chemie in unserer Zeit. 2005, 39(6), S. 403–409, doi:10.1002/ciuz.200500234.
• Optimierung der First Pass Retention bei Erhaltung der guter Blattformation, PTS-Forschungsbericht, F. Brüning, 01.2006, Abruf auf https://docplayer.org/
• Masseleimung (PDF; 595 kB), auf gruberscript.net, abgerufen am 21. Oktober 2016.
• Stärkeeinsatz im Papier und deren Dosiereinrichtungen. (PDF; 1,02 MB), auf gernsbacher-meister.de, abgerufen am 24. Oktober 2016.

Einzelnachweise

1. Joseph Needham: Science and Civilisation in China: Vol. 5 Chemistry and chemical technology, Cambridge University Press, 1985, ISBN 0-521-08690-6, S. 73.
2. Wolfgang Schlieder: Papier. Traditionen eines alten Handwerks. Fachbuchverlag, Leipzig 1985, ISBN 978-3-343-00346-4, S. 10.
3. Carl Zerbe: Mineralöle und verwandte Produkte. 2. Auflage, 2. Teil. Springer 1969, ISBN 978-3-642-87510-6, S. 696.
4. Erich Siebel, Rudolph Korn, Friedrich Burgstaller: Handbuch der Werkstoffprüfung. 2. Auflage, 4. Band. Springer 1953, ISBN 978-3-662-21990-4, S. 68.
5. Vgl. Moritz Friedrich Illig: Anleitung, auf eine sichere, einfache und wohlfeile Art Papier in der Masse zu leimen. Als Beitrag zur Papiermacherkunst. – Forschungsstelle Papiergeschichte. Mainz 1959, DNB 452205972, Nachdruck der Originalausgabe von 1807.
6. Otto Lange: Chemisch Technische Vorschriften. 2. Band, 3. Auflage. Springer 1923, ISBN 978-3-662-31454-8, S. 161–176.
7. Werner Griebenow: Alterungserscheinungen bei Papier - vorwiegend aus chemischer Sicht. – In: Restauro. Zeitschrift für Kunsttechniken, Restaurierung und Museumsfragen. Vol. 97, No. 5, S. 329–335, Online (Memento vom 26. Oktober 2016 im Internet Archive) (DOC; 1,8 MB) auf viks.sk, abgerufen am 26. Oktober 2016, No. 6, S. 409–415, 1991, ISSN 0933-4017.
8. Irene Brückle: The Role of Alum in Historical Papermaking. In: The Abbey Newsletter. Volume 17, Number 4, Sep 1993, S. 53–57, Online auf cool.conservation-us.org, abgerufen am 26. Oktober 2016.
9. Thomas Krause, Werner Franke (Hrsg.): Prüfung von Papier, Pappe, Zellstoff und Holzstoff. Band 1. Springer 1991, ISBN 978-3-642-48379-0, S. 87 ff.