ما هي بعض التفاعلات الكيميائية المستخدمة في صناعة الورق؟

قد يبدو الورق منتجًا شائعًا وبسيطًا ، لكن تصنيعه في الواقع أكثر تعقيدًا مما يدركه معظم المستهلكين. السبب الرئيسي لهذا هو كيمياء صناعة الورق. من خلال سلسلة من التفاعلات والعمليات الفيزيائية ، تحول المواد الكيميائية المستخدمة في صناعة الورق رقائق الخشب البني إلى صفيحة بيضاء لامعة يمكنك حملها في يدك. اثنان من التفاعلات الكيميائية الرئيسية المتضمنة هما التبييض وعملية كرافت.

الخشب عبارة عن خليط معقد يتكون أساسًا من بوليمر يسمى السليلوز. ترتبط ألياف السليلوز في الخشب ببعضها البعض بواسطة بوليمر آخر يسمى اللجنين. يجب على صانعي الورق إزالة اللجنين من لب الخشب. ولتحقيق ذلك ، فإن إحدى التفاعلات الكيميائية الرئيسية المستخدمة في الصناعة هي عملية كرافت ، وفيها الخشب يتم دمج الرقائق مع خليط من هيدروكسيد الصوديوم وكبريتيد الصوديوم في الماء عند درجة حرارة عالية و الضغط. في ظل هذه الظروف الأساسية للغاية ، تتفاعل أيونات الكبريتيد سالبة الشحنة مع اللجنين سلاسل البوليمر لتقسيمها إلى وحدات فرعية أصغر بحيث يتم تحرير ألياف السليلوز من أجلها مزيد من الاستخدام.

على الرغم من أن عملية فصل الألياف بطريقة كرافت هي الأكثر شيوعًا إلى حد بعيد ، إلا أن بعض الشركات المصنعة تستخدم طرقًا أخرى لإزالة اللجنين. أحد هذه البدائل هو فصل اللب عن طريق حامض الكبريتيت ، حيث خليط من حامض الكبريتيك وإما صوديوم ، المغنيسيوم والكالسيوم أو ثنائي سلفيت الأمونيوم في الماء يذيب اللجنين لتحرير السليلوز ألياف. كما هو الحال مع عملية فصل الألياف بطريقة كرافت ، فإن درجات الحرارة المرتفعة والضغط مطلوب. هناك بديل آخر وهو فصل الألياف شبه الكيميائية المحايدة من الكبريتات ، حيث يتم خلط الرقائق بمزيج من كبريتات الصوديوم وكربونات الصوديوم في الماء ويتم طهيها. على عكس العمليات الأخرى ، لا تزيل هذه العملية سوى جزء من اللجنين ، لذلك بعد فصل اللب يجب تمزيق الرقائق ميكانيكيًا لإزالة بعض البوليمر المتبقي.

بغض النظر عن العملية التي يختارها المصنع لاستخلاص اللب ، لا يزال بعض اللجنين سليمًا ، وهذا اللجنين المتبقي يعطي اللب عمومًا لونًا بنيًا. يقوم المصنعون بإزالة هذا اللجنين المتبقي ويحولون اللب إلى اللون الأبيض من خلال عملية كيميائية أخرى تسمى التبييض. في هذه العملية ، يتم دمج عامل مؤكسد - مادة كيميائية تؤكسد اللجنين عن طريق إضافة ذرات الأكسجين إليه أو إزالة الإلكترونات - مع لب الخشب لتدمير ما تبقى من اللجنين. يميل التبييض إلى أن يكون أكثر انتقائية من عملية التبييض ؛ على عكس عملية فصل الألياف التي تدمر أيضًا جزءًا صغيرًا من السليلوز ، فإن التبييض يزيل اللجنين بشكل أساسي.

تشتمل مواد التبييض الشائعة على الكلور وثاني أكسيد الكلور والأكسجين وبيروكسيد الهيدروجين والأوزون وهيبوكلوريت الصوديوم ، وهو المكون النشط في المُبيض المنزلي. على الرغم من اختلاف آلية كل تفاعل ، إلا أن كل هذه العوامل مؤكسدة تؤدي إلى أكسدة اللجنين في اللب. الكلور وثاني أكسيد الكلور وبيروكسيد الهيدروجين هي أكثر هذه العوامل انتقائية ، مما يعني أنها أقل ميلًا للتفاعل مع السليلوز والأجزاء المرغوبة الأخرى من الخليط. بصرف النظر عن قدرتها على إزالة اللجنين والكلور وثاني أكسيد الكلور وهيبوكلوريت الصوديوم فهي أيضًا متفوقة في قدرتها على إزالة جزيئات الأوساخ ، وهو عامل مهم آخر للمصنعين انصح.

بمجرد أن يتم استخراجه وتبييضه ، يتم تغذية اللب في سلسلة من الآلات التي ستغيره من خلال العمليات الفيزيائية بدلاً من العمليات الكيميائية لتحويله إلى ورقة. اعتمادًا على أنواع الخصائص التي يريدون أن يمتلكها منتجهم ، يستخدم المصنعون مجموعة متنوعة من التفاعلات الكيميائية الأخرى تسمى التحجيم ، عمليات الاحتفاظ والقوة الرطبة التي تمنح مقاومة للرطوبة أو تربط الألياف الأصغر أو تغير المنتج بحيث يكون أقل عرضة للانهيار عندما تكون مبلل. عادةً ما تتضمن هذه العمليات واحدة من مجموعة متنوعة من البوليمرات التي ترتبط بألياف السليلوز في المنتج النهائي. عمليات القوة الرطبة ، على سبيل المثال ، تجمع عادةً بين ألياف السليلوز راتنجات polyamido-amine-epichlorohydrin التي تتفاعل مع الألياف لتشابكها بحيث تكون أقل يحتمل أن ينهار في الماء.