Какви са някои химични реакции, използвани при производството на хартия?

Хартията може да изглежда като обикновен и прост продукт, но производството й всъщност е по-сложно, отколкото повечето потребители вероятно си дават сметка. Основна причина за това е химията на производството на хартия. Чрез поредица от реакции и физически процеси химикалите, използвани в хартиената индустрия, превръщат кафявите дървени стърготини в лъскав бял лист, който можете да държите в ръката си. Две от ключовите химически реакции, които участват, са избелването и процесът на Крафт.

Дървото е сложна смес, съставена предимно от полимер, наречен целулоза. Целулозните влакна в дървото са свързани помежду си с друг полимер, наречен лигнин. Производителите на хартия трябва да отстранят лигнина от дървесната маса. За да се постигне това, една от основните химически реакции, използвани в промишлеността, е процесът на Крафт, при който дървесината чипове се комбинират със смес от натриев хидроксид и натриев сулфид във вода при висока температура и натиск. При тези изключително основни условия отрицателно заредените сулфидни йони реагират с лигнина полимерни вериги, за да ги раздели на по-малки субединици, така че целулозните влакна да се освободят по-нататъшна употреба.

Въпреки че пулпирането на Kraft е най-популярният процес, някои производители използват други подходи за премахване на лигнин. Една такава алтернатива е пулпирането на киселина сулфит, където смес от сярна киселина и натрий, магнезий, калций или амониев бисулфит във вода разтваря лигнина, за да освободи целулозата влакна. Както при целулозата на Крафт, се изискват високи температури и налягания. Друга алтернатива е полухимичното пулпиране на неутрален сулфит, при което чипсът се смесва със смес от натриев сулфит и натриев карбонат във вода и се готви. За разлика от останалите, този процес премахва само част от лигнин, така че след пулпирането чипсът трябва да бъде натрошен механично, за да се отстрани част от останалия полимер.

Без значение кой процес производителят избере за пулпиране, част от лигнинът все още остава непокътнат и този оставащ лигнин обикновено придава на пулпата кафяв цвят. Производителите премахват този остатъчен лигнин и превръщат пулпата в бяло чрез друг химичен процес, наречен избелване. В този процес окислител - химично вещество, което окислява лигнин чрез добавяне на кислородни атоми към него или премахване на електрони, се комбинира с дървесната маса, за да унищожи останалия лигнин. Избелването е по-селективно от пулпирането; за разлика от пулпирането, което също унищожава малка част от целулозата, избелването елиминира основно лигнина.

Обичайните избелващи химикали включват хлор, хлорен диоксид, кислород, водороден прекис, озон и натриев хипохлорит, активната съставка в домакинските белини. Въпреки че механизмът на всяка реакция е различен, всички те са окислители, които ще окисляват лигнина в пулпата. Хлорът, хлорният диоксид и водородният пероксид са най-селективните от тези агенти, което означава, че те имат по-малка склонност да реагират с целулоза и други желани части от сместа. Освен способността им да премахват лигнин, хлорът, хлорният диоксид и натриевият хипохлорит също са превъзхождат способността си да премахват частиците мръсотия, което е друг важен фактор за производителите обмисли.

След като се пулпира и избели, пулпата се подава в серия машини, които ще я променят чрез физически, а не химически процеси, за да я превърнат в лист. В зависимост от това какви видове свойства искат да има техният продукт, производителите използват разнообразна гама от други химични реакции, наречени оразмеряване, процеси на задържане и влажна якост, които придават устойчивост на влага, свързват по-малките влакна в или променят продукта, така че е по-малко вероятно да се разпадне когато е мокър. Обикновено тези процеси включват един от различни полимери, които ще се свържат с целулозните влакна в крайния продукт. Процесите на влажна якост, например, обикновено комбинират целулозните влакна с полиамидо-амин-епихлорохидрин смоли, които реагират с влакната, за да ги омрежат, така че те са по-малко може да се разпадне във вода.