Jaké jsou některé chemické reakce používané při výrobě papíru?

Papír se může zdát jako běžný a jednoduchý produkt, ale jeho výroba je ve skutečnosti komplikovanější, než si většina spotřebitelů pravděpodobně uvědomuje. Klíčovým důvodem je chemie výroby papíru. Prostřednictvím řady reakcí a fyzikálních procesů promění chemikálie používané v papírenském průmyslu hnědé dřevní štěpky na lesklý bílý list, který můžete držet v ruce. Dvěma klíčovými chemickými reakcemi jsou bělení a Kraftův proces.

Dřevo je komplexní směs složená převážně z polymeru zvaného celulóza. Celulózová vlákna ve dřevě jsou spojena dohromady dalším polymerem zvaným lignin. Výrobci papíru musí odstranit lignin z buničiny. K dosažení tohoto cíle je jednou z hlavních chemických reakcí používaných v průmyslu Kraftův proces, při kterém se používá dřevo třísky se spojí se směsí hydroxidu sodného a sirníku sodného ve vodě při vysoké teplotě a tlak. Za těchto vysoce bazických podmínek reagují záporně nabité sulfidové ionty s ligninem polymerní řetězce, které je rozdělí na menší podjednotky, takže se uvolní celulózová vlákna další použití.

Přestože je drcení Kraft zdaleka nejpopulárnějším procesem, někteří výrobci používají k odstraňování ligninu jiné přístupy. Jednou z takových alternativ je rozmělňování kyselého siřičitanu, kde směs kyseliny sírové a buď sodíku, hořčík, vápník nebo hydrogensiřičitan amonný ve vodě rozpouští lignin a uvolňuje tak celulózu vlákna. Stejně jako u buničiny Kraft jsou vyžadovány vysoké teploty a tlaky. Ještě další alternativou je semichemické rozvlákňování neutrálního siřičitanu, kde se štěpky smísí se směsí siřičitanu sodného a uhličitanu sodného ve vodě a vaří se. Na rozdíl od ostatních tento proces odstraňuje pouze část ligninu, takže po rozvláknění musí být třísky mechanicky rozdrceny, aby se odstranila část zbývajícího polymeru.

Bez ohledu na to, jaký proces výrobce zvolí pro rozvlákňování, část ligninu zůstává stále neporušená a tento zbývající lignin obecně dává buničině hnědou barvu. Výrobci tento zbytkový lignin odstraní a buničinu zbarví na další chemický proces zvaný bělení. V tomto procesu je oxidační činidlo - chemická látka, která oxiduje lignin buď přidáním atomů kyslíku k němu nebo odstraněním elektronů - v kombinaci s dřevnou buničinou, aby zničila zbývající lignin. Bělení má tendenci být selektivnější než rozvlákňování; na rozdíl od buničiny, která také ničí malou část celulózy, bělení primárně eliminuje lignin.

Mezi běžné bělící chemikálie patří chlor, oxid chloričitý, kyslík, peroxid vodíku, ozon a chlornan sodný, aktivní složka v domácích bělidlech. I když je mechanismus každé reakce jiný, jedná se o oxidační činidla, která oxidují lignin v buničině. Chlor, oxid chloričitý a peroxid vodíku jsou nejselektivnější z těchto činidel, což znamená, že mají menší tendenci reagovat s celulózou a jinými žádoucími částmi směsi. Kromě schopnosti odstraňovat lignin jsou také chlor, oxid chloričitý a chlornan sodný mají lepší schopnost odstraňovat částice nečistot, což je dalším důležitým faktorem pro výrobce zvážit.

Jakmile je buničina rozvlákněna a vybělena, je přiváděna do řady strojů, které ji budou měnit spíše fyzikálními než chemickými procesy, aby se z ní stal list. V závislosti na tom, jaké druhy vlastností chtějí, aby jejich produkt měl, používají výrobci různorodou škálu dalších chemických reakcí nazývaných dimenzování, procesy zadržování a pevnosti za mokra, které dodávají odolnost proti vlhkosti, váží menší vlákna nebo mění produkt, takže je méně pravděpodobné, že se rozpadne když je mokrý. Tyto procesy obvykle zahrnují jeden z různých polymerů, které se budou vázat na celulózová vlákna v hotovém produktu. Například procesy s pevností za mokra obvykle kombinují celulózová vlákna s polyamido-amin-epichlorhydrinové pryskyřice, které reagují s vlákny a zesíťují je, takže jich je méně pravděpodobně se rozpadne ve vodě.