Hvad er nogle kemiske reaktioner, der anvendes til fremstilling af papir?

Papir kan virke som et almindeligt og simpelt produkt, men dets fremstilling er faktisk mere kompliceret end de fleste forbrugere sandsynligvis er klar over. En vigtig årsag til dette er kemien i papirfremstilling. Gennem en række reaktioner og fysiske processer gør kemikalier, der anvendes i papirindustrien, brune træflis til et blankt hvidt ark, du kan holde i din hånd. To af de vigtigste kemiske reaktioner involveret er blegning og Kraft-processen.

Træ er en kompleks blanding, der primært består af en polymer kaldet cellulose. Cellulosefibrene i træ er bundet sammen af ​​en anden polymer kaldet lignin. Papirproducenter skal fjerne ligninet fra træmassen. For at opnå dette er en af ​​de vigtigste kemiske reaktioner anvendt i industrien Kraft-processen, hvor træ chips kombineres med en blanding af natriumhydroxid og natriumsulfid i vand ved høj temperatur og tryk. Under disse meget basiske betingelser reagerer de negativt ladede sulfidioner med ligninet polymerkæder for at nedbryde dem i mindre underenheder, så cellulosefibrene frigøres til yderligere brug.

Selvom kraftmasse er langtfra den mest populære proces, bruger nogle producenter andre metoder til fjernelse af lignin. Et sådant alternativ er syresulfitmasse, hvor en blanding af svovlsyre og enten natrium, magnesium, calcium eller ammoniumbisulfit i vand opløser ligninet for at frigøre cellulosen fibre. Som med kraftpulpning kræves høje temperaturer og tryk. Endnu et andet alternativ er neutral sulfit halvkemisk pulping, hvor chips blandes med en blanding af natriumsulfit og natriumcarbonat i vand og koges. I modsætning til de andre fjerner denne proces kun en del af ligninet, så efter pulping skal chips strimles mekanisk for at fjerne noget af den resterende polymer.

Uanset hvilken proces en producent vælger til papirmasse, er noget af ligninet stadig intakt, og dette resterende lignin giver generelt massen en brun farve. Producenter fjerner dette resterende lignin og gør papirmassen hvid gennem en anden kemisk proces kaldet blegning. I denne proces kombineres et oxidationsmiddel - et kemikalie, der oxiderer lignin ved enten at tilføje iltatomer til det eller fjerne elektroner - med træmasse for at ødelægge det resterende lignin. Blegning har tendens til at være mere selektiv end pulping; i modsætning til pulping, som også ødelægger en lille del af cellulosen, eliminerer blegning primært lignin.

Almindelige blegekemikalier inkluderer klor, chlordioxid, ilt, hydrogenperoxid, ozon og natriumhypochlorit, den aktive ingrediens i husholdningsblegemiddel. Selvom mekanismen for hver reaktion er forskellig, er alle disse oxidationsmidler, der oxiderer ligninet i papirmassen. Klor, chlordioxid og hydrogenperoxid er de mest selektive af disse midler, hvilket betyder at de har mindre tendens til at reagere med cellulose og andre ønskelige dele af blandingen. Bortset fra deres evne til at fjerne lignin, er klor, chlordioxid og natriumhypochlorit også overlegne i deres evne til at fjerne snavspartikler, hvilket er en anden vigtig faktor for producenterne at overveje.

Når den først er blevet masset og bleget, føres massen ind i en række maskiner, der vil ændre den gennem fysiske snarere end kemiske processer for at gøre det til et ark. Afhængigt af hvilke slags egenskaber de ønsker, at deres produkt skal have, anvender producenter en række andre kemiske reaktioner kaldet dimensionering, retentions- og vådstyrkeprocesser, der giver fugtmodstand, binder de mindre fibre i eller ændrer produktet, så det er mindre sandsynligt, at det falder fra hinanden når det er vådt. Disse processer involverer typisk en af ​​en række forskellige polymerer, der vil binde til cellulosefibrene i det færdige produkt. Vådstyrkeprocesser kombinerer for eksempel typisk cellulosefibrene med polyamido-amin-epichlorhydrinharpikser, der reagerer med fibrene for at tværbinde dem, så de er mindre sandsynligvis falder fra hinanden i vand.