Mitä paperin valmistuksessa käytetään kemiallisia reaktioita?

Paperi saattaa tuntua tavalliselta ja yksinkertaiselta tuotteelta, mutta sen valmistus on todella monimutkaisempaa kuin useimmat kuluttajat luultavasti ymmärtävät. Tärkein syy tähän on paperinvalmistuksen kemia. Reaktioiden ja fyysisten prosessien avulla paperiteollisuudessa käytetyt kemikaalit muuttavat ruskeat hakkeet kiiltäväksi valkoiseksi arkiksi, jota voit pitää kädessäsi. Kaksi keskeisistä kemiallisista reaktioista ovat valkaisu ja Kraft-prosessi.

Puu on monimutkainen seos, joka koostuu pääasiassa selluloosaksi kutsutusta polymeeristä. Puun selluloosakuidut sitoutuvat toisiinsa toinen polymeeri, ligniini. Paperinvalmistajien on poistettava ligniini puumassasta. Tämän saavuttamiseksi yksi teollisuuden tärkeimmistä kemiallisista reaktioista on Kraft-prosessi, jossa puu sirut yhdistetään natriumhydroksidin ja natriumsulfidin seokseen vedessä korkeassa lämpötilassa ja paine. Näissä erittäin emäksisissä olosuhteissa negatiivisesti varautuneet sulfidi-ionit reagoivat ligniinin kanssa polymeeriketjuja hajottaakseen ne pienemmiksi alayksiköiksi, jotta selluloosakuidut vapautuvat jatkokäyttö.

Vaikka Kraft-sellu on ylivoimaisesti suosituin prosessi, jotkut valmistajat käyttävät muita lähestymistapoja ligniinin poistamiseen. Yksi tällainen vaihtoehto on happosulfiittimassa, jossa rikkihapon ja joko natriumin seos magnesium, kalsium tai ammoniumbisulfiitti vedessä liuottaa ligniinin vapauttamaan selluloosan kuidut. Kuten Kraft-sellun kanssa, vaaditaan korkeita lämpötiloja ja paineita. Vielä yksi vaihtoehto on neutraali sulfiittisemikeminen massanvalmistus, jossa lastut sekoitetaan natriumsulfiitin ja natriumkarbonaatin seokseen vedessä ja keitetään. Toisin kuin muut, tämä prosessi poistaa vain osan ligniinistä, joten hienonnuksen jälkeen sirut on silputava mekaanisesti osan jäljellä olevan polymeerin poistamiseksi.

Riippumatta siitä, minkä prosessin valmistaja valitsee massanvalmistukseen, osa ligniinistä jää silti ehjäksi, ja tämä jäljellä oleva ligniini antaa massalle yleensä ruskean värin. Valmistajat poistavat tämän jäännös ligniinin ja muuttavat massan valkoiseksi toisella kemiallisella prosessilla, jota kutsutaan valkaisuksi. Tässä prosessissa hapettava aine - kemikaali, joka hapettaa ligniinin joko lisäämällä siihen happiatomeja tai poistamalla elektroneja - yhdistetään puumassan kanssa jäljellä olevan ligniinin tuhoamiseksi. Valkaisu on yleensä valikoivampaa kuin sellu; toisin kuin sellu, joka myös tuhoaa pienen osan selluloosasta, valkaisu eliminoi ensisijaisesti ligniinin.

Yleisiä valkaisukemikaaleja ovat kloori, klooridioksidi, happi, vetyperoksidi, otsoni ja natriumhypokloriitti, kotitalouksien valkaisuaineiden vaikuttava aine. Vaikka kunkin reaktion mekanismi on erilainen, nämä kaikki ovat hapettimia, jotka hapettavat massan ligniiniä. Kloori, klooridioksidi ja vetyperoksidi ovat valikoivimpia näistä aineista, mikä tarkoittaa, että niillä on vähemmän taipumus reagoida selluloosan ja muiden seoksen toivottujen osien kanssa. Sen lisäksi, että ne poistavat ligniiniä, ovat myös kloori, klooridioksidi ja natriumhypokloriitti ylivoimainen kyvyssä poistaa likahiukkasia, mikä on toinen tärkeä tekijä valmistajille harkita.

Kun massa on valutettu, se syötetään sarjaan koneita, jotka muuttavat sitä fysikaalisilla eikä kemiallisilla prosesseilla sen tekemiseksi arkiksi. Valmistajat käyttävät monenlaisia ​​muita kemiallisia reaktioita, joita kutsutaan mitoitukseksi sen mukaan, millaisia ​​ominaisuuksia he haluavat tuotteelleen olevan. retentio- ja märkälujuusprosessit, jotka antavat kosteudenkestävyyden, sitovat tuotteessa olevat pienemmät kuidut tai muuttavat tuotetta, joten sen hajoaminen on vähemmän todennäköistä kun märkä. Tyypillisesti näihin prosesseihin liittyy yksi monista polymeereistä, jotka sitoutuvat lopputuotteen selluloosakuituihin. Esimerkiksi märkälujuusprosessit yhdistävät selluloosakuidut tyypillisesti polyamidoamiini-epikloorihydriinihartsit, jotka reagoivat kuitujen kanssa silloittamaan ne, joten niitä on vähemmän todennäköisesti hajoaa vedessä.