Le papier peut sembler un produit banal et simple, mais sa fabrication est en réalité plus compliquée que la plupart des consommateurs ne le pensent probablement. Une des principales raisons à cela est la chimie de la fabrication du papier. Grâce à une série de réactions et de processus physiques, les produits chimiques utilisés dans l'industrie du papier transforment les copeaux de bois bruns en une feuille blanche brillante que vous pouvez tenir dans votre main. Deux des principales réactions chimiques impliquées sont le blanchiment et le procédé Kraft.
Processus Kraft
Le bois est un mélange complexe composé principalement d'un polymère appelé cellulose. Les fibres de cellulose du bois sont liées entre elles par un autre polymère appelé lignine. Les papetiers doivent éliminer la lignine de la pâte de bois. Pour ce faire, l'une des principales réactions chimiques utilisées dans l'industrie est le procédé Kraft, dans lequel le bois les copeaux sont combinés avec un mélange d'hydroxyde de sodium et de sulfure de sodium dans de l'eau à haute température et pression. Dans ces conditions très basiques, les ions sulfures chargés négativement réagissent avec la lignine chaînes polymères pour les décomposer en sous-unités plus petites afin que les fibres de cellulose soient libérées pour usage ultérieur.
Réactions alternatives
Bien que la pâte Kraft soit de loin le procédé le plus populaire, certains fabricants utilisent d'autres approches pour éliminer la lignine. Une telle alternative est la réduction en pâte au sulfite acide, où un mélange d'acide sulfureux et de sodium, le bisulfite de magnésium, de calcium ou d'ammonium dans l'eau dissout la lignine pour libérer la cellulose fibres. Comme pour la mise en pâte Kraft, des températures et des pressions élevées sont nécessaires. Encore une autre alternative est la réduction en pâte semi-chimique au sulfite neutre, où les copeaux sont mélangés avec un mélange de sulfite de sodium et de carbonate de sodium dans de l'eau et cuits. Contrairement aux autres, ce processus n'élimine qu'une partie de la lignine, donc après la réduction en pâte, les copeaux doivent être déchiquetés mécaniquement pour éliminer une partie du polymère restant.
Chimie de blanchiment
Quel que soit le procédé choisi par un fabricant pour la réduction en pâte, une partie de la lignine reste intacte et cette lignine restante donne généralement à la pâte une couleur brune. Les fabricants éliminent cette lignine résiduelle et blanchissent la pâte grâce à un autre processus chimique appelé blanchiment. Dans ce processus, un agent oxydant - un produit chimique qui oxyde la lignine en y ajoutant des atomes d'oxygène ou en éliminant des électrons - est combiné à la pulpe de bois pour détruire la lignine restante. Le blanchiment a tendance à être plus sélectif que la réduction en pâte; contrairement à la réduction en pâte, qui détruit également une petite fraction de la cellulose, le blanchiment élimine principalement la lignine.
Produits chimiques de blanchiment
Les produits chimiques de blanchiment courants comprennent le chlore, le dioxyde de chlore, l'oxygène, le peroxyde d'hydrogène, l'ozone et l'hypochlorite de sodium, l'ingrédient actif de l'eau de Javel domestique. Même si le mécanisme de chaque réaction est différent, ce sont tous des agents oxydants qui oxyderont la lignine dans la pulpe. Le chlore, le dioxyde de chlore et le peroxyde d'hydrogène sont les plus sélectifs de ces agents, ce qui signifie qu'ils ont moins tendance à réagir avec la cellulose et d'autres parties souhaitables du mélange. Outre leur capacité à éliminer la lignine, le chlore, le dioxyde de chlore et l'hypochlorite de sodium sont également supérieure dans leur capacité à éliminer les particules de saleté, ce qui est un autre facteur important pour les fabricants de considérer.
Autres réactions
Une fois réduite en pâte et blanchie, la pâte est introduite dans une série de machines qui la modifieront par des processus physiques plutôt que chimiques pour en faire une feuille. Selon les types de propriétés qu'ils souhaitent que leur produit ait, les fabricants utilisent un large éventail d'autres réactions chimiques appelées dimensionnement, processus de rétention et de résistance à l'humidité qui confèrent une résistance à l'humidité, lient les fibres plus petites ou modifient le produit afin qu'il soit moins susceptible de se désagréger lorsqu'il est mouillé. Typiquement, ces procédés impliquent l'un d'une variété de polymères qui se lieront aux fibres de cellulose dans le produit fini. Les procédés de résistance à l'état humide, par exemple, combinent généralement les fibres de cellulose avec résines polyamido-amine-épichlorhydrine qui réagissent avec les fibres pour les réticuler afin qu'elles soient moins susceptible de s'effondrer dans l'eau.