A papír közönségesnek és egyszerű terméknek tűnhet, de előállítása valójában bonyolultabb, mint azt a legtöbb fogyasztó valószínűleg észreveszi. Ennek egyik legfontosabb oka a papírgyártás kémiája. Reakciók és fizikai folyamatok révén a papíriparban használt vegyszerek a barna faforgácsot fényes fehér lapdá változtatják, amelyet a kezében tarthat. A legfontosabb kémiai reakciók közül kettő a fehérítés és a Kraft-folyamat.
Kraft folyamat
A fa összetett keverék, amely elsősorban cellulóz nevű polimerből áll. A fa cellulózszálait egy másik polimer, lignin köti össze. A papírgyártóknak el kell távolítaniuk a lignint a farostból. Ennek megvalósításához az iparban alkalmazott egyik fő kémiai reakció a Kraft-folyamat, amelyben a fa a forgácsokat nátrium-hidroxid és nátrium-szulfid keverékével egyesítjük vízben, magas hőmérsékleten és nyomás. Ilyen rendkívül bázikus körülmények között a negatív töltésű szulfidionok reagálnak a ligninnel polimer láncok, amelyek kisebb alegységekre bontják őket, így a cellulózrostok felszabadulnak további felhasználás.
Alternatív reakciók
Noha a Kraft cellulóz messze a legnépszerűbb folyamat, egyes gyártók más megközelítéseket alkalmaznak a lignin eltávolítására. Az egyik ilyen alternatíva a savas szulfit-cellulóz, ahol a kénsav és a nátrium keveréke a vízben található magnézium, kalcium vagy ammónium-hidrogén-szulfit feloldja a lignint a cellulóz felszabadítása érdekében szálak. A Kraft pépesítéshez hasonlóan magas hőmérsékletre és nyomásra van szükség. Egy másik alternatíva a semleges szulfit szemikémiai pépesítés, ahol a forgácsot vízben nátrium-szulfit és nátrium-karbonát keverékével összekeverjük és megfőzzük. A többivel ellentétben ez a folyamat csak a lignin egy részét távolítja el, így a pépesítés után a forgácsot mechanikusan kell felaprítani, hogy a maradék polimer egy részét eltávolítsák.
Fehérítő kémia
Nem számít, melyik eljárást választja a gyártó a pépesítéshez, a lignin egy része még mindig érintetlen marad, és ez a maradék lignin általában barna színt ad a pépnek. A gyártók eltávolítják ezt a maradék lignint, és a pépet fehér színűvé teszik egy másik kémiai eljárással, az úgynevezett fehérítéssel. Ebben a folyamatban egy oxidálószert - egy kémiai anyagot, amely oxidálja a lignint vagy oxigénatom hozzáadásával, vagy elektronok eltávolításával - a fapéppel kombinálva elpusztítják a maradék lignint. A fehérítés általában szelektívebb, mint a pépesítés; a pépesítéssel ellentétben, amely a cellulóz kis részét is elpusztítja, a fehérítés elsősorban a lignint eliminálja.
Fehérítő vegyszerek
A szokásos fehérítő vegyi anyagok közé tartozik a klór, a klór-dioxid, az oxigén, a hidrogén-peroxid, az ózon és a nátrium-hipoklorit, amely a háztartási fehérítőszer hatóanyaga. Annak ellenére, hogy az egyes reakciók mechanizmusa eltérő, mindezek oxidálószerek, amelyek oxidálják a cellulózban lévő lignint. A klór, a klór-dioxid és a hidrogén-peroxid a legszelektívebb ezek közül a szerekből, vagyis kevésbé hajlamosak reagálni a cellulózzal és a keverék más kívánt részeivel. A lignin eltávolítására való képességük mellett a klór, a klór-dioxid és a nátrium-hipoklorit is kiváló a szennyeződések eltávolításában, ami a gyártók másik fontos tényezője fontolgat.
Egyéb reakciók
Miután pépesítették és kifehérítették, a pépet olyan gépek sorozatába adagolják, amelyek fizikai, és nem kémiai folyamatok révén változtatják meg, hogy lapokká váljanak. Attól függően, hogy milyen tulajdonságokkal rendelkeznek termékükkel, a gyártók sokféle más kémiai reakciót alkalmaznak, az úgynevezett méretezést, retenciós és nedves szilárdsági folyamatok, amelyek nedvességállóságot biztosítanak, megkötik a termékben lévő kisebb szálakat vagy megváltoztatják a terméket, így kevésbé valószínű, hogy szétesik amikor nedves. Jellemzően ezek az eljárások a polimerek különféle változatainak egyikét vonják maguk után, amelyek a késztermékben lévő cellulózszálakhoz kötődnek. A nedves szilárdságú folyamatokban például általában a cellulózszálakat egyesítik poliamido-amin-epiklórhidrin gyanták, amelyek a szálakkal reagálva térhálósítják őket, így kevesebbek valószínűleg szétesik a vízben.