La carta può sembrare un prodotto banale e semplice, ma la sua produzione è in realtà più complicata di quanto la maggior parte dei consumatori probabilmente creda. Una ragione chiave per questo è la chimica della fabbricazione della carta. Attraverso una serie di reazioni e processi fisici, i prodotti chimici utilizzati nell'industria della carta trasformano i trucioli di legno marrone in un foglio bianco lucido che puoi tenere in mano. Due delle principali reazioni chimiche coinvolte sono lo sbiancamento e il processo Kraft.
Processo Kraft
Il legno è una miscela complessa composta principalmente da un polimero chiamato cellulosa. Le fibre di cellulosa del legno sono legate tra loro da un altro polimero chiamato lignina. I produttori di carta devono rimuovere la lignina dalla pasta di legno. Per fare ciò, una delle principali reazioni chimiche utilizzate nell'industria è il processo Kraft, in cui il legno i trucioli sono combinati con una miscela di idrossido di sodio e solfuro di sodio in acqua ad alta temperatura e pressione. In queste condizioni altamente basiche, gli ioni solfuro carichi negativamente reagiscono con la lignina catene polimeriche per scomporle in subunità più piccole in modo che le fibre di cellulosa vengano liberate per ulteriore utilizzo.
Reazioni alternative
Sebbene la spappolatura Kraft sia di gran lunga il processo più popolare, alcuni produttori utilizzano altri approcci per rimuovere la lignina. Una di queste alternative è la pasta di solfito acido, in cui una miscela di acido solforoso e sodio, il bisolfito di magnesio, calcio o ammonio in acqua scioglie la lignina per liberare la cellulosa fibre. Come con la pasta Kraft, sono richieste alte temperature e pressioni. Un'altra alternativa è la pasta semichimica al solfito neutro, in cui i trucioli vengono mescolati con una miscela di solfito di sodio e carbonato di sodio in acqua e cotti. A differenza degli altri, questo processo rimuove solo una parte della lignina, quindi dopo lo spappolamento i trucioli devono essere triturati meccanicamente per rimuovere parte del polimero rimanente.
Chimica sbiancante
Indipendentemente dal processo scelto da un produttore per la spappolatura, parte della lignina rimane intatta e questa lignina rimanente generalmente conferisce alla polpa un colore marrone. I produttori rimuovono questa lignina residua e trasformano la polpa bianca attraverso un altro processo chimico chiamato sbiancamento. In questo processo, un agente ossidante - una sostanza chimica che ossida la lignina aggiungendovi atomi di ossigeno o rimuovendo elettroni - viene combinato con la pasta di legno per distruggere la lignina rimanente. Lo sbiancamento tende ad essere più selettivo rispetto allo spappolamento; a differenza del macero, che distrugge anche una piccola frazione della cellulosa, lo sbiancamento elimina principalmente la lignina.
Prodotti chimici sbiancanti
I comuni prodotti chimici sbiancanti includono cloro, biossido di cloro, ossigeno, perossido di idrogeno, ozono e ipoclorito di sodio, l'ingrediente attivo della candeggina domestica. Anche se il meccanismo di ciascuna reazione è diverso, tutti questi sono agenti ossidanti che ossidano la lignina nella polpa. Il cloro, il biossido di cloro e il perossido di idrogeno sono i più selettivi di questi agenti, il che significa che hanno meno tendenza a reagire con la cellulosa e altre parti desiderabili della miscela. Oltre alla loro capacità di rimuovere la lignina, sono anche cloro, biossido di cloro e ipoclorito di sodio superiori nella loro capacità di rimuovere le particelle di sporco, che è un altro fattore importante per i produttori per tenere conto.
Altre reazioni
Una volta che è stata macerata e sbiancata, la polpa viene alimentata in una serie di macchine che la alterano attraverso processi fisici piuttosto che chimici per trasformarla in un foglio. A seconda del tipo di proprietà che desiderano che il loro prodotto abbia, i produttori impiegano una vasta gamma di altre reazioni chimiche chiamate dimensionamento, processi di ritenzione e resistenza all'umidità che conferiscono resistenza all'umidità, legano le fibre più piccole o alterano il prodotto in modo che sia meno probabile che si sfaldi quando bagnato. Tipicamente questi processi coinvolgono uno di una varietà di polimeri che si legheranno alle fibre di cellulosa nel prodotto finito. I processi di resistenza all'umidità, ad esempio, combinano tipicamente le fibre di cellulosa con resine poliammido-ammina-epicloridrina che reagiscono con le fibre per reticolarle in modo che siano meno probabile che si sfaldi in acqua.