מהן התגובות הכימיות המשמשות לייצור נייר?

נייר אולי נראה כמו מוצר נפוץ ופשוט, אך ייצורו הוא למעשה מסובך יותר מכפי שרוב הצרכנים כנראה מבינים. סיבה מרכזית לכך היא הכימיה של ייצור הנייר. באמצעות סדרת תגובות ותהליכים פיזיים, הכימיקלים המשמשים בתעשיית הנייר הופכים שבבי עץ חומים ליריעה לבנה מבריקה שתוכלו להחזיק בידכם. שתיים מהתגובות הכימיות העיקריות המעורבות הן הלבנה ותהליך קראפט.

עץ הוא תערובת מורכבת המורכבת בעיקר מפולימר הנקרא תאית. סיבי התאית בעץ קשורים יחד על ידי פולימר אחר הנקרא ליגנין. על יצרני הנייר להוציא את הליגנין מעיסת העץ. כדי להשיג זאת, אחת התגובות הכימיות העיקריות המשמשות בתעשייה היא תהליך קראפט, בו עץ שבבים משולבים בתערובת של נתרן הידרוקסיד ונתרן גופרתי במים בטמפרטורה גבוהה לַחַץ. בתנאים בסיסיים מאוד, יוני הגופרית הטעונים שלילית מגיבים עם הליגנין שרשראות פולימריות כדי לפרק אותן ליחידות משנה קטנות יותר, כך שתתפנה סיבי התאית שימוש נוסף.

למרות שעיסת קראפט היא ללא ספק התהליך הפופולרי ביותר, ישנם יצרנים המשתמשים בגישות אחרות להסרת ליגנין. חלופה כזו היא עיסת חומצה גופרית, שבה תערובת של חומצה גופרתית או נתרן, מגנזיום, סידן או אמוניום ביסולפיט במים ממיס את הליגנין כדי לשחרר את התאית סיבים. כמו בעיסת קראפט, נדרשים טמפרטורות ולחצים גבוהים. אלטרנטיבה נוספת היא עיסת סמיכימית נייטרלית של סולפיט, כאשר השבבים מעורבבים בתערובת של נתרן סולפיט ונתרן פחמתי במים ומבושלים. בניגוד לאחרים, תהליך זה מסיר רק חלק מהליגנין, ולכן לאחר עיסת הצ'יפס יש לגרוס מכנית בכדי להסיר חלק מהפולימר שנותר.

לא משנה באיזה תהליך יצרן בוחר לעיסה, חלק מהליגנין עדיין נשאר שלם, והליגנין שנותר בדרך כלל מעניק לעיסה צבע חום. היצרנים מסירים ליגנין שיורי זה והופכים את העיסה ללבן בתהליך כימי אחר הנקרא הלבנה. בתהליך זה, חומר מחמצן - כימיקל המחמצן ליגנין על ידי הוספת אטומי חמצן אליו או הוצאת אלקטרונים - משולב עם עיסת העץ כדי להשמיד את הליגנין שנותר. הלבנה נוטה להיות סלקטיבית יותר מעיסה; בניגוד לעיסה, שגם הורסת חלק קטן מהתאית, הלבנה מבטלת בעיקר ליגנין.

כימיקלים הלבנה נפוצים כוללים כלור, כלור דו חמצני, חמצן, מי חמצן, אוזון ונתרן היפוכלוריט, החומר הפעיל באקונומיקה ביתית. למרות שמנגנון כל תגובה שונה, כל אלה הם חומרים מחמצנים שיחמצנו את הליגנין בעיסה. כלור, כלור דו חמצני ומי חמצן הם הסלקטיביים ביותר מבין הסוכנים הללו, כלומר יש להם פחות נטייה להגיב עם תאית וחלקים רצויים אחרים של התערובת. מלבד היכולת שלהם להסיר ליגנין, כלור, כלור דו חמצני ונתרן היפוכלוריט הם גם כן עדיפים ביכולתם להסיר חלקיקי לכלוך, וזה גורם חשוב נוסף עבור היצרנים לשקול.

לאחר עיסתו והלבנתה, העיסה מוזנת לסדרת מכונות שתשנה אותה בתהליכים פיזיקליים ולא כימיים כדי להפוך אותה לסדין. תלוי בסוג המאפיינים שהם רוצים שיהיה למוצר שלהם, היצרנים משתמשים במגוון מגוון של תגובות כימיות אחרות הנקראות שינוי גודל, תהליכי שמירה ועוצמת רטובים המעניקים עמידות בפני לחות, קושרים את הסיבים הקטנים יותר במוצר או משנים אותו כך שהוא פחות נוטה להתפרק כשרטוב. בדרך כלל תהליכים אלה כוללים אחד ממגוון הפולימרים שייקשרו לסיבי התאית במוצר המוגמר. תהליכי חוזק רטוב, למשל, משלבים בדרך כלל את סיבי התאית עם שרפי polyamido-amine-epichlorohydrin המגיבים עם הסיבים כדי לחצות אותם כך שהם פחותים עשוי להתפרק במים.