Kādas ķīmiskās reakcijas tiek izmantotas papīra ražošanā?

Papīrs var šķist ikdienišķs un vienkāršs produkts, taču tā ražošana patiesībā ir sarežģītāka, nekā, iespējams, saprot lielākā daļa patērētāju. Galvenais iemesls tam ir papīra izgatavošanas ķīmija. Veicot vairākas reakcijas un fiziskus procesus, papīra rūpniecībā izmantotās ķīmiskās vielas pārvērš brūnās koksnes skaidas par spīdīgu baltu lapu, kuru varat turēt rokā. Divas galvenās iesaistītās ķīmiskās reakcijas ir balināšana un Kraft process.

Koks ir komplekss maisījums, kas galvenokārt sastāv no polimēra, ko sauc par celulozi. Koksnes celulozes šķiedras savieno cits polimērs, ko sauc par lignīnu. Papīra ražotājiem jānoņem lignīns no koksnes masas. Lai to paveiktu, viena no galvenajām rūpniecībā izmantotajām ķīmiskajām reakcijām ir Krafta process, kurā koksne mikroshēmas apvieno ar nātrija hidroksīda un nātrija sulfīda maisījumu ūdenī augstā temperatūrā un spiediens. Šajos ļoti bāziskajos apstākļos negatīvi lādētie sulfīda joni reaģē ar lignīnu polimēru ķēdes, lai tās sadalītu mazākās apakšvienībās, lai celulozes šķiedras tiktu atbrīvotas turpmāka izmantošana.

Kaut arī Kraft celuloze ir vispopulārākais process, daži ražotāji lignīna atdalīšanai izmanto citas pieejas. Viena no šādām alternatīvām ir skābes sulfīta celuloze, kur sērskābes un vai nu nātrija maisījums, magnijs, kalcijs vai amonija bisulfīts ūdenī izšķīdina lignīnu, lai atbrīvotu celulozi šķiedras. Tāpat kā ar Kraft celulozi, ir nepieciešama augsta temperatūra un spiediens. Vēl viena alternatīva ir neitrāla sulfīta semikēmiskā mīkstināšana, kur šķeldas sajauc ar nātrija sulfīta un nātrija karbonāta maisījumu ūdenī un vāra. Atšķirībā no citiem, šis process noņem tikai daļu no lignīna, tāpēc pēc celulozes celulozes mehāniski jāsadrupina, lai noņemtu daļu no atlikušā polimēra.

Neatkarīgi no tā, kuru procesu ražotājs izvēlas mīkstināšanai, daļa lignīna joprojām paliek neskarta, un šis atlikušais lignīns mīkstumam parasti piešķir brūnu krāsu. Ražotāji noņem šo atlikušo lignīnu un pārvērš mīkstumu baltā krāsā, izmantojot citu ķīmisku procesu, ko sauc par balināšanu. Šajā procesā oksidētājs - ķīmiska viela, kas oksidē lignīnu, vai nu tam pievienojot skābekļa atomus, vai arī noņemot elektronus - tiek kombinēts ar koksnes masu, lai iznīcinātu atlikušo lignīnu. Balināšana mēdz būt selektīvāka nekā celuloze; atšķirībā no celulozes, kas arī iznīcina nelielu celulozes daļu, balināšana galvenokārt novērš lignīnu.

Parastās balināšanas ķīmiskās vielas ir hlors, hlora dioksīds, skābeklis, ūdeņraža peroksīds, ozons un nātrija hipohlorīts, kas ir aktīvā sastāvdaļa mājsaimniecības balinātājos. Kaut arī katras reakcijas mehānisms ir atšķirīgs, tie visi ir oksidētāji, kas oksidēs celulozes lignīnu. Hlors, hlora dioksīds un ūdeņraža peroksīds ir vis selektīvākie no šiem līdzekļiem, kas nozīmē, ka tiem ir mazāka tendence reaģēt ar celulozi un citām vēlamajām maisījuma daļām. Papildus spējai atdalīt lignīnu ir arī hlors, hlora dioksīds un nātrija hipohlorīts pārspēj to spēju noņemt netīrumu daļiņas, kas ir vēl viens svarīgs faktors ražotājiem apsvērt.

Kad celuloze ir sasmalcināta un balināta, tā tiek ievadīta mašīnu sērijā, kas to mainīs ar fizisku, nevis ķīmisku procesu palīdzību, lai padarītu to par lokšņu. Atkarībā no tā, kāda veida īpašības viņi vēlas, lai viņu produkts būtu, ražotāji izmanto dažādas citas ķīmiskās reakcijas, ko sauc par lielumu, aiztures un mitruma izturības procesi, kas piešķir mitruma izturību, saista izstrādājumā esošās mazākās šķiedras vai izmaina izstrādājumu, tāpēc ir mazāk ticams, ka tas sabruks kad slapjš. Parasti šie procesi ietver vienu no dažādiem polimēriem, kas saistīsies ar celulozes šķiedrām galaproduktā. Piemēram, mitrās izturības procesos celulozes šķiedras parasti tiek apvienotas ar poliamidoamīna-epihlorhidrīna sveķi, kas reaģē ar šķiedrām, tos savstarpēji savienojot, tāpēc tie ir mazāk iespējams, sabruks ūdenī.