Wat zijn enkele chemische reacties die worden gebruikt bij de productie van papier?

Papier lijkt misschien een alledaags en eenvoudig product, maar de vervaardiging ervan is ingewikkelder dan de meeste consumenten zich waarschijnlijk realiseren. Een belangrijke reden hiervoor is de chemie van het maken van papier. Door een reeks reacties en fysieke processen veranderen de chemicaliën die in de papierindustrie worden gebruikt, bruine houtsnippers in een glanzend wit vel dat je in je hand kunt houden. Twee van de belangrijkste chemische reacties die hierbij betrokken zijn, zijn bleken en het Kraft-proces.

Hout is een complex mengsel dat voornamelijk bestaat uit een polymeer dat cellulose wordt genoemd. De cellulosevezels in hout zijn aan elkaar gebonden door een ander polymeer, lignine genaamd. Papiermakers moeten de lignine uit de houtpulp verwijderen. Om dit te bereiken, is een van de belangrijkste chemische reacties die in de industrie worden gebruikt, het Kraft-proces, waarbij hout chips worden gecombineerd met een mengsel van natriumhydroxide en natriumsulfide in water bij hoge temperatuur en druk. Onder deze zeer basische omstandigheden reageren de negatief geladen sulfide-ionen met de lignine polymeerketens om ze op te splitsen in kleinere subeenheden, zodat de cellulosevezels vrijkomen voor verder gebruik.

Hoewel kraftpulping verreweg het meest populaire proces is, gebruiken sommige fabrikanten andere benaderingen voor het verwijderen van lignine. Eén zo'n alternatief is zure sulfietpulp, waarbij een mengsel van zwaveligzuur en natrium, magnesium-, calcium- of ammoniumbisulfiet in water lost de lignine op om de cellulose vrij te maken vezels. Net als bij Kraft-pulping zijn hoge temperaturen en drukken vereist. Nog een ander alternatief is semichemische pulping met neutraal sulfiet, waarbij de chips worden gemengd met een mengsel van natriumsulfiet en natriumcarbonaat in water en gekookt. In tegenstelling tot de andere, verwijdert dit proces slechts een deel van de lignine, dus na het verpulpen moeten de chips mechanisch worden versnipperd om een ​​deel van het resterende polymeer te verwijderen.

Welk proces een fabrikant ook kiest voor het verpulpen, een deel van de lignine blijft intact en deze resterende lignine geeft de pulp over het algemeen een bruine kleur. Fabrikanten verwijderen deze resterende lignine en maken de pulp wit door een ander chemisch proces dat bleken wordt genoemd. In dit proces wordt een oxidatiemiddel - een chemische stof die lignine oxideert door er zuurstofatomen aan toe te voegen of elektronen te verwijderen - gecombineerd met de houtpulp om de resterende lignine te vernietigen. Bleken is meestal selectiever dan verpulpen; in tegenstelling tot pulpen, waarbij ook een klein deel van de cellulose wordt vernietigd, wordt bij het bleken voornamelijk lignine geëlimineerd.

Veel voorkomende bleekchemicaliën zijn chloor, chloordioxide, zuurstof, waterstofperoxide, ozon en natriumhypochloriet, het actieve ingrediënt in bleekmiddel voor huishoudelijk gebruik. Hoewel het mechanisme van elke reactie anders is, zijn dit allemaal oxidatiemiddelen die de lignine in de pulp zullen oxideren. Chloor, chloordioxide en waterstofperoxide zijn de meest selectieve van deze middelen, wat betekent dat ze minder geneigd zijn om te reageren met cellulose en andere gewenste delen van het mengsel. Afgezien van hun vermogen om lignine te verwijderen, zijn chloor, chloordioxide en natriumhypochloriet ook: superieur in hun vermogen om vuildeeltjes te verwijderen, wat een andere belangrijke factor is voor fabrikanten om overwegen.

Zodra het is verpulverd en gebleekt, wordt het in een reeks machines gevoerd die het door fysieke in plaats van chemische processen zullen veranderen om er een vel van te maken. Afhankelijk van het soort eigenschappen dat ze willen dat hun product heeft, passen fabrikanten een breed scala aan andere chemische reacties toe, genaamd sizing, retentie- en nattesterkteprocessen die vochtbestendigheid geven, de kleinere vezels in het product binden of het product veranderen zodat het minder snel uit elkaar valt wanneer nat. Meestal omvatten deze processen een van een verscheidenheid aan polymeren die zich zullen binden aan de cellulosevezels in het eindproduct. Natsterkteprocessen combineren bijvoorbeeld typisch de cellulosevezels met polyamide-amine-epichloorhydrineharsen die reageren met de vezels om ze te verknopen zodat ze minder worden waarschijnlijk uit elkaar vallen in het water.