Hva er noen kjemiske reaksjoner som brukes ved produksjon av papir?

Papir kan virke som et vanlig og enkelt produkt, men produksjonen er faktisk mer komplisert enn de fleste forbrukere sannsynligvis er klar over. En viktig årsak til dette er kjemien til papirfremstilling. Gjennom en rekke reaksjoner og fysiske prosesser gjør kjemikaliene som brukes i papirindustrien, brune flis til et blank hvitt ark du kan holde i hånden. To av de viktigste kjemiske reaksjonene som er involvert er bleking og Kraft-prosessen.

Tre er en kompleks blanding som hovedsakelig består av en polymer som kalles cellulose. Cellulosefibrene i tre er bundet sammen av en annen polymer som kalles lignin. Papirprodusenter må fjerne ligninet fra tremassen. For å oppnå dette er en av de viktigste kjemiske reaksjonene som brukes i industrien Kraft-prosessen, der tre flis kombineres med en blanding av natriumhydroksid og natriumsulfid i vann ved høy temperatur og press. Under disse svært basiske forhold reagerer de negativt ladede sulfidionene med ligninet polymerkjeder for å bryte dem ned i mindre underenheter slik at cellulosefibrene frigjøres for videre bruk.

Selv om kraftmasse er langt på vei den mest populære prosessen, bruker noen produsenter andre tilnærminger for å fjerne lignin. Et slikt alternativ er sur sulfittmasse, hvor en blanding av svovelsyre og enten natrium, magnesium, kalsium eller ammoniumbisulfitt i vann løser opp ligninet for å frigjøre cellulosen fibre. Som med Kraft-massering kreves høye temperaturer og trykk. Nok et annet alternativ er nøytral sulfitt halvkjemisk massering, hvor flisen blandes med en blanding av natriumsulfitt og natriumkarbonat i vann og tilberedes. I motsetning til de andre, fjerner denne prosessen bare en del av ligninet, så etter pulping må flisene makuleres mekanisk for å fjerne noe av den gjenværende polymeren.

Uansett hvilken prosess en produsent velger for massering, blir noe av ligninet fortsatt intakt, og dette gjenværende ligninet gir vanligvis massen en brun farge. Produsenter fjerner dette gjenværende ligninet og gjør massen hvit gjennom en annen kjemisk prosess som kalles bleking. I denne prosessen kombineres et oksidasjonsmiddel - et kjemikalie som oksyderer lignin ved enten å tilsette oksygenatomer til det eller fjerne elektroner - med tremassen for å ødelegge gjenværende lignin. Bleking har en tendens til å være mer selektiv enn massering; i motsetning til massering, som også ødelegger en liten brøkdel av cellulosen, eliminerer bleking primært lignin.

Vanlige blekkemikalier inkluderer klor, klordioksid, oksygen, hydrogenperoksid, ozon og natriumhypokloritt, den aktive ingrediensen i husholdningsblekemiddel. Selv om mekanismen for hver reaksjon er forskjellig, er alle disse oksidasjonsmidler som vil oksidere ligninet i massen. Klor, klordioksid og hydrogenperoksid er de mest selektive av disse midlene, noe som betyr at de har mindre tendens til å reagere med cellulose og andre ønskelige deler av blandingen. Bortsett fra deres evne til å fjerne lignin, er klor, klordioksid og natriumhypokloritt også overlegne i sin evne til å fjerne smusspartikler, noe som er en annen viktig faktor for produsenter ta i betraktning.

Når den er masset og bleket, blir massen matet inn i en serie maskiner som vil endre den gjennom fysiske og ikke kjemiske prosesser for å gjøre den til et ark. Avhengig av hva slags egenskaper de ønsker at produktet deres skal ha, bruker produsentene et mangfoldig utvalg av andre kjemiske reaksjoner som kalles dimensjonering, retensjons- og våtstyrkeprosesser som gir fuktbestandighet, binder de mindre fibrene i eller endrer produktet slik at det er mindre sannsynlig å falle fra hverandre når det er vått. Vanligvis involverer disse prosessene en av en rekke polymerer som vil binde seg til cellulosefibrene i det ferdige produktet. Våtstyrkeprosesser, for eksempel, kombinerer typisk cellulosefibrene med polyamido-amin-epiklorhydrinharpikser som reagerer med fibrene for å tverrbinde dem slik at de blir mindre vil sannsynligvis falle fra hverandre i vann.