Care sunt unele reacții chimice utilizate la fabricarea hârtiei?

Hârtia poate părea un produs banal și simplu, dar fabricarea sa este de fapt mai complicată decât probabil își dau seama majoritatea consumatorilor. Un motiv cheie pentru aceasta este chimia fabricării hârtiei. Printr-o serie de reacții și procese fizice, substanțele chimice utilizate în industria hârtiei transformă așchii de lemn maro într-o foaie albă lucioasă pe care o puteți ține în mână. Două dintre reacțiile chimice cheie implicate sunt decolorarea și procesul Kraft.

Lemnul este un amestec complex compus în principal dintr-un polimer numit celuloză. Fibrele de celuloză din lemn sunt legate între ele de un alt polimer numit lignină. Producătorii de hârtie trebuie să îndepărteze lignina din pasta de lemn. Pentru a realiza acest lucru, una dintre principalele reacții chimice utilizate în industrie este procesul Kraft, în care lemnul chipsurile sunt combinate cu un amestec de hidroxid de sodiu și sulfură de sodiu în apă la temperatură ridicată și presiune. În aceste condiții extrem de bazice, ionii sulfuri încărcați negativ reacționează cu lignina lanțuri polimerice pentru a le descompune în subunități mai mici, astfel încât fibrele de celuloză să fie eliberate pentru utilizarea în continuare.

Deși pulpa Kraft este de departe cel mai popular proces, unii producători folosesc alte abordări pentru îndepărtarea ligninei. O astfel de alternativă este celuloză sulfită acidă, în care un amestec de acid sulfuric și sodiu, magneziu, calciu sau bisulfit de amoniu în apă dizolvă lignina pentru a elibera celuloza fibre. Ca și în cazul prelucrării Kraft, sunt necesare temperaturi și presiuni ridicate. O altă alternativă este pulparea semichimică a sulfitului neutru, în care chipsurile sunt amestecate cu un amestec de sulfit de sodiu și carbonat de sodiu în apă și fierte. Spre deosebire de celelalte, acest proces îndepărtează doar o porțiune de lignină, așa că, după pulpare, așchiile trebuie să fie mărunțite mecanic pentru a îndepărta o parte din polimerul rămas.

Indiferent de procesul pe care un producător îl alege pentru prelucrare, o parte din lignină rămâne intactă, iar această lignină rămasă conferă în general pulpei o culoare maro. Producătorii elimină această lignină reziduală și transformă pulpa în alb printr-un alt proces chimic numit albire. În acest proces, un agent oxidant - o substanță chimică care oxidează lignina fie prin adăugarea de atomi de oxigen sau prin îndepărtarea electronilor - este combinată cu pasta de lemn pentru a distruge lignina rămasă. Înălbirea tinde să fie mai selectivă decât celularea; spre deosebire de celuloză, care distruge și o mică parte din celuloză, decolorarea elimină în primul rând lignina.

Produsele chimice obișnuite pentru albire includ clor, dioxid de clor, oxigen, peroxid de hidrogen, ozon și hipoclorit de sodiu, ingredientul activ din înălbitorul de uz casnic. Chiar dacă mecanismul fiecărei reacții este diferit, toți aceștia sunt agenți de oxidare care vor oxida lignina din pulpă. Clorul, dioxidul de clor și peroxidul de hidrogen sunt cei mai selectivi dintre acești agenți, ceea ce înseamnă că au o tendință mai mică de a reacționa cu celuloza și alte părți dorite ale amestecului. În afară de capacitatea lor de a îndepărta lignina, clorul, dioxidul de clor și hipocloritul de sodiu sunt, de asemenea superioare în ceea ce privește capacitatea lor de a îndepărta particulele de murdărie, ceea ce este un alt factor important pentru producători considera.

Odată ce a fost pulpată și albită, pulpa este alimentată într-o serie de mașini care o vor modifica prin procese fizice, mai degrabă decât chimice, pentru a o transforma într-o foaie. În funcție de ce tip de proprietăți doresc să aibă produsul lor, producătorii folosesc o gamă diversă de alte reacții chimice numite dimensionare, procesele de retenție și rezistență la umezeală care conferă rezistență la umiditate, leagă fibrele mai mici sau modifică produsul, astfel încât este mai puțin probabil să se destrame când este ud. De obicei, aceste procese implică unul dintr-o varietate de polimeri care se vor lega de fibrele de celuloză din produsul finit. De exemplu, procesele de rezistență la umezeală combină fibrele de celuloză cu rășini poliamido-amină-epiclorhidrină care reacționează cu fibrele pentru a le reticula astfel încât să fie mai puține probabil să se destrame în apă.