Какие химические реакции используются при производстве бумаги?

Бумага может показаться обычным и простым продуктом, но на самом деле ее производство сложнее, чем, вероятно, думает большинство потребителей. Основная причина этого - химия производства бумаги. В результате ряда реакций и физических процессов химические вещества, используемые в бумажной промышленности, превращают коричневую древесную стружку в глянцевый белый лист, который вы можете держать в руке. Две ключевые химические реакции - это отбеливание и крафт-процесс.

Древесина представляет собой сложную смесь, состоящую в основном из полимера, называемого целлюлозой. Волокна целлюлозы в древесине связаны друг с другом другим полимером, называемым лигнином. Производители бумаги должны удалять лигнин из древесной массы. Для этого одной из основных химических реакций, используемых в промышленности, является крафт-процесс, при котором древесина чипсы объединяются со смесью гидроксида натрия и сульфида натрия в воде при высокой температуре и давление. В этих высокоосновных условиях отрицательно заряженные сульфид-ионы реагируют с лигнином. полимерные цепи, чтобы разбить их на более мелкие субъединицы, чтобы волокна целлюлозы были освобождены для дальнейшее использование.

Хотя крафт-целлюлоза, безусловно, является самым популярным процессом, некоторые производители используют другие подходы для удаления лигнина. Одной из таких альтернатив является варка кислой сульфитной целлюлозы, при которой смесь сернистой кислоты и натрия, бисульфит магния, кальция или аммония в воде растворяет лигнин, освобождая целлюлозу волокна. Как и при варке крафт-целлюлозы, требуются высокие температуры и давления. Еще одна альтернатива - это нейтральная сульфитная полухимическая варка целлюлозы, при которой щепа смешивается со смесью сульфита натрия и карбоната натрия в воде и подвергается тепловой обработке. В отличие от других, этот процесс удаляет только часть лигнина, поэтому после варки стружки необходимо измельчить механически, чтобы удалить часть оставшегося полимера.

Независимо от того, какой процесс варки целлюлозы выбирает производитель, часть лигнина остается нетронутой, и этот оставшийся лигнин обычно придает пульпе коричневый цвет. Производители удаляют этот остаточный лигнин и превращают целлюлозу в белый цвет с помощью другого химического процесса, называемого отбеливанием. В этом процессе окислитель - химическое вещество, которое окисляет лигнин, либо добавляя к нему атомы кислорода, либо удаляя электроны, - объединяется с древесной массой для разрушения оставшегося лигнина. Отбеливание обычно бывает более избирательным, чем варка целлюлозы; В отличие от варки целлюлозы, при которой также разрушается небольшая часть целлюлозы, при отбеливании прежде всего удаляется лигнин.

Обычные отбеливающие химические вещества включают хлор, диоксид хлора, кислород, перекись водорода, озон и гипохлорит натрия, активные ингредиенты бытового отбеливателя. Несмотря на то, что механизм каждой реакции различен, все они являются окислителями, которые окисляют лигнин в пульпе. Хлор, диоксид хлора и перекись водорода являются наиболее селективными из этих агентов, что означает, что они менее склонны реагировать с целлюлозой и другими желательными частями смеси. Помимо их способности удалять лигнин, хлор, диоксид хлора и гипохлорит натрия также превосходные по своей способности удалять частицы грязи, что является еще одним важным фактором для производителей рассмотреть возможность.

После измельчения и отбеливания целлюлоза подается в серию машин, которые изменяют ее с помощью физических, а не химических процессов, чтобы превратить ее в лист. В зависимости от того, какими свойствами должен обладать их продукт, производители используют множество других химических реакций, называемых калибровкой. процессы удержания и прочности во влажном состоянии, которые придают влагостойкость, связывают более мелкие волокна или изменяют продукт, чтобы он с меньшей вероятностью развалился когда мокрый. Обычно в этих процессах участвует один из множества полимеров, которые будут связываться с целлюлозными волокнами в готовом продукте. Например, в процессах прочности во влажном состоянии волокна целлюлозы обычно комбинируются с полиамидоамино-эпихлоргидриновые смолы, которые реагируют с волокнами, сшивая их, поэтому они меньше может развалиться в воде.