Aké sú niektoré chemické reakcie používané pri výrobe papiera?

Papier sa môže javiť ako bežný a jednoduchý produkt, ale jeho výroba je v skutočnosti komplikovanejšia, ako si väčšina spotrebiteľov pravdepodobne uvedomuje. Kľúčovým dôvodom je chémia výroby papiera. Vďaka sérii reakcií a fyzikálnych procesov chemikálie používané v papierenskom priemysle premenia hnedé drevné štiepky na lesklý biely list, ktorý môžete držať v ruke. Dve z kľúčových zahrnutých chemických reakcií sú bielenie a Kraftov proces.

Drevo je komplexná zmes zložená predovšetkým z polyméru nazývaného celulóza. Celulózové vlákna v dreve sú navzájom spojené ďalším polymérom nazývaným lignín. Výrobcovia papiera musia z drevnej buničiny odstrániť lignín. Aby sa to dosiahlo, jednou z hlavných chemických reakcií používaných v priemysle je Kraftov proces, pri ktorom sa používa drevo triesky sa kombinujú so zmesou hydroxidu sodného a sulfidu sodného vo vode pri vysokej teplote a tlak. Za týchto veľmi zásaditých podmienok reagujú negatívne nabité sulfidové ióny s lignínom polymérne reťazce, ktoré ich rozložia na menšie podjednotky, takže sa celulózové vlákna uvoľnia ďalšie použitie.

Aj keď je buničina Kraft zďaleka najpopulárnejším procesom, niektorí výrobcovia používajú na odstránenie lignínu iné prístupy. Jednou z takýchto alternatív je výroba buničín kyslého siričitanu, kde je použitá zmes kyseliny sírovej a sodíka. horčík, vápnik alebo hydrogensiričitan amónny vo vode rozpúšťa lignín a uvoľňuje tak celulózu vlákna. Rovnako ako pri výrobe buničiny Kraft sú potrebné vysoké teploty a tlaky. Ešte ďalšou alternatívou je semichemické rozvlákňovanie neutrálneho siričitanu, kde sa štiepky zmiešajú so zmesou siričitanu sodného a uhličitanu sodného vo vode a varia sa. Na rozdiel od ostatných tento proces odstraňuje iba časť lignínu, takže po rozvláknení musia byť triesky mechanicky rozdrvené, aby sa odstránila časť zostávajúceho polyméru.

Bez ohľadu na to, aký proces si výrobca zvolí na rozvlákňovanie, časť lignínu zostáva stále nedotknutá a tento zvyšný lignín spravidla dodáva buničine hnedú farbu. Výrobcovia odstraňujú tento zvyškový lignín a buničinu bielia pomocou iného chemického procesu, ktorý sa nazýva bielenie. V tomto procese sa oxidačné činidlo - chemická látka, ktorá oxiduje lignín buď pridaním atómov kyslíka k nemu alebo odstránením elektrónov - kombinuje s drevnou buničinou, aby zničila zostávajúci lignín. Bielenie býva selektívnejšie ako rozvlákňovanie; na rozdiel od buničiny, ktorá ničí aj malú časť celulózy, bielenie primárne eliminuje lignín.

Medzi bežné bieliace chemikálie patrí chlór, oxid chloričitý, kyslík, peroxid vodíka, ozón a chlórnan sodný, aktívna zložka bielidla pre domácnosť. Aj keď je mechanizmus každej reakcie iný, všetky sú to oxidačné činidlá, ktoré oxidujú lignín v buničine. Chlór, chlórdioxid a peroxid vodíka sú najselektívnejšie z týchto činidiel, čo znamená, že majú menšiu tendenciu reagovať s celulózou a inými požadovanými časťami zmesi. Okrem schopnosti odstraňovať lignín sú tiež chlór, oxid chloričitý a chlórnan sodný ich schopnosť odstraňovať častice nečistôt, čo je pre výrobcov ďalší dôležitý faktor zvážiť.

Akonáhle je buničina rozvláknená a vybielená, je privádzaná do radu strojov, ktoré ju menia skôr fyzikálnymi ako chemickými procesmi na list. V závislosti od toho, aký druh vlastností chcú, aby ich výrobok mal, používajú výrobcovia rôzne spektrum ďalších chemických reakcií, ktoré sa nazývajú dimenzovanie, procesy zadržiavania a pevnosti za mokra, ktoré dodávajú odolnosť proti vlhkosti, viažu menšie vlákna alebo pozmeňujú produkt, takže je menej pravdepodobné, že sa rozpadnú keď je mokro. Typicky tieto procesy zahŕňajú jeden z rôznych polymérov, ktoré sa budú viazať na celulózové vlákna v hotovom produkte. Napríklad procesy spojené s pevnosťou za mokra typicky kombinujú celulózové vlákna s polyamido-amín-epichlórhydrínové živice, ktoré reagujú s vláknami tak, že ich zosieťujú, takže ich je menej pravdepodobne sa rozpadne vo vode.