Katere kemijske reakcije se uporabljajo pri proizvodnji papirja?

Papir se morda zdi običajen in preprost izdelek, vendar je njegova izdelava dejansko bolj zapletena, kot se verjetno zaveda večina potrošnikov. Ključni razlog za to je kemija izdelave papirja. Kemikalije, ki se uporabljajo v papirni industriji, z vrsto reakcij in fizikalnih postopkov spremenijo rjave sekance v sijajni beli list, ki ga lahko držite v roki. Dve ključni kemijski reakciji sta beljenje in Kraftov postopek.

Les je kompleksna mešanica, sestavljena predvsem iz polimera, imenovanega celuloza. Celulozna vlakna v lesu veže drug polimer, imenovan lignin. Proizvajalci papirja morajo odstraniti lignin iz lesne kaše. Da bi to dosegli, je ena glavnih kemijskih reakcij, ki se uporabljajo v industriji, postopek Kraft, pri katerem les čips se kombinira z mešanico natrijevega hidroksida in natrijevega sulfida v vodi pri visoki temperaturi in pritisk. V teh zelo osnovnih pogojih negativno nabiti sulfidni ioni reagirajo z ligninom polimerne verige, da jih razdelijo na manjše podenote, da se sprostijo celulozna vlakna nadaljnjo uporabo.

Čeprav je cepljenje Kraft daleč najbolj priljubljen postopek, nekateri proizvajalci uporabljajo druge pristope za odstranjevanje lignina. Ena izmed takih možnosti je kisla sulfitna kaša, kjer mešanica žveplove kisline in bodisi natrija, magnezijev, kalcijev ali amonijev bisulfit v vodi raztopi lignin, da sprosti celulozo vlakna. Kot pri celulozi Kraft so potrebne visoke temperature in tlaki. Še ena možnost je nevtralna sulfitna polkemična kaša, kjer čips zmešamo z mešanico natrijevega sulfita in natrijevega karbonata v vodi in kuhamo. Za razliko od ostalih ta postopek odstrani le del lignina, zato je treba po pulpi čips mehansko drobiti, da odstranimo nekaj preostalega polimera.

Ne glede na to, kateri postopek se proizvajalec odloči za celulozo, nekaj lignina še vedno ostane nedotaknjeno, ta preostali lignin pa na splošno daje celulozi rjavo barvo. Proizvajalci ta preostali lignin odstranijo in celulozo pobelijo z drugim kemijskim postopkom, imenovanim beljenje. V tem postopku se oksidant - kemikalija, ki oksidira lignin bodisi z dodajanjem atomov kisika bodisi z odstranitvijo elektronov - kombinira z lesno kašo, da uniči preostali lignin. Beljenje je običajno bolj selektivno kot celuloza; za razliko od celuloze, ki uniči tudi majhen del celuloze, beljenje v prvi vrsti izloča lignin.

Med običajne belilne kemikalije spadajo klor, klorov dioksid, kisik, vodikov peroksid, ozon in natrijev hipoklorit, aktivna sestavina gospodinjskega belila. Čeprav je mehanizem vsake reakcije drugačen, so vse to oksidanti, ki bodo oksidirali lignin v pulpi. Klor, klorov dioksid in vodikov peroksid so med njimi najbolj selektivni, kar pomeni, da imajo manj nagnjenosti k reakciji s celulozo in drugimi zaželenimi deli mešanice. Poleg njihove sposobnosti odstranjevanja lignina so tudi klor, klorov dioksid in natrijev hipoklorit v svoji sposobnosti odstranjevanja delcev umazanije, kar je za proizvajalce še en pomemben dejavnik razmislite.

Po pulpi in beljenju se celuloza dovaja v vrsto strojev, ki jo bodo s fizičnimi in ne s kemičnimi postopki spremenili v pločevino. Glede na to, kakšne lastnosti želijo, da imajo njihovi izdelki, proizvajalci uporabljajo raznoliko paleto drugih kemičnih reakcij, imenovanih velikost, postopki zadrževanja in mokre trdnosti, ki dajejo odpornost na vlago, vežejo manjša vlakna v izdelek ali ga spremenijo, tako da je manj verjetno, da bo razpadel ko je mokra. Ti postopki običajno vključujejo enega izmed različnih polimerov, ki se vežejo na celulozna vlakna v končnem izdelku. Postopki mokre trdnosti, na primer, običajno kombinirajo celulozna vlakna z poliamido-amin-epiklorohidrinske smole, ki reagirajo z vlakni, da jih zamrežijo, zato jih je manj verjetno razpade v vodi.