Vilka kemiska reaktioner används vid tillverkning av papper?

Papper kan verka som en vanlig och enkel produkt, men tillverkningen är faktiskt mer komplicerad än vad de flesta konsumenter antagligen inser. En viktig anledning till detta är papperstillverkningens kemi. Genom en serie reaktioner och fysiska processer gör kemikalierna som används i pappersindustrin bruna träflis till ett glansigt vitt ark som du kan hålla i handen. Två av de viktigaste kemiska reaktionerna som ingår är blekning och Kraft-processen.

Trä är en komplex blandning som huvudsakligen består av en polymer som kallas cellulosa. Cellulosafibrerna i trä binds samman av en annan polymer som kallas lignin. Papperstillverkare måste ta bort ligninet från vedmassan. För att åstadkomma detta är en av de viktigaste kemiska reaktionerna som används i industrin Kraft-processen, där trä flis kombineras med en blandning av natriumhydroxid och natriumsulfid i vatten vid hög temperatur och tryck. Under dessa mycket basiska förhållanden reagerar de negativt laddade sulfidjonerna med ligninet polymerkedjor för att bryta ner dem i mindre underenheter så att cellulosafibrerna frigörs för vidare användning.

Även om kraftmassa är överlägset den mest populära processen använder vissa tillverkare andra metoder för att avlägsna lignin. Ett sådant alternativ är syrasulfitmassa, där en blandning av svavelsyra och antingen natrium, magnesium, kalcium eller ammoniumbisulfit i vatten löser upp ligninet för att frigöra cellulosan fibrer. Som med kraftmassa krävs höga temperaturer och tryck. Ännu ett alternativ är neutral sulfit halvkemisk massa, där flisen blandas med en blandning av natriumsulfit och natriumkarbonat i vatten och kokas. Till skillnad från de andra avlägsnar denna process endast en del av ligninet, så efter massan måste flisen strimlas mekaniskt för att ta bort en del av den återstående polymeren.

Oavsett vilken process en tillverkare väljer för massa, är en del av ligninet fortfarande intakt, och detta kvarvarande lignin ger i allmänhet massan en brun färg. Tillverkarna tar bort detta kvarvarande lignin och gör massan vit genom en annan kemisk process som kallas blekning. I denna process kombineras ett oxidationsmedel - en kemikalie som oxiderar lignin genom att antingen tillsätta syreatomer till det eller avlägsna elektroner - med vedmassan för att förstöra resterande lignin. Blekning tenderar att vara mer selektiv än massa. till skillnad från massa, som också förstör en liten del av cellulosan, eliminerar blekning i första hand lignin.

Vanliga blekningskemikalier inkluderar klor, klordioxid, syre, väteperoxid, ozon och natriumhypoklorit, den aktiva ingrediensen i hushållsblekmedel. Även om mekanismen för varje reaktion är annorlunda är alla dessa oxidationsmedel som kommer att oxidera ligninet i massan. Klor, klordioxid och väteperoxid är de mest selektiva av dessa medel, vilket innebär att de har mindre tendens att reagera med cellulosa och andra önskvärda delar av blandningen. Bortsett från deras förmåga att avlägsna lignin, är klor, klordioxid och natriumhypoklorit också överlägsen i sin förmåga att ta bort smutspartiklar, vilket är en annan viktig faktor för tillverkare överväga.

När den väl har massats och blekts, matas massan in i en serie maskiner som förändrar den genom fysiska snarare än kemiska processer för att göra den till ett ark. Beroende på vilken typ av egenskaper de vill att deras produkt ska ha använder tillverkarna en mängd andra kemiska reaktioner som kallas storlek, processer för retention och våtstyrka som ger fuktmotstånd, binder de mindre fibrerna i eller förändrar produkten så att det är mindre benägna att falla sönder när det är vått. Typiskt involverar dessa processer en av en mängd olika polymerer som kommer att binda till cellulosafibrerna i den färdiga produkten. Våtstyrkeprocesser, till exempel, kombinerar typiskt cellulosafibrerna med polyamido-amin-epiklorhydrinhartser som reagerar med fibrerna för att tvärbinda dem så att de blir mindre sannolikt att falla sönder i vatten.