Які хімічні реакції використовуються у виробництві паперу?

Папір може здатися звичним і простим продуктом, але його виготовлення насправді складніше, ніж, напевно, усвідомлює більшість споживачів. Ключова причина цього - хімія виробництва паперу. Завдяки ряду реакцій та фізичних процесів хімічні речовини, що використовуються у паперовій промисловості, перетворюють коричневу тріску у глянсовий білий аркуш, який можна тримати в руці. Дві ключові хімічні реакції, що беруть участь, - це відбілювання та процес Крафта.

Деревина - це складна суміш, що складається переважно з полімеру, який називається целюлоза. Целюлозні волокна в деревині пов’язані між собою іншим полімером, який називається лігніном. Виробники паперу повинні видалити лігнін з деревної маси. Для цього однією з основних хімічних реакцій, що використовуються в промисловості, є процес Крафта, при якому відбувається деревина чіпси поєднують із сумішшю гідроксиду натрію та сульфіду натрію у воді при високій температурі і тиску. У цих дуже основних умовах негативно заряджені сульфід-іони реагують з лігніном полімерні ланцюги, щоб розщепити їх на менші субодиниці, щоб целюлозні волокна звільнилися подальше використання.

Незважаючи на те, що целюлозна маса - це найпопулярніший процес, деякі виробники використовують інші підходи для видалення лігніну. Однією з таких альтернатив є кислотна сульфітна целюлоза, де суміш сірчаної кислоти та будь-якого натрію, магній, кальцій або бісульфіт амонію у воді розчиняють лігнін, щоб звільнити целюлозу волокна. Як і у випадку з крафт-целюлозою, необхідні високі температури та тиск. Ще однією альтернативою є нейтральна сульфітна напівхімічна целюлоза, де стружки змішують із сумішшю сульфіту натрію та карбонату натрію у воді та готують. На відміну від інших, цей процес видаляє лише частину лігніну, тому після целюлозної стружки стружки повинні бути подрібнені механічно, щоб видалити частину полімеру, що залишився.

Незалежно від того, який процес виробник обрав для целюлози, частина лігніну все ще залишається недоторканою, а цей лігнін, що залишився, зазвичай надає м’якоті коричневого кольору. Виробники видаляють цей залишковий лігнін і перетворюють м’якоть у білий колір за допомогою іншого хімічного процесу, який називається відбілюванням. У цьому процесі окислювач - хімічна речовина, яка окислює лігнін, додаючи до нього атоми кисню або видаляючи електрони, поєднується з деревною маси, щоб знищити залишок лігніну. Відбілювання, як правило, є більш виборчим, ніж целюлозна маса; на відміну від целюлози, яка також знищує незначну частину целюлози, відбілювання насамперед усуває лігнін.

Поширені відбілюючі хімікати включають хлор, діоксид хлору, кисень, перекис водню, озон та гіпохлорит натрію, активний інгредієнт побутового відбілювача. Незважаючи на те, що механізм кожної реакції різний, все це окислювачі, які окислять лігнін в пульпі. Хлор, діоксид хлору та перекис водню є найбільш селективними з цих агентів, тобто вони мають меншу схильність до реакції з целюлозою та іншими бажаними частинами суміші. Окрім їх здатності виводити лігнін, є також хлор, діоксид хлору та гіпохлорит натрію перевершують свою здатність видаляти частинки бруду, що є ще одним важливим фактором для виробників розглянути.

Після того, як целюлоза буде відбілена і відбілена, целюлоза подається в ряд машин, які змінюють її за допомогою фізичних, а не хімічних процесів, щоб перетворити на лист. Залежно від того, якими властивостями вони бажають мати свій продукт, виробники застосовують різноманітний спектр інших хімічних реакцій, які називаються проклеюванням, процеси утримання та міцності при вологому стані, що надають вологостійкість, пов'язують дрібні волокна у продукті або змінюють його, тому менше шансів розвалитися при намоканні. Зазвичай ці процеси включають один із різноманітних полімерів, який зв'язується з целюлозними волокнами готового продукту. Наприклад, процеси вологостійкості, як правило, поєднують целюлозні волокна з поліамідо-амін-епіхлоргідринові смоли, які вступають у реакцію з волокнами, зшиваючи їх, тому їх менше ймовірно розвалиться у воді.