Бумага может показаться обычным и простым продуктом, но ее производство на самом деле сложнее, чем, вероятно, понимают большинство потребителей. Основной причиной этого является химия производства бумаги. Благодаря ряду реакций и физических процессов химические вещества, используемые в бумажной промышленности, превращают коричневую древесную стружку в глянцевый белый лист, который можно держать в руке. Двумя ключевыми химическими реакциями являются обесцвечивание и крафт-процесс.

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 удалить лигнин из древесной массы. Для этого одной из основных химических реакций, используемых в промышленности, является крафт-процесс, в котором щепу объединяют со смесью гидроксида натрия и сульфида натрия в воде при высокой температуре и давлении. В этих высокоосновных условиях отрицательно заряженные сульфид-ионы реагируют с полимерными цепями лигнина, разбивая их на более мелкие субъединицы, чтобы целлюлозные волокна высвобождались для дальнейшего использования.

Альтернативные реакции

Хотя варка целлюлозы является, безусловно, самым популярным процессом, некоторые производители используют другие подходы для удаления лигнина. Одной из таких альтернатив является варка сульфитной кислоты, где смесь серной кислоты и бисульфита натрия, магния, кальция или аммония в воде растворяет лигнин для освобождения целлюлозных волокон. Как и в случае с крафт-целлюлозой, требуются высокие температуры и давления. Еще одна альтернатива - полухимическая варка нейтрального сульфита, где крошку смешивают со смесью сульфита натрия и карбоната натрия в воде и варят. В отличие от других, этот процесс удаляет только часть лигнина, поэтому после варки чипсы должны быть механически измельчены, чтобы удалить часть оставшегося полимера.

Отбеливающая химия

Независимо от того, какой процесс производитель выберет для варки, некоторое количество лигнина остается неповрежденным, и этот оставшийся лигнин обычно дает мякоть коричневого цвета. Производители удаляют этот остаточный лигнин и превращают мякоть в белый цвет с помощью другого химического процесса, называемого отбеливанием. В этом процессе окислитель - химическое вещество, которое окисляет лигнин путем добавления к нему атомов кислорода или удаления электронов, - объединяется с древесной массой для уничтожения оставшегося лигнина. Отбеливание имеет тенденцию быть более избирательным, чем варка целлюлозы; в отличие от варки целлюлозы, которая также разрушает небольшую фракцию целлюлозы, отбеливание главным образом устраняет лигнин.

Отбеливающие химикаты

Обычные отбеливающие химические вещества включают хлор, диоксид хлора, кислород, перекись водорода, озон и гипохлорит натрия, активный ингредиент в бытовом отбеливателе. Хотя механизм каждой реакции различен, все они являются окислителями, которые будут окислять лигнин в целлюлозе. Хлор, диоксид хлора и перекись водорода являются наиболее селективными из этих агентов, что означает, что они имеют меньшую склонность реагировать с целлюлозой и другими желательными частями смеси. Помимо способности удалять лигнин, хлор, диоксид хлора и гипохлорит натрия также превосходят в своей способности удалять частицы грязи, что является еще одним важным фактором для производителей.

Другие реакции

После обжига и обесцвечивания целлюлоза подается в ряд машин, которые изменяют ее посредством физических, а не химических процессов, превращая ее в лист. В зависимости от того, какого типа свойства они хотят, чтобы их продукт имел, производители применяют разнообразные химические реакции, которые называются процессами проклеивания, удержания и прочности во влажном состоянии, которые придают влагостойкость, связывают меньшие волокна или изменяют продукт, так что он с меньшей вероятностью развалиться, когда мокрый. Обычно эти процессы включают один из множества полимеров, которые будут связываться с целлюлозными волокнами в готовом продукте. Например, в процессах с повышенной влажностью обычно целлюлозные волокна комбинируют с полиамидоамин-эпихлоргидриновыми смолами, которые реагируют с волокнами для их сшивания, поэтому они с меньшей вероятностью распадаются в воде.