Innehåll
Papper kan verka som en vanlig och enkel produkt, men tillverkningen är faktiskt mer komplicerad än de flesta konsumenter förmodligen inser. Ett viktigt skäl till detta är papperstillverkningens kemi.Genom en serie reaktioner och fysiska processer gör kemikalierna som används i pappersindustrin bruna flisar till ett glansigt vitt ark som du kan hålla i handen. Två av de viktigaste kemiska reaktionerna är blekning och Kraft-processen.
Kraftprocess
Trä är en komplex blandning som huvudsakligen består av en polymer som kallas cellulosa. Cellulosafibrerna i trä binds samman av en annan polymer som heter lignin. Papperstillverkare måste ta bort ligninet från trämassan. För att åstadkomma detta är en av de viktigaste kemiska reaktionerna som används i industrin Kraft-processen, där träflis 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 ligninpolymer-kedjorna för att bryta dem ned i mindre underenheter så att cellulosafibrerna frigörs för ytterligare användning.
Alternativa reaktioner
Även om massor med kraft från Kraft är överlägset den mest populära processen, använder vissa tillverkare andra metoder för att ta bort lignin. Ett sådant alternativ är massa av syrasulfit, där en blandning av svavelsyra och antingen natrium, magnesium, kalcium eller ammoniumbisulfit i vatten löser ligninet för att frigöra cellulosafibrerna. Liksom med Kraft-massa krävs höga temperaturer och tryck. Ännu ett alternativ är semikemisk neutral sulfitmassa, 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 massning måste flisorna strimlas mekaniskt för att avlägsna en del av den återstående polymeren.
Blekningskemi
Oavsett vilken process en tillverkare väljer för massning, kvarstår fortfarande en del av ligninet 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 ta bort elektroner - med trämassan för att förstöra kvarvarande lignin. Blekning tenderar att vara mer selektiv än massa; till skillnad från massa, vilket också förstör en liten del av cellulosan, eliminerar blekning primärt lignin.
Blekningskemikalier
Vanliga blekningskemikalier inkluderar klor, klordioxid, syre, väteperoxid, ozon och natriumhypoklorit, den aktiva ingrediensen i blekning av hushållen. Även om mekanismen för varje reaktion är annorlunda är alla dessa oxidationsmedel som oxiderar ligninet i massan. Klor, klordioxid och väteperoxid är de mest selektiva av dessa medel, vilket betyder 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 överlägsna i sin förmåga att ta bort smutspartiklar, vilket är en annan viktig faktor för tillverkare att ta hänsyn till.
Andra reaktioner
När massan har blivit massad och blekt matas massan in i en serie maskiner som kommer att förändra den genom fysiska processer 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 ett brett utbud av andra kemiska reaktioner som kallas dimensionering, retention och våtstyrkeprocesser som ger fuktbeständighet, binder de mindre fibrerna i eller förändrar produkten så det är mindre troligt att faller isär när det är vått. Dessa processer involverar vanligtvis en av en mängd olika polymerer som binder till cellulosafibrerna i den färdiga produkten. Våtstyrkeprocesser kombinerar till exempel typiskt cellulosafibrerna med polyamido-amin-epiklorhydrinhartser som reagerar med fibrerna för att tvärbinda dem så att de är mindre benägna att falla isär i vatten.