Sisältö
Paperi voi tuntua tavalliselta ja yksinkertaiselta tuotteelta, mutta sen valmistus on todella monimutkaisempaa kuin useimmat kuluttajat todennäköisesti tajuavat. Keskeinen syy tähän on paperinvalmistuksen kemia.Reaktorien ja fysikaalisten prosessien sarjan avulla paperiteollisuudessa käytetyt kemikaalit muuttavat ruskeista hakkeista kiiltävän valkoisen arkin, jota voit pitää kädessäsi. Kaksi tärkeimmistä kemiallisista reaktioista ovat valkaisu ja Kraft-prosessi.
Kraft-prosessi
Puu on monimutkainen seos, joka koostuu pääasiassa selluloosan nimestä polymeeristä. Puun selluloosakuidut on sidottu toiseen polymeeriin, nimeltään ligniini. Paperinvalmistajien on poistettava ligniini puumassasta. Tämän saavuttamiseksi yksi tärkeimmistä teollisuudessa käytetyistä kemiallisista reaktioista on Kraft-prosessi, jossa hakkeen yhdistetään natriumhydroksidin ja natriumsulfidin seos vedessä korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Näissä erittäin emäksisissä olosuhteissa negatiivisesti varautuneet sulfidi-ionit reagoivat ligniinipolymeeriketjujen kanssa hajottamaan ne pienemmiksi alayksiköiksi, joten selluloosakuidut vapautuvat myöhempää käyttöä varten.
Vaihtoehtoiset reaktiot
Vaikka Kraft-massanpoisto on ylivoimaisesti suosituin menetelmä, jotkut valmistajat käyttävät ligniinin poistamiseen muita menetelmiä. Yksi tällainen vaihtoehto on happo-sulfiittimassa, jossa rikkihapon ja joko natriumin, magnesiumin, kalsiumin tai ammoniumbisulfiitin seos vedessä liuottaa ligniinin vapauttamaan selluloosakuidut. Kuten Kraft-massassa, vaaditaan korkeita lämpötiloja ja paineita. Vielä eräs vaihtoehto on puolueettinen sulfiittisulfaatti, jossa lastut sekoitetaan vedessä olevan natriumsulfiitin ja natriumkarbonaatin seoksen kanssa ja keitetään. Toisin kuin muut, tämä prosessi poistaa vain osan ligniinistä, joten massan valmistuksen jälkeen hake on silputtava mekaanisesti osan jäljellä olevan polymeerin poistamiseksi.
Valkaisukemia
Riippumatta siitä, minkä prosessin valmistaja valitsee massan valmistamiseksi, osa ligniinistä jää edelleen ehjäksi, ja tämä jäljellä oleva ligniini antaa massalle yleensä ruskean värin. Valmistajat poistavat tämän jäljellä olevan ligniinin ja muuttavat massan valkoiseksi toisella kemiallisella prosessilla, jota kutsutaan valkaisuun. Tässä prosessissa hapettava aine - kemikaali, joka hapettaa ligniiniä lisäämällä siihen joko happiatomeja tai poistamalla elektronit - yhdistetään puumassaan jäljellä olevan ligniinin tuhoamiseksi. Valkaisu on yleensä selektiivisempi kuin massanpoisto; Toisin kuin selluloosa, joka tuhoaa myös pienen osan selluloosasta, valkaisu eliminoi ensisijaisesti ligniiniä.
Valkaisukemikaalit
Tavallisia valkaisukemikaaleja ovat kloori, klooridioksidi, happi, vetyperoksidi, otsoni ja natriumhypokloriitti, kotitalouksien valkaisuaineen aktiivinen aine. Vaikka kunkin reaktion mekanismi on erilainen, kaikki nämä ovat hapettavia aineita, jotka hapettavat massassa olevan ligniinin. Kloori, klooridioksidi ja vetyperoksidi ovat selektiivisimpiä näistä aineista, mikä tarkoittaa, että niillä on vähemmän taipumus reagoida selluloosan ja muiden seoksen toivottavien osien kanssa. Sen lisäksi, että ne kykenevät poistamaan ligniinin, kloori, klooridioksidi ja natriumhypokloriitti ovat myös parempia kyvyssään poistaa likahiukkasia, mikä on toinen tärkeä tekijä valmistajien huomioon otettaessa.
Muut reaktiot
Kun massa on massattu ja valkaistu, massa syötetään sarjaan koneita, jotka muuttavat sitä fysikaalisten eikä kemiallisten prosessien avulla tekemään siitä arkki. Sen mukaan, millaisia ominaisuuksia he haluavat tuotteensa valmistavan, valmistajat käyttävät monenlaista joukkoa muita kemiallisia reaktioita, nimeltään mitoitus-, retentio- ja märkälujuusprosesseja, jotka antavat kosteudenkestävyyttä, sitovat pienemmät kuidut tuotteeseen tai muuttavat tuotetta, joten se on vähemmän todennäköistä pudota märkänä. Tyypillisesti nämä prosessit koskevat yhtä monista polymeereistä, jotka sitoutuvat lopputuotteen selluloosakuituihin. Esimerkiksi märkälujuusprosessit yhdistävät tyypillisesti selluloosakuidut polyamidoamiini-epikloorihydriinihartseihin, jotka reagoivat kuitujen kanssa silloittaakseen ne siten, että ne todennäköisesti hajota vedessä.