Περιεχόμενο
Το χαρτί μπορεί να φαίνεται σαν ένα συνηθισμένο και απλό προϊόν, αλλά η κατασκευή του είναι στην πραγματικότητα πιο περίπλοκη από ό, τι οι περισσότεροι καταναλωτές αντιλαμβάνονται πιθανώς. Βασικός λόγος για αυτό είναι η χημεία της χαρτοποιίας.Μέσα από μια σειρά αντιδράσεων και φυσικών διεργασιών, οι χημικές ουσίες που χρησιμοποιούνται στη χαρτοβιομηχανία μετατρέπουν τα καφέ ξύλα σε ένα γυαλιστερό λευκό φύλλο που μπορείτε να κρατήσετε στο χέρι σας. Δύο από τις κύριες χημικές αντιδράσεις που προκαλούνται είναι η λεύκανση και η διαδικασία Kraft.
Διαδικασία Kraft
Το ξύλο είναι ένα πολύπλοκο μίγμα αποτελούμενο κυρίως από ένα πολυμερές που ονομάζεται κυτταρίνη. Οι ίνες κυτταρίνης στο ξύλο συνδέονται μαζί με ένα άλλο πολυμερές που ονομάζεται λιγνίνη. Οι κατασκευαστές χαρτιού πρέπει να αφαιρέσουν τη λιγνίνη από τον χαρτοπολτό. Για να επιτευχθεί αυτό, μία από τις κύριες χημικές αντιδράσεις που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία είναι η μέθοδος Kraft, στην οποία τα τσιπς συνδυάζονται με ένα μίγμα υδροξειδίου του νατρίου και θειούχου νατρίου σε νερό σε υψηλή θερμοκρασία και πίεση. Υπό αυτές τις εξαιρετικά βασικές συνθήκες, τα αρνητικά φορτισμένα ιόντα σουλφιδίου αντιδρούν με τις αλυσίδες πολυμερούς λιγνίνης για να τα διασπάσουν σε μικρότερες υπομονάδες έτσι ώστε οι ίνες κυτταρίνης να απελευθερωθούν για περαιτέρω χρήση.
Εναλλακτικές αντιδράσεις
Αν και η πολτοποίηση Kraft είναι μακράν και πιο μακριά η πιο δημοφιλής διαδικασία, ορισμένοι κατασκευαστές χρησιμοποιούν άλλες προσεγγίσεις για την αφαίρεση της λιγνίνης. Μια τέτοια εναλλακτική λύση είναι η πολτοποίηση θειώδους οξέος, όπου ένα μίγμα θειούχου οξέος και είτε διθειώδους νατρίου, μαγνησίου, ασβεστίου ή αμμωνίου σε νερό διαλύει την λιγνίνη για να απελευθερώσει τις ίνες κυτταρίνης. Όπως και με την πολτοποίηση Kraft, απαιτούνται υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις. Ακόμη άλλη εναλλακτική λύση είναι η ουδέτερη θειώδης ημιχημική πολτοποίηση, όπου τα τσιπ αναμειγνύονται με ένα μίγμα θειώδους νατρίου και ανθρακικού νατρίου σε νερό και μαγειρεύονται. Σε αντίθεση με τα άλλα, η διαδικασία αυτή αφαιρεί μόνο ένα τμήμα της λιγνίνης, οπότε μετά τη στίλβωση τα τσιπ πρέπει να τεμαχιστούν μηχανικά για να απομακρυνθεί κάποιο από τα υπόλοιπα πολυμερή.
Λευκαντική Χημεία
Ανεξάρτητα από το ποια διαδικασία επιλέγει ένας κατασκευαστής για πολτοποίηση, κάποια λιγνίνη παραμένει ανέπαφη και αυτή η εναπομένουσα λιγνίνη γενικά δίνει στον πολτό ένα καφέ χρώμα. Οι κατασκευαστές απομακρύνουν αυτή την υπολειμματική λιγνίνη και μετατρέπουν τον πολτό σε λευκό μέσω μιας άλλης χημικής διαδικασίας που ονομάζεται λεύκανση. Σε αυτή τη διαδικασία, ένας οξειδωτικός παράγοντας - ένα χημικό που οξειδώνει την λιγνίνη είτε προσθέτοντας άτομα οξυγόνου σε αυτό είτε αφαιρώντας ηλεκτρόνια - συνδυάζεται με τον πολτό ξύλου για να καταστρέψει την υπόλοιπη λιγνίνη. Η λεύκανση τείνει να είναι πιο επιλεκτική από την πολτοποίηση. αντίθετα με την πολτοποίηση, η οποία επίσης καταστρέφει ένα μικρό κλάσμα της κυτταρίνης, η λεύκανση εξαλείφει κυρίως την λιγνίνη.
Λευκαντικά Χημικά
Οι συνήθεις χημικές ουσίες λεύκανσης περιλαμβάνουν το χλώριο, το διοξείδιο του χλωρίου, το οξυγόνο, το υπεροξείδιο του υδρογόνου, το όζον και το υποχλωριώδες νάτριο, το δραστικό συστατικό στο οικιακό λευκαντικό. Αν και ο μηχανισμός κάθε αντίδρασης είναι διαφορετικός, όλα αυτά είναι οξειδωτικοί παράγοντες που θα οξειδώσουν τη λιγνίνη στον πολτό. Το χλώριο, το διοξείδιο του χλωρίου και το υπεροξείδιο του υδρογόνου είναι τα πλέον εκλεκτικά αυτών των παραγόντων, πράγμα που σημαίνει ότι έχουν λιγότερη τάση να αντιδρούν με την κυτταρίνη και άλλα επιθυμητά μέρη του μίγματος. Εκτός από την ικανότητά τους να απομακρύνουν την λιγνίνη, το χλώριο, το διοξείδιο του χλωρίου και το υποχλωριώδες νάτριο είναι επίσης ανώτεροι στην ικανότητά τους να απομακρύνουν τα σωματίδια βρωμιάς, κάτι που είναι ένας άλλος σημαντικός παράγοντας που πρέπει να λάβουν υπόψη οι κατασκευαστές.
Άλλες αντιδράσεις
Μόλις γίνει πολτοποίηση και λεύκανση, ο πολτός τροφοδοτείται σε μια σειρά μηχανών που θα το μεταβάλλουν μέσω φυσικών και όχι χημικών διεργασιών για να το φτιάξουν σε ένα φύλλο. Ανάλογα με τα είδη ιδιοτήτων που θέλουν το προϊόν τους, οι κατασκευαστές χρησιμοποιούν μια ποικιλία άλλων χημικών αντιδράσεων που ονομάζονται διαδικασίες μεγέθυνσης, συγκράτησης και υγρής αντοχής που προσδίδουν αντίσταση στην υγρασία, δεσμεύουν τις μικρότερες ίνες ή μεταβάλλουν το προϊόν, κατά τη βύθιση. Τυπικά αυτές οι μέθοδοι περιλαμβάνουν μία από μία ποικιλία πολυμερών που θα δεσμεύονται με τις ίνες κυτταρίνης στο τελικό προϊόν. Οι διαδικασίες υγρής αντοχής, για παράδειγμα, συνδυάζουν τυπικά τις ίνες κυτταρίνης με ρητίνες πολυαμιδο-αμίνης-επιχλωροϋδρίνης οι οποίες αντιδρούν με τις ίνες για να διασυνδεθούν έτσι ώστε να είναι λιγότερο πιθανό να καταρρέουν στο νερό.