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Papier mag wie ein gewöhnliches und einfaches Produkt erscheinen, aber seine Herstellung ist tatsächlich komplizierter, als die meisten Verbraucher wahrscheinlich glauben. Ein wesentlicher Grund hierfür ist die Chemie der Papierherstellung.Durch eine Reihe von Reaktionen und physikalischen Prozessen verwandeln die in der Papierindustrie verwendeten Chemikalien braune Holzspäne in ein glänzend weißes Blatt, das Sie in der Hand halten können. Zwei der wichtigsten chemischen Reaktionen sind das Bleichen und der Kraftprozess.
Kraft-Prozess
Holz ist eine komplexe Mischung, die hauptsächlich aus einem Polymer namens Cellulose besteht. Die Zellulosefasern in Holz sind durch ein anderes Polymer namens Lignin miteinander verbunden. Papiermacher müssen das Lignin aus dem Zellstoff entfernen. Zu diesem Zweck ist eine der wichtigsten chemischen Reaktionen in der Industrie das Kraft-Verfahren, bei dem Holzhackschnitzel mit einer Mischung aus Natriumhydroxid und Natriumsulfid in Wasser bei hoher Temperatur und hohem Druck kombiniert werden. Unter diesen stark basischen Bedingungen reagieren die negativ geladenen Sulfidionen mit den Ligninpolymerketten, um sie in kleinere Untereinheiten aufzuspalten, so dass die Cellulosefasern für die weitere Verwendung freigesetzt werden.
Alternative Reaktionen
Obwohl der Kraftzellstoff bei weitem das beliebteste Verfahren ist, verwenden einige Hersteller andere Ansätze zur Entfernung von Lignin. Eine solche Alternative ist das Aufschlussverfahren mit saurem Sulfit, bei dem eine Mischung aus schwefliger Säure und entweder Natrium-, Magnesium-, Calcium- oder Ammoniumbisulfit in Wasser das Lignin auflöst, um die Cellulosefasern freizusetzen. Wie beim Kraftzellstoff sind hohe Temperaturen und Drücke erforderlich. Eine weitere Alternative ist das semichemische Aufschließen von neutralem Sulfit, bei dem die Schnitzel mit einer Mischung aus Natriumsulfit und Natriumcarbonat in Wasser gemischt und gekocht werden. Im Gegensatz zu den anderen Verfahren wird bei diesem Verfahren nur ein Teil des Lignins entfernt. Nach dem Aufschluss müssen die Chips mechanisch zerkleinert werden, um einen Teil des verbleibenden Polymers zu entfernen.
Bleichchemie
Unabhängig davon, welches Verfahren ein Hersteller zum Aufschluss wählt, bleibt ein Teil des Lignins intakt, und dieses verbleibende Lignin verleiht dem Zellstoff im Allgemeinen eine braune Farbe. Die Hersteller entfernen dieses restliche Lignin und machen das Fruchtfleisch durch einen anderen chemischen Prozess, der als Bleichen bezeichnet wird, weiß. Bei diesem Verfahren wird ein Oxidationsmittel - eine Chemikalie, die Lignin oxidiert, indem sie entweder Sauerstoffatome hinzufügt oder Elektronen entfernt - mit dem Holzzellstoff kombiniert, um das verbleibende Lignin zu zerstören. Das Bleichen ist tendenziell selektiver als das Pulpen. Im Gegensatz zum Zellstoff, der auch einen kleinen Teil der Cellulose zerstört, wird beim Bleichen in erster Linie Lignin entfernt.
Bleichchemikalien
Übliche Bleichchemikalien umfassen Chlor, Chlordioxid, Sauerstoff, Wasserstoffperoxid, Ozon und Natriumhypochlorit, den Wirkstoff in Haushaltsbleichmitteln. Obwohl der Mechanismus jeder Reaktion unterschiedlich ist, handelt es sich bei allen um Oxidationsmittel, die das Lignin in der Pulpe oxidieren. Chlor, Chlordioxid und Wasserstoffperoxid sind die selektivsten dieser Mittel, was bedeutet, dass sie weniger dazu neigen, mit Cellulose und anderen wünschenswerten Teilen der Mischung zu reagieren. Abgesehen von ihrer Fähigkeit, Lignin zu entfernen, sind Chlor, Chlordioxid und Natriumhypochlorit auch in ihrer Fähigkeit, Schmutzpartikel zu entfernen, überlegen, was ein weiterer wichtiger Faktor für Hersteller ist.
Andere Reaktionen
Sobald der Zellstoff zerkleinert und gebleicht ist, wird er einer Reihe von Maschinen zugeführt, die ihn durch physikalische und nicht chemische Prozesse zu einem Blatt verarbeiten. Je nachdem, welche Art von Eigenschaften das Produkt haben soll, wenden die Hersteller eine Reihe anderer chemischer Reaktionen an, die Leimungs-, Retentions- und Nassfestigkeitsprozesse genannt werden und Feuchtigkeitsbeständigkeit verleihen, die kleineren Fasern einbinden oder das Produkt so verändern, dass dies weniger wahrscheinlich ist bei Nässe auseinander fallen. Typischerweise umfassen diese Verfahren eines aus einer Vielzahl von Polymeren, die sich im fertigen Produkt an die Cellulosefasern binden. Nassfestigkeitsverfahren kombinieren beispielsweise typischerweise die Cellulosefasern mit Polyamidoamin-Epichlorhydrin-Harzen, die mit den Fasern reagieren, um sie zu vernetzen, so dass es weniger wahrscheinlich ist, dass sie in Wasser auseinanderfallen.