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La carta può sembrare un prodotto comune e semplice, ma la sua fabbricazione è in realtà più complicata di quanto la maggior parte dei consumatori probabilmente realizzi. Un motivo chiave per questo è la chimica della fabbricazione della carta.Attraverso una serie di reazioni e processi fisici, i prodotti chimici utilizzati nell'industria cartaria trasformano i trucioli di legno marroni in un foglio bianco lucido che puoi tenere in mano. Due delle principali reazioni chimiche coinvolte sono lo sbiancamento e il processo di Kraft.
Processo di Kraft
Il legno è una miscela complessa composta principalmente da un polimero chiamato cellulosa. Le fibre di cellulosa in legno sono legate insieme da un altro polimero chiamato lignina. I produttori di carta devono rimuovere la lignina dalla pasta di legno. A tale scopo, una delle principali reazioni chimiche utilizzate nell'industria è il processo Kraft, in cui i trucioli di legno vengono combinati con una miscela di idrossido di sodio e solfuro di sodio in acqua ad alta temperatura e pressione. In queste condizioni estremamente basiche, gli ioni solfuro caricati negativamente reagiscono con le catene polimeriche di lignina per scomporle in subunità più piccole in modo che le fibre di cellulosa vengano liberate per un ulteriore uso.
Reazioni alternative
Sebbene la polpa Kraft sia di gran lunga il processo più popolare, alcuni produttori utilizzano altri approcci per rimuovere la lignina. Una di queste alternative è la polpa del solfito acido, in cui una miscela di acido solforoso e sodio, magnesio, calcio o bisolfito di ammonio in acqua dissolve la lignina per liberare le fibre di cellulosa. Come per la polpa Kraft, sono richieste alte temperature e pressioni. Un'altra alternativa è la polpa semichemica al solfito neutro, in cui i trucioli vengono miscelati con una miscela di solfito di sodio e carbonato di sodio in acqua e cotti. A differenza degli altri, questo processo rimuove solo una parte della lignina, quindi dopo aver spappolato i trucioli devono essere triturati meccanicamente per rimuovere parte del polimero rimanente.
Chimica Sbiancante
Indipendentemente dal processo scelto da un produttore per la polpa, parte della lignina viene ancora lasciata intatta e questa lignina rimanente in genere conferisce alla polpa un colore marrone. I produttori rimuovono questa lignina residua e trasformano la polpa bianca attraverso un altro processo chimico chiamato candeggio. In questo processo, un agente ossidante - una sostanza chimica che ossida la lignina aggiungendo atomi di ossigeno o rimuovendo elettroni - viene combinato con la polpa di legno per distruggere la lignina rimanente. Lo sbiancamento tende ad essere più selettivo della polpa; a differenza della polpa, che distrugge anche una piccola frazione della cellulosa, il candeggio elimina principalmente la lignina.
Prodotti chimici di candeggio
I prodotti chimici di sbiancamento comuni includono cloro, biossido di cloro, ossigeno, perossido di idrogeno, ozono e ipoclorito di sodio, l'ingrediente attivo nella candeggina per uso domestico. Anche se il meccanismo di ciascuna reazione è diverso, tutti questi sono agenti ossidanti che ossidano la lignina nella polpa. Il cloro, il biossido di cloro e il perossido di idrogeno sono i più selettivi di questi agenti, il che significa che hanno meno tendenza a reagire con la cellulosa e altre parti desiderabili della miscela. A parte la loro capacità di rimuovere lignina, cloro, biossido di cloro e ipoclorito di sodio sono anche superiori nella loro capacità di rimuovere le particelle di sporco, che è un altro fattore importante da considerare per i produttori.
Altre reazioni
Una volta polpa e sbiancata, la polpa viene introdotta in una serie di macchine che la modificano attraverso processi fisici piuttosto che chimici per trasformarla in un foglio. A seconda del tipo di proprietà che desiderano avere il loro prodotto, i produttori impiegano una vasta gamma di altre reazioni chimiche chiamate processi di dimensionamento, ritenzione e resistenza all'umidità che conferiscono resistenza all'umidità, legano le fibre più piccole o alterano il prodotto, quindi è meno probabile che cadere a pezzi quando bagnato. Tipicamente questi processi coinvolgono uno di una varietà di polimeri che si legano alle fibre di cellulosa nel prodotto finito. I processi di resistenza all'umidità, ad esempio, tipicamente combinano le fibre di cellulosa con resine di poliammido-ammina-epicloroidrina che reagiscono con le fibre per reticolarle in modo che abbiano meno probabilità di cadere in acqua.