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紙はありふれたシンプルな製品のように思えるかもしれませんが、実際にはほとんどの消費者が気づくよりも製造は複雑です。この主な理由は、製紙の化学的性質です。一連の反応と物理的プロセスを通じて、製紙業界で使用される化学物質は、茶色の木材チップを手に持つことができる光沢のある白いシートに変えます。関連する2つの重要な化学反応は、漂白とクラフトプロセスです。
クラフトプロセス
木材は、主にセルロースと呼ばれるポリマーで構成される複雑な混合物です。木材のセルロース繊維は、リグニンと呼ばれる別のポリマーによって結合されています。製紙業者は木材パルプからリグニンを除去する必要があります。これを達成するために、産業で使用される主な化学反応の1つはクラフトプロセスです。このプロセスでは、木材チップを高温高圧の水酸化ナトリウムと硫化ナトリウムの混合物と組み合わせます。これらの非常に塩基性の条件下では、負に帯電した硫化物イオンがリグニンポリマー鎖と反応してそれらをより小さなサブユニットに分解するため、セルロース繊維は自由に使用できます。
代替反応
クラフトパルプ化は最も一般的なプロセスですが、一部のメーカーはリグニンを除去するために他のアプローチを使用しています。そのような代替法の1つは、亜硫酸と亜硫酸水素ナトリウム、マグネシウム、カルシウム、またはアンモニウムのいずれかの混合物がリグニンを溶解してセルロース繊維を解放する酸性亜硫酸パルプ化です。クラフトパルプ化と同様に、高温と高圧が必要です。さらに別の代替法は、中性の亜硫酸塩セミケミカルパルプ化で、チップは水中の亜硫酸ナトリウムと炭酸ナトリウムの混合物と混合され、調理されます。他のプロセスとは異なり、このプロセスではリグニンの一部のみが除去されるため、パルプ化後にチップを機械的に細断して、残っているポリマーの一部を除去する必要があります。
漂白化学
製造業者がパルプ化のために選択するプロセスに関係なく、リグニンの一部はまだそのまま残されており、この残りのリグニンは一般にパルプに茶色を与えます。メーカーはこの残留リグニンを除去し、漂白と呼ばれる別の化学プロセスによりパルプを白くします。このプロセスでは、酸化剤（酸素原子を追加するか電子を除去することによりリグニンを酸化する化学物質）を木材パルプと組み合わせて、残りのリグニンを破壊します。漂白は、パルプ化よりも選択的である傾向があります。また、セルロースのごく一部を破壊するパルプ化とは異なり、漂白は主にリグニンを除去します。
漂白剤
一般的な漂白剤には、家庭用漂白剤の有効成分である塩素、二酸化塩素、酸素、過酸化水素、オゾン、次亜塩素酸ナトリウムが含まれます。各反応のメカニズムは異なりますが、これらはすべてパルプのリグニンを酸化する酸化剤です。塩素、二酸化塩素、過酸化水素はこれらの薬剤の中で最も選択的です。つまり、セルロースや混合物の他の望ましい部分と反応する傾向が少ないことを意味します。リグニンを除去する能力とは別に、塩素、二酸化塩素、次亜塩素酸ナトリウムは、製造業者が考慮すべきもう1つの重要な要素である汚れ粒子を除去する能力においても優れています。
その他の反応
パルプ化されて漂白されると、パルプは一連の機械に供給され、化学的プロセスではなく物理的プロセスを経てシートになります。製品にどのような特性を持たせたいかに応じて、製造業者はサイジング、保持、湿潤強度プロセスと呼ばれる他の化学反応の多様な配列を使用して、耐湿性を付与し、小さい繊維を結合するか、製品を変更します濡れるとバラバラになります。通常、これらのプロセスには、最終製品のセルロース繊維に結合するさまざまなポリマーのいずれかが含まれます。たとえば、湿潤強度プロセスでは、通常、セルロース繊維とポリアミドアミンエピクロロヒドリン樹脂を組み合わせます。ポリアミド樹脂は、繊維と反応して架橋し、水中でバラバラになりにくい樹脂です。