Химические принципы древнего производства бумаги в основном отражаются в ряде химических изменений, которые происходят во время производственных процессов, включая обработку сырья, приготовление пищи, варку целлюлозы, изготовление бумаги и сушку.
На этапе переработки сырья сырьем для изготовления бумаги в основном являются растительные волокна, такие как конопля, кора и бамбук. Сырье замачивают в щелочной известковой воде, которая химически вступает в реакцию с примесями в растительных волокнах. Лигнин, содержащийся в растительных волокнах, под действием известковой воды подвергается гидролизу, его структура разрушается, и он отделяется от волокна. Одновременно известковая вода разлагает и пектин, удаляя из волокна примеси и делая его чище.
На этапе варки замоченное сырье помещают в кастрюлю для варки. В условиях высокой температуры и щелочной среды химический состав волокон дополнительно меняется. Целлюлоза подвергается частичной деградации, меняется ее молекулярная структура, снижается степень полимеризации, укорачиваются молекулярные цепи. Это улучшает гибкость и пластичность волокна, создавая условия для последующего изготовления бумаги.
Целью процесса варки является дальнейшее измельчение и диспергирование волокон, и этот процесс запускает химические реакции. Волокна подвергаются механическим воздействиям, вызывающим изменения в поверхностных функциональных группах. Например, гидроксильные группы на поверхности волокна подвергаются медленной реакции окисления кислородом воздуха, в результате чего образуются новые кислородсодержащие функциональные группы. Эти новые функциональные группы увеличивают силу водородных связей между волокнами, придавая бумаге большую прочность и вязкость.
В процессе изготовления бумаги целлюлозу распределяют по бамбуковому сетке или форме, а воду сливают, чтобы получить бумагу. По мере испарения воды расстояние между волокнами уменьшается, а силы взаимодействия возрастают. В то же время небольшие молекулы на поверхности волокна концентрируются при испарении воды, образуя химические связи между волокнами и повышая структурную стабильность бумаги.
