ديد کلي
برخلاف اين تصور که توليد کاغذ اساسا يک فرآيند مکانيکي است، در اين فرآيند ، پديده‌هاي شيميايي نقش برجسته‌اي دارند. از تبديل چوب به خمير کاغذ گرفته تا تشکيل کاغذ ، اصول شيميايي دخالت آشکاري دارند. ليگنين زدايي از يک منبع گياهي مناسب ، معمولا چوب ، يک فرآيند شيميايي ناهمگن است که در دما و فشار زياد انجام مي‌شود.
دامنه شيمي کاغذ ، وسيع و جالب است شامل مباحثي از قبيل شيمي کربوهيدراتها ، رنگدانه‌هاي معدني ، رزينهاي آلي طبيعي و سنتزي و افزودني‌هاي پليمري متعدد مي‌باشد. در فرآيند تشکيل نيز تا حد زيادي شيمي کلوئيد و شيمي سطح دخالت دارد. نقش پليمر ، شيمي محيط زيست و شيمي تجزيه را نيز نبايد فراموش کرد.
ترکيب شيميايي کاغذ
از آنجا که کاغذ از اليافي ساخته مي‌شود که قبلا تحت تاثير تيمارهاي فيزيکي و شيميايي قرار گرفته‌اند، سلولهاي گياهي حاصل از ترکيب شيميايي ثابتي نسبت به ساختار منابع گياهي اوليه برخوردار نيستند. سلولهاي گياهي عمدتا از پليمرهاي کربوهيدراتي آغشته شده به مقادير مختلف ليگنين (يک ترکيب پليمري آروماتيک که ميزان آن با افزايش سن گياه افزايش مي‌يابد و در حين فرآيند ليگنيني شدن توليد مي‌گردد) تشکيل شده‌اند. بخش کربو هيدراتي سلول بطور عمده از پلي ساکاريد سلولز تشکيل شده است. بخشي از اين ترکيبات شامل پلي ساکاريدهاي غير ساختماني با وزن مولکولي کم به نام همي سلولز هستند، که نقش بسيار مهمي در خصوصيات خمير و کاغذ دارند.
به نظر مي‌رسيد که با توجه به نام همي سلولزها ، اين ترکيبات با سلولز ارتباط داشته باشند و به روش مشابهي با سلولز بيوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر بخوبي مشخص شده است که اين پلي ساکاريدها به روش متفاوتي بيوسنتز شده باشند. اما در حال حاضر به خوبي مشخص شده است که اين پلي ساکاريدها به روش متفاوتي بيوسنتز مي‌شوند و نقش ويژه‌اي در ديواره سلول گياهان ايفا مي‌کنند. علاوه بر اين ترکيبات مهم ، مقادير کمي از مواد آلي قابل استخراج و مقادر بسيار کمي از مواد معدني نيز در ديواره سلولي الياف وجود دارد.
| سلولز(%) | همي سلولزها(%) | ليگنين(%) | مواد عصاره‌اي و اندک(%) |
سوزني برگان | 40 تا 45 | 20 | 25 تا 35 | 10> |
پهن برگان | 40 تا 45 | 15 تا 35 | 17 تا 25 | 10> |
ترکيب کلي استخراج الياف گياهي از نظر درصد کربن ، هيدروژن و اکسيژن بسته به درجه ليگنين شدن متغير است. ميزان اين عناصر براي چوب حدود 50% کربن ، 6% هيدروژن و 44% اکسيژن است. از آنجايي که ترکيب عنصري کربوهيدراتها کم و بيش به صورت CH2O)n) است، ميزان کربن موجود تقريبا حدود 40% است. ليگنين يک ترکيب آروماتيک با فرمول تقريبي C10H11O4 مي‌باشد. بنابراين ، ميزان کربن آن بطور متوسط حدود 65 - 60% است.
سلولز
سلولز مهمترين ترکيب ساختاري ديواره‌هاي سلول است و بعد از حذف ليگنين و انواع ديگر مواد استخراجي نيز مهمترين ترکيب ساختاري کاغذ محسوب مي‌شود. از نظر شيميايي ، سلولز يک پليمر داراي ساختمان ميکرو فيبريلي شبه بلوري متشکل از واحدهاي D-? گلوکوپيرانوزي با اتصالات (4 <---- 1) گليکوزيدي است. همچون بسياري از پلي ساکاريدها ، سلولز پليمري بسپاشيده با وزن مولکولي زياد است. بسته به نوع منبع سلولزي، درجه پليمريزاسيون سلولز از 10000 تا 15000 متفاوت است.
سلولز 100% بلوري شناخته نشده است، اما ساختمان سلولز داراي يک بخش بلوري و يک بخش غير بلوري يا بي‌شکل است. درجه بلورينگي بستگي به منشاء سلولز دارد. سلولز پنبه و انواع جلبکها مانند والونيا درجه بلورينگي بسيار بالايي است. در حاليکه سلولز چوب درجه بلورينگي پاييني دارد. سلولز بوسيله باکتريها نيز توليد مي‌گردد که البته به عنوان منابع سلولزي براي کاغذ کاربردي ندارند.
همي سلولزها
همي سلولزها گروهي از پلي ساکاريدهاي غير ساختاري با وزن مولکولي کم و اغلب ناهمگن هستند که ارتباطي با سلولز نداشته و از راه بيوسنتز متفاوتي توليد مي‌شوند. نام همي سلولزها نشان دهنده ارتباط يا نزديکي آنها با سلولز نيست. نقش همي سلولزها در ديوراه سلول بخوبي شناخته شده نيست، اما وزن مولکولي خيلي کم آنها نمي‌تواند همي سلولزها را به عنوان يک پليمر ساختاري مطرح کند (درجه پليمريزاسيون آنها بين 150 - 200 است).
تحقيقات نظري در اين زمينه نشان مي‌دهد که همي سلولزها ممکن است نقشي در انتقال آب داشته باشند. همي سلولزها معمولا از واحدهاي مونومري هگزوزي مثل D- گلوکوپيرانوز ، D- مانوپيرانوز و D- گالاکتوپيرانوز و واحدهاي پنتوزي مثل D- زايلو پيرانوز و –L آرابينوفورانوز تشکيل شده‌اند. بخش قابل توجهي از همي سلولزها حتي بعد از ليگنين زدايي شيميايي ، در خمير کاغذ باقي مي‌مانند. مهمترين همي سلولز موجود در سوزني برگان گالاکتو گلوکومانان است که حدود 20% از وزن خشک چوب را تشکيل مي‌دهد.
ليگنين
ليگنين ، پليمري آروماتيک با ساختاري بسيار پيچيده است. تقريبا کليه خصويات ليگنين در کاربردهاي کاغذ سازي نقش منفي دارند و کاغذهاي با کيفيت خوب از اليافي ساخته مي‌شود که تقريبا عاري از ليگنين هستند. ليگنين سبب شکننده شدن کاغذ مي‌شود و به دليل اکسايش نوري و تشکيل گروههاي رنگي سبب افزايش زردي و تيرگي کاغذ مي‌شود. کاغذ روزنامه مثال خوبي در اين زمينه است و بطور کلي کليه خميرهاي مکانيکي که در آنها مقدار زيادي ليگنين وجود دارد، چنين اثرهايي را نشان مي‌دهد.
رزينها و مواد استخراجي
چوب حاوي مقدار کمي (کمتر از 5%) از ترکيباتي است که توسط حلالهاي آلي مثل اتانول يا دي کلرومتان قابل استخراج هستند. ميزان اين ترکيبات در پهن برگان و سوزني برگان و در بين گونه‌هاي مختلف چوبي متفاوت است. اگر چه اين ترکيبات ممکن است در حين فرآيندهاي شيميايي تهيه خمير کاغذ حذف شوند، اما هميشه مقداري از آنها در کاغذ باقي مي‌ماند. ترکيب شيميايي اين مواد بسيار متغير است و شامل آلکانها ، آلکنها ، اسيدهاي چرب (اشباع يا غيز اشباع) ، استرهاي گليسرول ، مومها ، اسيدهاي رزيني ، ترپنها و ترکيبات فنولي هستند.
ميزان باقيمانده اين ترکيبات اين ترکيبات در خمير و کاغذ بستگي به فرآيند تهيه خمير مورد استفاده دارد. در مجموع ، ترکيبات اسيدي مثل اسيدهاي چرب و رزيني در محيط قليايي براحتي از طريق تبديل شدن به نمکهاي محلول حل مي‌گردند، اما در خمير سازي اسيدي ، اين ترکيبات براحتي قابل حل و خارج سازي نيستند. چندين محصول فرعي مفيد در عمليات خمير سازي از مواد استخراجي قابل استحصال است که مهمترين آنها شامل تربانتين و روغن تال است. تربانتين مخلوطي از هيدروکربنهاي دو حلقه‌اي با فرمول C10H16 است که ترکيبات عمده آن ? و ?- پنن است.
اين ترکيبها به صورت محصولات فرعي فرار با بازده 5-4 ليتر به ازاي هر تن چوب (کاج) قابل استحصال بوده و به عنوان حلال مور استفاده اند. روغن تال عمدتا از اسيدهاي رزيني به همراه حدود 10% ترکيبات خنثي تشکيل شده است.
منبع:http://atwis.com/خ