صنایع کاغذ و خمیرکاغذ
سلولوز نه‌تنها فراوان‌ترین ماده آلی در دسترس است، بلکه جزء سازنده اصلی گیاهان چوبی است که دائماً در حال تجدید هستند. تبدیل آن به محصولات کاغذی وظیفه صنایع کاغذ و خمیرکاغذ است که هزاران کالای مفید از آن می‌سازند. فرایندهای ساخت پیچیده‌اند و به‌سختی کنترل می‌شوند. کاربرد وسایل کنترل رقمی بازده صنعت را افزایش داده و معمولاً اقتصاد عملیات را بهبود بخشیده است. بدون وسایل کنترل خوب، ماشین‌های کاغذسازی جدید نمی‌توانند کار کنند. کاغذسازی مواد شیمیایی بسیاری را، همان‌طور ه در جدول ۱ نشان داده‌شده است، مصرف می‌کند، صنایع کاغذ و خمیرکاغذ نه‌تنها مصرف‌کننده مقادیر زیادی از مواد شیمیایی هستند، بلکه بزرگ‌ترین مصرف‌کننده انرژی به‌حساب می‌آیند، زیرا این صنعت به انرژی بسیار وابسته است.
پیشینه تاریخی
کاغذهای تحریر، ساخته‌شده از نی‌های بلند به نام پاپیروس که در طول رودخانه نیل در مصر رشد می‌کرد، اولین بار در سال‌های بین ۲۵۰۰ و ۲۰۰۰ پیش از میلاد ظاهر شد. نوارهایی از نی با کمک نشاسته به یکدیگر چسبانده می‌شد. این ورق نسبت به کاغذ پوست گوساله و بز، آجرهای رسی، تخته مومی، و دیگر مواد تحریر در دسترس آن زمان برتر بود. چینی‌ها فرایندهای خوبی برای ساخت کاغذ از چوب خیزران و پنبه در حدود سال ۱۰۵ میلادی اختراع کردند و امروزه نیز کاغذهای خوبی با دست می‌سازند. مردم اروپای جنوبی این فرایند را آموختند و ساخت تکه‌های کاغذ را نزدیک به پایان قرن چهاردهم آغاز کردند. سازندگان انگلیسی در قرن هفدهم تولید را آغاز و یک کارخانه کاغذسازی در ایالات‌متحده در ۱۶۹۰ تأسیس کردند. در این زمان تمام کاغذ اروپا از پنبه و کتان ساخته می‌شد. چاپ کتاب با انجیل گوتنبرگ آغاز شد و به‌طور فزاینده‌ای تقاضا برای کاغذ را افزایش داد. در سال ۱۸۵۷، به شیمیدان آمریکایی تایلمن، گواهی ثبت اختراع اولیه برای فرایند سولفیت اهدا شد، که خمیرکاغذی خوب با سهولت رنگ‌بری تولید می‌کرد. فرایند کرافت (از واژه آلمانی کرافت به معنی قوی) در آزمایش‌های اولیه‌ای که دهل در دانزیگ انجام داد در سال ۱۸۸۴ به نتیجه رسید. این فرایند به‌طور متداول همچنین فرایند سولفات نامیده می‌شود، زیرا سدیم سولفات به‌عنوان ماده شیمیایی جبرانی برای محلول پخت استفاده می‌شود. عامل حل‌شده، باوجود این، Na2SO4 نیست. در سال ۱۹۰۹ فرایند سولفات به ایالات‌متحده معرفی شد. در آن زمان تولید خمیرکاغذ به ۴۸ درصد مکانیکی، ۴۰ درصد سولفیت، و ۱۲ درصد قلیایی تقسیم‌شده بود.
فرایند سولفات به‌تدریج در صنعت تولید کاغذ جای خودش را باز می‌کرد، و در سال ۱۹۸۱ توزیع آن به ۵/۱۰ درصد مکانیکی و گرما مکانیکی، ۵/۳ درصد سولفیت، ۲/۷۸ درصد سولفات، و ۷/۷ درصد نیم شیمیایی تقسیم شد. ساخت خمیرکاغذ به‌تدریج به صنعتی مستقل تبدیل شد درحالی‌که به خدمت صنایع دیگر علاوه برساخت کاغذ درآمد. ریون، سلولوز استرها و اترها، و سلولوز نیترات برای مصرف در پلاستیک و مواد منفجره ازلحاظ تجارتی مهم شده است و بیشتر خمیرکاغذ باکیفیت بالا را مصرف می‌کند.
ساخت خمیر کاغذ
پیش از آنکه کاغذ از چوب ساخته شود، الیاف سلولوزی باید از ماتریس لیگنین که آن‌ها را به یکدیگر می‌چسباند آزاد شود. الیاف را می‌توان با روش‌های مکانیکی یا با محلول لیگنین از طریق مواد شیمیایی گوناگون جدا کرد درنتیجه الیاف خمیرکاغذ تشکیل‌شده به هم چسبانده می‌شوند تا در صورت استفاده از مواد افزودنی مناسب تشکیل کاغذ را دهند. در سال ۱۹۸۱، ۵/۸۹ درصد خمیرکاغذ با روش‌های شیمیایی تولید شد. خمیرکاغذ ساخته‌شده با روش‌های مکانیکی یا گرما مکانیکی ازلحاظ کیفی پایین‌تر از خمیرکاغذی است که با روش‌های شیمیایی تولید می‌شود؛ و بیشتر آن برای کاغذ روزنامه مصرف می‌شود. فرایند کرافت با روش‌های نیم مکانیکی بر این رشته حکم‌فرما بوده است.
مواد خام
تکه‌های پنبه‌ای و کتانی، زمانی منابع اصلی الیاف برای تولید کاغذ بودند اما اکنون به‌طور عمده الیاف حاصل از چوب جانشین آن‌ها شده است. در حدود ۲۰ درصد خمیرکاغذ در ایالات‌متحده بازیافتی هستند، و در اروپا و ژاپن حتی درصد بیشتری بازیابی می‌شوند. چوب سخت (درختان خزان کننده) و نرم (درختان تیره مخروطیان) برای ساخت خمیرکاغذ مصرف می‌شوند، ولی چوب نرم، به علت آنکه الیاف بلندتری دارد، ترجیح داده می‌شود. از پوست درخت نمی‌توان استفاده کرد زیرا لیفی نیست و رنگ‌بری آن مشکل است.
فرایندهای تهیه خمیرکاغذ
همه فرایندهای به کار گرفته‌شده برای تهیه خمیرکاغذ یک هدف را دنبال می‌کنند؛ در همان حال که سلولوز و همی سلولوز دست‌نخورده باقی می‌مانند، لیگنین احاطه‌کننده الیاف سلولوزی رها می‌شود تا الیافی با بازده بیشتر به دست آید. فرایندها و نیز فرایندهای پایه‌ای متنوعی وجود دارد که از آن‌ها می‌توان برای ساخت خمیرکاغذ از چوب استفاده کرد. برخی از فرایندها با چوب نرم نسبت به چوب سخت بهتر کار می‌کنند، درحالی‌که برخی فرایندها کاغذهایی باکیفیت پایین‌تر با بازده بالاتر، و برخی دیگر کاغذهایی برتربا بازده پایین تولید می‌کنند. فرایندهای اصلی عبارت‌اند از: فرایند سولفات یا کرافت، فرایند چوب خردشده و گرما مکانیکی، فرایندهای نیم شیمیایی، و فرایند سولفیت.