تبييض لب الخشب

تبييض لب الخشب هو عملية كيميائية تُجرى على لب الخشب لتفتيح لونه وتبييضه. يُعد الورق المنتج الأساسي للّب الخشبي ، وتُعتبر البياض (المشابه للسطوع، ولكنه يختلف عنه) سمةً مهمةً فيه. ^{[ 1 ]} ويمكن تطبيق هذه العمليات والكيمياء أيضًا على تبييض أنواع أخرى من اللب غير الخشبي، مثل اللب المصنوع من الخيزران أو الكناف .

السطوع هو كمية الضوء الساقط المنعكس من الورق في ظل ظروف محددة، ^{[ 2 ]} ويُعبر عنه عادةً كنسبة مئوية من الضوء المنعكس، لذا فإن الرقم الأعلى يعني ورقًا أكثر سطوعًا أو بياضًا. في الولايات المتحدة، تُستخدم معايير TAPPI T  452 ^{[ 3 ]} أو T  525. أما المجتمع الدولي فيستخدم معايير ISO .

يوضح الجدول كيفية تقييم النظامين للأوراق عالية السطوع، ولكن لا توجد طريقة سهلة للتحويل بينهما لاختلاف أساليب الاختبار اختلافًا كبيرًا. ^{[ 4 ]} يكون تصنيف ISO أعلى وقد يتجاوز 100. ويعود ذلك إلى احتواء الورق الأبيض الحديث على عوامل تبييض فلورية . ولأن معيار ISO يقيس نطاقًا ضيقًا من الضوء الأزرق فقط، فإنه لا يُقارن مباشرةً بإدراك الإنسان للبياض أو السطوع. ^{[ 5 ]}

تتراوح درجة سطوع ورق الجرائد بين 55 و75 وفقًا لمقياس ISO. ^{[ 6 ]} أما ورق الكتابة والطباعة، فتصل درجة سطوعه عادةً إلى 104 وفقًا لمقياس ISO.

على الرغم من تشابه النتائج، إلا أن العمليات والكيمياء الأساسية المستخدمة في تبييض اللب الكيميائي (مثل لب الكرافت أو الكبريتيت ) تختلف اختلافًا كبيرًا عن تلك المستخدمة في تبييض اللب الميكانيكي (مثل اللب المطحون بالحجر، أو اللب الحراري الميكانيكي، أو اللب الكيميائي الحراري الميكانيكي). يحتوي اللب الكيميائي على كمية ضئيلة جدًا من اللجنين ، بينما يحتوي اللب الميكانيكي على معظم اللجنين الموجود في الخشب المستخدم في صناعته. يُعد اللجنين المصدر الرئيسي للون في اللب نظرًا لوجود مجموعة متنوعة من الصبغات الموجودة طبيعيًا في الخشب أو التي تتكون في مصنع اللب .

تحتفظ اللب الميكانيكي بمعظم اللجنين الموجود في الخشب المستخدم في صناعته، وبالتالي يحتوي على كمية من اللجنين تقارب كمية السليلوز والهيميسليلوز. من غير العملي إزالة هذه الكمية الكبيرة من اللجنين عن طريق التبييض، وهو أمر غير مرغوب فيه لأن إحدى أهم مزايا اللب الميكانيكي هي ارتفاع إنتاجية اللب بناءً على نوع الخشب المستخدم. لذلك، فإن الهدف من تبييض اللب الميكانيكي (المعروف أيضًا باسم التفتيح) هو إزالة المجموعات اللونية فقط. وهذا ممكن لأن البنى المسؤولة عن اللون أكثر عرضة للأكسدة والاختزال .

يُعد بيروكسيد الهيدروجين القلوي أكثر عوامل التبييض شيوعًا في اللب الميكانيكي. وتكون كمية القاعدة المستخدمة، مثل هيدروكسيد الصوديوم، أقل من تلك المستخدمة في تبييض اللب الكيميائي، كما تكون درجات الحرارة أقل. تسمح هذه الظروف لبيروكسيد الهيدروجين القلوي بأكسدة المجموعات غير العطرية المترافقة المسؤولة عن امتصاص الضوء المرئي بشكل انتقائي. يُحفز تحلل بيروكسيد الهيدروجين بواسطة المعادن الانتقالية ، ويُعد الحديد والمنغنيز والنحاس من العناصر ذات الأهمية الخاصة في تبييض اللب. يُتيح استخدام عوامل التخليب ، مثل EDTA، لإزالة بعض أيونات هذه المعادن من اللب قبل إضافة البيروكسيد، استخدام البيروكسيد بكفاءة أكبر. كما تُضاف أملاح المغنيسيوم وسيليكات الصوديوم لتحسين عملية التبييض باستخدام بيروكسيد الهيدروجين القلوي. ^{[ 7 ]}

ثنائي ثيونيت الصوديوم (Na₂S₂O₄ _{) ، المعروف أيضًا باسم هيدروسلفيت} الصوديوم ، هو الكاشف الرئيسي الآخر المستخدم لتفتيح اللب الميكانيكي. على عكس بيروكسيد الهيدروجين، الذي يؤكسد المجموعات الملونة، يُختزل ثنائي ثيونيت هذه المجموعات المسببة للون. يتفاعل ثنائي ثيونيت مع الأكسجين ، لذا يتطلب استخدامه بكفاءة تقليل التعرض للأكسجين إلى أدنى حد ممكن أثناء استخدامه. ^{[ 2 ]}

يمكن أن تساهم عوامل التخليب في زيادة السطوع عن طريق عزل أيونات الحديد، على سبيل المثال، على شكل مركبات EDTA، والتي تكون أقل تلونًا من المركبات المتكونة بين الحديد واللجنين. ^{[ 2 ]}

إن الزيادة في درجة السطوع التي تتحقق في تبييض اللب الميكانيكي مؤقتة، لأن معظم اللجنين الموجود في الخشب لا يزال موجودًا في اللب. ويمكن أن يؤدي التعرض للهواء والضوء إلى إنتاج صبغات جديدة من هذا اللجنين المتبقي. ^{[ 8 ]} وهذا هو سبب اصفرار الصحف مع مرور الوقت. كما يحدث الاصفرار أيضًا بسبب المعالجة الحمضية .

يُستخدم بيروكسيد الهيدروجين وثنائي ثيونيت الصوديوم لزيادة سطوع اللب المُزال منه الحبر . ^{[ 9 ]} وتتشابه طرق التبييض مع اللب الميكانيكي، حيث يكون الهدف هو جعل الألياف أكثر سطوعًا.

تحتوي اللب الكيميائي، مثل اللب الناتج عن عملية كرافت أو لب الكبريتيت، على نسبة أقل بكثير من اللجنين مقارنةً باللب الميكانيكي (أقل من 5% مقابل حوالي 40%). والهدف من تبييض اللب الكيميائي هو إزالة جميع اللجنين المتبقي تقريبًا، ولذلك تُعرف هذه العملية غالبًا باسم إزالة اللجنين. استُخدم هيبوكلوريت الصوديوم ( المبيض المنزلي ) في البداية لتبييض اللب الكيميائي، ولكن تم استبداله إلى حد كبير بالكلور في ثلاثينيات القرن العشرين . وقد دفعت المخاوف بشأن إطلاق مركبات الكلور العضوية في البيئة إلى تطوير عمليات تبييض خالية من الكلور العنصري (ECF) وخالية تمامًا من الكلور (TCF).

غالبًا ما تتكون عملية إزالة اللجنين من اللب الكيميائي من أربع خطوات منفصلة أو أكثر، ويتم تحديد كل خطوة بحرف: ^{[ 10 ]}

قد تبدو عملية تبييض اللب في خمسينيات القرن الماضي مشابهةً لعملية CEHEH ، حيث يُعرَّض اللب للكلور، ثم يُستخلص (يُغسل) بمحلول هيدروكسيد الصوديوم لإزالة اللجنين المتفتت بفعل الكلورة، ثم يُعالج بهيبوكلوريت الصوديوم، ويُغسل بهيدروكسيد الصوديوم مرة أخرى، ويُعالج نهائيًا بهيبوكلوريت الصوديوم. أما عملية OZEPY ، فهي مثال على عملية تبييض حديثة خالية تمامًا من الكلور، حيث يُعالج اللب بالأكسجين، ثم بالأوزون، ويُغسل بهيدروكسيد الصوديوم، ثم يُعالج بالتتابع ببيروكسيد قلوي وثنائي كبريتيت الصوديوم. 

قد يُسبب تبييض اللب الكيميائي أضرارًا بيئية جسيمة، لا سيما من خلال إطلاق مواد عضوية في المجاري المائية. وتقع مصانع اللب عادةً بالقرب من مسطحات مائية كبيرة نظرًا لحاجتها إلى كميات كبيرة من المياه في عملياتها. وقد أثر ازدياد الوعي العام بالقضايا البيئية في سبعينيات وثمانينيات القرن الماضي، كما يتضح من تأسيس منظمات مثل غرينبيس ، على صناعة اللب والحكومات، ما دفعها إلى معالجة مشكلة إطلاق هذه المواد في البيئة. ^{[ 28 ]}

ينتج عن التبييض التقليدي باستخدام الكلور العنصري كميات كبيرة من المركبات العضوية المكلورة ، بما في ذلك الديوكسينات المكلورة، ويطلقها في البيئة . ^{[ 29 ]} وتُعرف الديوكسينات بأنها ملوث بيئي ثابت، وتخضع للتنظيم الدولي بموجب اتفاقية ستوكهولم بشأن الملوثات العضوية الثابتة .

الديوكسينات مواد شديدة السمية، وتشمل آثارها الصحية على الإنسان مشاكل في الإنجاب والنمو والمناعة والهرمونات. ومن المعروف أنها مواد مسرطنة . ويتعرض الإنسان لأكثر من 90% من هذه المواد عن طريق الغذاء، وخاصة اللحوم ومنتجات الألبان والأسماك والمحار، حيث تتراكم الديوكسينات في السلسلة الغذائية في الأنسجة الدهنية للحيوانات. ^{[ 30 ]}

نتيجةً لذلك، ومنذ تسعينيات القرن الماضي، انخفض استخدام الكلور العنصري في عملية إزالة اللجنين بشكلٍ كبير، واستُبدل بعمليات تبييض خالية من الكلور العنصري (ECF) وخالية تمامًا من الكلور (TCF). في عام 2005، استُخدم الكلور العنصري في 19-20% من إنتاج لب الكرافت عالميًا، بانخفاضٍ من أكثر من 90% في عام 1990. استُخدم الكلور العنصري في 75% من لب الكرافت، بينما استُخدم الكلور الخالي تمامًا من الكلور في النسبة المتبقية (5-6%). ^{[ 31 ]} يُنتج معظم لب الكلور الخالي تمامًا من الكلور في السويد وفنلندا للبيع في ألمانيا، ^{[ 31 ]} وكلها أسواق تتمتع بمستوى عالٍ من الوعي البيئي. في عام 1999، مثّل لب الكلور الخالي تمامًا من الكلور 25% من السوق الأوروبية. ^{[ 32 ]}

تُقلل عملية التبييض بتقنية TCF، عن طريق إزالة الكلور من العملية، من تركيز المركبات العضوية المكلورة في مياه الصرف الناتجة عن مصانع اللب إلى مستويات طبيعية. ^{[ 33 ]} بينما تُقلل عملية التبييض بتقنية ECF بشكل كبير من تركيز المركبات العضوية المكلورة، بما في ذلك الديوكسينات، في مياه الصرف، ولكنها لا تقضي عليها تمامًا. وعلى الرغم من أن مصانع ECF الحديثة قادرة على خفض انبعاثات المركبات العضوية المكلورة (AOX) إلى أقل من 0.05  كجم لكل طن من اللب المُنتج، إلا أن معظمها لا يصل إلى هذا المستوى من الانبعاثات. ويبلغ متوسط ​​انبعاثات المركبات العضوية المكلورة في مصانع ECF داخل الاتحاد الأوروبي 0.15  كجم لكل طن. ^{[ 34 ]}

مع ذلك، ثمة خلاف حول الآثار البيئية المقارنة لتبييض الأسنان بتقنية ECF وتقنية TCF. فقد وجد بعض الباحثين أنه لا يوجد فرق بيئي بينهما، ^{[ 35 ]} بينما خلص آخرون إلى أن مخلفات TCF هي الأقل سمية بين مخلفات ECF وTCF قبل وبعد المعالجة الثانوية. ^{[ 36 ]}

• يوهان ريختر – مخترع العملية المستمرة لتبييض لب الخشب
• المواد الكيميائية الورقية