Die chemischen Prinzipien der antiken Papierherstellung spiegeln sich hauptsächlich in einer Reihe chemischer Veränderungen wider, die während der Produktionsprozesse auftreten, einschließlich der Rohstoffverarbeitung, des Kochens, der Zellstoffherstellung, der Papierherstellung und der Trocknung.
In der Rohstoffverarbeitungsstufe handelt es sich bei den Rohstoffen für die Papierherstellung hauptsächlich um Pflanzenfasern wie Hanf, Rinde und Bambus. Die Rohstoffe werden in alkalischem Kalkwasser getränkt, das chemisch mit Verunreinigungen in den Pflanzenfasern reagiert. Lignin, das in den Pflanzenfasern enthalten ist, wird unter dem Einfluss von Kalkwasser hydrolysiert, seine Struktur wird zerstört und es trennt sich von der Faser. Gleichzeitig zersetzt Kalkwasser auch Pektin, entfernt Verunreinigungen aus der Faser und macht sie reiner.
In der Kochphase werden die eingeweichten Rohstoffe zum Kochen in einen Topf gegeben. Unter hohen Temperaturen und alkalischen Bedingungen verändert sich die chemische Zusammensetzung der Fasern weiter. Cellulose wird teilweise abgebaut, ihre Molekülstruktur verändert sich, ihr Polymerisationsgrad nimmt ab und die Molekülketten verkürzen sich. Dies verbessert die Flexibilität und Plastizität der Faser und schafft die Voraussetzungen für die anschließende Papierherstellung.
Der Zellstoffprozess zielt darauf ab, die Fasern weiter zu verfeinern und zu dispergieren, ein Prozess, der chemische Reaktionen auslöst. Auf die Fasern wirken mechanische Kräfte ein, die zu Veränderungen der funktionellen Gruppen an der Oberfläche führen. Beispielsweise gehen Hydroxylgruppen auf der Faseroberfläche eine langsame Oxidationsreaktion mit Luftsauerstoff ein, wodurch neue sauerstoffhaltige funktionelle Gruppen entstehen. Diese neuen funktionellen Gruppen erhöhen die Wasserstoffbindungskraft zwischen den Fasern und verleihen dem Papier eine bessere Festigkeit und Zähigkeit.
Bei der Papierherstellung wird Zellstoff auf einem Bambussieb oder einer Form ausgebreitet und das Wasser abgelassen, um Papier zu formen. Wenn das Wasser verdunstet, verringert sich der Abstand zwischen den Fasern und die Wechselwirkungskräfte nehmen zu. Gleichzeitig konzentrieren sich kleine Moleküle auf der Faseroberfläche durch die Verdunstung von Wasser, bilden chemische Bindungen zwischen den Fasern und erhöhen die strukturelle Stabilität des Papiers.
