Почему бумага легче рвется, когда она влажная

Если вы когда-нибудь проливали напиток на документы на своем столе или случайно клали обеденную салфетку на влажную поверхность, значит вы знаете, какой удручающе непрочной становится бумага, когда она мокрая. Кажется, что даже самая маленькая капля воды навсегда ослабляет этот чистый лист. Но почему бумагу намного легче рвать, когда она влажная?

Ответ сводится к химической структуре бумаги.

"В основе своей бумага — это просто целлюлозные волокна — молекулы натурального полимера из дерева, сплетенные друг с другом в виде листа, - поясняет Шарлотта Скотт-Паркер, специалист по исследованиям и разработкам на бумажной фабрике Джеймса Кроппера в Великобритании. - Внутри обычного листа бумаги эти волокна сцеплены друг с другом с помощью небольших крючкообразных неровностей на отдельных волокнах целлюлозы, но они также связаны друг с другом водородными связями".

Водородные связи - одно из важнейших взаимодействий в химии; без них жизнь не могла бы существовать. Определенные химические связи могут вести себя немного как магнит, один конец которого слегка положительный, а другой слегка отрицательный. Как и в случае с настоящими магнитами, противоположности притягиваются, поэтому положительный конец одной молекулы притягивается к отрицательному концу другой соседней молекулы, и это притяжение удерживает их вместе.

Молекулы, содержащие кислород, связанный с водородом, включая воду - H2O, особенно подвержены водородной связи. И так уж случилось, что целлюлозный полимер, представляющий собой цепочку повторяющихся химических элементов, покрыт кислородно-водородными волокнами по всей длине волокна.

Когда вы разрываете лист сухой бумаги, по сути, вам просто нужно преодолеть все межмолекулярные силы, трение и переплетение волокон. Но если вы намочите бумагу, волокнистая матрица набухнет; волокна начнут отслаиваться; и она начнет терять прочность, поэтому ее легче рвать.

На химическом уровне вода разрушает жизненно важные водородные связи, удерживающие целлюлозные волокна вместе. Поскольку вода также содержит эту важнейшую кислородно-водородную связь, она начинает образовывать свои собственные водородные связи с целлюлозой, блокируя связывание других волокон.

Но не вся бумага создана одинаковой. Вспомните обо всех бумажных продуктах, которыми вы пользуетесь ежедневно — туалетной бумаге, бумажных полотенцах, газетах, бумаге для принтера, картоне и многом другом. Целлюлозное волокно почти идентично во всех этих изделиях, и все же они разные по своим свойствам. То, как эти разные сорта реагируют на воду, зависит от дополнительных добавок, включенных в процесс производства бумаги.

Бумажная промышленность располагает множеством химических хитростей для улучшения свойств бумажных изделий, и одной из наиболее важных характеристик, на которую обращают внимание производители, является прочность.

Если нужен прочный материал, такой как упаковочная коробка, то нужно укрепить волокнистую матрицу. Это делается с помощью сухих добавок для прочности, например, картофельного крахмала. Слой этого натурального соединения наносится на поверхность бумаги в виде геля и при высыхании образует прочный барьер вокруг переплетенных целлюлозных волокон.