De kemiska principerna för forntida papperstillverkning återspeglas huvudsakligen i en rad kemiska förändringar som sker under produktionsprocesserna, inklusive råmaterialbearbetning, matlagning, massaframställning, papperstillverkning och torkning.
I råvarubearbetningsstadiet är papperstillverkningsråvaror mestadels växtfibrer, såsom hampa, bark och bambu. Råvarorna blötläggs i alkaliskt kalkvatten, som reagerar kemiskt med föroreningar i växtfibrerna. Lignin, som finns i växtfibrerna, genomgår hydrolys under inverkan av kalkvatten, dess struktur förstörs och det separeras från fibern. Samtidigt bryter kalkvatten ner pektin, vilket tar bort orenheter från fibern och gör den renare.
I tillagningsstadiet läggs de blötlagda råvarorna i en gryta för tillagning. Under höga temperaturer och alkaliska förhållanden förändras fibrernas kemiska sammansättning ytterligare. Cellulosa genomgår partiell nedbrytning, dess molekylära struktur förändras, dess polymerisationsgrad minskar och molekylkedjorna förkortas. Detta förbättrar fiberns flexibilitet och plasticitet, vilket skapar förutsättningar för efterföljande papperstillverkning.
Massaprocessen syftar till att ytterligare förädla och sprida fibrerna, en process som utlöser kemiska reaktioner. Fibrerna utsätts för mekaniska krafter, vilket orsakar förändringar i ytfunktionella grupper. Till exempel genomgår hydroxylgrupper på fiberytan en långsam oxidationsreaktion med syre i luften, vilket genererar nytt syre-innehållande funktionella grupper. Dessa nya funktionella grupper ökar vätebindningskraften mellan fibrer, vilket ger papperet bättre styrka och seghet.
I papperstillverkningsprocessen sprids massa på en bambuskärm eller form, och vattnet dräneras för att bilda papper. När vattnet avdunstar minskar avståndet mellan fibrerna och samverkanskrafterna ökar. Samtidigt koncentreras små molekyler på fiberytan med avdunstning av vatten, bildar kemiska bindningar mellan fibrerna och förbättrar papperets strukturella stabilitet.
