De kemiske principper for gammel papirfremstilling afspejles hovedsageligt i en række kemiske ændringer, der opstår under produktionsprocesserne, herunder råvareforarbejdning, madlavning, pulpdannelse, papirfremstilling og tørring.
I råvarebehandlingsstadiet er papirfremstillingsråmaterialer for det meste plantefibre, såsom hamp, bark og bambus. Råvarerne lægges i blød i alkalisk kalkvand, som reagerer kemisk med urenheder i plantefibrene. Lignin, der er indeholdt i plantefibrene, gennemgår hydrolyse under påvirkning af kalkvand, dets struktur ødelægges, og det adskilles fra fiberen. Samtidig nedbryder kalkvand også pektin, fjerner urenheder fra fiberen og gør den renere.
I tilberedningsstadiet lægges de udblødte råvarer i en gryde til madlavning. Under høje temperaturer og alkaliske forhold ændres den kemiske sammensætning af fibrene yderligere. Cellulose undergår delvist nedbrydning, dens molekylære struktur ændres, dens polymerisationsgrad falder, og molekylekæderne forkortes. Dette forbedrer fiberens fleksibilitet og plasticitet, hvilket skaber betingelser for efterfølgende papirfremstilling.
Papirmasseprocessen har til formål at forfine og sprede fibrene yderligere, en proces, der udløser kemiske reaktioner. Fibrene udsættes for mekaniske kræfter, hvilket forårsager ændringer i overfladens funktionelle grupper. For eksempel gennemgår hydroxylgrupper på fiberoverfladen en langsom oxidationsreaktion med oxygen i luften, hvilket genererer nyt oxygen-indeholdende funktionelle grupper. Disse nye funktionelle grupper øger hydrogenbindingskraften mellem fibre, hvilket giver papiret bedre styrke og sejhed.
I papirfremstillingsprocessen spredes papirmasse på en bambusskærm eller form, og vandet drænes til papir. Når vandet fordamper, mindskes afstanden mellem fibrene, og interaktionskræfterne øges. Samtidig koncentreres små molekyler på fiberoverfladen med fordampningen af vand, der danner kemiske bindinger mellem fibrene og forbedrer papirets strukturelle stabilitet.
