Các nguyên lý hóa học của quá trình sản xuất giấy cổ xưa chủ yếu được phản ánh qua một loạt các thay đổi hóa học xảy ra trong quá trình sản xuất, bao gồm xử lý nguyên liệu thô, nấu, nghiền bột, làm giấy và sấy khô.
Ở khâu xử lý nguyên liệu, nguyên liệu làm giấy chủ yếu là sợi thực vật như sợi gai, vỏ cây, tre. Nguyên liệu được ngâm trong nước vôi kiềm sẽ phản ứng hóa học với các tạp chất có trong sợi thực vật. Lignin có trong sợi thực vật bị thủy phân dưới tác dụng của nước vôi, cấu trúc của nó bị phá hủy và tách ra khỏi sợi. Đồng thời, nước vôi cũng phân hủy pectin, loại bỏ tạp chất ra khỏi sợi và làm cho sợi trở nên tinh khiết hơn.
Ở công đoạn nấu, nguyên liệu đã ngâm được cho vào nồi để nấu. Trong điều kiện nhiệt độ và kiềm cao, thành phần hóa học của sợi tiếp tục thay đổi. Cellulose trải qua quá trình phân hủy một phần, cấu trúc phân tử của nó thay đổi, mức độ trùng hợp giảm và chuỗi phân tử ngắn lại. Điều này giúp cải thiện tính linh hoạt và độ dẻo của sợi, tạo điều kiện cho quá trình sản xuất giấy tiếp theo.
Quá trình nghiền bột nhằm mục đích tinh chỉnh và phân tán các sợi hơn nữa, một quá trình gây ra các phản ứng hóa học. Các sợi chịu tác dụng của lực cơ học, gây ra sự thay đổi các nhóm chức năng trên bề mặt. Ví dụ: các nhóm hydroxyl trên bề mặt sợi trải qua phản ứng oxy hóa chậm với oxy trong không khí, tạo ra các nhóm chức năng chứa oxy mới. Các nhóm chức năng mới này làm tăng lực liên kết hydro giữa các sợi, giúp giấy có độ bền và độ dẻo dai tốt hơn.
Trong quá trình làm giấy, bột giấy được trải trên màn tre hoặc khuôn, sau đó rút nước để tạo thành giấy. Khi nước bay hơi, khoảng cách giữa các sợi giảm và lực tương tác tăng lên. Đồng thời, các phân tử nhỏ trên bề mặt sợi tập trung lại với sự bay hơi của nước, hình thành liên kết hóa học giữa các sợi và tăng cường độ ổn định cấu trúc của giấy.
