Muinaisen paperinvalmistuksen kemialliset periaatteet näkyvät pääasiassa tuotantoprosessien aikana tapahtuvissa kemiallisissa muutoksissa, mukaan lukien raaka-aineiden käsittely, keittäminen, massanvalmistus, paperinvalmistus ja kuivaus.
Raaka-aineen käsittelyvaiheessa paperinvalmistuksen raaka-aineet ovat pääosin kasvikuituja, kuten hamppua, kuorta ja bambua. Raaka-aineet liotetaan alkalisessa kalkkivedessä, joka reagoi kemiallisesti kasvikuitujen epäpuhtauksien kanssa. Kasvikuitujen sisältämä ligniini hydrolysoituu kalkkiveden vaikutuksesta, sen rakenne tuhoutuu ja se irtoaa kuidusta. Samalla kalkkivesi hajottaa myös pektiiniä, poistaa kuidusta epäpuhtaudet ja tekee siitä puhtaamman.
Kypsennysvaiheessa liotetut raaka-aineet laitetaan kattilaan keittämistä varten. Korkeissa lämpötiloissa ja emäksisissä olosuhteissa kuitujen kemiallinen koostumus muuttuu edelleen. Selluloosa hajoaa osittain, sen molekyylirakenne muuttuu, sen polymeroitumisaste laskee ja molekyyliketjut lyhenevät. Tämä parantaa kuidun joustavuutta ja plastisuutta ja luo olosuhteet myöhempään paperinvalmistukseen.
Kuitujen valmistusprosessin tavoitteena on edelleen jalostaa ja hajottaa kuituja, mikä laukaisee kemiallisia reaktioita. Kuituihin kohdistuu mekaanisia voimia, mikä aiheuttaa muutoksia pinnan funktionaalisissa ryhmissä. Esimerkiksi kuidun pinnalla olevat hydroksyyliryhmät käyvät läpi hitaan hapettumisreaktion ilman hapen kanssa, jolloin syntyy uusia happi-pitoisia funktionaalisia ryhmiä. Nämä uudet funktionaaliset ryhmät lisäävät kuitujen välistä vetysidosvoimaa ja parantavat paperin lujuutta ja sitkeyttä.
Paperinvalmistusprosessissa massa levitetään bambuseulalle tai muotille ja vesi valutetaan paperin muodostamiseksi. Veden haihtuessa kuitujen välinen etäisyys pienenee ja vuorovaikutusvoimat kasvavat. Samanaikaisesti kuidun pinnalla olevat pienet molekyylit keskittyvät veden haihtuessa muodostaen kemiallisia sidoksia kuitujen välille ja parantaen paperin rakenteellista stabiilisuutta.
