Página 1 de 19

Elaboración de papel reciclado con hojas de tamal Título del trabajo

MaBaHe Pseudónimo de integrantes

Ciencias ambientales Área

Local Categoría

Desarrollo Tecnológico Modalidad

8904026 Folio de Inscripción

Página 2 de 19

Elaboración de papel reciclado con hojas de tamal

Resumen

En pleno siglo XXI, y pesar de la constante digitalización, el papel sigue siendo uno

de los materiales de mayor demanda y usos a nivel mundial: Lo empleamos para

imprimir, para decorar, para envolver, para filtrar, para limpiar, etcétera.

Sin embargo, el proceso de elaboración de papel demanda constantemente el uso

de su principal materia prima: La celulosa de las maderas. Si consideramos que

también se requieren múltiples compuestos químicos para tener papeles

particulares (por ejemplo, con un blanco excepcional, con brillo, para fotografía,

etcétera), y el consumo de agua, de energía, y la consecuente producción de

desechos industriales, el proceso no es del todo amigable con el ambiente.

En este proyecto exploramos un proceso para obtener papel, tipo cartón reciclado,

por medio de los rollos residuales de papel higiénico y hojas de tamal, evitando el

impacto negativo en el ambiente. Elegimos estos materiales debido a que son

desechados luego de su uso, por lo que pretendemos darles un nuevo valor, al

incorporarlos en un nuevo producto.

Los resultados que obtuvimos son muy prometedores, pues generamos 4 tipos

diferentes de cartones, cada uno con propiedades físico-químicas específicas, lo

que permitirá darles diferentes usos posteriores.

Introducción

Hay quien dice que los días del papel están contados, pues la era digital está

desplazando la impresión de libros, documentos, tareas y trabajos para la Feria de

las Ciencias.

Sin embargo, en el 2013 la producción de papel en el mundo alcanzó su punto

máximo en producción, por lo que el papel seguirá siendo un material común en

nuestras vidas.

Página 3 de 19

Marco teórico

El papel

Diversos estudios indican que el origen del papel fue en China en el año 100 dc,

utilizando trapos, cáñamo, paja y hierba como materias primas, y el proceso

implicaba golpearlos contra una piedra para separar las fibras.

Conforme pasó el tiempo, se siguieron utilizando fibras de origen agrícola como

materias primas, hasta que a inicios del siglo XX fueron desarrollados métodos para

la obtención de pasta de madera, como materia prima, que implicaba la abrasión

mecánica y la aplicación de procedimientos químicos con álcalis. Con estos cambios

se inició la era moderna de la fabricación de papel.

El papel que se elabora en la actualidad es una mezcla de fibras a la que se añaden

varias sustancias químicas para modificar sus propiedades y su calidad. Así, en la

composición del papel están las fibras como la principal materia prima, adhesivos,

cargas, blanqueadores y, en algunos casos, tintas.

Las fibras generalmente tienen su origen en diversas plantas y árboles, siendo

estas últimas las que más se emplean. Por ejemplo, las fibras de coníferas (como

el abeto, ciprés y pino), son más resistentes y con un alto grado de polimerización,

debido a que son más largas; en cambio, las fibras de maderas duras (como del

álamo y eucalipto), presentan un grado menor de polimerización y son menos

resistentes, debido a que son más cortas.

La composición química de las fibras es la celulosa (alfa-celulosa y beta-celulosa)

y hemicelulosas, y tienen además otras impurezas como la lignina, pectinas, trazas

de resina, taninos y ceras. A causa de estos compuestos, las fibras de papel se

degradan más rápidamente y disminuyen el grado de polimerización de la celulosa.

Como se muestra en la imagen 1, la celulosa es una macromolécula formada

solamente de moléculas del monosacárido llamado glucosa, en donde se

establecen puentes de hidrógeno entre los grupos hidroxilo.

Página 4 de 19

Imagen 1. La estructura química de la celulosa (Obtenida de:

https://es.wikipedia.org/wiki/Celulosa#/media/File:Cellulose_strand.svg)

La lignina es otro polímero natural abundante en las plantas y, junto con la celulosa

conforma la pared celular. La lignina está presente en todas las plantas vasculares,

y al igual que muchos otros componentes de la biomasa, se forma mediante la

reacción de fotosíntesis.

En la imagen 2 se muestra la estructura de la lignina, la cual resulta de la unión de

varios grupos funcionales presentes en la molécula, por ejemplo, ácidos

carboxílicos y alcoholes.

De manera general, el proceso para elaborar papel está basado en la separación

de las dos moléculas anteriores: la celulosa (las fibras) y la lignina (el pegamento

natural que une a las fibras), ello ocurre en procesos donde se calienta la materia

prima (la madera) y se le adicionan compuestos químicos (como el hidróxido de

calcio concentrado en disolución acuosa).

Página 5 de 19

Imagen 2. La estructura química de la lignina

(Obtenida de https://es.wikipedia.org/wiki/Lignina#/media/File:Lignin_structure.svg)

Dependiendo del tipo de papel que se quiera fabricar serán las variantes de los

componentes que conlleve el proceso de elaboración. Hay cuatro grandes

clasificaciones de productos papeleros:

Grupo 1: Papeles gráficos: Empleados para elaborar periódicos, libros, sobres,

carpetas, cuadernos, etcétera.

Grupo 2: Papeles para envases y embalajes: Empleados para elaborar cajas de

cartón, bolsas de papel, recipientes para huevos, etcétera.

Grupo 3: Papeles higiénicos y sanitarios: Se encuentran el papel para baño,

servilletas, pañuelos, papel de cocina, entre otros.

Grupo 4: Papeles especiales: Sus usos son diversos, por ejemplo, el papel filtro, el

de china, el crepé, el carbón, etcétera.

Página 6 de 19

Es así que la fabricación de papel requiere grandes cantidades de agua y energía.

En consecuencia, los principales problemas ambientales asociados a la

producción de papel son las emisiones de aguas contaminadas y de gases que

afectan la atmósfera y el elevado consumo de energía.

Algunas alternativas amigables con el ambiente son la elaboración de papel

reciclado y la disposición de materias primas para la producción de celulosa a partir

de fibras que provengan de fuentes diversas como hongos, semillas, hojas, tallos,

musgo, etcétera, y de sus residuos.

Los casos de las hojas de maíz y de las hojas de plátano, muy propias de México

para la elaboración de tamales, fueron el objeto de estudio del presente trabajo.

Para el caso de las hojas de maíz, se ha reportado altos contenidos de celulosa,

baja porcentaje de lignina y una morfología de fibras alargadas y resistentes;

mientras que, para el caso de las hojas de plátano, se ha reportado una cantidad

moderada de lignina en fibras pequeñas.

Objetivo

El principal objetivo del trabajo fue obtener un papel reciclado tipo cartón, con hojas

de maíz y de plátano, provenientes de tamales, a partir de un proceso que no afecte

al ambiente.

Problema

Por causa de las industrias que fabrican papel se ha originado una inmensa cantidad

de agentes contaminantes dañinos para el ambiente. Con este proyecto buscamos

obtener hojas de papel, tipo cartón, de una forma amigable al ambiente, por medio

de hojas de maíz y plátano de tamales, las cuales son recicladas e integradas a un

producto final.

Página 7 de 19

Hipótesis

Si las hojas de maíz y de plátano, empleadas para hacer tamales, contienen

celulosa y lignina, entonces al ser mezcladas con papel reciclado, en un proceso

amigable con el ambiente, obtendremos un cartón de características propias.

Desarrollo

El desarrollo del trabajo abarcó diferentes etapas, mismas que se detallan a

continuación.

Etapas preliminares.

Iniciamos haciendo una recolección de lo que serían nuestras materias primas:

Hojas de maíz y de plátano, provenientes de tamales, y rollos de papel higiénico.

Las hojas vegetales tuvieron un proceso de limpieza, primero con agua y luego

con etanol, esto para quitarles excesos de residuos de alimentos y grasa. Las

secamos al sol, y luego disminuimos su tamaño, sin llegar a pulverizar las

muestras, llegando a observar las fibras de esos materiales.

Imagen 1. Apariencia de nuestras materias primas.

Del lado izquierdo la hoja de maíz, del lado derecho, la hoja de plátano

Tomamos algunas muestras para averiguar la cantidad de cenizas obtenidas (por

combustión), la reactividad química con HCl y NH4OH y el porcentaje de humedad.

Para la cantidad de cenizas, primero pesamos determinada cantidad de las

muestras, luego la quemamos completamente, recuperando las cenizas, y pesamos

éstas. Realizamos el cálculo para determinar el porcentaje de cenizas en función

del peso inicial.

Página 8 de 19

La reactividad química consistió en colocar una gota de HCl y una gota de NH4OH

a una concentración de 0.5 M a cada una de las muestras, observando si había

algún cambio de color, desprendimiento de humos o posible efervescencia.

El porcentaje de humedad se determinó pesando cierta cantidad de las muestras

en un crisol, luego las introdujimos a un horno de secado precalentado a 80 °C

(como se aprecia en la imagen 2) por cincuenta minutos, las sacamos, y volvimos a

pesar. Calculamos el porcentaje de humedad en función del peso inicial.

Imagen 2. Las muestras de hojas de tamal siendo introducidas en el horno de

secado.

También realizamos un pegamento natural, considerando que la lignina presente

en las materias primas es baja. Este pegamento lo hicimos mezclando 100 g de

azúcar, 250 g de harina y 250 mL de agua destilada. Calentamos la mezcla hasta

que espesó. Lo quitamos de la parrilla de calentamiento y le adicionamos 10 mL de

vinagre. Mezclamos homogéneamente y lo guardamos para los siguientes pasos.

De manera paralela, investigamos algún compuesto químico que sirviera como

conservador, porque también averiguamos que la celulosa es atacada por los

hongos, así que queríamos algo para protegerla. Nuestra investigación nos dio

muchos compuestos, y elegimos el alcohol polivinílico por su fácil disponibilidad,

además de que es un compuesto biodegradable y posee propiedades útiles para

nuestros productos finales.

Página 9 de 19

Etapa 1. Obtención de la pasta de la celulosa

Para obtener celulosa, empleamos los rollos de papel higiénico que quedan luego

de terminarse el papel blanco. Una vez que recolectamos la suficiente cantidad (8

rollos), los cortamos en pequeñas partes y los pusimos a remojar toda una noche

en un recipiente.

Transcurrido ese tiempo, vaciamos el papel remojado a una licuadora y lo licuamos.

La mezcla obtenida la reservamos para las siguientes etapas (ver imagen 3).

Imagen 3. La materia prima para obtener una pasta de celulosa

Etapa 2. Obtención del papel reciclado

La obtención del papel inició cuando vaciamos la mezcla de la etapa anterior a

vasos de precipitados, de acuerdo con la siguiente tabla:

Mezcla Porcentaje en peso

de pasta de

celulosa

Porcentaje en peso

de fibra de hoja de

maíz

Porcentaje en peso

de fibra de hoja de

plátano

A 100 % - -

B 50 % 50 % -

C 50 % - 50 %

D 60 % 20 % 20 %

Página 10 de 19

A cada una de las mezclas, además, les adicionamos 10 mL del pegamento

obtenido y 5 g de alcohol polivinílico y revolvimos hasta lograr una mayor

homogeneidad en la mezcla.

Elaboramos bastidores a partir de aros para bordado y medias. Ellos nos servirían

para retener las mezclas finales. Colocamos nuestros bastidores sobre una charola

y vertimos las mezclas en ellos, presionando para eliminar la mayor cantidad de

agua, como lo muestra la imagen 4.

Imagen 4. Una de las mezclas siendo vaciada en el bastidor que elaboramos.

Dejamos nuestros bastidores en un lugar cálido por 7 días y protegidos del polvo

para que secaran en su totalidad. Luego de ese tiempo, desprendimos con cuidado

las hojas formadas. Las hojas resultantes fueron sometidas a varias pruebas.

Etapa 3. Evaluación de los productos obtenidos

Los productos obtenidos fueron evaluados a partir de las siguientes pruebas:

Pérdida de humedad: De los productos obtenidos se cortó una parte para

pesarla, luego la introducimos al horno de secado, precalentado a 80 °C por

50 minutos y la volvimos a pesar. Con los resultados obtuvimos el porcentaje

de humedad.

Densidad: De otra sección de los productos, se tomó una fracción, se pesó

y luego se sumergió en una probeta para determinar el volumen desplazado,

con los resultados se calculó la densidad, considerando una división entre el

peso (en gramos) y el volumen (en mililitros).

Página 11 de 19

Determinación de cenizas: Otra parte de los productos fue pesada, antes

de que se quemara en su totalidad, luego, pesamos las cenizas obtenidas e

hicimos el cálculo en función del peso inicial.

Reactividad química: Tomamos otra parte de los productos y los colocamos

en un vidrio de reloj, dejamos caer gotas de HCl y de NH4OH, a una

concentración de 0.5 M, y observamos lo que ocurría.

Resistencia mecánica: Cortamos algunas tiras de los cartones obtenidos y,

primero colocamos una pesa de 500 g a un extremo, lo colocamos en

posición vertical y observamos la facilidad para romperse. Luego, intentamos

separar en dos otras tiras para identificar de forma cualitativa qué tan fácil se

rompía.

Disgregación en agua: Colocamos la misma cantidad de una muestra de

cada cartón en un vaso de precipitados con 100 mL de agua, le pusimos un

agitador magnético y los colocamos en una parrilla con agitación.

Observamos cada minuto, la posible disgregación de las muestras.

Resultados

En las siguientes tablas se encuentran los resultados que obtuvimos.

Resultados para las materias primas

Tabla 1. Determinación de cenizas

Material Peso inicial Peso de cenizas Porcentaje de

cenizas

Hoja de maíz 3.3 g 0.6 g 18.18 %

Hoja de plátano 1.0 g 0.1 g 10 %

Página 12 de 19

Imagen 5. Ejemplo de cenizas obtenidas de la hoja de maíz

Tabla 2. Reactividad química

Material Con HCl 0.5 M Con NH4OH

Hoja de maíz Sin cambios La muestra se decolora

Hoja de plátano La muestra se

decolora

La muestra se tornó más

oscura

Tabla 3. Determinación de humedad

Material Peso inicial Peso final Porcentaje de

humedad

Hoja de maíz 15 g 14.3 g 4.66 %

Hoja de plátano 11.8 g 7.0 g 40.67 %

Página 13 de 19

Resultados de los productos obtenidos

Las siguientes imágenes muestran los cartones finales, luego de ser cortados y

lijados para dar un mejor aspecto.

Imagen 6.

A: Cartón elaborado con 100 % celulosa reciclada

B: Cartón elaborado con 50 % celulosa - 50 % fibras de hojas de maíz

C: Cartón elaborado con 50 % celulosa - 50 % fibras de hoja de plátano

D: Cartón elaborado con 60 % celulosa – 25 % fibras de hojas de maíz y 25 % de

fibras de hoja de plátano

A B

C D

Página 14 de 19

Tabla 4. Determinación de humedad

Cartón Peso Inicial Peso Final Porcentaje de

Humedad

A 1.2 g 1.0 g 16.67 %

B 1.2 g 1.2 g 0 %

C 1.2 g 1.0 g 16.67 %

D 1.3 g 1.2 g 7.67 %

Tabla 5. Determinación de densidad

Cartón Peso (g) Volumen (mL) Densidad (g/mL)

A 1.0 2.0 0.5

B 0.2 0.5 0.4

C 0.7 1.0 0.7

D 0.5 1.0 0.5

Página 15 de 19

Los resultados correspondientes a la determinación de cenizas no se pudieron

determinar, porque al pesar la ceniza obtenida de nuestras muestras en la balanza

digital, ésta no era capaz de dar un valor, debido a que su rango menor es de 0.1 g,

así que obtuvimos menos de esa cantidad.

En cuanto a los resultados de la reactividad química con HCl y NH4OH, a pesar de

que les adicionamos suficiente cantidad de esas sustancias, no observamos

cambios, solamente que eran absorbidos en su totalidad por los cartones que

obtuvimos.

Los resultados de la resistencia mecánica mostraron que el único cartón resiste a

un peso de 500 g fue el que no incorporó fibras a su composición (muestra A), en

cambio, con la prueba para romper con las manos, la más resistente fue el cartón

que llevó la mezcla de fibras de hoja de maíz.

Tabla 5. Determinación de disgregación

Cartón 1

minuto

2

minutos

3

minutos

4

minutos

5

minutos

A x x - - -

B x x x - -

C x - - - -

D x x - - -

Nota: La “x” significa que la muestra no se ha disgregado en ese tiempo y el “-“

significa que la muestra se disgregó en su totalidad

Página 16 de 19

Análisis e interpretación de resultados

Los resultados de las materias primas indican que, para el caso de la cuantificación

de cenizas, la hoja de maíz origina más cenizas que la hoja de plátano. Este valor

es importante desde el punto de vista ecológico, porque corresponde a aquellas

sustancias (como los minerales) que no arden con el fuego ni se evaporan y que,

con el tratamiento adecuado, pueden emplearse como fertilizantes.

Para los resultados de la reactividad química con un ácido (HCl) y una base

(NH4OH), ambas hojas resultaron ser resistentes, debido a que solamente se

decoloraron un poco, no se fragmentaron, ni presentaron daño superficial.

Los resultados de humedad indicaron que la hoja de plátano, a pesar de haber sido

secada, todavía guardaba mucha humedad, en comparación con la hoja de maíz.

Los resultados anteriores, nos empezaron a dar indicios sobre la naturaleza de

nuestras materias primas, y a lo que nos enfrentaríamos más adelante.

En lo que corresponde al proceso para la obtención de nuestros productos, los

integrantes del equipo consideramos que fue un proceso limpio. Los principales

argumentos para ello son que reducimos la cantidad de desechos generados, al

obtener 40 mL de agua residual, la cual no representó un peligro al ambiente,

porque en ella solamente se encontraban disueltos el alcohol polivinílico y el

pegamento a base de harina que no se integraron a las mezclas; reciclamos las

materias primas, todas ellas, fueron obtenidas de productos de desecho, a los que

no se les da un mayor tratamiento; y reusamos los materiales al incorporarlos en

nuevo producto: un cartón con cuatro composiciones diferentes.

También, pensamos que el proceso es económico, porque no gastamos más de 20

pesos en las materias primas, específicamente para la elaboración del pegamento

natural.

Los cuatro cartones obtenidos presentan propiedades diferentes, lo que los hace

únicos.

El cartón tipo A (100 % pasta de celulosa reciclada), visualmente presentó un color

café homogéneo, tuvo un 16.67 % de humedad, una densidad de 0.5 g/mL, su

Página 17 de 19

cantidad de cenizas fue muy poca, tuvo la mayor resistencia mecánica, no reaccionó

con el ácido y la base y se disgregó en 2 minutos. Estos resultados permiten

proponerlo, por ejemplo, como posible material para cajas que transporten un peso

menor a los 500 g.

El cartón tipo B (50 % pasta de celulosa reciclada + 50 % de fibras de hojas de

maíz), visualmente presentó un color café-amarillento, tuvo un no retuvo humedad,

tuvo una densidad de 0.4 g/mL, su cantidad de cenizas fue muy poca, tuvo poca

resistencia mecánica, no reaccionó con el ácido y la base, y se disgregó en 3

minutos. Con estos resultados, lo proponemos para ser usado como un material

para cajas que protejan medicamentos que deban estar alejados de la humedad.

El cartón tipo C (50 % pasta de celulosa reciclada + 50 % de fibras de hojas de

plátano), visualmente presentó un color café-verdoso, retuvo 16.67 % de humedad,

su densidad fue de 0.7 g/mL, la cantidad de cenizas fue poca, tuvo poca resistencia

mecánica, no reacciona con ácidos y bases, y se disgregó en 1 minuto. A partir de

estos datos, lo proponemos para ser usado como un papel-manteleta para

alimentos.

Y el cartón tipo D (60 % pasta de celulosa reciclada + 20 % de fibras de hojas de

maíz + 20 % de hojas de plátano), fue una mezcla de varios colores: café, amarillo

y verde, muy llamativo. Retuvo poca humedad, su densidad fue baja. Compartió los

mismos resultados en cuanto a cenizas, resistencia mecánica y reactividad. Y se

disgregó en 2 minutos. Podría ser empleado como pasta para cuadernos.

Conclusiones

El objetivo de este trabajo se logró porque obtuvimos cuatro productos tipo cartón a

partir del reciclaje de papel, e incorporando las fibras provenientes de las hojas de

maíz y de plátano, provenientes de tamales.

También, el proceso que seguimos no afecta al ambiente, porque no generamos

residuos peligrosos que requieran un mayor tratamiento

Con lo anterior, nuestra hipótesis fue acertada.

Página 18 de 19

Fuentes de información

Chávez, M. y Domine, M. (2013). Lignina, estructura y aplicaciones: Métodos

de despolimerización para la obtención de derivados aromáticos de interés

industrial. Avances en Ciencias e Ingeniería. 4 (4). 15 – 46 pp.

Consultado en línea en:

http://www.exeedu.com/publishing.cl/av_cienc_ing/2013/Vol4/Nro4/3-ACI1184-13-

full.pdf

Harford, T. (2017). Cómo la invención del papel cambió el mundo. BBC, Serie

50 cosas que hicieron la economía moderna.

Consultado en línea en:

https://www.bbc.com/mundo/noticias-39230916

Kay, Teschle. (2012). Capítulo 72. Industrias del papel y de la pasta de papel.

Enciclopedia de Salud y Seguridad en el Trabajo.

Consultado en línea en:

http://www.insht.es/InshtWeb/Contenidos/Documentacion/TextosOnline/Encicloped

iaOIT/tomo3/72.pdf

Prado, M. et al. (2012). Caracterización de hojas de mazorca de maíz y de

bagazo de caña para la elaboración de una pulpa celulósica mixta. Madera y

bosques, 18(3), 37-51.

Consultado en línea en:

http://www.scielo.org.mx/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1405-

04712012000300004&lng=es&tlng=es.

Römling, U. (2018). Celulosa, de los árboles a los dulces. Science in School.

The European journalfor science teachers.

Consultado en línea en:

https://www.scienceinschool.org/es/content/celulosa-de-los-%C3%A1rboles-los-

dulces

Página 19 de 19

Valencia, A., Rivera, C., y Murillo, E. (2013). Estudio de las propiedades de

mezclas de alcohol polivinílico-almidón de yuca-sorbitol obtenidas por

casting. Revista Colombiana de Materiales. 4. 41 – 55 pp.

Consultado en línea en:

aprendeenlinea.udea.edu.co/revistas/index.php/materiales/article/download/.../131

65