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REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
UNIVERSIDAD DEL ZULIA
FACULTAD DE INGENIERÍA
DIVISIÓN DE POSTGRADO
PROGRAMA DE POSTGRADO EN CIENCIAS DEL AMBIENTE
EVALUACIÓN DE LAS PULPAS OBTENIDAS A PARTIR DEL
PSEUDOTALLO DE PLÁTANO PARA LA ELABORACIÓN DE PAPEL
Trabajo de Grado presentado ante la
Ilustre Universidad del Zulia
para optar al Grado Académico de
MAGISTER SCIENTIARUM EN CIENCIAS AMBIENTALES
Autora: Yandrelis Teotiste Paz González
Tutora: Marinela Colina
Co-Tutor: Gilberto Colina
Maracaibo, noviembre de 2011
Paz González, Yandrelis Teotiste. Evaluación de las pulpas obtenidas a partir del pseudotallo
de plátano para la elaboración de papel. (2011). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia.
Facultad de Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo. Venezuela. 75p. Tutor: Dra. Marinela
Colina. Co -Tutor: Dr. Gilberto Colina.
RESUMEN
La creciente demanda de madera, pulpa y papel a escala mundial se incrementa a un ritmo muy
acelerado, en tanto que las fuentes naturales de la materia prima utilizadas van decreciendo y
ocasionando efectos negativos. La industria papelera venezolana para satisfacer la demanda de
derivados de pulpas celulósicas, recurre a importaciones de pulpas o pasta químicas, desperdicios
de papel y cartón y papeles semielaborados y acabados. Varios son los estudios que se han
realizado con el propósito de buscar fuentes alternativas que puedan ser utilizadas en la obtención
de pulpas, desde el cultivo de coníferas como la utilización de especies nativas. El sur de lago de
Maracaibo, se destaca por su gran extensión de plantaciones de plátano, casi 150mil hectáreas, lo
suficiente como para extraer del pseudotallo, la celulosa necesaria para la producción de papel,
además se solucionar un problema de contaminación que ha sido preocupante para los
productores a los largo de los años. En este trabajo se destaca la importancia de aplicar los
procesos quimicotermomecánico y termomecánico, la evaluación de las propiedades físico
mecánicas del papel obtenido, así como también el estudio del blanqueo y opacidad en las fibras
obtenidas, empleando H2O2 como agente blanqueante.
Palabras clave: residuos agroindustriales, pseudotallo de plátano, proceso termomecánico,
proceso quimicotermomecánico, blancura, opacidad.
E-mail del autor: [email protected], [email protected]
Paz González, Yandrelis Teotiste. Evaluation of pulps obtained from the pseudostem of
banana for paper making (2011). Trabajo de Grado. Universidad del Zulia. Facultad de
Ingeniería. División de Postgrado. Maracaibo. Venezuela. 75p. Tutor: Dra. Marinela Colina. Co-
Tutor: Dr. Gilberto Colina
ABSTRACT
The growing demand for wood, pulp and paper worldwide is increasing at an accelerated way,
while natural sources of raw materials used are decreasing and causing negative effects.
Venezuelan paper industry to satisfy demand from pulp cellulose, has used imports of pulp or
chemical pulp, waste paper and cardboard and paper semi-finished and finished. There are
several studies that have been made with the purpose of seeking alternative sources that could be
used in the production of pulp from growing conifers such as the use of native species. South of
Lake Maracaibo, is notable for its large expanse of banana plantations, almost 150000 hectares,
enough to extract the pseudostem, the cellulose needed for the production of paper, plus to solve
a pollution problem that has been troubling for producers to over the years. This paper highlights
the importance of therm chemical mechanical pulp and thermomechanical processes, assessment
of physical-mechanical properties of the resulting paper, as well as the study of money and
opacity in the fibers obtained, using H2O2 as a bleaching agent.
Key words: agro-industrial residues, pseudo-stem, thermochemical mechanical pulp process,
thermomechanical process, whiteness, opacity.
Author´s E-mail: [email protected], [email protected]
DEDICATORIA
A Nairiana de Jesús
AGRADECIMIENTOS
A Dios Padre Todopoderoso por permitirme lograr todas las metas que me he trazado en el
transcurso de mi vida.
A mi gran amiga y madre Vilma González.
A la gran casa de estudios La Universidad del Zulia, por darme la oportunidad de formarme
académica y profesionalmente.
Al Laboratorio de Química Ambiental de La Universidad del Zulia porque desde mis estudios
de pregrado se convirtió en mi segunda casa.
A mis queridos profesores, guía fundamental en mi formación académica, profesional y
personal, Marinela Colina, Gilberto Colina, Rodolfo Salas.
Al Laboratorio Nacional de Productos Forestales y Ambientales de La Universidad de los
Andes, por abrirme sus puertas y lograr con éxito esta investigación, en especial a los profesores,
Daniel Calderón y Pablo Ninin.
A la Fundación Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas, por ser parte de mi
formación académica y profesional. Especialmente a mis compañeros de trabajo, José A. Molina
y Guillermo Valbuena.
A la Profa. Altamira Díaz, Coordinadora del Programa de Postgrado en Ciencias del
Ambiente, al Prof. Arnaldo Bracho, docente de las cátedras E - Administración del Ambiente y
Manejo de Desechos Tóxicos y Peligrosos, por toda su amistad y colaboración.
A mi compañera y amiga Alanis Ulasio, por su apoyo, compañerismo, lealtad y amistad.
Al Profesor Víctor Cioce, por el apoyo incondicional.
INDICE DE CONTENIDO
Pág.
RESUMEN………………………………………………………………………..………… 3
ABSTRACT………………………………………………………………………………… 4
DEDICATORIA…………………………………………………………………………….. 5
AGRADECIMIENTOS..……………………………………………………………………. 6
INDICE DE CONTENIDO………………………………………………………………… 7
INDICE DE TABLAS………………………………………………………………………. 9
INDICE DE FIGURAS….…………………………………………………………………. 10
LISTA DE ABREVIATURAS…....……...………………………………………………… 12
INTRODUCCIÓN………………………………………………………………………….. 13
CAPÍTULO I. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1 Planteamiento y formulación del problema……………………………………….. 15
1.2 Generalidades sobre el pseudotallo de plátano………...………………………….. 16
1.3 Celulosa……………………………………………………………………………. 19
1.4 Hemicelulosa………………………………………………………………………. 20
1.5 Lignina y su determinación (Número kappa)……………………………………... 21
1.6 Influencia de los extractivos………………………………...…………………….. 22
1.7 Pulpeo……………………………………………………………………………… 23
1.8 Papel y sus Propiedades físico-mecánicas………………………………………… 23
1.9 Proceso termomecánico (CTM)…………………………………………………… 27
1.9.1 Etapas en la producción de pulpa con refinador mecánico…………………. 27
1.9.2 Sistemas de producción de pulpa termomecánica…………………………... 28
1.10 Proceso químicotermomecánico (CTMP)…………………………………………. 29
1.11 Blanqueo de pulpas………………………………………………………………... 31
1.11.1 Blancura…………………………………………………………………… 32
1.11.2 Cambios ópticos en el proceso de blanqueo………………………………. 32
1.11.3 Variables del blanqueo…………………………………………………….. 34
1.11.4 Opacidad del papel………………………………………………………… 35
1.11.5 Aspectos químicos de la utilización de peróxido de hidrógeno en el 36
blanqueo………………………………………………………………..…..
1.12 Pulpas para elaborar papel y sus procesos………………………………………… 37
1.13 Producción del papel a nivel nacional e internacional…………………………….. 38
CAPÍTULO II. PARTE EXPERIMENTAL
2.1 Reactivos…………………………………………………………………………... 41
2.2 Equipos…………………………………………………………………………….. 41
2.3 Preparación de la muestra…………………………………………………………. 42
2.4 Obtención de fibras………………………………………………………………... 43
2.5 Determinación de celulosa………………………………………………………… 44
2.6 Obtención del papel……………………………………………………………….. 44
2.7 Análisis físico-mecánicos…………………………………………………………. 44
2.8 Preparación de la materia prima para la determinación de extractivos, celulosa y
lignina……………………………………………………………………………… 45
2.9 Determinación de extractivos del pseudotallo M. paradisiaca……………………. 45
2.10 Determinación de lignina………………………………………………………….. 45
2.11 Blanqueo de pasta…………………………………………………………………. 45
CAPÍTULO III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1 Evaluación de fibras……………………………………………………………….. 47
3.2 Calidad de pulpa y papel…………………………………………………………... 49
3.2.1 Determinación del número kappa para la obtención de lignina residual…… 49
3.2.2 Propiedades físico-mecánicas del papel obtenido…………………………... 51
3.2.3 Caracterización del contenido de lignina, hemicelulosa y otros extractivos.. 62
3.3 Estudio de blancura y opacidad…………………………………………………… 64
3.3.1 Evaluación del blanqueo……………………………………………………. 64
3.3.2 Evaluación de la opacidad…………………………………………………... 65
CONCLUSIONES………………………………………………………………………….. 68
RECOMENDACIONES……………………………………………………………………. 69
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS…………………………………………………….. 70
INDICE DE TABLAS
Tabla Pág.
1 Número Kappa y porcentaje de lignina residual (%LR) obtenidos en las pulpas con
las diferentes cocciones……………………………………………………………... 50
2 Pesos bases evaluados aplicando TPM y CTMP…………………………………… 52
3 Clasificación de los papeles y cartones de acuerdo a su gramaje…………………... 53
4 Tensión evaluada aplicando TMP y CTMP………………………………………… 54
5 Rasgado evaluada aplicando TMP y CTMP………………………………………... 56
6 Porosidad evaluada aplicando TMP y CTMP………………………………………. 58
7 Explosión evaluada aplicando TMP y CTMP………………………………………. 60
8 Rugosidad evaluada aplicando TMP………………………………………………... 61
9 Elongación evaluada aplicando CTMP……………………………………………... 62
10 Contenido de lignina, celulosa y extractivos……………………………………….. 63
11 Comparación de lignina y celulosa entre diferentes géneros de Musáceas………… 64
12 Promedios de blancura ISO evaluadas a 457nm……………………………………. 65
13 Promedios de opacidad de contraste e impresión…………………………………... 66
INDICE DE FIGURAS
Figura Pág.
1 Partes de la planta de plátano……………………………………………………….. 17
2 Estructura química de la celulosa…………………………………………………… 20
3 Representación esquemática de los componentes de las paredes celulares de las
plantas……………………………………………………………………………….. 21
4 Representación del paso del aire en el papel………………………………………... 25
5 Distribución y efecto de la presión del papel en la prueba de explosión…………… 26
6 Comportamiento de la luz cuando incide sobre una hoja de papel…………………. 33
7 Producción mundial del papel y su proyección……………………………………... 39
8 Distribución mundial del consumo de papel………………………………………... 40
9 Equipos empleados para la elaboración del papel…………………………………... 41
10 Equipos empleados para el estudio de blanqueo y opacidad……………………….. 42
11 Ubicación geoespacial del sitio de muestro del pseudotallo de plátano……………. 43
12 MEB en pulpas evaluadas aplicando TMP…………………………………………. 48
13 MEB en pulpas evaluadas aplicando CTMP………………………………………... 48
14 MEB a la estructura externa del pseudotallo de plátano aplicando CTMP a 250x…. 49
15 Comportamiento de la lignina residual a diversas concentraciones de NaOH……... 50
16 Representación gráfica de peso base aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino………………………………………………………………. 51
17 Representación gráfica de peso base aplicando CTMP, con respecto a [NaOH] y
tiempo de reacción………………………………………………………………….. 52
18 Representación gráfica de tensión aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino………………………………………………………………. 53
19 Representación gráfica de tensión base aplicando CTMP, con respecto a [NaOH] y
tiempo de reacción………………………………………………………………….. 54
20 Representación gráfica de rasgado aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino………………………………………………………………. 55
21 Representación gráfica de rasgado aplicando CTMP, con respecto a [NaOH] y
tiempo de reacción………………………………………………………………….. 56
22 Representación gráfica de porosidad aplicando TMP, con respecto al número de 57
revoluciones de refino……………………………………………………………….
23 Representación gráfica de porosidad aplicando CTMP, con respecto a [NaOH] y
tiempo de reacción………………………………………………………………….. 57
24 Representación gráfica de explosión aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino………………………………………………………………. 59
25 Representación gráfica de explosión aplicando CTMP, con respecto a [NaOH] y
tiempo de reacción………………………………………………………………….. 59
26 Representación gráfica de rugosidad aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino………………………………………………………………. 60
27 Representación gráfica de elongación aplicando CTMP, con respecto a [NaOH] y
tiempo de reacción………………………………………………………………….. 61
28 Porcentajes de celulosa, lignina y extractivos………………………………………. 63
LISTA DE ABREVIATURAS
CTMP: Proceso quimicotermomecánico
CGV: Corporación Venezolana de Guayana.
FTIR: Infrarrojo con transformada de Fourier.
ICP-OES: Inductively coupled plasma atomic - optical emission spectrometry.
INVEPAL: Industria venezolana endógena de papel.
INZIT: Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas.
LR: Lignina residual.
M. paradisiaca: Musa paradisiaca
MANPA: Manufacturas de papel.
MOCARPEL: Molinos de cartón y papel.
PAVECA: Papeles Venezolanos Compañía Anónima.
PDVSA: Petróleo de Venezuela, Sociedad Anónima.
PROFORCA: Productos Forestales de Oriente, Compañía Anónima.
PULPACA: Empresa básica de Industria y Papel, Compañía Anónima.
SEM: Scanning electron microscope.
TAPPI: Technical Association of the Pulp and Paper Industry
TMP: Proceso termo-mecánico
VENEPAL: Venezolana de Pulpa y papel, Compañía Anónima.
INTRODUCCIÓN
El plátano o banano, es una planta herbácea que se desarrolla bajo clima tropical. Hoy en día
en América Central y América del Sur conforman las principales regiones exportadoras por
frutos, fibras y hojas. La clasificación científica del banano pertenece al género Musa, de la
familia de las Musáceas, el 11 % de la planta está representada por el fruto y el 89 % corresponde
a residuos orgánicos. Es producido en gran magnitud a nivel nacional, principalmente en el Sur
del Lago, se destaca la gran cantidad de materia prima, para la producción de estos productos,
tomando en consideración más de 150 mil hectáreas de plantaciones de plátano solo en el sur del
Lago de Maracaibo – Estado Zulia. Investigaciones sobre aspectos anatómicos, químicos y de
pulpeo, catalogan al raquis o pinzote del plátano, como materia prima ideal por ser fibra larga, de
buenas características para la formación de papel y de alta resistencia mecánica, (Torres, 1981).
Diversos estudios se han realizado con el pseudotallo de plátano (Musa paradisíaca), entre
estos vino, celulosa, almidón, etanol, despertando así un gran interés en el desarrollo para el
avance tecnológico y ambiental a nivel nacional.
Para un país en vías de desarrollo, una fábrica de papel es un verdadero salto en la vía hacia la
industrialización aún más cuando utiliza como materia prima subproductos de otras actividades.
En tanto que otras industrias tienden a crecer en forma gradual, expandiéndose lentamente hasta
que al final alcanzan dimensiones significativas, una fábrica de pasta o de papel suele ser grande
desde un comienzo, a causa de las economías de escala que es necesario lograr.
El desarrollo de productos de consumo a partir de materias primas agrícolas renovables es
actualmente un área importante para la investigación en las universidades, industrias y gobierno.
Estos materiales utilizan una fuente de materia prima inagotable y de bajo costo, además de
solucionar problemas de contaminación, por ello, pueden ser utilizados sin ningún impacto
negativo para el ambiente y la salud, siendo catalogados como la materia prima preferida para la
industria.
Asimismo, las importaciones de papel para escribir e imprimir provienen principalmente de
países donde empresas venezolanas como MANPA posee presencia comercial, específicamente
de Colombia y Estados Unidos. Por otro lado, las importaciones de sacos y bolsas de papel
provienen de Colombia y Trinidad. Adicionalmente, la importación de cuadernos proviene
principalmente de Colombia y México, (González, 2002).
La creciente demanda de papel y de madera a nivel global, junto a la necesidad de preservar
los bosques aún remanentes y las técnicas que se aplicaban, donde se generan licor negro, son
argumento utilizados para justificar la expansión de las plantaciones forestales para la producción
de madera y pulpa. Por otra parte, la amenaza que significa el calentamiento global, que viene
siendo usada para promover las plantaciones como sumideros de carbono.
La presente investigación tiene como objetivo principal: Evaluar la factibilidad de obtención
de pasta celulósica, mediante los procesos termoquímico y termomecánico a partir de pseudotallo
de plátano (M. paradisiaca) para la fabricación de papel.
16
CAPITULO I
FUNDAMENTOS TEÓRICOS
1.1. Planteamiento y formulación del problema
Los residuos sólidos son los generados a partir de las actividades comerciales, industriales o
agrícolas que generalmente se desechan como inútiles, éste subproducto genera una gran fuente
de contaminación, por lo que actualmente se buscan alternativas para el uso de los mismos. La
industria agrícola es una de las principales fuentes de generación de residuos sólidos, los cuales
están constituidos principalmente por los tallos, raíces, hojas u otras partes de las plantas que no
son utilizadas en estos procesos.
Las fibras no madereras se pueden clasificar en tres categorías: i) fibras procedentes del tallo
de diversas plantas como lino, cáñamo, kenaf y yute, y de hojas como abacá y sisal; ii) residuos
agrícolas como la paja de trigo, maíz, arroz o el bagazo de caña y el pseudotallo de plátano; y iii)
hierbas silvestres como bambú o hierba elefante. Actualmente, las fibras no madereras
representan una alternativa para la producción de pasta de celulosa en países con baja
disponibilidad de madera y en los que disponen de abundantes residuos agrícolas fibrosos o
cultivos de plantas fibrosas no madereras. Así, el uso de estas fibras para la producción de pasta
de celulosa ha ido aumentando, especialmente en los países en vías de desarrollo, como India,
China y algunos países latinoamericanos.
“Hoy en día la industria platanera produce una gran cantidad de residuos vegetales, ya que de
la planta solamente se aprovecha el fruto, teniendo que disponer de las demás partes de la planta:
pseudotallo, hojas y pinzote o raquis (parte de la planta que sostiene los manojos de frutos)”,
(Canché-Escamilla y col, 2005).
Desde hace varios años con el incremento de la producción de plátano se ha hecho notar el
problema que tienen los productores después de cosechar, debido a que se les dificulta
reincorporar los residuos generados por esta actividad a los suelos, especialmente el pseudotallo
de la planta, produciéndose a veces olores desagradables y proliferación de insectos originada por
la descomposición del mismo. No existen estadísticas que cuantifiquen el grado de
contaminación producido por estos residuos agrícolas, pero se debe destacar que la mayoría de
42
estos productores habitan con sus familias en las cercanías de sus cultivos, por lo que se ven
directamente afectadas.
El papel y los productos relacionados, se elaboran a partir de fibras de celulósicas. Estas fibras
pueden provenir de diferentes materiales lignocelulósicos: algodón, madera, paja de cereales,
entre otros, pero actualmente la mayor parte de la producción mundial del papel proviene de la
madera. A la vez, un tercio del total de madera procesada en el mundo se emplea para la
fabricación de pasta celulósica, alcanzando cifras que sitúan esta industria entre las más grandes
del mundo. La estructura básica de la pasta y el papel es un entramado de fibras de celulosa
(polisacárido lineal que se encuentra en varias capas de pared celular, Peña-Aguilera 2003)
unidas mediante enlaces de hidrógeno, (Tesehke, 2001).
El aumento del consumo del papel en el mundo y las previsiones de crecimiento que se hacen
de él, se sustentan en modelos económicos insostenibles, enormemente derrochadores y
contrarios al principio de precaución con el ambiente. En muchos países cuya disponibilidad de
recursos forestales o suministradores de fibra virgen son limitados, este reto se enfrenta
utilizando fibra no leñosa que impacta directamente y positivamente sobre el medio ambiente, ya
que disminuye la demanda de recursos forestales y facilita el empleo de una fracción sólida de los
residuos urbanos (papel). Ahora bien combinando estos residuos agrícolas e incorporándolos
como subproductos del pseudotallo del plátano, como fuente de fibra vegetal alternativa,
permitirá reducir costos y a largo plazo disminuir la tala de bosques papeleros que influyen
actualmente y de forma negativa con el calentamiento global, favoreciendo así el impacto
biológico.
A partir del planteamiento del problema, se ha formulado la interrogante que pretende ser
respondida mediante la presente investigación, siendo ésta la siguiente: ¿La utilización de la
pulpa de pseudotallo de plátano (Musa paradisiaca), en la elaboración de papel reduce la
contaminación generada por los desechos de la industria platanera en el Estado Zulia?
1.2. Generalidades sobre el pseudotallo de plátano
El plátano se originó en Asia Meridional y se conoce en el mediterráneo desde año 650,
cuando la especie llegó a las Islas Canarias en el siglo XV; desde allí fue llevado a América en el
43
año 1516 (Hernández-Vit, 2009). La clasificación científica del banano pertenece al género
Musa, de la familia de las Musáceas (Musaceae). Los plátanos maduros, también llamados
macho, son de la especie Musa paradisíaca (Roudaut y col., 2009). La mitad de la producción
bananera mundial se concentra en África, y gran parte de ella se consume localmente. Las
principales regiones exportadoras son América Central y América del Sur (Ren y col., 2009). El
plátano es producido en gran magnitud a nivel nacional, principalmente en la zona Sur del Lago
de Maracaibo, estado Zulia constituyendo la región de cultivo por excelencia abasteciendo la
mayor parte del mercado (Vásquez y col., 2008).
Musa paradisíaca es descrita por primera vez por Linneo en el año 1753 como una planta
herbácea. La taxonomía del género Musa es compleja e incluye híbridos que han originado
denominaciones genéticas muy particulares (Marin y col., 2003). La Figura 1 muestra las
diferentes partes de la planta.
Figura 1. Partes de la planta de plátano.
Diversos estudios se han realizado para la obtención de fibras que puedan ser útiles para la
elaboración de papel, entre estos: a finales de los años 80, se desarrolló un proceso para la
Pseudotallo
Hoja
Hoja
Racimo
Bacota
Colino
Semilla
Raíz Tallo o cormo
Yema
44
obtención de celulosa con residuos de banano, partiendo de cuatro etapas, hidrólisis ácida,
cloración, extracción alcalina y blanqueo (Cazaurang y col., 1990).
El pseudotallo del plátano mide 2-5 m, y su altura puede alcanzar 8 m con las hojas. Es una
planta estolonífera, con hojas erguidas, oblongas de 1 a 2 m de largo por 30-55 cm de ancho,
redondeadas en el ápice y en la base, cara superior verde claro y con envés más tenue
(Hernández-Vit, 2009). Según (Turrado y col., 2009), la producción de banano es uno de los
cultivos más importante en la agricultura, su producción mundial alcanza 32,8x106 tm.
(Márquez y col., 1996) y (Andrade, 1998), aplicaron con éxito el proceso de Cazaurang, a
partir de fibras lignocelulósicas recuperadas de agaves, con un contenido de lignina del 12-16 %,
encontrándose en dichos trabajos que las etapas de cloración y de extracción alcalina, son las
etapas que más afectan las características de la celulosa obtenida.
Diversas especies han sido estudiadas para su evaluación papelera, como es el caso del
castaño, ciprés y encino, determinando su composición química y obtención de pulpa Kraft,
empleando los procedimiento establecidos por las Normas TAPPI 1989; los rendimientos
clasificados de las pulpas y propiedades físico-mecánicas en general resultaron inferiores a las
obtenidas con pulpas comerciales de otras especies como Eucalyptus globulus, (Juacida y col.,
2002).
En el transcurso de los años, el cultivo de plátano se ha convertido en una de las principales
actividades agroindustriales que se desarrollan en América Latina, generando una considerable
cantidad de fibra en los residuos como raquis o pinzotes, siendo este el eje del racimo en la
planta, que se corta después de la cosecha y por lo general a la izquierda en la plantación de
suelo. (Cordeiro y col., 2004), determinaron la composición química y el pulpeo del pseudotallo
de plátano, a través de Número de Kappa, que expresa la cantidad de lignina removida o
eliminada en la cocción, (Escoto 2004).
Para el año 2005, Canché-Escamilla y col. presentaron un estudio sobre la factibilidad de
obtención celulosa a partir de los desechos agrícolas del banano, (pseudotallo y pinzote), la
celulosa se caracterizó mediante termogravimetría, espectroscopia de FTIR y determinación de
peso molecular.
45
Para la estandarización de un proceso tecnológico destinado a la elaboración de pulpa y papel,
se han realizado extracciones de fibras no leñosas, cabuya, Furcraea andina Trel y banano Musa
paradisiaca, cubriendo así los procesos básicos de la industrialización de las fibras naturales.
Extracción mecánica de fibras, cocción de las fibras (pulpeo alcalino), preparación de la pulpa,
formación y secado de papel, (Aguilar y col., 2007).
Turrado y col., 2009; estudiaron el pinzote de Musa balbisiana y Musa acuminata como
fuente de fibras para papel, considerándolo como residuo agroindustrial en los países productores
de banano, el proceso de obtención de fibras se llevó a cabo de acuerdo a un diseño experimental
factorial, que permite relacionar variables (tiempo de cocción, concentración de reactivos) en
cuatro niveles con variables independientes (rendimiento, consumo de reactivos, rechazo y
lignina residual).
No solo las diversas especies de Musa se han empleado para la obtención de pulpa y por ende
elaboración de papeles para diversos usos, Paz y col., (2010), diseñaron filtros para muestreos de
particulado atmosférico elaborados con Lemna sp y papel reciclado, donde resalta la importancia
de emplear materia prima reciclada y a su vez aplicar el cultivo de Lemnaceae como un filtro
biológico.
1.3. Celulosa
Se aisló y caracterizó como sustancia química por primera vez en la década de 1830, por el
químico agrícola francés Anselme Payen; esté llego a la conclusión que la celulosa era una
sustancia isomérica por su contenido de carbono e hidrógeno, además que al hidrolizarse
producía D-glucosa. Después de tres cuartos de siglo la formula empírica de la celulosa queda
establecida como (C6H10O5)x.(Peña y Aguilera, 2003).
Es un polisacárido natural lineal, constituyendo el biopolímero más abundante y renovable,
con una gran variedad de aplicaciones útiles. Sin embargo, la química de la celulosa en general
es difícil ya que este polímero natural no es fundible ni soluble en disolventes comunes debido a
sus puentes de hidrógeno y estructura cristalina. Las propiedades físicas de la celulosa pueden ser
modificadas de manera significativa por derivatización, (Cuiyu y col., 2006). Cabe resaltar que la
46
celulosa es el principal componente estructural que confiere resistencia y estabilidad a las paredes
celulares vegetales (Dufresne, 2006); además, la misma se puede encontrar como una red de
micro fibrillas no acopladas en una matriz de celulósica, (Rondeau – Mouro y col., 2003). La
Figura 2 muestra la estructura química de la celulosa.
Figura 2. Estructura química de la celulosa (Kirk-Othmer, 1962).
1.4. Hemicelulosa
Es un polímero relativamente corto, ramificado, homo y heteropolímero. Los componentes
monosacáridos que las forman son glucosa, xilosa, galactosa, manosa, arabinosa y ramnosa; así
como, también ácidos urónicos de glucosa y galactosa (Eaton y Male, 1993). Se estima que
representa un tercio de todos los componentes en las plantas y su estructura varía
significativamente según la especie vegetal (Chaikumpollert y col., 2004). A diferencia de la
celulosa, la hemicelulosa presenta un esqueleto ramificado, generalmente no es cristalina, su
grado de polimerización oscila entre 60 y 200, se hidroliza con facilidad frente a ácidos diluidos y
se disuelve en álcalis caliente (Panshin, 1990). La hemicelulosa, es el segundo polisacárido más
abundante en las paredes celulares de las plantas, constituyendo entre un 10-40 % de la fracción
total de los carbohidratos, aunque su composición varía dependiendo de la especie de la planta.
Es un heteropolisacárido cuya cadena central suele estar constituida por xilosas unidas por
enlaces glicosídicos (1-4) con un alto grado de polimerización y ramificación. Los sustituyentes
más comunes presentes en los residuos de la cadena de D- xilopiranosilo son los grupos acetil
que esterifican los carbonos dos y tres (C2 y C3) de la xilosa, la L- arabinosa que se une mediante
47
el enlace glicosídico α (1-3) a la cadena central de xilosa, el ácido glucurónico que se une a través
del enlace glicosídico α (1-2) a los residuos de xilosa, y otros como el ácido p-cumárico y el
ácido ferúlico que esterifican a la L- arabinosa (Fennema, 1997). Pueden formar una gran
cantidad de enlaces de hidrógeno con la celulosa (Bieto y Talon, 1993) y al combinarse con la
lignina proporcionan una envoltura protectora alrededor de la celulosa, que debe ser modificada o
quitada para obtener su hidrólisis eficiente. Su naturaleza ramificada hace que la hemicelulosa
sea amorfa, y relativamente fácil de hidrolizar a sus azúcares constitutivos (Lyons y col., 1999).
1.5. Lignina y su determinación (Número kappa)
Es un polímero natural que se encuentra ubicado en las paredes celulares de las plantas. Esta
después de la celulosa es el polímero más abundante en las plantas, el cual proporciona a las
células fuerza y rigidez para el soporte estructural, impermeabilidad y el transporte de agua. Es el
componente estructural que suministra a la madera propiedades elásticas y de resistencia,
(Holtman y col., 2004 – Sonoda y col., 2001) su estructura tridimensional está compuesta por
una gran variedad de enlaces químicos entre unidades del tipo fenilpropano y heteroátomos como
el oxígeno (Bentivenga y col., 2003). Es importante destacar que la lignina está compuesta por
distintos tipos de enlaces en los que se encuentran enlaces del tipo C – C y C – O – C, (Kuroda,
Nakagawa-Izumi, 2006).
Una de las propiedades más importantes de la lignina es que esta se encuentra asociada a la
hemicelulosa y celulosa, sus propiedades varían de acuerdo a los métodos de preparación y
separación empleados; es insoluble en todos los ácidos minerales fuertes y en todos aquellos
disolventes incapaces de formar enlaces tipo puente de hidrógeno, mientras que se solubiliza
fácilmente en disoluciones alcalinas presentándose generalmente en forma de polvos amorfos de
color café. (Tanahashi y col., 1988). La Figura 3, muestra la representación esquemática de los
componentes de las paredes celulares de las plantas.
48
Figura 3. Representación esquemática de los componentes de las paredes celulares de las plantas
(Gaviria y col., 2002).
El número kappa, es uno de los métodos más utilizados para determinar indirectamente la
lignina mediante el uso del agente oxidante permanganato de potasio (KMnO4). Se puede definir
como el número de milímetros de KMnO4 0,1 N consumido por un gramo de pulpa seca en
condiciones específicas, es posible utilizarlo en pulpas tanto químicas como semiquímicas con
rendimientos menores al 70 %. Este índice es usado principalmente para expresar la cantidad de
lignina removida o eliminada en la cocción y para establecer relaciones entre el grado de
deslignificación alcanzado, el rendimiento del proceso de cocción y las necesidades de reactivos
durante la digestión de la materia prima y el blanqueo de las pulpas. Se determina según norma
de control de calidad de la pulpa semiquímica de la empresa (Smurfit MOCARPEL) ME-07-PR-
LQ-06. (Chacón, 2004).
1.6. Influencia de los extractivos
Algunos extractivos son: grasas, ceras, resinas, terpenos, fenoles, entre otros, estos:
1. Reduce el rendimiento en los procesos de pulpeo ya que son fácilmente solubles en los
licores de cocción empleados.
49
2. Aumentan el consumo de reactivos. Muchos extractivos reaccionan con los productos
químicos usados para la cocción, haciendo que su consumo aumente.
3. Inhiben la reacción de deslignificación. Esto puede ser debido a que la impermeabiliazación
de la madera por los extractivos dificulta la entrada de licor de cocción
4. Corrosión de equipos. Extractivos de carácter ácido forman complejos con los metales
usados en la construcción de los equipos, causando problemas de corrosión.
5. Calidad de la pasta. Ciertos extractivos hacen a la pulpa más oscura y más difícil de
blanquear.
6. Problemas técnicos como disminución de la eficiencia de los evaporadores (depósitos),
formación de espuma, incrustaciones (Pitch), o depósitos también causan problemas en la
máquina papelera y en la calidad de papel.
Pitch: son combinaciones de ácidos grasos, ácidos resinicos y ésteres, que se acumulan en la
madera y en las pulpas mecánicas y químicas. Peña y Aguilera, (2003).
1.7. Pulpeo
Es el proceso mediante el cual la materia prima es transformada en una masa fibrosa, es decir,
se rompen las unidades de la madera a fin de liberar las fibras celulósicas. Esta operación puede
llevarse a cabo por medio de procesos mecánicos, químicos, térmicos o combinación de estos.
(Casey, 1991).
Según lo reseñado por Peña y Aguilera, (2003), la pulpa se obtiene por la separación de las
fibras de la madera u otros materiales fibrosos; podría decirse que es un producto intermedio en
la manufactura de papel y cartón. La producción de pulpa se logra por medios químicos o
mecánicos o mediante combinaciones de los dos procesos. Dependiendo de la maquinaria y de la
acción utilizada, se puede decir que los materiales vegetales se muelen, cuecen digieren,
desfibran, deslignifican o se refinan para convertirse en pulpas.
1.8. Papel y sus propiedades físico-mecánicas
50
Se cree que la fabricación de papel tiene su origen en China hacia el año 100 d.C., se
utilizaban trapos, cáñamo, paja y hierba como materias primas y se golpeaban contra morteros de
piedra para separar la fibra original. Aunque con el tiempo ganó terreno la mecanización, hasta el
siglo XIX siguieron utilizándose los métodos de producción por lotes y las fuentes de fibra
agrícolas. Las primeras máquinas continuas de papel se patentaron en los años de cambio del
siglo XIX al XX. Entre 1844 y 1884 se desarrollaron los primeros métodos para la obtención de
pasta de madera, una fuente de fibra más abundante que los trapos o las hierbas; estos métodos
implicaban la abrasión mecánica y la aplicación de procedimientos químicos a base de sosa
cáustica, sulfitos y sulfatos (celulosa al sulfato). Con estos cambios se inició la era moderna de la
fabricación de pasta y de papel, (Paz, 2007).
Es una delgada hoja elaborada con pasta de fibras vegetales que son molidas, blanqueadas,
desleídas en agua, secadas y endurecidas posteriormente; a la pulpa de celulosa, normalmente, se
le añaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de proporcionar diversas
características. Las fibras están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno. También
se denomina papel, hoja o folio a su forma más común como lámina delgada, (García, 2007).
La evaluación físico mecánica es utilizada para la determinación de las propiedades y
características físicas que tiene la pulpa, como la longitud de la fibra, su composición fibrosa y
sus resistencias físicas. Entre estas propiedades se pueden mencionar:
Gramaje o Peso Base: el peso es una de las especificaciones más comunes relativas al papel,
debido a que este se utiliza en forma de hoja y su área tiene más importancia que su volumen, el
peso del papel se expresa por unidad de área, en vez de hacerse por unidad de volumen, como
ocurre con la mayoría de los materiales. El peso del papel se expresa como gramos por metro
cuadrado en el sistema métrico y se denomina gramaje. (Sosa A. y Rivas J., 2006), se calcula
según la ecuación:
. (1)
Donde Pb: es el peso base o gramaje de la probeta del papel en g/m2; P: es el peso promedio
de la hoja del papel; 10,000: es el área de un metro cuadrado en cm2; A: es el área en centímetros
cuadrados de la hoja de papel, (Escoto, 2004).
51
Tensión: Es una de las propiedades más antiguas (junto a la resistencia a la explosión) en los
ensayos a papeles, se define como la prueba máxima de tensión por unidad de anchura
desarrollada sobre la muestra, en el momento de la rotura. La resistencia del papel a la tensión es
siempre mayor en dirección de la máquina que en la dirección transversal, debido al mayor
alineamiento de las fibras en dirección de la máquina. TAPPI T-494 am-84.
Rasgado: se define como la resistencia al rasgado en mN, divididos entre el peso base en g/m2.
La resistencia al rasgado junto con la resistencia a la explosión y tensión (alargamiento)
proporcionan un criterio anticipado para establecer las condiciones de operación y manejo en
que se van a usar los sacos de papel empleados como embalajes. Determina la fuerza promedio
en gramos requerida para rasgar una hoja luego que el rasgado ha sido iniciado. TAPP T-414 om-
82.
Porosidad: es una característica que nos informa sobre la permeabilidad del papel al aire a
través de su estructura fibrilar, es decir sobre el grado de aberturas o poros a través de los cuales
circula el aire. Está en una característica de gran importancia para los sacos de papel, los cuales
requieren liberar a través del papel la presión aplicada en el llenado de los mismos.
La determinación de esta característica a través de la técnica TAPPI T460-om 83 o ISO 3687
en el equipo Gurley, define el tiempo en segundos en que un volumen determinado de aire (100
centímetros cúbicos) logran pasar de un lado a otro la superficie del papel como se observa en la
Figura 7, reportando el resultado en s/100cc de aire, (Escoto, 2004). La Figura 4, muestra la
representación del paso del aire en el papel.
52
Figura 4. Representación del paso del aire en el papel.
Explosión: usualmente llamado también “mullen”, desarrollado por American J.P. Mullen en
1887. La finalidad de este ensayo fue y es actualmente estimar el comportamiento del papel o
cartón en cuando a su resistencia al estallido (ruptura) durante su uso. El ensayo consiste en
aplicar una presión de kPa, kg/cm2 o en lb/in
2, uniformemente repartida sobre un área circular del
papel que previamente fue fijado mediante el dispositivo de sujeción circular hasta su
reventamiento o ruptura.
Es expresada como la presión hidrostática requerida para producir una ruptura en el papel de
prueba. Naturalmente, cuanto mayor sea el gramaje o peso base de un papel o cartón, mayor será
la resistencia en un factor o índice de explosión. La Figura 5, muestra el diagrama de la
distribución y efecto de la presión en el papel aplicando el índice de explosión.
Poros en el
papel
Volumen de aire
Aire que atraviesa el papel
Z (espesor)
53
Figura 5. Distribución y efecto de la presión en el papel en la prueba de explosión.
La presión o explosión no solamente es relativa al esfuerzo y su ruptura, sino que también,
existen otros efectos que influyen como lo es la rigidez y la contracción lateral o elongación en
ambas direcciones de fabricación de papel a la hora de hacer el ensayo.
Se puede mencionar también como un factor importante el efecto de rigidez que produce el
círculo de sujeción de la muestra, el cual puede cambiar la distribución de esfuerzos en la
curvatura del papel a la hora de efectuar el ensayo y obtener lecturas diferentes de acuerdo a la
presión de sujeción, (Escoto, 2004).
Rugosidad: la determinación de la rugosidad o lisura en el papel, se realiza bajo el método
TAPPI T-538 e ISO 2494 y 8791, el cual se fundamenta en la aplicación de un flujo de aire a
presión constante sobre la superficie del papel, en donde esta presión de aire se modifica en
función de la lisura o rugosidad del papel. Es decir si el papel esta liso, la presión de aire se
incrementa , ya que no hay espacio suficiente entre el papel y el anillo de la cabeza de medición y
la superficie del papel; si el papel es liso, entonces la fuga de aire es menor.
Elongación: se refiere a la deformación tensional en la muestra, antes de que se rompa bajo las
condiciones descritas. Se expresa como un porcentaje, esto es 100 veces la relación del
incremento de la longitud de la muestra a la separación original de la prueba. Determina la
resistencia a la rotura y es de vital importancia en operaciones industriales como el enrrollados o
bobinado. TAPPI T404 om-82.
Área de prueba
Área de sujeción
Ruptura del papel
54
1.9. Proceso termomecánico (TMP)
Este proceso se lleva a cabo combinando la presión y temperatura a las astillas en grandes
cantidades de agua. Después se someten a un refinado, lo que ayuda a que las fibras se separen
con mayor facilidad. Los papeles elaborados con este tipo de pulpas son parecidos a los de pulpa
mecánica, pero son de mayor calidad pues la fibra se daña menos. (Peña y Aguilera, 2003).
La producción de papel a través del proceso termomecánico se popularizó porque producía
una pulpa más resistente con respecto a otras, por ejemplo, la molienda con piedra, ampliaba los
tipos de materias primas que podían utilizarse para producir pulpas aceptables y ofrecía la
posibilidad de reducir la cantidad de costosas fibras químicas requeridas como materia prima para
el papel periódico, (Casey, 1991).
Las variables de este proceso pueden ser la especie, forma, naturaleza y distribución
granulométrica de la materia prima a ser procesada; la temperatura de calentamiento, el tiempo de
calentamiento, vapor utilizado, humedad de la materia prima y consistencia de desfibración,
geometría de los segmentos de discos desfibradores y su velocidad periférica. Este proceso es
recomendable solo en maderas blandas, (Peña y Aguilera, 2003).
1.9.1. Etapas en la producción de pulpa con refinador mecánico.
La producción de pulpa con refinador mecánico se realiza en dos etapas básicas:
a. Fiberización (desfibrado): convierte la estructura original de la materia prima en fibras
simples y largas con un mínimo de desperdicio. Esta separación requiere poca energía
específica. Para lograr el fiberizado sin reducir el largo de la fibra se requiere una alta
consistencia y holgura grande en la placa del refinador. En la práctica es necesario un
elevado grado de refinación fibra a fibra y la separación de la fibra mediante una acción de
roce. La pulpa producida en esta etapa debe contar con pocos mazos de fibras, pocas
astillas y cortes, debido a que estos no pueden eliminarse en la segunda etapa del refinado.
b. Fibrilación: reduce una parte de las fibras a fragmentos de la pared celular, lo que
suministra las características de unión requeridas por el papel. Requiere una refinación con
55
un elevado consumo de energía específica, se debe efectuar la refinación a elevada
consistencia, para evitar el acotamiento de las fibras, (Casey, 1991).
1.9.2. Sistemas de producción de pulpa termomecánica.
Existen cuatro principales sistemas de producción de pulpa termomecánica Bauer, Desfibrator,
Sund, Sound, Sprout Waldron.
a. Sistema Bauer: se mide la cantidad de astillas, se alimentan por medio de una válvula
giratoria hacia un digestor horizontal, se descargan a un transportador nivelador,
enviándolas a un alimentador de doble hélice hacia el ojo de un refinador con doble disco
giratorio. El refinador está estrechamente acoplado al recipiente vaporizador, y la presión
de vaporización debe ser más alta que la presión de descarga presente en el recipiente del
refinador, a fin de lograr una alimentación positiva. La pulpa se descarga por conducto de
una válvula de soplado, llevándola a un ciclón donde el vapor se separa de las fibras.
b. Sistema Desfibrator: opera sobre el principio de acoplamiento rígido; las astillas se
comprimen mediante una hélice ahusada hacia un tornillo alimentador que las descarga
sobre un recipiente vertical de vaporización. Un cilindro con carga de aire impide el
retroceso de los casos en que se interrumpan la alimentación de astillas. La vaporización
de las astillas es controlada, las astillas se descargan por la parte baja mediante hélices
gemelas medidoras con velocidad variable. Parte del vapor generado durante el refinado se
hace circular hacia el recipiente de vaporización, para calentar las astillas y el resto se
utiliza para transportar la pulpa refinada hacia el ciclón. Después del ciclón se diluye la
pulpa y se alimenta a la segunda etapa del refinador, la cual opera a presión atmosférica.
c. Sistema Sound: emplea un refinador a presión atmosférica en la etapa primaria de
refinado. Un recipiente medidor alimenta las astillas a través de una válvula giratoria y las
lleva a un tubo horizontal de vaporización. Si la presión de vaporización es más alta que la
presión de alimentación al refinador, se utiliza una válvula giratoria en el extremo de
descarga del tubo. Las astillas precalentadas se alimentan a través de una cámara de
expansión de vapor hacia un alimentador de doble hélice. El vapor que se genera durante
la refinación vuelve parcialmente al recipiente vaporizador para precalentar las astillas, en
los casos en que la temperatura del recipiente no vaporizador no exceda de la presión del
refinador.
56
d. Sistema Sprout Waldron: consiste en un recipiente vibratorio del que se retiran las
astillas mediante un alimentador helicoidal que las comprime, a la vez se logra sellar el
extremo de alimentación del recipiente vertical de vaporización. El nivel en el recipiente
vaporizador se mantiene mediante un sensor nuclear de rayos gamma que ajusta el tiempo
de vaporizado. Las astillas precalentadas se descargan mediante dos hélices medidoras
impulsadas individualmente hacia los transportadores sensibles a la carga, y son llevadas a
unos refinadores gemelos. La pulpa se descarga mediante un tubo de soplado hacia el
ciclón, desde el cual se alimenta a un transportador divisor de la carga y se conduce a
ambos lados del refinador secundario a presión atmosférica, que también es un gemelo.
Parte del vapor generado en el refinador primario se utiliza para transportar la pulpa del
refinador al ciclón, pero la mayor parte del vapor, vuelve al recipiente de vaporización, de
manera que no se requiere vapor auxiliar para mantener la temperatura deseada de
vaporización. El exceso de vapor se envía a la atmósfera desde el recipiente de
vaporización, transportándose en el mismo los gases no condensables, logrando así una
temperatura precisa en el tubo de vaporización. Este sistema es el aplicado en esta
investigación.
1.10. Proceso quimicotermomecánico (CTMP)
En la producción de pulpa quimicotermomecánica, el ablandamiento de la materia prima se
logra adicionando hidróxido de sodio en un recipiente vaporizador a temperatura de 130 a 170
°C, y enseguida se refinan en un refinador de disco sometido a presión de vapor o a presión
atmosférica. Usualmente el contenido de energía en las etapas de refinado es más elevado que el
correspondiente a los procesos termomecánicos de producción de pulpa.
Las pulpas quimicotermomecánica se caracteriza por su contenido excepcionalmente bajo en
astillas y la obtención de fibras más largas que en una pulpa termomecánica. Las propiedades de
esta pulpa pueden variar muy ampliamente según varíen los parámetros principales de su
proceso: temperatura de precalentamiento y concentración de NaOH.
En general el rendimiento de la pulpa quimicotermomecánica es solo de un 2 al 3 % más bajo
que la pulpa termomecánica.
57
Este proceso consiste en eliminar mayor cantidad de lignina y resinas, para ayudar al
desfibrado, aumentando así la calidad y brillantez (blancura) del papel. Se pueden utilizar
maderas duras como eucalipto y frondosa como el arce, el abedul o el haya, con fibras más largas
que dan una pasta más resistente pero que contienen más resinas, (Casey, 1991).
Los procesos de pasteado químico pueden realizarse en condiciones alcalinas, como el
pasteado a la sosa y el proceso kraft, o en condiciones ácidas como el pasteado al sulfito. Otro
tipo de procesos utiliza solventes orgánicos (pasteado organosolv) (Gilarranz y col., 1999).
El proceso a la sosa es el más antiguo y el más simple de los procesos químicos alcalinos. En
este proceso, la fibra se somete a un proceso de cocción con sosa cáustica y vapor a alta presión y
temperatura. El hidróxido de sodio es un producto muy útil para la deslignificación de materias
primas vegetales, principalmente de maderas, pajas de cereales y plantas fibrosas en general. En
este proceso, se puede utilizar antraquinona (AQ) como catalizador ya que presenta dos efectos
fundamentales como son la aceleración del proceso de deslignificación alcalino y la
estabilización de los carbohidratos, mejorando los rendimientos respecto al proceso convencional
en las mismas condiciones de operación (Abarca y Blanco, 2008).
El proceso kraft para la obtención de pasta de papel es un proceso químico alcalino que deriva
del proceso a la sosa. En este proceso, además de hidróxido de sodio se utiliza sulfuro sódico,
siendo estos agentes de cocción conocidos como lejías blancas. El proceso se lleva a cabo en
digestores que pueden ser tanto discontinuos como continuos, en los que se introducen las astillas
junto a las lejías blancas llevándose a cabo la cocción a elevada temperatura (150-170 ºC) y
presión. Generalmente el proceso tiene lugar con una concentración de reactivos del 16-20 %.
Este tipo de pasteado permite obtener pastas con una gran resistencia, aunque con menor
rendimiento (entre un 40 y 60 %), ya que se elimina mucha cantidad de lignina (hasta el 90 %)
(García Hortal y Colom 1987, Santos y col., 1997). La ventaja de este proceso es que requiere
tiempos de cocción relativamente cortos pues el sulfuro acelera la deslignificación reduciendo la
degradación del material celulósico y produciendo así pastas de mejor calidad. Para este proceso,
se pueden utilizar todo tipo de maderas, aunque los mejores resultados se obtienen con maderas
de frondosas.
El proceso al sulfito es un proceso químico ácido donde se utilizan sulfitos y bisulfitos para la
deslignificación. Es un proceso más fuerte que el proceso alcalino y permite una mejor
58
separación de la celulosa. Este proceso está limitado en cuanto al tipo de materia prima, pues no
se pueden utilizar maderas de coníferas ya que a pH bajos los fenoles y los ácidos resínicos se
condensan con la lignina formando complejos insolubles y coloreados que manchan la pasta. El
licor de cocción es una disolución de ácido sulfuroso (H2SO3) y bisulfito de calcio (Ca(HSO3)2),
que se prepara disolviendo dióxido de azufre en agua y haciéndola reaccionar con CaCO3. Los
digestores operan a temperaturas comprendidas entre los 125 y 180 ºC según la aplicación que se
quiera dar al producto final (papel, cartón, etc.), obteniéndose rendimientos entre el 40 y 60 %.
En estos procesos también se degradan los hidratos de carbono por rotura de los enlaces
glicosídicos, lo que provoca una disminución del grado de polimerización todavía mayor que en
los procesos kraft siendo la pasta resultante menos resistente, pero por lo contrario estas pastas
son más fáciles de blanquear. El método al sulfito ha sido relegado en parte por el proceso kraft
(Bryce, 1990).
Alternativamente, se han desarrollado los procesos organosolv que utilizan solventes
orgánicos para la deslignificación. Estos procesos presentan una mayor selectividad y por lo
tanto, dan lugar a rendimientos mayores. Por otro lado, permiten la utilización de cualquier
materia prima fibrosa (coníferas, frondosas y plantas no madereras) dando lugar a la obtención de
pastas con bajo contenido en lignina que pueden ser blanqueadas sin el uso de compuestos
clorados. Se han empleado multitud de disolventes orgánicos (etanol, metanol, butanol, alcohol
bencílico, glicerol, glicol, etilenglicol, trietilenglicol, fenol, acetona, ácido fórmico, ácido acético,
dioxano, dimetilsulfóxido, hexametilendiamina, entre otros.) puros o en disolución acuosa, con la
adición o no de catalizadores.
Los elevados precios de los reactivos, la dificultad en su recuperación y en muchos casos su
elevada toxicidad, ha favorecido el uso de alcoholes alifáticos de bajo peso molecular (etanol y
metanol) como solventes para los procesos organosolv. Estos solventes combinan su alta
velocidad de deslignificación en condiciones de operación favorables y su fácil recuperación. Sin
embargo, en general, las propiedades de resistencia de las pastas organosolv son inferiores a las
pastas kraft (Márques y Rivas, 2004).
1.11. Blanqueo de pulpas
59
Según lo descrito por Peña y Aguilera (2003), el blanqueo se define como el tratamiento
físico-químico que tiene por objeto mejorar las propiedades de la pulpa. Lombardo (2004), la
definió, como una continuación del proceso de cocción. También se puede definir este proceso,
como la eliminación o modificación más o menos pronunciada del color de algunos componentes
de las pulpas con el fin de mejorar su blancura.
Entre los objetivos principales del blanqueo se destaca básicamente:
- Blanquear y limpiar la pulpa con la remoción de sustancia que absorben luz,
considerando:
Un mínimo daño químico y mecánico a la fibra.
Una mínima formación de grupos carbonilos.
Una mínima perdida del rendimiento.
Con un mínimo costo e impacto ambiental sobre el medio ambiente.
En algunos casos, eliminar las hemicelulosas y disminuir el grado de
polimerización de la celulosa, es un requisito indispensable en la producción de
pulpas para disolver, (Colodette, J., 2002).
1.11.1. Blancura
El color de la pulpa sin blanquear es amarilla o marrón, eso significa que la absorción de la luz
de la pulpa será mayor en la parte del espectro visible donde el amarillo o el marrón tiene sus
colores complementarios que es la parte azul del espectro, por lo tanto, la reflectancia de la luz
azul de las pulpas marrones será más baja que la luz de otras partes del espectro visible, (Reeve,
D., 1996).
El método para medir blancura lo creo el Institute of Paper Chemestry para ofrecer un método
que permitiera evaluar el grado de blanqueo de la pura. Se eligió la longitud de onda de 457 nm
como la más sensible al cambio en el color que se produce en la pulpa cuando ésta es blanqueada.
El método se aplicó al papel cuando National Recovery Administration necesitó un método para
designar los distintos tipos de papel a los efectos del control de su precio, (Casey, 1991).
60
La blancura es una de las pruebas de mayor significancia en el proceso de blanqueo, puede ser
usada como parámetro de control, para especificaciones comerciales o para diagnosticar un
problema en el proceso, (Reeve, D., 1996).
1.11.2. Cambios ópticos en el proceso de blanqueo
El blanqueo de la pulpa se puede considerar como la eliminación de sustancia que absorbe luz.
Según la teoría de Kubelka-Munk, se reduce el coeficiente de absorción de la luz, en tanto que el
coeficiente de dispersión de la luz cambia muy poco. La relación entre el factor de reflectancia, el
coeficiente de absorción de la luz, y el coeficiente de absorción de la luz según Kubelka-Munk,
es el siguiente:
( )
(2)
Donde R∞, es el factor de reflectancia con hojas de la misma pulpa con respaldo; k, es el
coeficiente de absorción de la luz y s, es el coeficiente de dispersión de la luz.
El color de la pulpa sin blanquear es amarillo o pardo, es decir la absorción de la luz es mayor
en aquella porción del espectro visible en que el amarillo o el pardo tienen sus colores
complementarios, correspondiente a la parte azul del espectro. Por tal motivo, la reflectancia de la
luz será más baja que la correspondiente a otras partes del espectro.
La blancura es una prueba muy específica de la reflectividad de la luz sobre la hoja de papel,
como se ilustra en la Figura 6, la luz que choca sobre la hoja de papel y esta luz puede ser
absorbida, dispersada, trasmitida a través del papel o reflejada (Reeve, D., 1996).
61
Figura 6. Comportamiento de la luz cuando incide sobre una hoja de papel, (Reeve, D. 1996).
La blancura se puede definir como un valor numérico de reflectancia de un espécimen en la
porción azul del espectro (457 nm) cuando comparamos esa reflectancia, en la misma longitud de
onda, de un color pardo cuya reflectancia es de ~=100 %. Ejemplos de pardos, MgO BaSO4.
(Colodette, J., 2002).
El objetivo del blanqueo es eliminar el color, y por ello es lógico medir el efecto del blanqueo
en aquellas partes del espectro en que son más pronunciados los cambios, para ello se mide la
reflectancia de la luz en una parte determinada del espectro, y se expresa como porcentaje de la
reflectancia de un estándar en situaciones iguales de iluminación y de observación.
La escala original de la blancura fue la TAPPI de 45° o la blancura GE, para la luz que ilumina
y para la observación normal. La blancura SCAN se basa en la iluminación difusa y en la
observación normal y la blancura ISO, usada desde 1977, se basa también en la geometría óptica,
esta usa un difusor reflactante absoluto como valor 100 % de reflectancia, esto significa que los
valores obtenidos mediante el método ISO son más bajos que los correspondientes a los métodos
TAPPI o SCAN.
1.11.3. Variables en el blanqueo
Las condiciones del proceso en cada etapa es un factor vital para alcanzar un óptimo resultado
en el proceso de blanqueo. Estas variables son:
- Cantidad de Reactivos, juega un papel importante en la optimización del proceso. Cuando
más reactivos es aplicado en cada etapa, el proceso empieza hacerse menos eficiente, por
esta razón, dependiendo de la blancura final deseada, existe una relación que establece la
cantidad de reactivos a aplicar.
- Consistencia de Reacción, tiene efecto en la eficiencia del blanqueo, en una etapa de
cloración se requiere de una consistencia de 3 %, permitiendo una completa disolución
del gas cloro. La consistencia en las últimas etapas de blanqueo está determinada por los
lavadores que se encuentran en etapas anteriores.
62
- Tiempo de Retención, se refiere al tiempo que se deja la pulpa en contacto con los
reactivos blanqueadores, el tiempo debe ser lo suficiente para que se consuma el 90 % de
los reactivos aplicado inicialmente, el tiempo máximo disponible, estará establecido por el
volumen de las torres de retención.
- Temperatura de Reacción, la temperatura y la concentración de oxidantes controla la
velocidad de deslignificación, cuando se incrementa unos de estos dos parámetros se
incrementara la reacción y la cantidad de químicos consumido en un tiempo dado. Altas
temperaturas habrá mayor costos de energía para calentar la pulpa, se trabaja entre 30 a 70
ºC.
- pH, tiene un efecto importante en todos los procesos de blanqueo, ya que una variación en
el pH afectará la eficiencia y la selectividad del reactivo sobre la pulpa. (Reeve, D.,
1996).
1.11.4. Opacidad del papel
Se determina mediante el total de la luz transmitida. La transparencia tiene relación con la
opacidad, pero difiere en el sentido de que se determina por la cantidad de luz que se transmite
sin dispersión.
Un papel perfectamente opaco es aquel que resulta totalmente impenetrable al paso de la luz
visible. El papel negro utilizado para envolver película fotográfica puede considerarse
adecuadamente como “opaco”; la mayoría de los cartones son “opacos” a todos los propósitos
prácticos. Sin embargo, la palabra se utiliza incorrectamente aplicada a muchos papeles. Como
ejemplo, el papel “opaco” para libros puede tener una opacidad del 90 %; el papel “opaco” para
envolver pan puede tener una opacidad tan reducida como del 60 %. La opacidad es una
propiedad importante en los papeles para imprimir, bond y para escribir y por la general, forma
parte de las especificaciones relativas a dichos papeles, (Casey, 1991).
Siguiendo el mismo orden de ideas, la opacidad TAPPI es la relación de una reflectancia de
una hoja sencilla respaldada por la cavidad negra, y la reflectancia del mismo punto respaldado
por un cuerpo blanco cuya reflactancia efectiva es de 89 %, en ocasiones, se designa como C0,89.
Puede expresarse como ecuación:
63
Opacidad TAPPI = Ro/R0,89 (3)
Durante muchos años, la opacidad TAPPI fue la medida más usual de la opacidad; sin
embargo la relación de contraste que utiliza un mazo de papel como cuerpo blanco es
actualmente el método preferido.
Comúnmente se denomina opacidad para imprimir, debido a que mide la propiedad que se
evalúa visualmente como “vista al través” cuando se amontonan un número de hojas impresas
por un lado. Es una relación de la reflectancia de una sola hoja de papel respaldada por una
cavidad negra, y la reflectancia de un mazo grueso del mismo, esta relación es específicamente:
Para Ro/R∞, si R∞ es del 89 %, la opacidad para imprimir y la opacidad TAPPI dará el mismo
valor; si R∞ es más del 89 % la opacidad para imprimir será más baja; si R∞ es menor al 89 %, la
opacidad para imprimir será más elevada que la opacidad TAPPI. Como R∞ es en general menor
al 89 %, la opacidad para imprimir será más elevada que la opacidad TAPPI. Cuanto menor es el
valor de R∞, mayor será la diferencia.
1.11.5. Aspectos químicos de la utilización de peróxido de hidrógeno en el blanqueo
El peróxido de hidrógeno es uno de los principales reactivos que contiene oxígeno cuya
aplicación en el blanqueo de pastas y otros materiales fibrosos se halla en continuo incremento en
los últimos años ya que actúa como un agente de blanqueo no deslignificante, mejorando la
blancuras de las pastas con una pérdida insignificante en el rendimiento, por ello es considerado
como el reactivo ideal para el tratamiento de las pastas mecánicas, termomecánicas,
quimicomecánicas y semiquímicas. Las ventajas del peróxido con respecto a otros reactivos se
apoya en su facilidad de manipulación y aplicación, su versatilidad y la naturaleza relativamente
no tóxica e inocua de sus productos de reacción; el gran inconveniente es su tendencia a
descomponerse en productos que limitan su acción blanqueante (García y col., 1987).
En disolución acuosa el peróxido de hidrógeno es un ácido débil que se disocia según la
reacción:
H2O2 + H2O H3O+ + HOO
- (4)
64
El efecto blanqueante del H2O2 ha sido atribuido en general, a la acción oxidativa del anión
perhidróxilo que reacciona con los grupos carbonilos conjugados (p- y o-quinonas, coniferil
aldehídos y ácidos carboxílicos incoloros:
HOO- + color color oxidado (5)
El peróxido de hidrógeno es susceptible de descomponerse en oxígeno y agua, dismutación
que es catalizada por ciertos iones metálicos y enzimas que tienden a aumentar con el incremento
de la alcalinidad. El oxigeno liberado, que no tiene apenas acción blanqueante, puede resultar
perjudicial, para los componentes celulósicos de la pasta e, incluso, puede formar o al menos
estabilizar, grupos de cromoforos en pastas altamente lignificadas.
La descomposición del peróxido conlleva una disminución de la blancura de la pasta, no solo
porque reduce la concentración efectiva del agente de blanqueo sino porque los productos de
descomposición oscurecen la pasta.
Siempre que se pretenda asegurar un blanqueo óptimo es necesario minimizar la disminución
del H2O2 manteniendo el pH de la solución dentro de ciertos niveles y estabilizando el anión
perhidroxilo.
1.12. Pulpas para elaborar papel y sus procesos
La producción de pulpa se apoya en dos procesos principales, un proceso químico (CTMP) y
un proceso termomecánico (TMP), cada uno con variaciones. El proceso químico alcalino al
sulfato o proceso “Kraft” fue el estándar de la industria hasta finales de la década de 1960 en que
se desarrolló el TMP. La mayoría de los países desarrollados han volcado una gran parte de su
producción de pulpa al TMP porque produce mucha menos contaminación a un costo más bajo
por tonelada de pulpa. El TMP también es más eficiente en el uso de materia prima y requiere
menor intensidad de capital que el CTMP.
La pulpa Kraft a menudo necesita blanqueado, mientras que la pulpa TMP no lo necesita. Sin
embargo, el proceso Kraft es más adecuado para el papel de mayor calidad dado que produce
fibras más fuertes y puede utilizar la mayoría de los tipos de madera, mientras que la pulpa TMP
65
produce papel más débil, no puede utilizar cualquier materia prima, y requiere mayor intensidad
de energía.
Actualmente la pulpa TMP asciende al 30% del total de la producción mundial de pulpa.
Aunque la industria requiere gran intensidad de energía, una fábrica de papel y pulpa también es
una industria de proceso complejo. Las inversiones en la industria son grandes y el ciclo de
inversión está típicamente en el orden de los 30 años. Las mejoras en los procesos técnicamente
exitosas tendrán una barrera a su introducción en cuanto tornan obsoletas las presentes
inversiones antes de recuperar la inversión. (Martín y col., 2000).
1.13. Producción del papel a nivel nacional e internacional
Los productores nacionales de pulpa, papel y cartón aseguran que importan 60 % de la materia
prima que necesitan para hacer productos terminados; entre ellos hojas para imprimir y escribir,
tissue (papel higiénico, servilletas y toallas), material para envases, envolturas y cigarrillos, entre
otros. El restante 40 % lo fabrica la industria nacional procesadora con plantas particulares en el
caso de Smurfit Kappa Cartón de Venezuela y Papeles Venezolanos C.A. (Paveca).
En el 2006 el gobierno nacional, conformo una empresa básica socialista con el fin de satisfacer
la demanda nacional y no competir en la elaboración de productos terminados en un mercado
que, además de Smurfit y Paveca, se disputan Manpa, Cartonera del Caribe, Le Cartiere,
Kimberly Clark y Grupo Familia, además de la cogestionada Invepal.
De vieja data, desde 1988 existe en el país una empresa filial de la Corporación Venezolana de
Guayana (CVG), denominada Productos Forestales de Oriente (Proforca). Su función es explotar
el bosque natural de Uverito, al sur del estado Monagas, bajo la premisa de disminuir la
dependencia de la materia prima importada.
La plantación de Uverito data de 1969 y estuvo precedida de experimentos con plantaciones de
pino caribe desde 1961, como reseña la página web de Proforca. El complejo industrial papelero
Pulpaca se ubica en el municipio Independencia del estado Anzoátegui, en el eje Orinoco -Apure.
Consta de tres líneas de producción: papel prensa, pulpa química blanqueada, Tofa y
lignosulfonatos.
66
La idea es cubrir la demanda nacional de papel periódico, Imprenta Nacional y PDVSA. La
producción de pulpa química blanqueada tiene como destino la Industria Endógena de Papel
(Invepal), empresa cogestionada que resultó de una toma, por parte de los trabajadores de
Venepal. En la empresa socialista de pulpa se ha tomado en cuenta a la población que habita en
las adyacencias del complejo. La idea es capacitarlas y formarlas en el descortezado, astillado,
pulpado y blanqueo. No obstante, la industria nacional logra colocar una pequeña parte de la
producción en Estados Unidos, México, Puerto Rico, El Salvador, Guatemala, República
Dominicana, Honduras, Panamá y Costa Rica. Destinos más cercanos de la producción local son
Colombia, Ecuador, Antigua, Jamaica, Barbados y Granada. (El Mundo
www.entornointeligente.com 2010)
A nivel mundial la producción mundial de papel se ha incrementado en casi 50 años y se espera
que continúe esta tendencia, (Figura 7). La producción anual actual es de alrededor de 300
millones de toneladas en comparación con los 120 millones de toneladas en 1970. La producción
mundial de pulpa es de alrededor de 180 millones de toneladas. El acceso al papel es un requisito
fundamental para el desarrollo de la sociedad. Se ha calculado que 40 kg. de papel por persona
por año es la cantidad mínima para satisfacer las necesidades básicas de comunicación y
alfabetización. El consumo promedio actual sigue estando por debajo de los 15 kilogramos por
persona en muchas partes del mundo, (Axegard, 2003).
Figura 7. Producción mundial del papel y su proyección. (Axegard, 2003)
En ascenso
67
El consumo de papel per capita no es parejo en las diferentes regiones del mundo. Algunos
afirman que es uno de los pocos productos básicos que aún no muestra saturación en la demanda
per capita en los países altamente desarrollados, tales como los Estados Unidos. Como ejemplo,
el consumo anual de papel para imprimir para computadoras personales ha sido calculado en
115.000 millones de hojas, lo que corresponde aproximadamente a 0,5 millones de toneladas en
todo el mundo. Así, el consumo por persona sigue aumentando en el mundo desarrollado, aunque
a un ritmo más lento que en el pasado. En los Estados Unidos, aumentó 1,8 % por año de 1960 a
1980, 1,6 % de 1980 a 1993, y se proyecta que crecerá 0,6 % por año hasta el 2040. En la China,
el consumo de papel, aunque ahora es bajo, está creciendo rápidamente. La producción de pulpa
de la China era de 17 millones de toneladas en el 2001 en comparación con los 38 millones de
toneladas para la totalidad de Asia en 1996. En promedio, se utilizan alrededor de 52 kg de papel
por año por persona en todo el mundo, (Axegard, 2003).
Figura 8. Distribución mundial del consumo de papel. Consumo total: 318 millones de
toneladas. (PPI, 2001).
El reciclado de papel es importante desde el punto de vista de la eficiencia de la materia prima
y aún más en cuanto a la gestión de residuos. Como ejemplo, Suecia produce alrededor de 11
millones de toneladas de pulpa. En el 2002, su industria del papel consumió 1,86 millones de
toneladas de papel de desecho. Los periódicos y el cartón corrugado cumplieron la mayoría de los
requisitos del papel de desecho y representaron un total del 85 %. También se utilizó el material
de embalaje recogido de los hogares, el papel de las oficinas, y los residuos de la producción de
la industria gráfica.
68
Las fábricas de papel de periódico consumían una gran parte del papel de desecho (45 %),
junto con las fábricas que producen material para cartón corrugado (31 %). En el 2002, se
recogieron casi 1,5 millones de toneladas de papel de desecho en Suecia, principalmente
periódicos y cartón corrugado. Esto da como resultado una tasa de recolección (volumen
recogido como porcentaje de consumo de papel) de 69 %. Suecia tiene gran demanda de papel de
desecho importado, principalmente periódicos y cartón corrugado. En el 2002, las importaciones
ascendieron a 602.000 toneladas, correspondientes al 32 % de la demanda de papel de desecho
del sector. Las exportaciones ascendieron a 190.000 toneladas y consistían principalmente de
papel de desecho de alta calidad, (Axegard, 2003).
69
CAPITULO II
PARTE EXPERIMENTAL
2.1. Reactivos
Todos los reactivos empleados fueron de grado analítico de diferentes casas comerciales
(Merck, Riedel de Haën, Fisher, Fluka, entre otros): ácido clorhídrico al 37 %, ácido nítrico,
hidróxido de sodio, hidróxido de amonio al 25 %, peróxido de hidrógeno al 35 %, ácido sulfúrico
al 98 %, diclorometano, ácido acético, safranina, permanganato de potasio (1 M), etanol, y
benceno. Asimismo, para el análisis de metales por ICP-OES se empleó patrones certificados
(Merck) de 1000 ppm.
2.2. Equipos
Para la elaboración de papel, los equipos empleados fueron: estufa (Memmert), material de
vidrio y plástico volumétrico, anillos de metal, microscopio electrónico de barrido modo
ambiental (FEI quanta 200), entre otros, la Figura 9, muestra en detalle parte de estos equipos.
70
Figura 9. Equipos empleados para la elaboración de papel: (a) reactor, (b) refinador (Sprout
Waldron & Co) Nº 9359, (c) desintegrador de pulpa (Valley), (d) PFI mil, (e) tamiz vibratorio
(Valley), (f) formador para hojas de ensayo (ESSEX Nº 1442).
Entre las evaluaciones realizadas al papel elaborado se destaca el estudio de blanqueo y
opacidad para el mismo los equipos empleados, se describen en la Figura 10 fueron los
siguientes:
Figura 10. Equipos empleados para el estudio de blanqueo y opacidad: (a) pHmetro oakton, (b)
baño de maría ultra termostat NB5, (c) microscopio óptico Will (d) photovolt 577.
71
2.3. Preparación de la muestra
El pseudotallo del plátano (M. Paradisiaca) se cortó y recolectó en el kilómetro 20 vía Lara-
Zulia (zona platanera), y se trasladó al Laboratorio de Química Ambiental en la Universidad del
Zulia, para la clasificación de sus partes, a través del deshoje de forma manual. Luego se pesó
aproximadamente 200 g de pseudotallo, se secó en varias partes hasta obtener nueve muestras,
adicionando NaOH en diversas concentraciones variando el tiempo de cocción, empleando un
reactor abierto. Las muestras clasificadas y rotuladas se trasladaron al Laboratorio Nacional de
Productos Forestales y Ambientales, ubicado en la Universidad de los Andes, Estado Mérida, al
igual que cierta cantidad de pseudotallo seco sin alterar su composición que se sometió al proceso
termomecánico, sin adición de NaOH.
72
Figura 11. Ubicación geoespacial del sitio de muestreo del pseudotallo de plátano (DigitalGlobe,
2011).
2.4. Obtención de las Fibras
Las fibras se colocaron en pequeños frascos identificados a los cuales se les agregó una
disolución de peróxido de hidrógeno y ácido acético en proporción 2:1, se llevó a una estufa a 60
°C por 12 h, siendo necesario para ablandar, blanquear y desprender las fibras individualmente.
Al completar el tiempo de calentamiento los frascos se retiraron de la estufa y se lavaron las
fibras con abundante agua destilada. Para la individualización de las fibras, las mismas se
introdujeron en un frasco con dos esferas de vidrio, aplicando agitación, posteriormente se
agregaron 3 gotas de safranina para darle coloración a las fibras, se dejó reposar por 24 h; para
luego proceder al lavado de cada frasco con abundante agua destilada eliminando así el exceso de
colorante.
2.5. Determinación de celulosa
Se determinó aplicando la norma TAPPI T 17 m – 55, (1998).
2.6. Obtención de papel
El pseudotallo del plátano M. paradisiaca, después de la clasificación, se separó la medula de
la parte externa y se trató por separado; seguidamente se probaron diferentes tipos de cocciones
por el proceso termoquímico (CTMP) y termomecánico (TMP). Se procedió a desintegrar la
pulpa a través de un tamiz vibratorio de 0,012 pulg. para eliminar el líquido de la pulpa y a su vez
obtener las fibras aceptables para la formación de papel. En la elaboración de papel se dispersó la
pulpa en 6 L de agua, según las norma TAPPI T 205ps-95. Las hojas de prueba se elaboraron
según la norma TAPPI T-218 m-59, se tomaron volúmenes equivalentes a un gramaje de 60 g/m2.
Para la elaboración de las hojas (se empleó un formador de hojas para ensayos ESSEX). Una vez
elaboradas las hojas, se realizó el prensado con una prensa automática, posteriormente se llevaron
a los anillos de metal, seguidamente se dejó secar a temperatura ambiente por 48 h, para
someterse a los análisis físico-mecánicos.
73
2.7. Análisis físico-mecánicos
Las hojas elaboradas se sometidas a las siguientes pruebas:
Peso base o gramaje (norma TAPPI – 410).
Tensión a la rotura (norma TAPPI T – 494).
Rasgado (norma TAPPI – 414).
Porosidad (norma TAPPI T 460-om83 ó ISO 3687)
Explosión (norma TAPPI T 220m-60)
Rugosidad (norma TAPPI T-538 ó ISO 2494-8791)
Elongación (norma TAPPI T 404 om-82)
2.8. Preparación de la Materia Prima para la determinación de Extractivos, Celulosa y
Lignina
Las muestras seleccionadas se molieron y se tamizaron (número de tamiz 60 y luego 40),
según la norma TAPPI T 11 m y se determinará el factor seco de la harina obtenida.
2.9. Determinación de Extractivos del pseudotallo de M. Paradisiaca.
La fibra molida se sometió a un proceso de extracción por 4 h con una mezcla de etanol-
benceno (1:2), seguido de un lavado con etanol aplicando vacío y de otra extracción con etanol al
95% durante 4 h, hasta que la disolución resulte incolora. Posteriormente se lavó 5 veces con
agua destilada por períodos de 1 h y se dejó secar al aire libre.
74
2.10. Determinación de lignina
En 1,00 g de muestra del material anhidro libre de extractos se agregó 15 mL de ácido
sulfúrico al 72 %, manteniendo en agitación de baño maría a 20 ± 1 °C. La solución resultante se
transfirió a un matraz con agua destilada (500 - 400 mL), se lavó y diluyó con agua hasta alcanzar
una concentración de ácido del 3 % y un volumen de 575 mL. Posteriormente, se llevó a
ebullición por reflujo por 4 horas para asegurar un volumen constante de agua; la disolución se
decantó manteniendo el matraz en una posición inclinada hasta que el material resultó dividido,
se filtró a través de un crisol tipo Gooch de porosidad fina, se lavó con agua caliente y se secó a
105 ± 3 °C hasta alcanzar un peso constante. El porcentaje (%) de lignina se calculó aplicando la
siguiente ecuación (TAPPI T 222 os-74).
(6)
2.11. Blanqueo de la pasta
La evaluación del blanqueo se llevó a cabo en baños de maria al 10 % de consistencia de
pulpa, en 120 min, a 75 ºC, la pulpa se colocó en bolsas de polietileno reforzadas, (200 g peso
seco). Después se colectó el filtrado, para evaluar el pH y lavar las pulpas (9 m3H2O/ton pulpa
seca), para hacer hojas de mano y evaluar la blancura y opacidad. La medición de blancura y
opacidad se realizó empleando un photovolt.
75
CAPITULO III
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
3.1. Evaluación de fibras
La longitud promedio de las fibras de los pseudotallos de plátano evaluados antes de ser
procesados por CTMP y TMP es de 3,62 mm – 8,56 mm de longitud en las fibras de las muestras
por lo que se ubica entre las especies de fibra larga, en comparación con las del Pino Caribe (3,24
- 4,56 mm). Es relevante realizar esta comparación porque se considera las fibras del Pino Caribe
como fibras largas, ya que esta característica morfológica le otorga a la formación de papel
mayor superficie de contacto y de entrecruzamiento entre las fibras; aumento de la resistencia;
estallido; rasgado y rigidez de la hoja. Sin embargo, presenta una desventaja a la hora de
formación de la hoja en cuanto a la uniformidad y distribución de la fibra.
En el estudio de procesos TMP y CTMP en función de la materia prima, se evaluaron las
propiedades de las fibras a través de Microscopía Electrónica de Barrido, tal como se muestran en
las Figuras 12 y 13, con magnificaciones de 100, 400 y 3000 x para las pulpas de pseudotallo de
plátano.
En la Figura 12 se observa la gran fibrilación que presentan las fibras características de este
tipo de pulpa, en la cual no hay una mayor remoción de lignina. Esta fibrilación hace que se
formen más fácilmente los enlaces de hidrógeno cuando se hidratan entre fibra-fibra, mientras la
Figura 13 muestra el entrecruzamiento de las fibras que conforman las diferentes hojas realizadas
aplicando tratamiento químico y además se denota claramente el índice morfológico en el largo
de las fibras.
En comparación con otros estudios, la Figura 14, muestra la MEB a la estructura externa del
pseudotallo de plátano de las fibras recuperadas después del proceso de obtención de celulosa,
donde se aprecia además de las fibras libres, aglomeraciones de éstas que presentan residuos de
lignina y celulosa, indicando para este caso una menor eficiencia en la remoción de ambos
componentes durante el proceso de obtención de celulosa, Caché-Escamilla y col. (2005).
76
Figura 12. MEB a la estructura externa en pulpas evaluadas aplicando el TMP a 2000rpm: (a)
Pulpa 100x, (b) Pulpa 400x, (c) Pulpa 3000x.
77
Figura 13. MEB a la estructura externa en pulpas evaluadas aplicando el CTMP a 2000rpm: (a)
Pulpa 100x, (b) Pulpa 400x, (c) 3000x.
78
Figura 14. MEB a la estructura externa del pseudotallo de plátano aplicando CTMP a 250x.
Canché-Escamilla y col. (2005).
3.2. Calidad de pulpa y papel
3.2.1. Determinación del Número Kappa para la obtención de la Lignina Residual (LR)
La Tabla 1 muestra los resultados del número kappa y el porcentaje de lignina residual, para
los procesos TMP y CTMP, respectivamente. El número kappa mayor correspondió a la pulpa
TMP con 70,05; seguido de la pulpa con NaOH al 6 % con 55,08. En el caso de la pulpa evaluada
bajo el proceso CTMP con 18 % NaOH, el número kappa resultó menor en comparación con el
resto. Asimismo, a partir del número Kappa se calculó la lignina residual en las pulpas. Los datos
experimentales muestran total concordancia con los resultados esperados, debido a que se denota
claramente la remoción o disminución de lignina en las pulpas conforme aumentaba el ataque
químico (Figura 14). La menor remoción de lignina fue en la pulpa termomecánica (10,32 %
LR); a diferencia de las pulpas químicas donde se observó una disminución gradual: NaOH 6 %
79
de (8,11 % LR), NaOH 12 % (5,66 % LR), NaOH 18 % (3,17 % LR). La importancia de esto
radica en la elaboración del papel para conocer la cantidad de reactivos necesarios al momento de
las cocciones, paso fundamental para la obtención de los diferentes tipos de papeles requeridos,
TAPPI T-236 om 99, (1989). Parte del proceso básico para hacer celulosa y papel consiste en la
eliminación de la lignina, ya que actúa como cemento en su estructura, es el principal obstáculo
para poder obtener celulosa y papel de buena calidad.
Tabla 1. Número de Kappa y porcentaje de lignina residual (% LR), obtenidos en las pulpas con
las diferentes cocciones.
Δ H2O 45min Δ con NaOH 6% Δ con NaOH 12% Δ con NaOH 18%
Número Kappa 70,05±0,05 55,08±0,02 38,55±0,05 21,61±0,04
Lignina residual
% 10,32±0,01 8,11±0,01 5,66±0,02 3,17±0,01
Δ calor
En la Figura 15, muestra el comportamiento de la Lignina residual con respecto al % de
NaOH aplicado,
80
Figura 15. Comportamiento de la lignina residual a diversas concentraciones de NaOH.
3.2.2. Propiedades físico – mecánicas del papel obtenido
Las propiedades físicomecánicas: peso base o gramaje, tensión, rasgado, porosidad, explosión,
rugosidad y elongación se aplicaron en las hojas de papel a partir del pseudotallo de plátano
aplicando los procesos termomecánicos y quimicotermomecánica respectivamente. En forma
general, conforme aumenta las revoluciones de refino para el primer proceso mencionado, el área
específica de las fibras va aumentando y como consecuencia se obtiene un incremento de enlaces
químicos formados por puentes de hidrógeno al hincharse con el agua, esto le confieren al papel
mayor resistencia, mientras que el segundo se logra una deslignificación total variando las
concentraciones de NaOH, bajo temperatura y presión específica.
La Figura 16 muestra el comportamiento de la propiedad peso base, en función del número de
revoluciones de refino. El peso base o gramaje que específica el peso de un área determinada del
papel se incrementa proporcionalmente según el número de revoluciones.
0
2
4
6
8
10
12
0 5 10 15 20
% L
ign
ina
res
idu
al
% NaOH
81
Figura 16. Representación gráfica de peso base aplicando TMP con respecto al número de
revoluciones de refino.
Para 2000 rpm, el peso base resultó 63 g/m2, lo que proporciona una idea dimensional del
producto; mientras que en la Figura 17, se observa la relación peso base en función de la
concentración de NaOH como aditivo y tiempo de reacción, el peso base bajo estas condiciones,
resulto mayor para 18 % NaOH:15min de 65 g/m2.
61,8
62
62,2
62,4
62,6
62,8
63
63,2
0 500 1000 1500 2000 2500
Pes
o b
ase
g/m
2
Número de revoluciones de refino
TMP-Peso base
Peso base
82
Figura 17. Representación gráfica de peso base aplicando CTMP, con respecto a la [NaOH] y
tiempo de reacción.
La Tabla 2, muestra los resultados en resumen de peso base o gramaje en cada uno de los
procesos evaluados. Según Navarro y Sagrista 1972, presentan un criterio indicativo para
clasificar papeles, cartulina y cartones, el mismo se puede observar en la tabla 3.
Tabla 2. Pesos bases evaluados aplicando TMP y CTMP
TMP CTMP
rpm Peso base [NaOH]:t (min) Peso base
0 62,00 6%:15 60,00
500 62,28 6%:30 61,00
2000 63,00 18%:15 64,00
Peso base g/m2
18%:30 62,00
58
59
60
61
62
63
64
65
6 % : 15min 6% : 30min 18 % : 15min 18% : 30min
Pes
o b
ase
g /
m2
[NaOH]:tiempo de reacción
CTMP-Peso base
Peso base
83
Tabla 3. Clasificación de los papeles y cartones de acuerdo a su gramaje
Producto Gramaje g/m2
Papel 9 – 150
Papel grueso (cartulina) 150 – 250
Cartón delgado (cartoncillo) 250 – 450
Cartón > 450
Estableciendo para las hojas de papel formadas, el rango papel es aplicado según el criterio de
Navarro – Sagrista, 1972.
Es importante destacar que el gramaje o peso base influye sobre las pruebas de papel en la
medida en que este aumenta o disminuye, es decir, a mayor gramaje las resistencias también se
incrementan o viceversa.
En comparación con otras especies, Blanco, (2000), estudio la viabilidad técnica del raquis de
banano, Musa grupo AAA Giant cavendish, para la producción de pulpa celulósica, la pulpa
hidrotérmica presentó un gramaje o peso base de 61,70 g/m2, mientras que en el proceso
termoquímico a la sosa el gramaje resultó de 59,70 g/m2, el objetivo de aplicar esta propiedad era
eliminar los materiales no fibrosos al beneficiar las astillas bajo los procesos mencionados.
Las Figuras 18 y 19 muestran la aplicación de tensión en papeles elaborados mediante TMP y
CTMP, respectivamente.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 500 1000 1500 2000 2500
Ten
sión
kN
/m
Número de revoluciones de refino
TMP-Tensión
Tensión
84
Figura 18. Representación gráfica de tensión aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino.
Figura 19. Representación gráfica de tensión aplicando CTMP, con respecto a la [NaOH] y
tiempo de reacción.
La resistencia a la tensión es un componente de las resistencias más complejas de explosión,
doblez y rasgado, sin embargo como medida en la industria del papel, no es una resistencia a la
tensión verdadera, ya que mide la carga de la ruptura por unidad de ancho, en lugar de hacerlo
por unidad de área.
Tabla 4. Tensión evaluada aplicando TMP y CTMP
TMP CTMP
rpm Tensión [NaOH]:t (min) Tensión
0 4,32 6%:15 31,38
500 11,77 6%:30 30,40
2000 15,20 18%:15 32,36
Tensión kN/m 18%:30 33,34
28,5
29
29,5
30
30,5
31
31,5
32
32,5
33
33,5
34
6 % : 15min 6% : 30min 18 % : 15min 18% : 30min
Ten
sió
n k
N/m
[NaOH]:tiempo de reacción
CTMP-Tensión
Tensión
85
En el estudio de tensión el papel se rompió bajo una carga reducida cuando el tiempo de
aplicación de dicha carga aumentó, por el contrario, la resistencia a la tensión aparente aumenta si
el papel se rompe rápidamente, esto se debe al flujo en el papel y el elemento previo.
Un ejemplo particular es el caso del papel estucado, en su elaboración recibe una capa externa
de un compuesto inorgánico para mejorar su acabado dándole mayor suavidad y blancura. Su
textura y terminación puede ser brillante, satinada o mate. Su principal ventaja es que su acabado
liso y menos absorbente que el de los papeles no estucados permite mejor definición de los
detalles y un rango cromático más amplio. Además, los acabados estucados suelen proteger los
papeles y dibujos de la radiación ultravioleta y proporcionarle mayor resistencia al desgaste, entre
las propiedades de este tipo de papel, se destaca el peso base o gramaje en un rango de 52-80
g/m2 y una tensión > 1,75 kN/m, Escoto, (2004), que aplicando ambas procesos se logró obtener
este tipo de papel, empleado para la impresión de revistas y catálogos
Entre otras de las propiedades evaluadas se puede mencionar el rasgado, donde se logra
estudiar la resistencia que generalmente se incrementa con la longitud de la fibra, es por ello que
los papeles formados con fibras largas de pino resultan más resistentes al rasgado que los papeles
formados con fibras cortas como el bagazo y eucaliptos, Juacida y col. (2002), las Figuras 20 y
21, muestran la evaluación del rasgado, aplicando TMP y CTMP respectivamente
86
Figura 20. Representación gráfica de rasgado aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
0 500 1000 1500 2000 2500
Rasg
ad
o g
f
Número de revoluciones de refino
TMP-Rasgado
Rasgado
87
Figura 21. Representación gráfica de rasgado aplicando CTMP, con respecto a la [NaOH] y
tiempo de reacción.
Tabla 5. Rasgado evaluado aplicando TMP y CTMP
TMP CTMP
rpm Rasgado [NaOH]:t (min) Rasgado
0 2,28 6%:15 14,72
500 5,51 6%:30 16,08
2000 6,23 18%:15 15,17
Rasgado gf = 9,807 N 18%:30 20,03
La porosidad es una propiedad con importancia directa en la escritura y en la impresión, ya
que es un factor relacionado con la absorción de las tintas, (Casey, 1991). En las Figuras 22 y 23,
se observa este comportamiento después de aplicar los procesos TMP y CTMP.
0
20
40
60
80
100
120
140
6 % : 15min 6% : 30min 18 % : 15min 18% : 30min
Ra
sga
do
gf
[NaOH]:tiempo de reacción
CTMP-Rasgado
Rasgado
88
Figura 22. Representación gráfica de porosidad aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino.
0
0,5
1
1,5
2
2,5
0 500 1000 1500 2000
Po
rosi
da
d s
/10
0cc
Número de revoluciones de refino
TMP-Porosidad
Porosidad
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
6 % : 15min 6% : 30min 18 % : 15min 18% : 30min
Poro
sid
ad
s/1
00cc
[NaOH]:tiempo de reacción
CTMP-Porosidad
Porosidad
89
Figura 23. Representación gráfica de porosidad aplicando CTMP, con respecto a la [NaOH] y
tiempo de reacción.
En TMP la porosidad se incrementa conforme aumenta el número de revoluciones de refino,
influyendo este en la desintegración de la pulpa, mientras que en el CTMP es más inestable al
tratamiento de desintegración.
En la Tabla 6 se muestran los resultados de porosidad para ambos procesos.
Tabla 6. Porosidad evaluada aplicando TMP y CTMP
TMP CTMP
rpm Porosidad [NaOH]:t (min) Porosidad
0 1,0 6%:15 6,0
500 1,5 6%:30 8,0
2000 2,0 18%:15 6,0
Porosidad s/100cc 18%:30 9,0
Cabe destacar que esta propiedad es muy importante en los papeles para bolsas que se llenan
por conexión con válvula, en cuyo caso las bolsas deben tener cierta porosidad, para evitar que
exploten al llenarlas; en los papeles para filtros utilizados con fluidos acuosos influyen
fenómenos de adsorción.
Una de las principales evaluaciones en la elaboración de papel para sacos es la porosidad,
según sus especificaciones debe estar comprendida en un rango de 9-11 s/100cc, Escoto (2004) y
en comparación con el estudio realizado, que arrojó 9 s/100cc al aplicar el proceso CTMP al 18
% [NaOH]:30min en fibras de pseudotallo de plátano, se puede considerar esta aplicación sin
desestimar las otras especificaciones técnicas para la evaluar la calidad de estos tipos de papeles.
Las Figuras 24 y 25, representan la explosión aplicado en los procesos de TMP y CTMP,
respectivamente.
Se observa a simple vista, el mejor comportamiento que presenta el papel elaborado aplicando
la técnica, CTMP, conforme aumenta la concentración de reactivo y el tiempo de cocción, se
incrementa la explosión.
90
Figura 24. Representación gráfica de explosión aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino.
Figura 25. Representación gráfica de explosión aplicando CTMP, con respecto a la [NaOH] y
tiempo de reacción
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 500 2000
Ex
plo
sió
n k
g/c
m2
Número de revoluciones de refino
TMP-Explosión
Explosión
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
6 % : 15min 6% : 30min 18 % : 15min 18% : 30min
Exp
losi
ón
kg/c
m2
[NaOH]:tiempo de reacción
CTMP-Explosión
Explosión
91
Tabla 7. Explosión evaluada aplicando TMP y CTMP
TMP CTMP
rpm Explosión [NaOH]:t (min) Explosión
0 0 6%:15 3,0
500 0 6%:30 2,5
2000 1,04 18%:15 3,0
Explosión kg/cm2
18%:30 3,3
Otras de las especificaciones técnicas de calidad en papeles para elaborar sacos es la explosión,
la misma debe estar comprendida entre 2,4-2,7 kg/m2 según Escoto (2004), en comparación con
los procesos evaluados, el CTMP corresponde según la especificación descrita empleando 6%
[NaOH]:30 min.
La Figura 26, presenta el comportamiento de la rugosidad aplicando TMP.
Figura 26. Representación gráfica de rugosidad aplicando TMP, con respecto al número de
revoluciones de refino.
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 500 2000
Ru
gosi
dad
mL
/min
Número de revoluciones de refino
TMP-Rugosidad
Rugosidad
92
Tabla 8. Rugosidad evaluada aplicando TMP
TMP
RPM Rugosidad
0 335,00
500 219,00
2000 265,80
Rugosidad mL/min
La rugosidad del papel es una característica superficial que define la planidad e irregularidad
superficial del papel y en gran medida cubre el aspecto de calidad al tacto y apariencia del
mismo, Escoto (2004).
La Figura 27 muestra el comportamiento evaluado de la elongación aplicando CTMP,
resultado inestable conforme aumenta la concentración de NaOH y el tiempo de reacción,
resultante de la deformación que experimenta el papel sometido a un esfuerzo de tensión, siendo
importante en la calidad de papeles retorcidos, toallín, papel tissue y corrugados.
Figura 27. Representación gráfica de elongación aplicando CTMP, con respecto a la [NaOH] y
tiempo de reacción.
0
1
2
3
4
5
6
6 % : 15min 6% : 30min 18 % : 15min 18% : 30min
Elo
nga
ció
n %
[NaOH]:tiempo de reacción
CTMP-Elongación
Elongación
93
Tabla 9. Elongación evaluada aplicando CTMP
CTMP
[NaOH]:t (min) Elongación
6%:15 3,0
6%:30 2,7
18%:15 5,0
18%:30 4,5
Elongación %
3.2.3. Caracterización de contenido de lignina, hemicelulosa y otros extractivos
La Tabla 10, muestra el contenido promedio de celulosa el cual es mayor que el contenido en
maderas coníferas y frondosas donde es de ≈ 50 %, según el Centro de Investigación Forestal de
España. El porcentaje promedio de lignina es mucho menor que en maderas usadas para el
proceso de obtención de papel, donde las maderas convencionales tienen un rango de 18-31 %,
con la baja cantidad de lignina avala la posibilidad de realizar dos tipos de cocciones, termo-
mecánicas (la remoción de lignina no sería significativa) y química (tratamiento químico suave
para obtener pulpas deslignificadas con propiedades específicas).
Tabla 10. Contenido de lignina, celulosa y extractivos.
% % C.V*
Celulosa 54,86 ± 1,58 2,87
Lignina 12,23 ± 0,55 4,38
Extractivos 10,82 ± 0,25 2,38
% Coeficiente de variación *
El contenido de extractivos encontrados fue elevado (10,82 %), lo que impide la rápida
descomposición del pseudotallo del plátano, ocasionando una lenta reincorporación al suelo; a
diferencia de los extractivos en maderas frondosas que oscila entre 1-4 % y en maderas coníferas
94
de 4-10 %, Este alto contenido de extractivos interfiere con la selectividad de las reacciones
químicas de un proceso químico y semiquímico, siendo de este material lignocelulosico, más
favorable para los proceso que se están evaluando.
De acuerdo a la composición química del pseudotallo, este posee buenas cualidades para la
elaboración de pulpa para papel.
En la Figura 28 se compara el porcentaje de celulosa del pseudotallo con el Ulmus
americana y Pino caribe: la diferencia para el primero es ligeramente menor (6,14 %), y para el
segundo levemente mayor (4,86%). Asimismo, la lignina contenida en el pseudotallo es mucho
menor que la del Pino caribe y Ulmus americana (15,77 y 11,77 %, respectivamente), siendo
esto muy favorable para la producción de papel. La cantidad de extractivos que posee el
pseudotallo es mucho mayor que la proveniente de Pino caribe y Ulmus americana con
diferencia de 6,82 y 8,82 %. Estas diferencias de valores reflejan ventajas muy notables para el
uso del pseudotallo en la producción de papel; además que el tiempo de corte es menor (≈ 6
meses) a diferencia del Ulmus americana (32 años) y el Pino caribe (10-12 años).
Figura 28. Porcentajes de celulosa, lignina y extractivos.
Al comparar entre diferentes géneros de Musáceas (Tabla 11), se encontró que la especie
objeto de estudio posee mayor cantidad de celulosa que las otras dos (balbisiana y acuminata).
95
Sin embargo, la cantidad de lignina reportada y obtenida no difiere significativamente. (Turrado,
2009).
Tabla 11. Comparación de lignina y celulosa entre diferente géneros de Musáceas.
Musáceas
% Balbisiana Acuminata Paradisiaca
Celulosa 38,13 40,21 54,86
Lignina 13,09 12,87 12,23
3.3. Estudio de blancura y opacidad
3.3.1. Evaluación del blanqueo
El pseudotallo de plátano se caracteriza por su alto contenido de humedad lo cual constituye la
principal dificultad para su uso en la industria de la celulosa y el papel. Con fines papeleros se
han realizado estudios a escala de laboratorio en China, Filipinas y la India, sin embargo, no se
tienen reportes de su uso industrial. Cuba tiene una gran disponibilidad de esta planta y se ha
realizado un amplio trabajo de investigación de sus potencialidades de aplicación en la
fabricación de papel.
En base a sus propiedades biométricas las fibras de pesudotallo se pueden clasificar como
fibra larga y medianamente gruesa y teniendo en cuenta que es una fibra difícil de blanquear, sus
pulpas pudieran ser utilizadas en la producción de papeles resistentes como liner, sacos
multicapas, papeles dieléctricos, entre otros.
Se estudió la reflectividad general o claridad (eficiencia visual) del papel a través de la
blancura, en función de la reflectancia, la distribución de energía luminante, las condiciones de
observación y las características del que observa. A través de la lectura directa del photovolt se
logró determinar la reflectancia y calcular la blancura ISO. La Tabla 12 muestra estos resultados.
La posibilidad de medir la blancura con una sola longitud de onda se basa en el hecho de que
las pulpas del mismo tipo tienen curvas de reflectancia espectral de una forma semejante.
96
La blancura también es adecuada para medir la permanencia del papel, ya que el cambio en el
color del papel al envejecer o por degradación térmica es mayor que en las regiones azul y violeta
del espectro, en las que se mide la blancura.
Un blanco perfecto tendría 100 % de reflectancia a todas las longitudes de onda de la luz
visible, pero no existe blanco perfecto. La película de óxido de magnesio utilizada como estándar
de blancura se acerca, pero no llega al blanco perfecto.
El empleo de H2O2 como agente blanqueante, es inestable con el pH utilizado para el blanqueo
de pulpa, parte del H2O2 se descompone durante el proceso, produciendo radicales hidroxilo e
hidroxipiroxilo, siendo estos compuestos intermedios de corta duración.
Tabla 12. Promedios de blancura ISO evaluada a 457 nm
3.3.2.
Evaluación de la opacidad
En la Tabla 13 se presentan los promedios de las opacidad de contraste e impresión evaluadas
en pulpas sin blanquear, blanqueadas y variando el número de revoluciones.
En esta evaluación se logró denotar el grado de no transparencia es decir la capacidad del
papel de ocultar la impresión en lado posterior de la hoja.
Entre los factores que posiblemente afectaron la evaluación de opacidad se puede mencionar
el tipo de fibra de celulosa, (pseudotallo de plátano), debido a que las fibras influyen sobre todo
por su diámetro y los finos que contienen, siendo estos pequeños fragmentos de fibras que
Tipo de muestra % Reflectancia % Blancura ISO
Sin blanquear 35,68±0,33 48,81±0,46
Blanqueada 48,90±0,95 66,89±1,30
500 rpm 24,27±0,46 33,20±0,63
2000 rpm 25,28±0,52 34,58±0,71
3000 rpm 23,00±0,77 31,46±1,05
97
quedan atrapados en la hoja. El número de refinos para la evaluación de esta técnica estuvo
comprendido entre 500 y 3000 rpm. Al incrementarse estas revoluciones aumenta el área total de
las fibras en que la luz será dispersada, por lo que se puede esperar que la opacidad aumente.
Pero, por otra parte, también se incrementa el área de uniones entre fibras, lo que a su vez
aumenta el área de contacto óptico entre ellas, lo que tiende a reducir la opacidad. Como se ve, la
refinación tiene dos efectos contrarios, aunque en la mayoría de los casos influye más la
reducción de la dispersión debida al aumento de uniones entre fibras, razón por la que
normalmente la refinación reduce la opacidad.
Otro factor a mencionar se destaca el prensado de la hoja húmeda debido a que aumenta el
número de uniones entre fibras, al igual que la refinación éste factor disminuye la opacidad; el
peso base o gramaje también afecta, ya que si éste es mayor, mayor será la cantidad de material y
consecuentemente el mayor espesor, ocasionará el aumento en la dispersión de la luz y por ende
mayor opacidad.
Tabla 13. Promedios de opacidad de contraste e impresión
Tipo de muestra R0 R∞ Opacidad de contraste Opacidad de impresión
Sin blanquear 34,40 34,80 98,86±1,82 1,11±0,02
Blanqueada 46,80 47,80 97,92±1,04 1,10±0,01
500 rpm 23,33 24,00 97,26±3,41 1,09±0,04
2000 rpm 24,48 25,30 96,75±1,74 1,09±0,02
3000 rpm 23,18 23,40 99,16±7,02 1,11±0,08
R0: reflectancia; R∞: factor de reflectancia con hojas de la misma pulpa con respaldo.
La opacidad se ve disminuida por tratamientos que favorecen la creación de enlaces fibra-
fibra, como la refinación en exceso, prensado en húmedo y alisado. Obtener un papel con una
mayor opacidad es lograr que una menor cantidad de luz pase a través de la hoja. Se logra una
mayor opacidad de dos formas. La primera forma es modificando las fibras de tal manera que el
rayo de luz tenga más cambios de dirección, a través de una mayor refinación, lo que implica un
98
mayor consumo energético. Una refinación moderada mejora los resultados, pero cuando es
excesiva tiene efectos nocivos. Si la fibra se aplasta o se rompe mucho, aumenta la densidad de la
hoja, cerrando los poros por los que puede pasar la luz lo que implica una mayor transparencia de
la hoja. A mayor refinación, mayor es la transparencia.
La segunda forma de dar opacidad es introduciendo carga mineral finamente pulverizada, que
tenga un índice de refracción mayor al de la celulosa aumentando la dispersión la luz, en general
esta opción tiene un costo significativo. Modificar la absorción también implica aumentar la
opacidad. Esto se logra tiñendo el papel agregando una pequeña carga colorante.
99
CONCLUSIONES
Los procesos evaluados para la producción de papel demuestran que la cocción termomecánica se
puede aplicar para la elaboración de papel de tipo estucado, mientras que para la cocción
quimicotermomecánica se pueden elaborar papeles para sacos.
El pseudotallo del plátano posee altas cantidades de celulosa: 54,86 % y bajas cantidades de
lignina: 12,23% en comparación con fuentes de maderas convencionales, con estas características
se demuestra el gran potencial que posee en la industria papelera.
La cantidad de lignina residual en la pulpa fue disminuyendo gradualmente, de 10,32 ± 0,01 a
3,71 ± 0,01 %, a medida que aumenta el ataque químico, lo que garantiza las propiedades
óptimas de la pulpa para un papel específico requerido.
Se evaluó el comportamiento de las pulpas obtenidas empleando como agente blanqueante el
peróxido de hidrogeno, obteniendo 48,90±0,95 % de reflectancia y una blancura ISO de
66,89±1,30 %, lo que demuestra que los papeles elaborados pueden someterse al blanqueo y no
modificar su estructura.
Se logró determinar la no transparencia o el paso de luz a través de la hoja mediante el proceso de
opacidad, resultando de 97,92±1,04 para la pulpa blanqueada.
Esta investigación suministra un gran aporte con respecto al manejo de los desechos producidos
por la industria platanera, los cuales pueden ser aprovechados aplicando tecnología verde sin
dejar ningún residuo contaminante para el medio ambiente y la salud. El pseudotallo del plátano
posee un gran potencial totalmente aprovechable desde la savia hasta las fibras, pudiéndose
obtener productos de valor agregado y buena calidad.
100
RECOMENDACIONES
1. Determinar la concentración de hemicelulosa que posee el pseudotallo del plátano en su
parte externa y médula.
2. Evaluar otras técnicas en el proceso quimicotermomecánico y diferenciarlas con respecto al
estudiado con NaOH.
3. Estudiar el efluente obtenido en la aplicación del proceso quimicotermomecánico y
compararlo con la Normas para la Clasificación y el Control de los Cuerpos de Agua y
Vertidos o Efluentes Líquidos, Art 10, del Decreto 883, con el fin de evaluar el proceso
ambiental generado.
101
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![Res. 7992 de 1971- Jugos, Nectares, Pulpas[1]](https://img.pdfslide.es/doc/110x75/5571f96b49795991698f8992/res-7992-de-1971-jugos-nectares-pulpas1.jpg)
