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Modificación de fibras

La modificación de fibras es un campo de investigación en el que los investigadores buscan desarrollar y aplicar tecnologías para conferir nuevas propiedades a fibras naturales,...

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La modificación de fibras es un campo de investigación en el que los investigadores buscan desarrollar y aplicar tecnologías para conferir nuevas propiedades a fibras naturales, como las del papel , con el fin de aumentar su funcionalidad. Las áreas de investigación en este campo incluyen diversas tecnologías, entre las que destacan las modificaciones químicas de las fibras. Un sector importante de aplicación de las modificaciones químicas es el tratamiento de la madera para dotarla de propiedades mejoradas, como mayores propiedades mecánicas, impermeabilidad al agua, menor higroscopicidad y resistencia a bacterias y hongos. La transferencia y adaptación del conocimiento técnico sobre modificación de fibras disponible para el sector de la madera al sector del papel reciclado constituye un uso innovador de estos tratamientos químicos, objeto de estudios realizados en el marco del proyecto Fibre+, cofinanciado por la UE. [ 1 ]

El consorcio del proyecto incluyó miembros que representaban a las Asociaciones Europeas de Papel y Embalaje ( CEPI , FEFCO), así como a institutos de investigación especializados en el sector de la madera y el papel para embalaje y a empresas papeleras y de embalaje. El proyecto se centró en la modificación química del papel fabricado con fibras recicladas, investigando la posibilidad de transferir la técnica de modificación de fibras de madera del sector maderero al sector del papel y el embalaje. El objetivo era mejorar las propiedades del papel y del embalaje, dado que el proceso de reciclaje provoca el deterioro de las fibras.

La modificación química de fibras recicladas tuvo como objetivo la creación de una nueva generación de papeles de embalaje caracterizados por ser más reciclables, menos higroscópicos, rígidos y duraderos. La alta tasa de reciclaje de papel en Europa (que alcanza el 72%) y la consiguiente importancia del reciclaje para la economía circular fueron la base de este estudio. Los productos de papel forman parte de un ciclo de carbono integrado basado en la conversión fotosintética de agua, dióxido de carbono , nutrientes y energía solar en biomasa renovable de origen leñoso . Una vez consumido, el papel puede recuperarse y reutilizarse como fuente de fibras secundarias, para producir papel reciclado o como biocombustible . Los envases de fibra o contenedores de cartón ondulado fueron los que se abordaron en el proyecto, ya que se consideran la aplicación estructural más destacada del papel.

intentos de modificación química

Se ha investigado la modificación de fibras con productos químicos o enzimas en la producción de tableros de fibra . [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] La modificación de fibras mediante vapor (madera tratada con vapor) ha demostrado ser un método de pretratamiento eficiente en la producción de compuestos termoplásticos . [ 5 ] Las teorías actuales sobre la unión entre fibras durante el proceso de fabricación de papel se basan en el reconocimiento general del modelo de enlaces de hidrógeno . En consecuencia, todo esfuerzo por aumentar la resistencia de las fibras está conectado al batido mecánico de las fibras para generar fibras más flexibles y fragmentadas para aumentar las áreas de unión. Como consecuencia, se obtienen desventajas significativas en términos de la relación de retención de agua que resulta en un comportamiento de deshidratación deficiente y un alto consumo de energía. Aún se están desarrollando nuevos mecanismos para la interpretación y el control de la unión entre fibras. Una forma de superar estas desventajas podría ser el recubrimiento molecular de las fibras de celulosa utilizando polímeros dirigidos a la mezcla controlada por entropía de polímeros y gel de celulosa que resulta en mayores fuerzas de unión. Ya se han presentado resultados teóricos y datos experimentales sobre cómo la aplicación de capas poliméricas (por ejemplo, carboximetilcelulosa ) y enzimas sobre fibras de celulosa puede dar lugar a láminas de alta resistencia de unión sin necesidad de manipulación mecánica. [ 6 ] Sin embargo, estos intentos aún estaban lejos de cualquier implementación industrial y su aplicación habría sido costosa y no habría resuelto el problema de la disponibilidad de materia prima.

Objetivo

Partiendo de este estado de la técnica, el objetivo del proyecto era modificar y, por lo tanto, mejorar las características de diferentes tipos de fibras recuperadas utilizadas en la producción de diversos papeles para embalaje, empleados como cartón liner y cartón ondulado en la fabricación de cartón ondulado en Europa. Se espera que la información sobre las características y la composición de los materiales de embalaje ayude a la industria europea del embalaje a evaluar sus fuentes de suministro y a adoptar métodos y procesos adecuados para optimizar el uso de los recursos disponibles. En el caso del embalaje, también se requiere conocimiento técnico-científico de las relaciones industriales prácticas entre las características de la fibra, las propiedades del papel y las propiedades del cartón ondulado.

Desde la modificación de la fibra de madera hasta la tecnología del papel, la modificación química de la madera tiene como objetivo alterar la estructura de la matriz de la pared celular. Las propiedades de la madera mejoran considerablemente al convertir los grupos OH hidrófilos en grupos más grandes e hidrófobos . Asimismo, la fijación física de los productos químicos modificadores en la matriz de la pared celular puede cambiar considerablemente las propiedades de la madera. Además de un efecto hidrófobo, los tratamientos reducen el volumen de los nanoporos de la pared celular y, por lo tanto, disminuyen la incorporación de moléculas de agua en la matriz de la pared celular. A escala macroscópica, la modificación de la madera puede cambiar propiedades importantes de la madera, incluyendo la durabilidad biológica (resistencia a los hongos), la estabilidad dimensional, la dureza y la estabilidad a los rayos UV . [ 7 ]

Dado que el papel se produce a partir de fibras de madera, fue posible transferir algunos de los avances logrados en la tecnología de la madera a la tecnología del papel. Varias tecnologías (por ejemplo, modificación química, celulosas a nanoescala, polielectrolitos , polímeros funcionales basados ​​en celulosa, hemicelulosas y almidón ) fueron investigadas y utilizadas por diferentes grupos de investigación en toda Europa (por ejemplo, PTS y la Universidad de Göttingen , Alemania; Kungliga Tekniska högskolan (KTH), Suecia). Ya existe un conocimiento bien establecido sobre la modificación química de fibras recicladas. Adamopoulos y Mai (2011) modificaron fibras recicladas con compuestos de N-metilol y glutaraldehído con una mejora significativa en las características de la fibra y el rendimiento de la hoja de papel. [ 8 ] Se encontró que las hojas de laboratorio fabricadas con una variedad de fibras recicladas modificadas químicamente eran superiores en rigidez y propiedades higroscópicas que las fabricadas con fibras sin modificar. [ 9 ] La intención del proyecto Fibre+ es aprovechar el conocimiento existente sobre la modificación de fibras para adaptar, implementar y difundir esta tecnología innovadora en las PYME papeleras europeas.

Los resultados del proyecto Fibre+ sobre fibras recicladas para papel de embalaje e información sobre posibles desarrollos del concepto Fibre+ se pueden encontrar en el sitio web de Fibre+, incluyendo artículos científicos que se han publicado como consecuencia del trabajo de I+D realizado durante el proyecto. [ 10 ] [ 11 ]

Referencias

  1. ↑ Séptimo Programa Marco – Esquema de financiación para PYME-AG – Acuerdo de subvención n.° 315633 – http://www.fibreplus.org Archivado el 23/12/2015 en Wayback Machine
  2. ↑ Krzysik, AM, JA Youngquist, RM Rowell, JH Muehl, P. Chow y SR Shook (1993). "Viabilidad del uso de periódicos reciclados como fuente de fibra para tableros duros de proceso en seco". For. Prod. J. 43 : 53–58 . OSTI 6276892 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  3. ↑ Gómez-Bueso et al. 2000
  4. ↑ Müller et al. 2009
  5. ↑ Takatani, M., Itoh, H., Ohsugi, S., Kitayama, T., Saegusa, M., Kawai, S. y Okamoto, T. (2000). "Efecto del material lignocelulósico en las propiedades de los compuestos de polímero termoplástico/madera". Holzforschung . 54 (2): 197– 200. doi : 10.1515/HF.2000.033 . S2CID 137187547 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  6. ^ Laine y otros. 2002, Gustavsson 2003, Danielsson 2006, Erhard 2010.
  7. ↑ Hill CAS (2006). Modificación de la madera. Procesos químicos, térmicos y otros . Wiley, Chichester. ISBN 978-0-470-02172-9.
  8. ^ Adamopoulos y Mai (2011).
  9. ↑ Adamopoulos et al. 2011
  10. ↑ Hosseinpourpia, R., Adamopoulos, S. y C. Mai (2015). "Resistencia a la tracción de láminas de papel hechas de fibras recuperadas tratadas con N-metilol melamina (NMM) y 1,3-dimetilol-4,5-dihidroxietilenourea (DMDHEU)". Journal of Applied Polymer Science . 132 (3). doi : 10.1002/APP.41290 .{{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  11. ↑ Adamopoulos, S., Hosseinpourpia, R., y C. Mai (2014). "Resistencia a la tracción de láminas preparadas con fibras maceradas de madera maciza modificadas con agentes reticulantes". Holzforschung . 69 (8): 959– 966. doi : 10.1515/hf-2014-0216 . S2CID 137605505 . {{cite journal}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )