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Productos químicos para la industria papelera

Los productos químicos para papel designan un grupo de sustancias químicas que se utilizan en la fabricación de papel o que modifican sus propiedades . Estas sustancias químicas...

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Los productos químicos para papel designan un grupo de sustancias químicas que se utilizan en la fabricación de papel o que modifican sus propiedades . Estas sustancias químicas pueden alterar el papel de diversas maneras, como cambiando su color y brillo , o aumentando su resistencia y su impermeabilidad. [ 1 ] Los productos químicos se pueden definir según su uso en el proceso.

El uso de productos químicos no solo sirve para conferir propiedades al papel, sino también para gestionar los ciclos del agua en el proceso, acondicionar los tejidos, limpiar los equipos y para otras aplicaciones.

Fábrica de pulpa de sulfito vertiendo aguas residuales en 2011

Productos químicos utilizados en la fabricación de papel.

Pulpeo

El proceso de pulpeo químico consiste en disolver la lignina para extraer la celulosa de la fibra de madera. Los diferentes procesos de pulpeo químico incluyen el proceso Kraft , que utiliza sosa cáustica y sulfuro de sodio y es el más común; alternativamente, el uso de ácido sulfuroso se conoce como proceso de sulfito ; el proceso semiquímico de sulfito neutro se considera un tercer proceso separado del sulfito; y el pulpeo con sosa , que es el menos peligroso desde el punto de vista ecológico y utiliza hidróxido de sodio o antraquinona . [ 2 ]

Se añade sosa cáustica para aumentar el pH en el proceso de pulpado de las fibras. Un pH más elevado en la solución de fibra de papel provoca que las fibras se alisen e hinchen, lo cual es importante para el proceso de molienda.

Procesamiento de pulpa en una batidora Hollander

Blanqueamiento

En la producción de papel blanco, la pulpa de madera se blanquea para eliminar cualquier color de las trazas de lignina que no se extrajeron en el proceso de pulpado químico. Existen tres métodos predominantes de blanqueo:

Apresto

La mayoría de los tipos de papel deben tener cierta resistencia al agua para mantener una calidad de escritura e imprimibilidad específicas. Hasta 1980, la forma típica de añadir esta resistencia era mediante el uso de colofonia en combinación con alumbre . Cuando la industria papelera comenzó a usar tiza en lugar de caolín como carga, la química del papel tuvo que cambiar a un proceso neutro. En varios lugares se utilizan AKD ( dímero de alquilceteno ) y ASA ( anhídrido succínico alquenílico ). El desarrollo más reciente es el uso de encolado superficial, [ 5 ] que se aplica mediante una prensa de encolado. La ventaja del encolado superficial es que no interfiere con la química del agua en la etapa final.

Fortalecimiento

Resistencia en húmedo

Los aditivos de resistencia en húmedo garantizan que el papel conserve su resistencia al mojarse. Esto es especialmente importante en el papel tisú . Entre los productos químicos que se suelen utilizar para este fin se encuentran la epiclorhidrina , la melamina , el formaldehído de urea y las poliiminas . Estas sustancias se polimerizan en el papel, dando lugar a la formación de una red de refuerzo.

almidón catiónico

Para mejorar la resistencia del papel, se añade almidón catiónico a la pulpa húmeda durante el proceso de fabricación. El almidón tiene una estructura química similar a la de la fibra de celulosa de la pulpa, y tanto la superficie del almidón como la de la fibra tienen carga negativa. Al añadir almidón catiónico (con carga positiva), la fibra puede unirse al almidón, aumentando así las interconexiones entre las fibras. La porción con carga positiva del almidón suele estar formada por cationes de amonio cuaternario . Entre las sales cuaternarias utilizadas se encuentran el cloruro de 2,3-epoxipropiltrimetilamonio (EPTAC, también conocido como Glytac Quab o GMAC™) y el cloruro de (3-cloro-2-hidroxipropil)trimetilamonio (CHPTAC, también conocido como Quat 188, Quab 188 o Reagens™).

Resistencia en seco

Los aditivos para mejorar la resistencia en seco, o agentes de refuerzo en seco, son sustancias químicas que mejoran la resistencia del papel en condiciones normales. Estos mejoran la resistencia a la compresión , al estallido , a la tracción y a la delaminación . Entre las sustancias químicas más utilizadas se encuentran el almidón catiónico y los derivados de la poliacrilamida (PAM). Estas sustancias actúan uniendo las fibras, a menudo con la ayuda de iones de aluminio presentes en la hoja de papel.

Carpetas

Los aglutinantes promueven la unión de partículas de pigmento entre sí y la capa de recubrimiento del papel. [ 6 ] Los aglutinantes son partículas esféricas de menos de 1  μm de diámetro. Los aglutinantes comunes son el copolímero de estireno-anhídrido maleico o el copolímero de estireno-acrilato. [ 7 ] La composición química de la superficie se diferencia por la adsorción de ácido acrílico o un surfactante aniónico , ambos utilizados para la estabilización de la dispersión en agua. [ 8 ] Los coaglutinantes, o espesantes, son generalmente polímeros solubles en agua que influyen en la viscosidad del color, la retención de agua, el encolado y el brillo del papel. Algunos ejemplos comunes son la carboximetilcelulosa (CMC), la hidroxietilcelulosa catiónica y aniónica (EHEC), el almidón modificado y la dextrina . El látex de estireno-butadieno , el acrílico de estireno, la dextrina y el almidón oxidado se utilizan en recubrimientos para unir la carga al papel. Los coaglutinantes son productos naturales como el almidón y la CMC ( carboximetilcelulosa ), que se utilizan junto con los aglutinantes sintéticos, como el acrílico estireno o el butadieno estireno. Los coaglutinantes se emplean para reducir el coste del aglutinante sintético y mejorar la retención de agua y la reología del recubrimiento.

Esferas aglutinantes recubiertas con ácido acrílico (a) y tensioactivo aniónico (b).
La estructura molecular del almidón catiónico. La unidad repetitiva del almidón se deriva de la glucosa interconectada mediante enlaces glucosídicos .

Rellenos

Los rellenos minerales se utilizan para reducir el consumo de material aglutinante más caro o para mejorar algunas propiedades del papel. [ 9 ] La arcilla de China , el carbonato de calcio, el dióxido de titanio y el talco son rellenos minerales comunes utilizados en la producción de papel.

Retención

Se añade un agente de retención para fijar las cargas al papel. Las cargas, como el carbonato de calcio , suelen tener una carga superficial débil. El agente de retención es un polímero con grupos catiónicos de alta carga positiva. Otra función del agente de retención es acelerar la deshidratación en la sección de la máquina de papel . La polietilenimina y la poliacrilamida son ejemplos de sustancias químicas utilizadas en este proceso.

Revestimiento

Pigmentos

Recubrimiento del papel 1) El papel o cartón 2) La primera capa de recubrimiento para uniformizar la superficie 3) Una segunda capa para una superficie aún más lisa y blanca

Se pueden añadir pigmentos que absorben en la parte amarilla y roja del espectro visible. A medida que el tinte absorbe la luz, el brillo del papel disminuye, a diferencia del efecto de un agente blanqueador óptico. Para aumentar la blancura, se suele utilizar una combinación de pigmentos y un agente blanqueador óptico. Los pigmentos más comunes son los tintes azules y violetas.

Agente blanqueador óptico

El blanqueador óptico se utiliza para que el papel parezca más blanco. Los agentes blanqueadores ópticos utilizan la fluorescencia para absorber la radiación invisible de la parte ultravioleta del espectro de luz y reemitirla como luz en el rango azul visible. De esta forma, el agente blanqueador óptico genera luz azul que se suma a la luz reflejada. Esta luz azul adicional contrarresta el tinte amarillento que, de otro modo, presentaría la luz reflejada. Así, aumenta el brillo del material (cuando la iluminación incluye radiación ultravioleta). [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. ↑ Rudolf Patt et al. "Papel y pulpa" en Ullman Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2005, Witch, Weinheim. doi : 10.1002/14356007.a18_545.purba
  2. ↑ Oficina de Gestión del Aire y los Residuos; Oficina de Planificación y Normas de Calidad del Aire (agosto de 1977). "10 Procesamiento de la madera". En Lahre, Thomas (ed.). Compilación de factores de emisión de contaminantes atmosféricos (PDF) (3.ª ed.). Research Triangle Park, Carolina del Norte: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. pág. 419. ISBN   978-1-249-50100-8Archivado del original (PDF) el 3 de junio de 2016. Consultado el 7 de septiembre de 2015 a través de ARLIS.
  3. ↑ «Productos químicos de alto rendimiento para la industria de la pulpa y el papel» (PDF) (Informe). Gotemburgo, Suecia: EKA Chemicals/Akzo Nobel. 2011. pág. 2. Archivado del original (PDF) el 14 de mayo de 2013. Consultado el 8 de septiembre de 2015 . 
  4. ↑ "7.3.9. Blanqueo totalmente libre de cloro de pulpas Kraft para papel". "Documento técnico complementario de desarrollo para las directrices y normas de limitaciones de efluentes para la categoría de pulpa, papel y cartón" (PDF) (Informe). Washington, DC: Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Octubre de 1997. págs. 7–26 . EPA-821-R-97-011. Archivado (PDF) del original el 23 de enero de 2022. Recuperado el 22 de mayo de 2016 . 
  5. ↑ "Tamaño de superficie catiónica" . 22 de mayo de 2021. Archivado del original el 15 de diciembre de 2022. Consultado el 30 de junio de 2022 .
  6. ↑ Fardim, Pedro (2000). "Química del papel y de las superficies Parte 1: Química de la superficie de la fibra y de la sección húmeda". Instituto de Química : 1–14 .
  7. ↑ Fardim, Pedro (2000). "Química del papel y de las superficies Parte 2: Recubrimiento e imprimibilidad". Instituto de Química : 1–13 .
  8. ↑ Granier (1994). "Adhesión de partículas de látex en superficies inorgánicas". TAPPI J. 77 ( 5): 419.
  9. ↑ "Estudio de mercado: Rellenos (3.ª edición)" . Ceresana. Enero de 2014. Archivado del original el 21 de septiembre de 2013. Consultado el 7 de septiembre de 2015 .
  10. ↑ He Shi; Hongbin Liu; Yonghao Ni; Zhirun Yuan; Xuejun Zou; Yajun Zhou (2012). "Revisión: Uso de agentes blanqueadores ópticos (OBA) en la producción de papel que contiene pulpas de alto rendimiento" . BioResources . 7 (2): 2582– 2591. Archivado del original el 24 de junio de 2016. Recuperado el 22 de mayo de 2016 .
  • Lista de productos químicos utilizados en la fabricación de pulpa y papel.