HANS WILHELM GIERTZ
HANS WILHELM GIERTZ presentó este artículo en la Conferencia de las Naciones Unidas sobre las Aplicaciones de la Ciencia y la Tecnología, reunida en Ginebra en febrero de 1963. R. Eklund (FAO) actuó de secretario de la sección de esta Conferencia que se ocupó de la pasta y el papel.
Consecuencias de los últimos adelantos técnicos en la producción de la pasta y el papel para los países en desarrollo
HASTA hace relativamente poco tiempo, la fabricación del papel era un arte que sólo podía dominarse merced a un largo aprendizaje. La demanda rápidamente creciente, que se traduce en la producción en masa de muchas calidades de papel y la necesidad cada vez mayor de productos especiales han obligado gradualmente a los productores a efectuar investigaciones teóricas y prácticas tendentes a mejorar y desarrollar las técnicas de fabricación. Como consecuencia de esto, en el decenio inmediatamente siguiente a la guerra, ocurrió una rápida evolución en la ciencia y la tecnología de la fabricación de la pasta y el papel, por lo que actualmente se conocen mucho mejor algunos de los factores que influyen en las características y las propiedades de los productos finales.
En términos generales, casi todos los materiales lignocelulósicos y celulósicas de estructura fibrosa pueden transformarse en determinadas clases de papel y de cartón. Sin embargo, las fibras de los distintos materiales no son semejantes. Difieren considerablemente en cuanto a sus características morfológicas y químicas, lo que las hace más o menos apropiadas para la fabricación del papel.
Hay dos razones primordiales para que hoy día más del 90 por ciento de toda la pasta que se destina a la fabricación del papel y del cartón proceda de coníferas. Estas razones son:
a)
el predominio de las coníferas en las regiones industrializadas a que corresponde la mayor parte del consumo y la producción mundiales de pasta y de papel, y
b) la actual ventaja técnica que ofrecen las fibras largas de las coníferas respecto de las fibras más cortas de las maderas de especies de hoja caediza y de los residuos agrícolas.
Entre las maderas de coníferas, la picea y otras especies de igual tipo, como el abeto, el abeto balsámico y el pinabete, ocupan una posición destacada debido a las razones siguientes:
a)
Su madera es blanda y contiene poca resina, lo que favorece la trituración.
b) Su carencia, en el duramen, de sustancias fenólicas, como pinosilvina, unida a la largura de su fibra, hacen que esta madera sea la materia prima más apropiada para las industrias que utilizan el procedimiento al sulfito.
c) La pasta al sulfito era el único tipo de pasta que podía blanquearse y adquirir un brillo intenso.
d) La pasta al sulfito era el único tipo de pasta que podía utilizarse en la fabricación de la viscosa y en otros procesos que exigen la disolución.
Como se verá más adelante, los procesos de fabricación de la pasta y de blanqueo de ésta han adquirido tal grado de desarrollo que hoy día toda clase de materias primas pueden transformarse en pasta. Sin embargo, durante largo tiempo se consideró necesario emplear fibras largas, es decir, fibras con una longitud de 2 a 4 mm., para todas las calidades de papel, y las pastas de fibra corta, sobre todo en forma de pasta a la sosa blanqueada, se utilizaban únicamente en medida muy limitada como pastas de carga. Esta situación se ha modificado totalmente en los dos decenios últimos.
Papeles de imprenta y de escribir
En la fabricación de papeles de imprenta y de escribir es de la máxima importancia la formación de buenas hojas. Las fibras largas tienden siempre a flocularse y, para impedir una mala conformación cuando se usan pastas de fibra larga, el fabricante del papel tiene que acortar las fibras batiéndolas. Esta operación, no obstante, influye adversamente en otras propiedades importantes del papel, como son la densidad, la opacidad y la resistencia al desgarramiento. Cuando se utilizan pulpas de fibra corta, la conformación buena se obtiene automáticamente, y sólo se necesita un ligero batido para obtener en la hoja la resistencia necesaria. Al mismo tiempo, las fibras cortas dan al papel una superficie más suave y una opacidad mayor.
Actualmente es cosa sabida que el empleo de pastas de fibra corta presenta varias ventajas en la producción de papeles finos. Por esto, se tiende a usar cada vez más esta clase de pastas en la industria del papel fino. Las pastas de partida consistentes en 50 por ciento de pasta de fibra corta son en la actualidad cosa corriente en las fábricas de papel fino, llegando en muchos casos este porcentaje hasta 80 por ciento. Algunos papeles de imprenta se fabrican comercialmente con 100 por ciento de pastas de maderas duras, pero, para I a mayoría de las aplicaciones, se considera necesario añadir 20 por ciento, aproximadamente, de pasta de fibra larga para aumentar la resistencia en húmedo de la bobina de papel cuando ésta atraviesa la parte de la prensa de la máquina en que se fabrica el papel. Esto es especialmente válido en el caso de las máquinas que funcionan con gran rapidez.
Papeles kraft
En el caso de los papeles kraft, como el de envolver y el que se usa para los sacos de paredes múltiples, el factor resistencia es el más importante. En los papeles de envolver de baja calidad la pasta de partida puede consistir en 100 por ciento, más o menos, de pasta de fibra corta, pero, para cumplir las normas internacionales, hay que añadir pastas de fibra larga en proporción que varía según el tipo de papel que se desee.
Este problema se ha estudiado ampliamente en Australia, donde la materia prima principal para la producción de pasta es la madera de eucalipto de fibra corta. Los papeles kraft para envolver y los papeles para sacos de uso en las tiendas de comestibles contienen de 50 a 60 por ciento de pasta kraft de eucalipto. La propiedad que primordialmente se exige a estos productos es una elevada resistencia al desgarramiento, lo cual limita la cantidad de pulpa de eucalipto que puede usarse en la fabricación de ellos. Los sacos de paredes múltiples de papel kraft que, por ejemplo, se usan para el cemento y los abonos, se hacen con 35 por ciento de pasta kraft de eucalipto. En este caso las normas referentes a la resistencia al desgarramiento y a la tracción son muy exigentes. En México y en Perú se utiliza para este mismo fin la pasta de bagazo.
Según se verá más adelante, la nueva técnica de fabricación de papeles kraft extensibles podría alterar la relación entre las pastas de fibra larga y las de fibra corta en favor de estas últimas.
Cartón acanalado
El cartón acanalado se hace con una o varias capas de alma ondulada cubiertas por uno o ambos lados con forro de papel kraft o cartón de partículas. El alma ondulada solía hacerse, y todavía se hace en la mayoría de los casos, con papel de desperdicios. Otro tanto puede decirse a propósito del cartón de partículas. Sin embargo, actualmente es un hecho establecido que las mejores almas onduladas se fabrican con una pulpa de fibra corta semiquímica al sulfito neutra. El forro de papel kraft se obtiene corrientemente con pasta kraft ordinaria de pino, pero también en este caso se puede usar en gran proporción la pulpa kraft de especies de madera dura. Una fábrica japonesa produce forros de papel kraft que contienen 70 por ciento de pasta de diversas especies de madera dura.
Es evidente, pues, que para las calidades más importantes de papeles, exceptuado el de periódicos, de que se tratará más adelante, pueden usarse únicamente, o en proporción muy grande, pastas de fibra corta. Lo que se acaba de decir acerca de las pastas de fibra corta es válido, en general, tanto para las pastas de madera de especies frondosas, como para las pastas de bagazo, paja y otros residuos agrícolas. La pasta de bambú, por el contrario, debe clasificarse entre las de fibra larga, pues la fibra del bambú tiene de 2 a 3 mm. de largo.
El procedimiento kraft es aplicable a todos los tipos de materias primas, como maderas de coníferas, todas las clases de maderas frondosas, paja, bagazo y bambú. La pulpa obtenido es, en relación con cada tipo de materia prima, de la calidad mejor. Un inconveniente secundario es el color pardo de la pasta y las dificultades con que se tropieza para blanquearla. Sin embargo, el inconveniente principal es que el consumo de productos químicos en el procedimiento kraft es muy elevado, pues asciende a unos 400 Kg. de hidróxido sódico por tonelada de pasta. Por consiguiente, hay que recuperar los productos químicos y como las instalaciones necesarias para esta recuperación son complicadas y caras, las fábricas que emplean el procedimiento kraft tienen que ser grandes y de gran capacidad.
El procedimiento corriente al sulfito de calcio ácido no se basa sobre la recuperación de los productos químicos, por lo cual las fábricas que emplean el procedimiento al sulfito pueden ser más pequeñas que las que usan el procedimiento kraft. No obstante, el procedimiento al sulfito tiene sus limitaciones. Por razones de índole química bien conocidas hoy día, sólo es posible digerir con sulfito ciertas especies de madera como las de picea, abeto, abeto balsámico y pinabete. El duramen de la madera de pino y de otras especies resinosas y densas no es digerible y la mayoría de las frondosas y todas las clases de materias primas «descubiertas» como paja y bagazo, dan pastas muy blandas. Sin embargo, en los años últimos, los conocimientos fundamentales de la digestión con sulfito han aumentado considerablemente y existen nuevos tipos de digestiones con sulfito que parece que ofrecen posibilidades muy interesantes.
En los 20 años últimos el procedimiento al sulfito neutro ha tomado rápidamente gran incremento. Este procedimiento es semiquímico y la madera desmenuzada digerida tiene que desfibrarse por procedimientos mecánicos para lograr una pasta que se pueda trabajar. Esta pasta se utiliza, pues, únicamente para ciertas calidades de papel, y sobre todo para almas onduladas. Para este procedimiento sirven todas las clases de materias primas, siendo las más apropiadas las maderas de frondosas, la paja y el bagazo. La única base que se puede emplear es la sódica, pero el consumo de productos químicos, que llega hasta unos 150 Kg. de sulfito sódico por tonelada de pasta, es de todos modos tan bajo que el procedimiento puede ejecutarse económicamente sin necesidad de recuperar los productos químicos.
Ultimamente ha despertado gran interés el procedimiento denominado al bisulfito. Hoy día existen varias fábricas que utilizan este procedimiento. Algunas de ellas utilizaban anteriormente el procedimiento al sulfito y otras son fábricas construidas especialmente para este nuevo procedimiento.
El procedimiento al bisulfito se efectúa en condiciones ligeramente ácidas, a pH 3-5, con una lejía consistente principalmente en bisulfito y sin exceso de SO2. La base puede ser sódica o magnésica. Comparada con la lejía empleada en la digestión con sulfito neutro, a pH 7-9, la lejía bisulfítica es lo bastante ácida para hidrolizar y disolver la lignina.
La eliminación de la lignina es, por consiguiente, bastante completa y permite obtener una madera desmenuzada bien digerida y una pasta que se puede trabajar. Por otra parte, la lejía no es tan ácida como en la digestión normal con sulfito ácido (pH 1-2), lo que significa una hidrólisis menos intensa y, por consiguiente, un rendimiento mayor y una pasta más resistente. Las pastas químicas sin blanquear de maderas de coníferas se obtienen con un rendimiento de 60 por ciento aproximadamente con respecto a la madera, mientras que el de las pastas kraft y al sulfito ordinarias es de sólo 50 por ciento. Sin embargo, las pulpas blanqueadas se obtienen únicamente con un rendimiento un poco mayor que el de las pastas blanqueadas corrientes. La resistencia es mayor que en las pastas al sulfito ordinarias y puede, en algunos aspectos, compararse con la de las pastas kraft.
Una ventaja importante de la digestión con bisulfito es que por este procedimiento pueden tratarse casi todas las materias primas. Las maderas de coníferas ordinarias, así como la de pino, incluso la de duramen de pino y la de diferentes especies frondosas, se digieren satisfactoriamente en las fábricas actuales. Por lo que a otras materias primas se refiere, como paja, bagazo y bambú, la experiencia es todavía escasa.
El consumo de productos químicos depende mucho del grado de digestión y del rendimiento de la pulpa. Entre las fábricas existentes algunas trabajan económicamente sin necesidad de recuperación. Esto es válido tanto para las pastas sin blanquear como para las blanqueadas, y para las bases sódicas como para las magnésicas. El que la recuperación de los productos químicos no sea forzosamente necesaria hace económicamente factible construir fábricas pequeñas (50 toneladas al día) que utilicen el procedimiento al bisulfito.
A este propósito debe señalarse que no existe ninguna diferencia fundamental entre la digestión con sulfito neutro y la digestión con bisulfito, y que en una fábrica que trabaje por el procedimiento al bisulfito la producción puede obtenerse fácilmente tanto por una digestión como por la otra. Esto permite abarcar una gama muy amplia de cualidades, desde las pastas semiquímicas hasta las calidades blanqueables.
Papel para periódicos
El papel para periódicos presenta un problema característico: el 75 a 85 por ciento de la materia prima consiste en pasta mecánica que solía hacerse con madera de picea o con otras maderas de tipo semejante.
El problema de la resina, que solía plantearse al utilizar madera de pino triturada, se ha resuelto actualmente, por lo que muchas fábricas de todo el mundo producen hoy día papel de periódicos con madera de pino, que en países como Chile, Sudáfrica y Nueva Zelandia se saca de plantaciones. Al mismo tiempo, la pasta química necesaria es pasta kraft de pino semiblanqueada en vez de pasta de picea al sulfito sin blanquear.
El problema de la trituración de las maderas de especies frondosas no ha hallado todavía una solución general. En el caso de las especies de madera blanda, de color claro, como chopo, álamo temblón, sauce y ciertas especies de eucaliptos (Tasmania), la pasta mecánica obtenido es aceptable para el papel de periódicos y de revistas, pero, debido a su resistencia menor comparada con la de la madera de picea molida, la proporción de pasta química ha tenido generalmente que aumentarse. Las maderas densas o coloreadas de frondosas, grupo a que pertenece la mayoría de los árboles tropicales, no dan una madera molida aceptable con el actual procedimiento de trituración.
La cuestión de la trituración de las maderas densas de frondosas ha hallado, sin embargo, una solución aceptable con el procedimiento denominado de frotamiento. La viruta se reblandece primero químicamente y luego se transforma en fibra en refinadoras de tipo de disco. El rendimiento de pulpa es de 80 por ciento o más y esta pulpa tiene las mismas características generales que la madera molida. Esta calidad se puede variar dentro de ciertos límites, por lo que el producto sustituye parcialmente la mezcla de madera molida y pasta química. El procedimiento de reblandecimiento químico previo puede ejecutarse mediante un tratamiento con sulfito neutro o con bisulfito, que ha de hacerse a temperatura elevada y a presión, o mediante el procedimiento de la sosa fría últimamente desarrollado. En este último caso y cuando se utilice como materia prima madera coloreada, la pulpa tiene que blanquearse con hipoclorito, peróxido o hidrosulfito. Los gastos de transformación son más elevados que para la madera molida ordinaria, pero esto puede compensarse con creces con el bajo costo de la madera dura que se puede utilizar.
Son muchas las fábricas de esta especie que hoy día funcionan en todo el mundo, y la pasta que en ellas se obtiene está sustituyendo a la madera molida en la fabricación de papel de periódicos y de revistas y en la de otros papeles de imprenta de baja calidad. La nueva fábrica establecida en Kulna, Pakistán, es particularmente interesante porque emplea la madera de una frondosa del país (gewa) que se utiliza en parte como pasta de madera molida corriente y en parte como pasta por frotamiento semiquímica. La porción de fibra larga consiste en una pasta al sulfato semiblanqueada, importada.
Esta nueva técnica del frotamiento es muy interesante porque muestra que las pulpas del tipo de la madera molida pueden obtenerse económicamente a partir de diversas especies de frondosas técnicamente importantes que hasta ahora se consideraban carentes de interés industrial.
A este propósito ha de mencionarse también que se han elaborado procedimientos según los cuales el bagazo se puede utilizar para la fabricación de papel de periódicos. Una fábrica de este tipo va a construirse en la India.
El procedimiento al sulfito ácido se considera que es el más apropiado para la fabricación de pasta para rayón y otros tipos de pastas solubles. El producto es fácil de blanquear y posee pureza y reactividad grandes. Por esto, las maderas del tipo de la picea constituyen la materia prima predominantemente utilizada para la industria de la pasta para rayón.
Ultimamente, sin embargo, el desarrollo del procedimiento denominado de prehidrólisis y al sulfato ha permitido emplear para este fin materias primas distintas de la picea. En este procedimiento la digestión se inicia con un tratamiento hidrolítico con vapor de agua a temperatura elevada seguido de una digestión kraft ordinaria. El rendimiento es comparable al que se obtiene con el procedimiento al sulfito ácido (30 a 35 por ciento) y el producto es de muy buena calidad para uso en la industria de la viscosa. Pueden emplearse toda clase de materias primas. Varias fábricas utilizan madera de pino y de frondosas y una, carrizo. En la India se construye una fábrica que utilizará bambú como materia prima. Sin embargo, el euro sistema de recuperación, análogo al que se emplea ordinariamente para la pulpa kraft, exige construir las fábricas de este tipo de tamaño considerable.
En el sector de la fabricación del papel la tendencia dominante en los años posteriores a la guerra ha sido la de incrementar la velocidad de las máquinas para aumentar la producción. Un requisito previo para las máquinas de alta velocidad es la existencia de operarios bien capacitados. Al mismo tiempo, se ha observado una tendencia a fabricar máquinas para papeles especiales, cada una de ellas construida para un tipo determinado de producto. La experiencia adquirida en estos sectores es de interés limitado para una industria nueva del papel de un país en desarrollo. No obstante, hay algunas tendencias en las técnicas modernas de la fabricación del papel que deben mencionarse.
Los fundamentos del batido separado de la pasta de papel se van conociendo mejor actualmente. El batido separado se practica en los casos en que se utilizan juntas pulpas de características muy diversas, como son las pulpas de fibras largas y las de fibras cortas. Esta técnica, ideada en Australia, permite aumentar la porción de pulpa de fibra corta, tanto en el caso de los papeles kraft como en el de los papeles finos. Hoy día se sabe también que el tipo de la batidora y de la refinadora deben adaptarse cuidadosamente al de la pulpa que se va a tratar.
Cuando la velocidad de las máquinas de fabricación del papel para periódicos se aumentó a más de 500 metros por minuto, fue necesario crear la cogedora que funciona por vacío para poder pasar la hoja húmeda desde la malla de alambre hasta la primera prensa. Este dispositivo, debido a su elevado coste, únicamente se usa en las máquinas de gran velocidad y, sobre todo, en las máquinas para papeles de periódico muy especia les. Sin embargo, hay que mencionar que la técnica de recogida por vacío podría ser también un modo de aumentar la porción de pulpa de fibra corta en el caso de las máquinas de fabricación del papel que funcionan a velocidades medias.
Para muchos tipos de papel, y especialmente el papel para los sacos de paredes múltiples, la extensibilidad es una característica importante. Para satisfacer las normas internacionales, la porción primordial de la pasta de partida tiene que ser pulpa kraft de fibra larga, según se ha indicado ya.
Ultimamente se han desarrollado métodos según los cuales el papel, cuando está todavía húmedo, se comprime en la máquina de fabricación del papel haciéndolo extensible después de secarlo. Estos papeles han demostrado poseer propiedades completamente nuevas que les hacen especialmente adecuados para aplicaciones tales como sacos para artículos de comestibles y sacos de paredes múltiples. Además, cuando se mezclan pulpas de fibras cortas y de fibras largas, se ha visto que es posible aumentar la porción de las fibras cortas y conservar todavía las propiedades de un papel kraft típico. En Perú, una fábrica de papel utiliza este procedimiento obteniendo papeles kraft con una gran porción de pulpa de bagazo.
Las máquinas para la fabricación del papel ordinario no se adaptan para producir una amplia gama de papeles de calidades diferentes, y especialmente no se adaptan para obtener papeles y cartones de peso muy diverso. Esto es un inconveniente muy considerable en los países en desarrollo. Actualmente se ha ideado una nueva máquina para fabricar papel de la que ya existen algunas en funcionamiento. El principio en que se basa esta máquina es que la hoja húmeda se escurre hacia arriba en vez de hacia abajo, lo que permite aplicar una capa encima de la otra y conseguir todavía un escurrimiento muy rápido. Tales máquinas pueden funcionar a velocidades comprendidas entre 50 y 350 metros por minuto, según el peso básico, y permiten producir papeles y cartones de un peso básico muy variable. De este modo, se espera poder obtener en una máquina todos los tipos de papeles, como papel de seda, papel para periódicos, papeles kraft, papeles de imprenta y de escribir, almas onduladas y forros de papel kraft para cartón acanalado y, al mismo tiempo, cartones de partículas y otros cartones de peso básico no tan elevado. Debe señalarse que esta máquina para toda clase de papeles no funciona todavía en escala comercial.
