February 21, 2013
Historia
En el año 105 de nuestra era, Ts´ai Lun descubrió que la pulpa obtenida de las fibras de la morera, cáñamo y algunas hierbas, al ser comprimidas sobre un cedazo y luego secarse, producía una lámina muy absorbente sobre la que se podía escribir mucho mejor que sobre el papiro o el pergamino. En el año 751 los árabes tomaron prisioneros algunos chinos que combatían por la posesión de Samarkanda y entre ellos algunos conocían la fabricación del papel. Desde entonces empieza a difundirse por el mundo entero los secretos de la fabricación del papel. Los árabes llevan la fabricación de papel a España en el año 950. Con la publicación de periódicos en 1609 se inicia en Europa esa importante industria.
El primer producción de papel en América data de 1690.-bidi-font-size:10.0pt'>
Se considera la invención de la imprenta de tipos móviles como el acontecimiento más grande en la historia de la cultura universal por sus profundas y permanentes repercusiones en las ciencias, las artes, y las humanidades, además de sus implicaciones en el mundo de la comunicación social en todos sus niveles, ya que permitió la masificación del conocimiento y la información.
Sin la invención del papel la imprenta no hubiera tenido razón de ser. Ninguno de los medios utilizados antes por el hombre para dejar testimonio de su pensamiento tenía las características necesarias para poder imprimir fácilmente. Sólo el papel proporcionó las condiciones necesarias de economía, facilidad de producción y aptitud para la impresión rápida, clara, firme y segura.
El uso del papel continuó y se aceleró con el desarrollo de la mecánica aplicada y la revolución industrial. Su uso se extiende a otros campos como el de las envolturas o paquetes, los cuales utiliza la industria para la comercialización y distribución de bienes. Sin el papel no se puede explicar un mundo contemporáneo de la venta al detalle y las grandes cadenas de autoservicio.
El material fabricado por las papeleras, de forma general se puede clasificar de acuerdo a su grosor, se denomina papel si tiene 30 milésimas de centímetro o menos y cartón cuando tiene más de las 30 milésimas de centímetro.
Fabricación de papel y cartón
La materia prima para la fabricación del papel y el cartón es la pasta o pulpa de celulosa. La pulpa es obtenida por la separación de las fibras de celulosa; existen tres métodos para su obtención: mecánico, químico y semiquímico.
Proceso mecánico.
En este método los troncos y ramas (sin hojas) se devastan con piedra de molino para obtener fibras de celulosa. El proceso mecánico se utiliza únicamente con maderas suaves. La pulpa obtenida por este método conserva todos los componentes presentes en la madera, por lo que es más alto su rendimiento. Se usa como materia prima en la obtención de papel periódico y papel manila.
La pasta mecánica se obtiene al forzar los troncos contra la cara de una piedra cilíndrica que gira a elevada velocidad. La posición de los troncos es tal que sus ejes son paralelos al eje de la piedra giratoria. Debe alimentarse suficiente cantidad de agua a la piedra para que sirva a la vez de refrigerante y de vehículo para arrastrar la pasta.
La muela o piedra abrasiva en un principio se fabricaba con arenisca natural, pero ahora se fabrican piedras artificiales que pueden tener diferentes características que permiten elaborar pastas a “la medida” de acuerdo con el fin a la que son destinadas. Por regla general, con piedras de superficie gruesa, alta presión y velocidad (genera más temperatura en el contacto), se obtienen pastas más porosas.
Se debe tener en cuenta el tipo y el estado de la madera, usualmente se obtienen a partir de especies de conifera de fibra larga, mientras que las especies perecederas o de fibra corta originan pastas más débiles. No obstante algunas maderas de baja densidad, tales como el álamo y el chopo, se usan también en la fabricación de pastas. La resistencia del papel obtenido con pasta mecánica es menor que el obtenido de pasta química. Por esto las pastas mecánicas sólo se usan en los papeles de conservación breve, tales como periódicos, catálogos, etc. Los papeles obtenidos de pasta mecánica poseen excelentes cualidades de impresión debido a su baja densidad, lisura y buena absorción de la tinta, pero pierden resistencia con el tiempo y se amarillean.
Proceso químico
Consiste en tratar astillas de madera con productos químicos para eliminar ciertos componentes que vienen junto con la celulosa para purificarla.
Este proceso tiene dos variantes diferentes.
Procesos alcalinos
Proceso a la sosa
Proceso al sulfato o proceso Kraft
Procesos ácidos
Proceso al sulfito normal
De un paso Bisulfito
NSSC
Sirvola
De dos pasos Storafite
Weyerhauser
De los procesos anotados el más interesante para la fabricación de envases es el proceso Kraft, que además es el proceso más utilizado.
Este proceso se divide en dos partes: La fabricación de la pulpa propiamente dicha y la recuperación de los reactivos.
FABRICACIÓN DE LA PULPA
Una vez que se tiene la madera en la planta, se procede a almacenarla. Esto se lleva a cabo empleando diferentes métodos, uno de ellos es apilarlos en secciones de tal forma que exista una rotación en el uso por secciones para usar siempre la madera más antigua para que no se vaya rezagando. Otro sistema consiste en convertir la madera en astillas en cuanto llega a la planta, la madera se almacena a la intemperie teniendo cuidado de efectuar la debida rotación.
Astillas
El astillado de la madera se efectúa al hacer pasar los troncos por una astilladora de cuchillas circulares, obteniendo astillas de diferentes tamaños, así como serrin, siendo seleccionados por medio de cribas vibratorias desechando el serrin y astillas grandes, el primero es separado por medio de un ciclón, mientras la astilla rechazada es enviada a un molino de martillos para disminuir su tamaño, a la salida de este molino se reúne con la aceptada, en una banda transportadora en la que es enviada a los silos de almacenamiento.
Digestores
Las astillas obtenidas se alimentan en unos reactores (digestores) que son unos recipientes de acero, que llevan recubrimiento interior de acero inoxidable, diseñado para resistir altas presiones y temperaturas.
Las astillas son alimentadas por la boca del digestor que tiene una malla para que cuando se efectúen las desgasificaciones no se tenga arrastre de licor ni de fibra de celulosa.
El reactivo que se utiliza en este proceso para eliminar los aglutinantes de la madera, principalmente lignina y resinas, recibe el nombre de licor o legía blanca y consiste de una solución de sosa cáustica y sulfuro de sodio.
Al mismo tiempo que se carga el digestor con astillas, se alimenta el licor blanco y licor negro necesario para completar el volumen , se cierra el digestor y se inyecta vapor al interior para subir la presión y la temperatura de la carga, según la curva de proceso previamente determinada.
Durante el proceso de digestión, el licor blanco reacciona con componentes de la madera como lignina, resinas, grasas, etc. Sin embargo, los reactivos no son completamente selectivos, así que atacan a la celulosa hidrolizandola y por lo tanto degradándola; Dicho ataque a la celulosa es relativamente débil mientras exista material aglutinante, por lo anterior no se puede llegar a la eliminación completa de la lignina, la cantidad que no se elimine dependerá del grado de cocimiento que se le dé a la madera.
El control de la degradación de la celulosa y de la eliminación de la lignina se determina por medio del número de permanganato, indica el grado de deslignificación que sufre la madera durante el cocimiento.
Los principales parámetros que intervienen en la digestión son:
Clase de madera a usar.
Composición de los licores.
Cantidad de licores sobre la madera alimentada
Ciclo de digestión
Del tipo de madera depende el volumen del licor por alimentar, la relación de baño se fija de acuerdo con el volumen total que se debe mantener en el digestor, se llama ciclo de digestión a las condiciones de operación de: presión 7 K/cm2, temperatura 150 – 180ºC y tiempo de 120 – 190 minutos a las que se somete la masa de astilla y licor dentro del digestor.
En el ciclo de digestión se distinguen dos etapas:
1.- La etapa de penetración del licor en los capilares de las astillas y ocurre desde que se cargan los licores hasta que se llega a la temperatura de cocción, este tiempo varia de 90 a 120 minutos.
2.- La etapa de digestión propiamente dicha, y es en ella cuando se efectúan las reacciones del licor sobre los ligantes de la madera y que también su tiempo es de 90 a 120 minutos.
A mayor temperatura es menor el tiempo de digestión aún cuando a temperaturas superiores a los 170 ºC se degrada la celulosa.
El producto obtenido se descarga a la presión de trabajo en unos recipientes de lámina que se denominan tanques de descarga que tienen un ciclón separador que sirve para eliminar el arrastre de pulpa y de licor negro. Permite la salida de parte del vapor que sirvió para efectuar la digestión, este vapor generalmente se pasa por un condensador y posteriormente será utilizado en el lavado de pulpa. El licor residual y la pulpa caen al fondo del tanque donde se tiene un sistema de agitación para mantener la suspención homogénea.
La pulpa así obtenida no está en condiciones de usarse, ya que contiene licor residual y otras impurezas, tales como nudos, astillas a medio cocer, etc., que es necesario eliminar en un proceso de lavado y selección o depuración fina.
La eliminación de nudos y astillas grandes a medio cocer, se efectúa en unos aparatos separadores de nudos, que no son más que cribas con malla perforada de 5 mm de diámetro, que tienen regaderas que en su caso inyectan licor residual para lavar los nudos y las astillas e impedir que se pierdan con ellos fibras de celulosa. Esto quiere decir que por las cribas pasarán todas las fibras y astillas menores al diámetro de las perforaciones, quedándose en la malla y rechazándose las que no logran pasar, enviándose a una pila de almacenamiento, de donde son enviadas al sistema de digestión, mientras que el licor residual es recuperado y usado nuevamente por medio de bombas al sistema de lavado en las cribas separadoras.
La pulpa que logró pasar por las perforaciones de las cribas, está ya en condiciones de ser lavada, es decir, de eliminar el licor residual.
El proceso de lavado se lleva a cabo en tambores (filtros) rotatorios que tienen una malla de acero inoxidable, la que permite sólo el paso del líquido, reteniendo la fibra en su interior. Estos filtros o tambores, tienen un diseño que les permite trabajar a la succión, la que se logra con vacío, el que se logra con bombas de vacío de anillo húmedo o por medio de una pierna barométrica, que es un tubo de descarga que se permite que se llene y una vez que se encuentra lleno se abre de golpe la salida produciendo vacío en la parte superior.
El sistema de lavado es de tres pasos a contracorriente de manera que la pulpa más limpia se encuentra en el último filtro lavador. El licor residual desplazado de las fibras, va siendo más concentrado a medida que se va acercando al primer filtro lavador. El licor desalojado del primer filtro lavador, es enviado a los evaporadores, en el área de recuperación de reactivos, se le llama licor débil
La pulpa obtenida hasta este punto está lavada, sin de astillas grandes ni nudos pero aún tiene astillas que aunque son pequeñas, tienen un tamaño muy superior al de las fibras de celulosa; se tienen que separar para tener la pulpa para papel de buena calidad. Dicha separación se hace en unos aparatos llamados depuradores.
Antes de pasar la pulpa por los depuradores, es enviada a una torre de alta consistencia de donde se cargan las torres de dilución, donde se prepara la pulpa para ser enviada a la pila de distribución de donde se alimentan los depuradores.
Como no existen depuradores tan selectivos para que se obtengan astillas sin fibras y fibras sin astillas, se requiere de repetir el proceso, por lo que la depuración se hace en dos pasos.
La pulpa obtenida de los depuradores se encuentra en forma de una suspensión muy diluida (al 0.5%) que dificulta su almacenamiento y los tratamientos posteriores necesarios su preparación para fabricar el papel. Se requiere aumentar su concentración de fibras, por lo que se pasa a los espesadores, donde sube a un 3%.
Los espesadores son cilindros son forrados de tela metálica del 50 – 60, que impide el paso de las fibras, pero que permite el paso del agua. Se alimenta de un baño con la pulpa diluida que proviene de los depuradores y su sentido de giro es en el sentido de la descarga de la pulpa espesada, su eficiencia está relacionada con la velocidad de rotación y la altura del baño de alimentación.
La pulpa espesada se pasa a un depósito de concreto con azulejo (holandesa), se denomina pasta negra, la que inmediatamente será sometida a blanqueo.
La pasta negra es enviada a un tanque clorador que está provisto de agitador y tiene recubrimiento de hule especial para evitar la corrosión en los metales por la acción del cloro. El halógeno es aplicado en forma de gas, en una proporción de 4.5 a 7.0 % respecto a la pulpa seca.
La adición del cloro es controlada por medio de un registrador de conductividad; que manda señal a una válvula automática de envío de pasta, logrando un mejor control en la inyección de cloro, evitando que se suministre en exceso y así evitando la degradación innecesaria en las fibras de la pulpa.
Después del blanqueo la pulpa es bombeada desde la parte inferior de la torre, pasando por un filtro lavador rotatorio donde por medio del vacío y regaderas con agua fría en una zona y caliente en otra, el objeto es eliminar las cloroligninas formadas durante el blanqueo; a la salida del filtro la pulpa es transportada por un gusano al tiempo que se le agreda sosa cáustica en una proporción del 2 al 3% en base a la pulpa seca, En el gusano se uniformiza y llega a una torre en donde se le da un tiempo de reposo de 60 a 90 minutos a un pH de 12 y a una temperatura de 60 ºC. Y una concentración del 8 %. Este paso recibe el nombre de extracción alcalina, a su salida es enviada a una torre en la cual por la parte inferior es puesta en contacto con dióxido de cloro en proporción de 1.5 a 2.0 % base seca, en donde tiene un tiempo de retención de 160 a 180 minutos a una temperatura de 70 ºC y pH de 6, en este paso se oxidan las materias colorantes y se hacen solubles en el bióxido de cloro, después es enviada a otro filtro rotatorio lavador y a su salida se agrega sosa cáustica en una proporción de 0.5 a 1 % base pasta seca, enviándose a otra torre (segunda extracción alcalina) pero pasando antes a través de otro uniformador de pasta de tipo guano, manteniendo las mismas características de tiempo, temperatura y pH que en la primera extracción alcalina, en este paso son extraídas las cloroligninas y materias colorantes que aún lleve la pulpa.
Por último, la pasta una vez que ha sido lavada, nuevamente se le adiciona dióxido de cloro, en este paso alcanza su máximo grado de blancura, a continuación se lava con agua fresca y se almacena en torres especiales en donde la pulpa se mantiene en agitación constante.
Completándose en esta forma el ciclo de blanqueo, quedando lista la pulpa blanqueada para ser enviada a la elaboración de papel.
Impartir propiedades que permitan formar una hoja de papel o cartón que tenga las características deseadas.
En la línea divisoria que existe entre la fabricación de la pulpa y el batido, está el proceso de pulpeo, también conocido como proceso de rompimiento, desintegración o simplemente de suspensión. El proceso consiste en pasar el material seco a forma de pulpa, agregando la cantidad de agua suficiente para adaptarse al proceso, al mismo tiempo que se libera del exceso de haces de fibras u otros materiales no desmenuzados. De este modo la fibra se pone en suspensión y puede ser convenientemente transportada por bombeo. El tipo de pulpeador más utilizado en la industria, consiste de un tanque o cuba (de hierro fundido, acero, cerámica reforzada o concreto) que en el fondo tiene un rotor de acero provisto de aspas pulpeadoras. Alrededor del rotor está la cámara de extracción cubierta por una placa con perforaciones del tamaño apropiado para el tipo de desfibración deseado.
El batido es el más antiguo de los procesos de preparación de la pasta y consiste en mezclar al mismo tiempo, en suspensión acuosa, los diferentes materiales e impartirles, mediante acción mecánica, las propiedades que determinan las características del producto final.
Desde el punto de vista de fabricación de papel, las propiedades importantes de la pulpa son:
La morfología de la fibra
La cantidad y distribución de los constituyentes químicos de las fibras
La forma, tamaño, distribución y características físicas de las fibras de la pulpa.
Las dos primeras características dependen de la materia prima utilizada para obtener la pulpa, así como del proceso de digestión. La tercera propiedad además de depender de estos factores depende de la preparación de la fibra.
Las fibras celulósicas deben sujetarse a tratamiento mecánico antes de que puedan convertirse en papel. El tratamiento incluye una acción de machacamiento, frote y aplastamiento de las fibras. Batido y refinación son términos utilizados en la industria del papel para describir la operación del tratamiento mecánico a las fibras de pulpa. La refinación, se refiere al tratamiento posterior al tratamiento mecánico de una pila de batido.
El batido es probablemente la parte del proceso más importante en la fabricación del papel, si se hace el papel a partir de pasta sin batir es bajo en resistencia, con pelusa, poroso e inapropiado para la mayoría de los usos.
Los principales efectos del batido son físicos y entre los mas importantes están los siguientes:
Fractura y separación parcial de la pared primaria de la fibra.
Disminución de la longitud de la fibra.
Aumento en flexibilidad
Formación de fibrilas.
Aumento en la superficie específica externa de la fibra.
Las pilas de batido más utilizadas en la industria papelera son cubas alargadas, con extremos redondeados para facilitar la circulación de la pasta. Tienen un muro central que las divide en dos canales. Dispuesto a través de la cuba se encuentra el rodillo agitador de la pila.
Las barras redondeadas en el rodillo de la pila, la alta consistencia de la pasta y la baja temperatura, favorecen la acción de frote o de “peinado”. La baja consistencia y barras afiladas, con el rodillo de la pila bastante asentado sobre la platina, favorecen el corte de las fibras. Las pilas con cuchillas romas producen papeles con resistencias a la tensión y al rasgado, más altas que las pilas con cuchillas afiladas.
El tiempo óptimo de batido difiere, dependiendo del tipo de fibra y de la clase de papel que se va a fabricar.
La refinación es cortar la fibra y fibrilarla de acuerdo con el tipo de papel que se requiera. Se puede hacer algunas veces después del batido o a veces independientemente de él. El desarrollo de refinadores de distintos diseños, comenzó desde hace más de 100 años. Los refinadores efectúan el trabajo sobre las fibras de celulosa de manera rápida y eficiente. Los refinadores se pueden agrupar en dos categorías:
Refinadores de alta velocidad o cónicos
Refinadores de disco.
Los refinadores cónicos más utilizados son los del tipo Jordan, que consisten de un rotor cónico con barras a todo lo largo y que gira en el interior de una carcasa provista también de barras alrededor de toda su superficie interior. La pasta se hace circular entre la carcasa y el rotor. La suspensión fibrosa entra por el extremo pequeño y sale por el extremo grande. De esta manera, las fibras fluyen paralelas a las barras del cono y de la carcasa, lo que es diferente al flujo en la pila, en donde la corriente de la pasta es perpendicular a la disposición de las barras en el rodillo.
Los refinadores de alta velocidad difieren generalmente de los tipo Jordan en que trabajan a velocidades de rotación mayores; en que con frecuencia tienen una conicidad más abrupta; por lo común, están provistos de barras más anchas, tanto en el cono como en la carcasa. Estos refinadores tienden a cortar menos e hidratar más que un Jordan
En los refinadores de disco, la refinación se verifica al hacer pasar la pasta entre placas ranuradas localizadas en dos discos paralelos verticales. Las fábricas de cartón han mostrado creciente interés en el refinador de discos para la preparación de la pasta. Los refinadores de discos han resultado ser superiores a las pilas y a los “Jordans”, tanto en la calidad de la pulpa producida como en el consumo de energía para refinar pulpas de maderas duras a la sosa.
Factores que afectan el batido
Uno de los más importantes es el tipo de equipo de batido y de refinación y la manera de operarlo. Por ejemplo, en el caso de la pila, la pulpa batida lentamente, por lo general tiene mayor resistencia que la pulpa que se ha batido rápidamente. Otros factores de importancia son la condición de las barras del rodillo y de la platina, la consistencia de la pasta, la presión ejercida por el rodillo, los tiempos, etc.
Las cualidades del batido, o la cantidad de batido que una pulpa requiere o puede soportar para el desarrollo de sus propiedades, difiere considerablemente para los diferentes tipos de pulpas comerciales.
La diferencia en cualidades de batido generalmente se advierte cuando se usan mezclas de diferentes tipos de pulpas, tales como, sulfito y trapo, sulfito y sosa o sulfito y kraft; pero también existen diferencias en las cualidades de batido de las pulpas del mismo tipo si son blanqueadas y sin blanquear, ya que el blanqueo afecta grandemente en los resultados.
El método más recomendable para el manejo de mezclas de fibras, es batir cada tipo de pulpa por separado y mezclar en un tanque las pulpas completamente batidas.
El tiempo óptimo de batido difiere, dependiendo del tipo de fibra y de la clase de papel por fabricar. Las pulpas de maderas duras deben batirse a valores más bajos de “freeness” (facilidad para que el agua drene de la fibra a través de una tela metálica) que las pulpas de maderas suaves, para obtener valores semejantes de resistencia.
Tanques para el proceso
Los tanques pueden dividirse en tres clases:
Tanques de pasta
Tanques de mezclado
Tanques ciclizadores
Tanques de pasta.
Siempre se han requerido tanques con agitadores en las fabricas tanto de pulpa como de papel y cartón. Los agitadores si se instalan en el interior del tanque pueden ser verticales u horizontales ( también se puede agitar con un sistema adecuado de bombeo que toma la pasta del fondo del tanque y la regresa nuevamente por la parte superior).
Tanques de mezclado.
El fabricante de cartón y papel, frecuentemente necesita mezclar los distintos componentes de la suspensión fibrosa con aditivos químicos y colores. Un tipo de tanque de mezclado consiste de un cilindro vertical provisto de un agitador vertical. El movimiento de la suspensión es desde el fondo hacia la superficie con movimiento radial en todas direcciones. Se ha encontrado que localizando la flecha del agitador vertical un poco descentrada, se mejora la agitación y el mezclado.
Tanques ciclizadores
Un tipo de tanque ciclizador consiste de un tanque cilíndrico vertical, con una pared central también vertical. En el fondo de cada una de las dos mitades se encuentra una valvula que regula la entrada a una bomba de pasta. Una de las dos mitades de tanque tiene un agitador vertical para mezclado. La operación consiste en llenar uno de los dos lados con pulpa en suspensión, se abre la válvula de descarga y por medio de la bomba se manda hacia la maquina refinadora, de la que se regresa a la otra mitad del tanque: cuando el primer lado del tanque ya se encuentre vacío, se reposicionan las válvulas de manera que la pasta circule del segundo lado del tanque por la bomba y el refinador y regrese al primer lado.
Sistemas de preparación de pasta.
Pilas y jordans
Sistema intermitente Pulpeador, tanques ciclizadores, refinadores y jordans
Sistema intermitente- Pulpeador, refinadores y jordans
-continuo
Sistema continuo Pasta en suspensión,refinadores y jordans
Sistema intermitente. Pilas y jordans
En el sistema intermitente ortodoxo se emplean tres pilas intermitentes, en ellas se colocan los diferentes componentes de la mezcla fibrosa para sujetarse a la cantidad necesaria de desfibración y batido que produzca los resultados deseados. Frecuentemente los diversos aditivos que el fabricante de papel desea incluir en su mezcla fibrosa se agregan en el momento oportuno del ciclo de batido. Las pilas se cargan en forma alterna y por lo mismo se descargan en forma alterna también.
En forma usual, la descarga de las pilas se hace por gravedad al tanque de vaciado, el que es un tanque horizontal, con muro central y provisto de agitador de hélice. Por medio de una bomba para pasta, la suspensión se extrae del tanque de vaciado y se manda al compartimento de entrada de una caja distribuidora de compartimentos múltiples.
La caja distribuidora está habilitada con deflectores ajustables que sirven para controlar la cantidad que se envía al siguiente paso del proceso, retornando el exceso al tanque de vaciado. Del lado de la descarga de la caja de distribución, la pasta pasa por gravedad a los tres jordans que se encuentran instalados en paralelo. La pasta se divide en tres partes, pasando cada tercera parte por cada jordan en una operación de un solo paso y descargando luego en el tanque de la maquina. El tanque de la maquina puede ser un tanque semejante al tanque de vaciado. Del tanque de la máquina se manda la pasta por medio de una bomba a la máquina de papel.
El sistema descrito se prefiere para fábricas de papeles especiales, en las que se tienen cambios frecuentes de fabricación y de color, o en las que las corridas son de corta duración.
Sistema intermitente. Pulpeador, tanques ciclizadores, refinadores y jordans.
La pila se utilizó originalmente como una máquina de múltiples usos en la que se efectuaban el batido, la refinación y el mezclado de productos químicos. Se da por hecho que, contando con el tiempo y un operador experimentado, se puede hacer que con una pila se produjera cualquier característica deseada en la pasta. Esto queda plenamente demostrado por el hecho de que por muchos años la pila fue el único medio mecánico que el fabricante de papel tenía a su disposición para preparar su pasta.
La tradicional pila holandesa no era el equipo más eficiente, ya que estaba destinada esencialmente a efectuar tres operaciones diferentes. Después del desarrollo de los pulpeadores y de los refinadores, con mejores sistemas de agitación, resulto obvio que podían separarse las tres funciones básicas de una pila y que cada operación podía ser realizada de manera mucho más eficiente con el equipo diseñado para ese fin.
La operación en este sistema intermitente se puede describir de la siguiente manera:
La pulpa seca, junto con la cantidad requerida de agua para obtener la consistencia de pasta deseada, se carga en en un pulpeador intermitente. El pulpeo se efectúa hasta desfibrar el material por completo o lo más eficientemente que se pueda, la carga se pasa entonces por medio de una bomba de vaciado a uno de dos tanques ciclizadores. Cuando éste tanque se llena, por medio de una bomba la pasta es extraída del tanque, enviada a los refinadores y regresada al mismo tanque. Este ciclo se continúa hasta que la fase de refinación ha sido se está llevando a cabo, se trata otra carga en el pulpeador y se envía al segundo tanque ciclizador.
Después de que la refinación de la pasta en el primer tanque se ha completado, se pueden agregar los productos químicos, el color y los diversos aditivos. En seguida del último paso de refinación, la pasta puede descargarse al tanque de vaciado. La pasta del segundo tanque ciclizador pasa a los refinadores y regresa al segundo tanque repitiendo las mismas operaciones que se hicieron con el primer tanque. Mientras el pulpeador va disponiendo otra carga para el primer tanque. De esta manera, los tanques ciclizadores se alternan con los refinadores, los cuales prácticamente trabajan todo el tiempo.
La pasta refinada se extrae del tanque de vaciado por medio de una bomba, se envía a la caja distribuidora de compartimentos múltiples y de ahí se descarga hacia los jordans y luego al tanque de la máquina.
El sistema descrito es recomendable para fabricas de papeles especiales, en las que se tienen cambios frecuentes de fabricación y de color, o con corridas de corta duración.
Sistema intermitente – continuo Pulpeador, refinadores y jordans
En este sistema, se emplea un pulpeador intermitente dentro del cual se carga la pulpa seca y el agua, al desfibrarse la pulpa forma una suspensión fibrosa que mediante una bomba es descargada a un tanque de vaciado provisto de agitación apropiada. Una bomba de pasta extrae la suspensión del tanque de vaciado y la manda a la entrada de los refinadores a través de un sistema de circuito cerrado de control de presión; este tipo de alimentación de los refinadores proporciona una presión constante de pasta a la entrada y favorece un mejor control de la operación. Los refinadores se encuentran dispuestos en paralelo. La pasta refinada se descarga al tanque de los refinadores, del cual es extraída por una bomba de pasta y enviada a una caja distribuidora de compartimentos múltiples para alimentar los jordans y el exceso lo regresa al tanque de los refinadores.
Los jordans están dispuestos en paralelo, de ellos la pasta se descarga hacia el tanque de la máquina y de ahí pasa a la máquina de papel.
Este sistema es recomendable para fábricas de papel en donde las corridas del mismo tipo de papel son largas, con pocos cambios de fabricación
Sistema continuo Pasta en suspensión, refinadores yjordans.
Se utiliza en fábricas de papel que tienen corridas largas y cambios de fabricación poco frecuentes, como en el caso de las fábricas de papel y cartoncillo kraft, o que han sido diseñadas y construidas para la fabricación de únicamente uno o dos tipos de papel o cartón. En tales fábricas, el peso base del papel se puede cambiar de vez en cuando para ajustarse a los requerimientos tema, se emplean refinadores de disco, que se encuentran dispuestos en paralelo y son de uso bastante común en sistemas de este tipo, especialmente en las ya citadas fábricas de papel kraft.
De los refinadores de disco, la pasta se manda al tanque de vaciado de los refinadores, de este tanque, la pasta se extrae por medio de bomba y se envía a la entrada de los jordans, también a través de un sistema cerrado, abastecedor a presión constante. Los jordans pueden estar dispuestos en paralelo, en serie o en una combinación de ambos, de acuerdo con las necesidades del fabricante de papel.
En este sistema, se elimina el tanque de la máquina, ya que los jordans envían directamente la pasta a la caja distribuidora reguladora que está antes de la máquina de papel. En esta caja reguladora, existe un compartimento de derrame para el exceso de pasta, de manera que se regresa al lado de succión de la bomba del tanque de vaciado de los refinadores.
La pasta que la caja reguladora dosifica hacia la máquina de papel es controlada por medio de una válvula de control con abertura en ”V” colocada en la línea de pasta, se encuentra colocada entre la caja reguladora y la línea de succión, por la que pasa agua de circulación de la máquina hacia la bomba de abanico de la máquina de papel. El operario puede abrirla o cerrarla con objeto de mantenerla constante o cambiar a voluntad, el peso base del papel que se está fabricando. En un sistema continuo de preparación de pasta, la adición de color, productos químicos y otros aditivos se efectúa automáticamente mediante el uso de varios tipos de dispositivos medidores que el fabricante de papel tiene a su disposición para este efecto.
ENCOLADO
El papel se encola para resistir la penetración de líquidos o, más específicamente, para resistir la penetración del agua o soluciones acuosas.
Se tiene encolado interno cuando los materiales encolantes se mezclan con las suspensiones de las pulpas celulósicas en agua, en su proceso de conversión a papel; este encolado también se conoce con el nombre de encolado en pila. Casi en toda la industria papelera se emplea una relación de dos partes de encolante de brea por 3 partes de alumbre para 100 kilos de pulpa neutra, base seca, por lo general se obtendrá una hoja bien encolada. En condiciones normales de recirculación de agua de proceso, esta cantidad de alumbre producirá una concentración de iones hidrógeno con un rango de pH de 4.5 a 5.0, dentro del cual, la mayoría de los papeles logran un encolado efectivo.
Se tiene encolado externo cuando los materiales encolantes se aplican a la hoja de papel ya formada y parcialmente seca. Este encolado también se conoce con el nombre de encolado superficial o en cuba.
Dependiendo de la cantidad de abrasión mecánica que las fibras de la pulpa hayan recibido, el papel es poroso; y el encolado interno no disminuye la porosidad y se encuentra sujeto a la penetración de vapor de agua. Cuando se rfequiere evitas esto, se encola superficialmente.
Aplicaciones de los papeles encolados
Más del 70% de todo el papel y cartoncillo que se hace tiene un cierto grado de encolado. Los principales tipos de papel que no se encolan son los papeles con carga de carbonato de calcio, para impresión, el papel para periódico, los papeles para toallas, los papeles sanitarios y algunos otros tipos de papeles absorbentes.
Los ocho principales tipos de papel con encolado interno son los siguientes:
1.- Papel para envoltura
2.- Papel para bolsas
3.- Papeles para escritura (bond y “ledger”)
4.- papeles para offset
5.- Papeles para la construcción
6.- Papeles para cartón (corrugado y sólido)
7.- Papeles para envases de alimentos
8.- Papeles para impresión
Papel para envoltura
El encolado interno retarda la penetración del agua a través de la envoltura, del exterior al interior y retarda la salida del interior hacia fuera. Para ofrecer una mejor barrera a la humedad se encera.
Papel para bolsas
Las bolsas pueden ser de una capa o multicapas, el tratamiento tiene la misma función que el papel para envoltura. En los multicapa se pueden tener capas intermedias de papel impregnado de asfalto, emulsión de parafina o productos similares, también pueden tener una película plástica o con hoja de aluminio.
Papel bond, de escritura y “ledger”
Se encolan primero internamente y después externamente. El propósito es retardar la absorción de la tinta de escritura, consolidar las fibras de la superficie para que no sean levantadas por la pluma de escribir ni por las gomas de borrar. Mejora su resistencia, hojeo y sonido.
Papeles offset
El fin del encolado es disminuir al mínimo el arrugado y la expansión y contracción laterales inducidas por la humedad del rodillo de agua, que es parte del proceso offset de impresión.
Papeles para construcción
Se incluyen cartones de varias capas o sólidos. Tienen el color natural de la pasta, es pesado, se puede laminar con asfalto caliente para proporcionar protección adicional contra la penetración de la humedad. Se les agregan productos químicos que repelen insectos y plagas, fungicidas para evitar o retardar el enmohecimiento y otros para hacerlos repelentes al fuego. Debe mantener su resistencia a la humedad y su resistencia estructural.
Cartones para envases
En las cajas de cartón corrugado se recomienda un encolado controlado de modo que la velocidad de penetración del adhesivo a base de almidón o silicato sea uniforme y no muy rápida. En los envases de c
Papeles para envases de alimentos
Reciben un tratamiento similar a los primeros pero además reciben encerado.
Papeles para impresión
Su objetivo principal no es retardar la penetración de la humedad, sino aumentar la retención de carga, mejorar la formación, para estabilizar la concentración de iones hidrógeno y lograr así un teñido firme y uniforme.
Materiales para el encolado interno
Encolantes Precipitantes
Brea y encolante de brea Alumbre (sulfato de aluminio)
Emulsión de parafina Aluminato de sodio
Encolantes fortificados Coloide ácido de melamina
Emulsiones bituminosas Otras sales de metales trivalentes
Látex, silicones y otras
Brea y encolante de brea
Para formar el jabón de brea (encolante de brea) se utiliza la brea de color “G” o más claros. El método consiste en saponificar la brea haciendo reaccionar cien kilos de brea con doce kilos de hidróxido de sodio o su equivalente de carbonato de sodio que son dieciséis kilos, el álcali se agrega diluido en agua para formar una solución de jabón de brea al 60 – 70% de sólidos.
Emulsión de parafina
Se agrega para obtener papel con mejor resistencia a la penetración del agua, aumenta la resistencia del papel, se obtiene menor fricción en la superficie, produce mejores cualidades de flexión y en ciertos tipos de papel se mejora la impresión.
Encolantes fortificados
La fortificación consiste en formar aductos de la brea con anhídrido maleico o ácido fumárico para aumentar el número de grupos ácidos en la molécula de brea, por lo anterior se requiere agregar menor cantidad de encolante fortificado que del jabón de brea para obtener iguales resultados. Los encolantes fortificados se presentan en forma de solución al 70% de sólidos o en emulsiones al 50% de sólidos. En la actualidad se encuentra un nuevo tipo de encolante con grupos ácidos neutralizados con aminas en lugar de formar el jabón de sodio.
Emulsiones bituminosas
El material base es el asfalto obtenido de la destilación del petróleo, es de color negro pero tiñe al papel de color café en tonos que van desde los pálidos hasta los oscuros, dependiendo de la cantidad que se agregue.
Látex
Reciben el nombre de látex a las emulsiones o dispersiones acuosas de resinas y hules. Origina mejor resistencia y elasticidad.
Silicones
Se utilizan en pequeñas cantidades para ayudar en el encolado de los papeles.
Almidón
El almidón se emplea en la pila para mejorar la resistencia y la superficie del papel.
Silicato de sodio
El silicato de sodio aumenta la efectividad del encolado, contribuye al hojeo, aumenta la rigidez del papel y mejora su superficie
Alumbre (Sulfato de aluminio)
Es el precipitante más usado para los encolantes a base de brea, también se usa en la clarificación del agua.
Aluminato de sodio
Se utiliza cuando se desea una máxima permanencia junto con un encolado interno máximo.
Casi cualquier sal de un metal trivalente precipita al encolante de brea sobre las fibras de la pulpa. Pero son sales caras.
Requerimientos de encolado para diferentes pulpas.
La pulpa kraft sin blanquear será la más duramente encolada; en seguida, la kraft semiblanqueada y la sulfito sin blanquear; luego, la sulfito blanqueada, después la pulpa con alto contenido de alfa celulosa y las pulpas de trapo. A medida que avanza la purificación de la pulpa, la dificultad de encolado aumenta.
Orden de adición en el encolado interno.
Los encolantes de brea en solución son jabones y son por lo general el primer producto químico encolante que se agrega a las pilas o al sistema de preparación de la pasta, esto se hace con el fin de ayudar a la hidratación a través de la acción humectante del jabón, también ayuda a lograr su máxima dispersión en partículas pequeñas y de inhibir la corrosión ácida.
El alumbre (sulfato de aluminio) usualmente se agrega al último, es decir, después de que el encolante de brea y algunos otros aditivos se han dispersado o mezclado completamente. La razón por la que el alumbre se debe agregar después de la refinación, es que una vez que la precipitación de encolante ha tenido lugar, no se debe exponer a que se rompa por la acción mecánica severa en las pilas o refinadores.
Factores que generalmente perjudican el encolado interno.
a.- Agua excesivamente dura, causa precipitación prematura e inefectiva del encolante.
b.- Pulpa con alto contenido de alfa celulosa o trapo, que son difíciles de encolar.
c.- Mezclado insuficiente de los productos químicos y la pulpa.
d.- Tiempo insuficiente para que la operación de encolado se lleve a cabo.
e.- pH de la pila superior a 5.5, excepto cuando se usa alúmina como precipitante.
f.- Emplear cargas que reaccionan con el alumbre
g.- Alta temperatura en la pasta durante la formación de la hoja, lo que baja la viscosidad e interfiere con la precipitación del encolante.
h.- Alta concentración de ácidos u otros materiales en sistemas de agua blanca muy cerrados.
i.- Exceso de calor en los primeros rodillos secadores o insuficiencia en los siguientes. El calor funde y adhiere las partículas del encolante a las fibras.
j.- Calandreo excesivo.
Cargas y rellenos.
La incorporación de materiales inorgánicos de más alto peso específico a la hoja fibrosa tanto para mejorar la calidad como para aumentar su densidad, es el origen de llamarles “cargas”.
Mejoría en la calidad de impresión
Los papeles o cartones para impresión requieren de una superficie lisa, para que la tinta tenga contacto perfecto en la máquina de impresión. La receptividad de tinta y la velocidad de fijación inicial de la tinta, son especificaciones del papel. Sin cargas y rellenos la tinta penetra por los huecos hacia la parte posterior del papel, manchando la otra cara de la hoja.
Opacidad
Para evitar la visión de los textos impresos o escritos en un lado del papel por el reverso de la hoja, los papeles requieren de cargas opacificantes sobre la impregnación de emulsión de parafina.
Blancura
Las cargas se agregan también para mejorar la blancura o para elevar o uniformar su reflectancia.
Propiedades especiales
En el papel filtro se usan para ajustar el tamaño del poro y así fijar la medida de retención. En el papel para cigarrillo, se usan para el control de la porosidad y para obtener la velocidad de incineración, etc.
Las cargas que se utilizan son caolines, silicatos, sales de calcio, sulfato de bario, sales de zinc y bióxido de titanio. Se emplean emulsiones de polímeros para aglutinar las cargas y formar una “pintura” para recubrir el papel.
Teñido del papel.
Una de las características de las hojas de papel que más llama la atención es su color. La atracción por el color hace que otras de sus propiedades pasen a segundo término para las personas que no dominan todas las cualidades que debe tener el papel como material de protección o para etiquetas.
Casi todo el teñido del papel se lleva a cabo con colorantes (solubles), aunque pueden usarse pigmentos (insolubles). Al dar color al papel, el colorante tiñe las fibras individuales de las pulpas que constituyen la hoja acabada de papel. El método más usado es el de dar color a la pasta, o teñido en la pila. Existen otros métodos como es el teñido superficial con colorantes en la prensa de encolado, o el teñido del papel por recubrimiento, o por procesos de conversión como el teñido por inmersión, o el pintado con anilinas por impresión.
Colorantes básicos
Aunque los colorantes básicos relativamente no tienen afinidad por la celulosa pura, tal como se encuentra en las pulpas blanqueadas, son fácilmente retenidos por las pulpas sin blanquear y por la pasta mecánica.
Algunos de los colorantes básicos más usados son:
Auramina Violeta de metilo
Café básico o bismarck Violeta cristal
Crisoidina Azul victoria
Safranina Azul de metileno
Rodamina Verde victoria
Colorantes ácidos
Como los colorantes ácidos no tienen afinidad por las fibras de celulosa del papel, para retener el color sobre la hoja se requiere del auxilio de encolantes y alumbre. Este grupo de colorantes se caracteriza por su alta solubilidad en agua. Son importantes para el teñido en la pasta, especialmente para algunos de los colores del papel bond.
Algunos de los colorantes ácidos más usados en el teñido en pasta son:
Amarillos de quinolina Escarlata de croceína
Anaranjado II Azules de antraquinona o
Anaranjado RO Azules bond
Croceína FL Nigrosina
Colorantes directos
Estos colorantes son sales de sodio de los colorantes ácidos, algunos de los colorantes directos más usados en la industria papelera son:
Amarillo tipo SX Purpurina
Amarillo brillante para papel Azul cielo
Crisofenina Verde directo
Anaranjado WS Negro directo
Escarlata 4BS Café directo
Rojo 8BLX Blancos para papel
Para asegurar uniformidad en el color, el orden de adición debe seguir siempre el mismo orden. Los colorantes, de preferencia , se agregan a la pulpa, seguidos por el encolante y después el alumbre; algunas fábricas prefieren añadir el colorante después del encolante, pero lo importante es agregar el colorante antes del alumbre, asegurar una mezcla uniforme y de ser posible, el colorante se debe homogeneizar completamente antes de agregar el alumbre.
Aditivos especiales.
Muchos papeles, cartoncillos y cartones contienen aditivos no celulósicos que mejoran las propiedades del producto final para cumplir con las necesidades requeridas para su uso
Entre los aditivos se encuentran los almidones, gomas vegetales, los polímeros sintéticos, las resinas especiales para resistencia a la humedad, los productos para controlar la espuma, etc.
Los aditivos pueden ponerse en la pasta para papel, ya sea antes de que se forme la hoja o posteriormente en la prensa de encolado, en la calandria, o en una operación subsecuente de conversión.
Almidones
Se emplean para mejorar la resistencia del papel
En encolado superficial
Como recubrimiento
Para laminado
Para cartón corrugado
Gomas naturales
Para mejorar resistencia
Como ayuda a la retención
Resinas melamina formaldehído
Resinas urea formaldehído
Resistencia a la humedad
Antiespumantes
Para eliminar espuma
Las fibras refinadas y mezcladas, junto con cualquier carga o aditivo de pila, tales como colorantes, encolantes de brea y alumbre, se almacenan antes de llegar a la máquina formadora de papel en el llamado tanque de máquina. En este tanque la pasta se agita para evitar asentamiento y la separación de los sólidos.
La consistencia de la pasta en el tanque de máquina es del orden de 2.5 a 4%, una bomba envía la pasta desde este tanque a un regulador de consistencia y una caja de cabezal constante, de donde pasan a través de una compuerta reguladora de flujo, al jordan de la máquina que se encarga de suministrar el flujo de pasta consistente, regulado, medido, controlado y constante a la máquina de papel.
El operador de la máquina puede ajustar el jordan para suministrar la longitud de fibra y propiedades de drenado de la pasta que le permitan obtener la formación deseada en la hoja con las condiciones optimas de drenado. El jordan la pasta pasa hacia la bomba de abanico de la máquina, en esta bomba la pasta se diluye hasta un rango de 0.1 a 1.0% de consistencia, empleando agua que se recircula de la fosa o tanque colector de agua blanca.
Máquinas para elaborar papel por proceso húmedo.
No obstante que durante los últimos 150 años de han ideado un gran número de diversas máquinas para la producción de papel.
Hay dos tipos principales de máquinas para elaborar papel por el proceso húmedo: La máquina Fourdrinier y la máquina de cilindro. Ambas forman el papel drenando agua de una suspensión diluida de fibras a través de una malla fina y ambas secan el papel obtenido eliminando el agua con rodillos calientes y alisando el papel con calandrias.
Maquinas Fourdrinier para papel
Fue inventada por L. Pobert en 1799, aunque dicho sistema requirió del desarrollo anterior de L. Didot, B Donkin y J. Gamble, antes de que llegara a tener éxito comercial. Actualmente este método se conoce como máquina Fourdrinier, nombre que recibió después de que los hermanos Henry y Sealy Fourdrinier compraron los derechos de la patente y luego promovieron su aplicación y desarrollo. Desde entonces, muchas nuevas e importantes modificaciones se han hecho a los desarrollos originales, los que han dado como resultado aumentos significativos en el tamaño y velocidad de las máquinas para producir con éxito un amplio rango de papeles y cartones ligeros
El segundo método fue desarrollado en 1809 por J. Dickinson y se conoce como el proceso de la máquina de cilindro o de cubas. Este sistema también ha sufrido modificaciones y desarrollos para la fabricación de cartones multicapas y papeles.
Proceso con máquina Fourdrinier
La pasta diluida de las operaciones anteriores y con aproximadamente 0.5 a 1% de fibra, se hace pasar por mallas a la caja de la cabeza de la máquina, de donde fluye por una ranura calibrada a todo lo ancho de la formadora a una malla de alambre sinfín que se encuentra en movimiento alrededor y entre dos grandes rodillos, el cilindro de pecho que es sólido y que se encuentra en el extremo de entrada y el cilindro de retorno de la tela en el otro extremo. Las fibras de la pulpa se retienen en la malla y gran parte de agua se drena por esta. Al avanzar la malla, tiene un movimiento de sacudimiento lateral que sirve para orientar algunas de las fibras y darle mejor acción de afelpado, así como mayor resistencia a la hoja. Encontrándose aún sobre la malla, el papel pasa por cajas de succión donde pierde agua. Algunas máquinas tienen cilindros huecos y perforados, con una cámara interior de vacío, conocidos comúnmente como cilindros de succión, también pasa por debajo de rodillos que alisan la parte superior de la hoja. Hay guías de hule a los lados den la malla que sirven formar las orillas del papel.
De la malla formadora, el papel se transfiere al primer soporte de fieltro que lo conduce a través de una serie de rodillos prensa, donde se elimina más agua, el límite al que se puede reducir el contenido de humedad depende depende de que tanto se pueda comprimir la hoja. En condiciones reales se pueden alcanzar contenidos de humedad entre un 60 y un 70%. En esta sección se da la marca de agua al papel si se desea. Al salir del primer fieltro, el papel pasa por rodillos alisadores de acero y se transfiere al segundo fieltro que lo hace pasar por una serie de rodillos secadores de 1.2 a 1.5 metros de diámetro, calentados internamente con vapor. El papel entra a los rodillos con un contenido de humedad del 60 al 70% y sale con el 6 – 10%.
El número de secadores se determina por la cantidad de agua que se requiere evaporar, varia de acuerdo con la presión de vapor dentro de los cilindros, el tipo de papel y el contenido final de la humedad en el papel. El papel pasa entre los cilindros secadores soportado por unos fieltros de algodón que lo mantiene firmemente contra los cilindros y que se denominan fieltros de secador.
Posteriormente el papel pasa a la calandria que tiene como función básica reorientar las fibras superficiales de la hoja de papel o del recubrimiento aplicado sobre la superficie, ya sea por compresión, por fricción o por ambas. Esta formada por una serie de rodillos lisos y pesados de acero que imparten las características finales a la superficie del papel. El producto final, el papel ya terminado, se embobina.
La operación de un Fourdrinier es un proceso sofisticado. Uno de los principales problemas es darle la tolerancia necesaria a la velocidad de los diferentes rodillos para compensar el encogimiento que sufre el papel mientras que se va secando. El control de las temperaturas, la velocidad y la consistencia de la pulpa en las diferentes partes de la máquina es muy complejo y siempre se había visto como un arte hasta que se instalaron los controles por computadora; ahora con estos controles por computadora es posible producir menos papel fuera de especificaciones y tener menos roturas en la tira continua de papel.
Una hoja de papel hecha en Fourdrinier tiene dos lados, uno, llamado el lado de la tela, es el que se forma primero en contacto con la tela metálica; el otro, llamado lado superior o del fieltro, es el lado opuesto, el cual se formo al último y es el que queda en contacto con un cilindro llamado dandy. Los dos lados tienen distinta estructura. El del lado de la tela generalmente retiene la impresión del diseño de la tela, está formado por fibras relativamente grandes, tiene bajo contenido de carga y tiene una buena formación y usualmente una fuerte orientación de las fibras en el sentido en el que se mueve la tela. El lado del fieltro puede mostrar el diseño de latela del dandy, contiene un alto porcentaje de finos de fibras y tiene un alto contenido de la carga en la superficie.
Proceso de la maquina de cilindros.
Se emplean para la fabricación de papel grueso, cartón y papel no uniforme. La máquina de cilindros tiene de cuatro a siete cubas que se alimentan cada una con pastas para papel diluidas, cada cuba cuenta con un cilindro formador giratorio, recubierto con malla de alambre y parcialmente sumergido en la suspensión de celulosa, colocados de manera que permite unir en una sola hoja varias capas similares o distintas formadas en cada una de las cubas integrantes.
Conforme va girando el cilindro la pasta se deposita en la malla que esta dando vueltas, al mismo tiempo el agua que pasa por la tela de alambre se elimina del interior del cilindro; conforme va girando el cilindro, la pasta llega a la posición más alta, donde la hoja húmeda entra en contacto con un fieltro en movimiento y se adhiere a él por la parte de abajo, pasa por un rodillo donde se exprime parte del agua. El fieltro con el papel pasa a la parte superior del siguiente cilindro, donde toma otra capa continua de papel húmedo que viene de otro cilindro formador. Así se va formando una hoja compuesta o un cartón que pasa por los rodillos prensadores y luego a los rodillos secadores. El conjunto puede tener diferentes calidades de pasta en sus diferentes capas, pero siempre la mejor calidad se tiene en las exteriores (vista)
La fricción que se produce entre la cara del cilindro y la pasta en la cuba moverá las fibras y las depositará en forma de haces y nudos de fibras, produciendo una hoja muy irregular. Para resolver el problema se debe mover la pasta en el exterior del cilindro a la misma velocidad y en la misma dirección con la que se mueve la tela metálica del cilindro, de modo que no haya movimientos entre ellas.
En resumen y sin importar el tipo de equipo empleado en la formación del papel se puede concluir que el papel se hace depositando las fibras de una suspensión acuosa de celulosa a una consistencia muy baja, sobre una tela metálica relativamente fina.
A través de esta tela se separa más del 90% del agua de la suspensión.
A medida que las fibras se depositan sobre la tela, se entrelazan generalmente al azar, y de esta manera ellas mismas forman un medio filtrante.
Conforme la red de fibras comienza a formarse, la velocidad de retención aumenta progresivamente. La velocidad variable de retención conduce a una variación gradual de las características de un lado al otro del espesor de la hoja.
En la etapa del secado, las fibras comienzan a unirse químicamente entre si, hasta que este tipo de unión predomina en el secado completo.
Las funciones básicas que se efectúan en la sección húmeda o sección formadora de la hoja en una máquina para papel son:
Diluir
Se debe diluir la suspensión fibrosa que entra al sistema hasta una consistencia lo suficientemente baja para permitir el fácil movimiento relativo entre las fibras y por consiguiente, obtener alto grado de uniformidad en la dispersión de las fibras.
Distribuir
La suspensión diluida de las fiento de la estructura porosa de la hoja.
Separar
Se debe eliminar por goteo y por succión la mayor cantidad posible del agua atrapada en la hoja, antes de que pase a la sección de prensa húmeda.
PROPIEDADES CARACTERÍSTICAS DEL PAPEL PARA ENVASE.
Ya se ha visto durante la descripción del proceso para la fabricación de papel, que existen muchas variables que se tienen que controlar durante la fabricación. El ingeniero dedicado a diseñar envases y embalajes debe tener muy presente que con tantas variables durante la producción del papel, dentro de ciertos límites puede solicitar a las compañías productoras que confirmen si se pueden hacer corridas especiales para conseguir diferentes cualidades que se requieran para hacer el diseño.
Existen ciertas propiedades que se deben tener muy presentes en el uso del papel como envase y embalaje:
Resistencia a la tracción Color
Resistencia al alargamiento Grado de satinado
Resistencia al doblez Opacidad
Resistencia al reventamiento Brillo
Resistencia a la fricción facilidad a la impresión
Resistencia al agua Barrera a líquidos
Resistencia a la luz Barrera a gases y vapores
Resistencia a las grasas Intemperismo
Resistencia al impacto Resistencia al desgarre
Las distintas propiedades del papel se encuentran relacionadas unas con otras, de manera, que no se pueden modificar unas sin afectar el comportamiento de las demás.
Tipos de papel para envase:
Existen siete u ocho tipos de papel que se emplean en el diseño y fabricación de envases, pero los más comunes son:
Papel kraft
Es un papel muy resistente al desgarre por tener fibras largas, se utiliza para la elaboración de bolsas, sacos multicapas, papel para envolturas y es base para laminaciones con aluminio, plástico,asfalto y otros materiales.
Se fabrica con pulpa sin blanquear, semiblanqueada o blanqueada, también puede ser coloreado; es producido en diferentes pesos y espesores, logrando desde tissues hasta cartones pesados
Papel tipo pergamino para envase
Se caracteriza por su resistencia al paso de la humedad, a las grasas y a los aceites, por esta razón se emplea para envolver mantequilla, margarina, carnes y sus derivados, quesos, aves y pescados.
Papeles encerados
Son papeles con alto contenido de parafina y en algunos casos de ceras y parafinas especiales. Proporcionan buena protección contra los líquidos, vapores y gases. Se utilizan mucho para envases de alimentos, especialmente repostería y cereales procesados, en los alimentos congelados también encuentran buen segmento de mercado.
Papeles tissue
Son papeles muy delgados, pueden tener o no encolante, generalmente son fabricados a partir de pulpas mecánicas o químicas, pueden tener alto contenido de papel reciclado. Se utiliza como protección cosmética en aparatos eléctricos, envases de vidrio, herramientas, utensilios de cocina, zapatos, bolsas de mano, acetatos, etc.
Papel glassine
Papel resistente a las grasas
Son papeles muy densos (alto peso por unidad de superficie), presentan alta resistencia al paso de las grasas y los aceites. Algunos tipos presentan la característica de ser translúcidos, por calandrado se les mejora el acabado de sus caras y obtienen una calibración uniforme. Si en el proceso se agregan cargas se pueden hacer opacos. Se les pueden dar acabados especiales como puede ser el encerado, laqueado o laminado con aluminio o polímeros. Son usados para envolturas de alta calidad, como material barrera, y sellos de garantía.
Envases de papel.
Los envases de papel son de los más comunes, dado que tienen características que los hacen muy versátiles. Las bolsas de papel es un tipo de envase que ha mantenido su vigencia desde que existen. Presenta diversas opciones únicamente a base de dobleces y pegamentos. No podemos hacer a un lado el muy típico cucurucho de papel en México.
Las Bolsas en la actualidad son elementos indispensables en cualquier comercio, se ha convertido en un importante espacio publicitario y promocional. Se manejan en diferentes tamaños y presentaciones. Cumplen con su función de envase al contener y transportar los productos adquiridos.
Las bolsas se pueden definir como contenedores no rígidos, fabricados con papel o con su combinación con otros materiales flexibles y se emplean para el manejo de un límite que arbitrariamente se ha fijado en 11.5 kilos. Si el contenedor maneja más de los 11,5 kilos se le denomina saco y por su contenido se considera que es de uso industrial.
Los sacos pueden estar formados por varias capas, normalmente de 3 a 6 capas y se clasifica como saco multicapas, el papel usado es kraft por su mayor resistencia y se usan las densidades de 70, 80 o 100 gr/m2. Se consideran de uso rudo y el diseño particular así como el número de capas depende de la naturaleza del material que se va a envasar en él y del sistema de transporte y embalaje usado.
Existen cuatro estilos básicos de bolsas:
Con fondo cuadrado o de pinzas
De fondo de saco de mano
La bolsa plana
Con fondo automático (de autoapertura SOS)
Principales características de las bolsas:
1.- Son de bajo precio
2.- Protegen de forma efectiva contra el polvo cuando se
encuentra cerrada la boca de llenado
3.- Por su propia naturaleza, las bolsas toman la forma de su contenido, ocupando el mínimo espacio necesario
4.- Para ciertos usos su porosidad es una ventaja.
5.- No son adecuadas para materiales húmedos o con bordes cortantes.
6.- Presentan área lateral muy apropiada para publicidad.
Principales características del saco de papel.
1.- La principal de sus características es su gran versatilidad, tanto de forma como de posibilidades en las diferentes capas que lo forman.
2.- Puede proporcionar buena protección contra la variación de humedad del contenido.
3.- Proporciona buena protección contra los problemas producidos por los insectos.
4.- Protege adecuadamente al contenido contra contaminaciones químicas de otros materiales.
5.- Proporciona buena protección contra fugas del contenido y su acción sobre su entorno.
6.- Puede ser una efectiva barrera contra gases y vapores
7.- Protege al contenido contra contaminaciones microbianas.
8.- Facilita la extracción total o parcial del contenido
9.- Es fácil de entarimar y estibar
10.- Son reciclables
11.- Proporcionan excelente superficie para información y publicidad.
12.- Es un envase ligero y cuando se encuentra sin llenar ocupa muy poco espacio en el almacén.
Los sacos de papel que se encuentran en el mercado, se pueden clasificar en dos grandes grupos:
Sacos de boca abierta.
Son sacos de papel, formados por varias capas, pueden ser cosidos o pegados y tienen uno de sus extremos sin cerrar con el objeto de que después de ser llenado, dicho extremo se cosa o se pegue para contener adecuadamente al producto envasado, se emplean cuando la producción es baja o no se cuenta con equipo especializado.
Sacos con válvula
Son sacos de papel, son multicapas, sus dos extremos son cerrados por el fabricante, pero en uno de ellos deja una válvula de papel en la esquina. Pueden ser cosidos o pegados. Se requiere de equipo especial para su llenado, una vez que el peso del saco es el correcto, únicamente se tiene que meter el extremo de la válvula dentro del saco y el mismo producto lo colapsa evitando que tenga fugas.
Para la fabricación de los sacos de papel, la operación inicial es la formación de un tubo con el número y tipo de capas adecuado a su uso. Si el saco tiene impresión, se debe hacer antes de formar el saco en la capa más exterior; junto con las otras capas, que pueden ser del mismo material o diferente, se forma el tubo en una “tubera”. Las tuberas alcanzan producciones de 5 000 a 20 000 sacos por hora.
De acuerdo al diseño y capacidad del saco, el tubo se debe recortar a la longitud adecuada. El saco más sencillo de fabricar es el saco plano, cosido y de boca abierta. Se produce mediante el corte del tubo con cuchillas que generalmente son dentadas, el extremo es cosido sobreponiendo una tira doblada de papel a las capas, el objeto de esta tira es evitar que el hilo corte alguna (s) capas debilitando el extremo del saco.
Por sus cualidades se colocan los sacos de papel como una buena opción para el envasado de materiales de construcción (cemento, yeso, pega azulejo etc.), alimento para animales, alimentos humanos, productos químicos, cargas, pigmentos, insecticidas, fertilizantes, etc.
Los sacos multicapas pueden tener algunas de ellas de laminados con otros materiales como aluminio, polietileno, asfalto, etc. que brindan la oportunidad de hacer más versátil el envasado con este tipo de envase.
Diseño de los envases de papel
El diseño de las bolsas y los sacos de papel como en cualquier otro tipo de envase, se tienen que tomar en cuenta los requerimientos que debe cumplir de acuerdo con las necesidades comerciales y de protección. Dicho lo anterior se tiene que cumplir con requisitos de forma para cumplir con su parte comercial (visual) y de función (estructural) para lograr la mejor protección posible del contenido.
Por lo que el diseñador debe tomar muy en cuenta los aspectos de funcionalidad y los de presentación. La gran cantidad de acabados para la superficie de los envases de papel, invita a realizar diseños novedosos y ricos en colorido (hasta cuatro colores de impresión)
CARTÓN
En la actualidad, más del 80% de los productos se envasan o embalan en cajas de cartón de diferentes tipos, desde cartulinas hasta cartón corrugado y constituye el material de mayor uso en la industria y el comercio.
El cartón se puede considerar como una variante de papel, dependiendo del equipo de fabricación puede ser manufacturado en una sola capa (en fourdrinier) o de varias capas (en máquina de cilindros). Generalmente se considera que se puede dividir en tres categorías el material empleado como envase: papel, cartulina y cartón
Para efectos prácticos se puede considerar que el cartón se usa en la fabricación de cajas y cuñetes. Las cajas pequeñas generalmente se elaboran con cartulinas y las de mayor tamaño se hacen con cartón corrugado. Los cuñetes se pueden fabricar bobinando capas de papel kraft hasta obtener la resistencia requerida, el fondo puede ser de cartón prensado o metálico; las tapas generalmente corresponden con el material del fondo. La diferencia entre un cartoncillo y una cartulina es que la última se ha pasado por una calandria para calibrar y uniformar el espesor, con la misma operación se obtiene mejor brillo y consistencia.
Si la caja lleva impresión, se debe usar cartulina para poder tener un envase con buena calidad de impresión. Los tipos de cartulina más utilizados en la fabricación de envases son:
Gris
Normales Manila
Detergente
Couché reverso gris
Couché reverso blanco
Resistentes Couché reverso detergente
Couche reverso bikini
El calibre de la cartulina se determina en puntos, un punto equivale a 0.001 pulgada. De manera que dependiendo del volumen y del peso a envasar se debe determinar el calibre de la cartulina.
La orientación de la fibra (hilo) es importante ya que influye en la resistencia del material. La cartulina obtenida en máquina fourdrinier tiene la fibra mejor repartida ya que no existe una orientación dominante; en la máquina de cilindros, la tendencia de la orientación es en el sentido de la rotación de la tela.(longitudinal)
El peso de la cartulina también es importante ya que con el mismo calibre se pueden tener diferentes pesos en cada una de las variedades, las que presentan más peso pueden tener más carga, pero también pueden estar más compactadas haciendo un producto con más resistencia.
Resistencia a la humedad, si se requiere se debe especificar la resistencia a la humedad deseable ya que como se sabe el papel y sus derivados con la humedad tiende a cambiar sus propiedades mecánicas, principalmente la rigidez. Por ser el papel higroscópico, toma rápidamente la humedad del medio ambiente.
Las posibilidades de diseño para cajas plegadizas fabricadas con cartulinas o cartones hasta de 40 puntos son innumerables, casi se hace una caja especial para cada tipo de producto. En el diseño y desarrollo de una caja, la distribución de las paredes, el frente, el reverso, los laterales, el tipo de tapa y el tipo de fondo, serán diferentes de acuerdo al tipo de llenado, de cerrado, de pegado o de acomodo del producto. La manera de armarse, llenarse y cerrarse, manual o mecánicamente, también influirá en su desarrollo.
Las partes que componen una caja tienen nombres, los más usuales son:
1.- Cara
2.- Pestaña (para pegar)
3.- Tapa
4.- Aletas
5.- Fondo
6.- Aletas o solapas superiores
7.- Panel superior
8.- Aletas o solapas inferiores
9.- Panel inferior
10.- Candado
11.- Resaques
12.- Bisel
Las tapas y los fondos generalmente son de dos tipos, los pegados y los recerrables que tienen aletas o solapas y candados, Las pegadas generalmente cuentan en el frente de la tapa con una pestaña que al entrar entre las aletas y la cara del frente permite su recerrado; Los recerrables son las cajas que generalmente pueden volver a cerrarse una vez abiertas, ya que no se destruye el cartón al abrirse.
Fabricación de cajas plegadizas de cartulina.
Una vez que se han definido las dimensiones y calibre de la cartulina, se debe desarrollar el diseño de la impresión y el corte. De manera que primero se debe imprimir la cartulina y después pasa a ser suajada o recortada.
El proceso de suajado o corte se realiza por medio de unas cuchillas con la forma de todas las partes de la caja. Estas cuchillas se montan en un soporte de madera que posteriormente es colocada en una prensa suajadora, troquelando la figura que se encuentra en la tabla de cuchillas.
Existen básicamente tres tipos de cuchillas también llamadas plecas. Las que son para cortar el contorno y los resaques, las plecas para marcar los dobleces y así facilitar el doblez de las cajas y finalmente las plecas de punteado que facilitan el desprendimiento o recorte de ciertas partes de la caja.
Cuando las cartulinas ya han sido impresas, cortadas y separado el corte correspondiente a la caja, se procede a hacer los dobleces, engomar y pegar para quedar listas para el envase.
El diseño de la caja tiene como función crear el envase que cumpla con los requisitos comerciales necesarios para el cliente, así como las que vienen del producto a contener y que definirán el estilo de la caja, clase de cartulina, puntos, tipo de cierre, tipos de unión, etc.
No se debe olvidar que existe un orden en la denominación de las dimensiones de la caja y que invariablemente son: frente, fondo y altura, o bien, largo, ancho, y profundidad.
Existe una amplia gama de cartulinas (cartones) que se pueden emplear en la fabricación de las cajas pequeñas plegadizas, además de una gran variedad de recubrimientos que pueden mejorar las características como: la resistencia al agua, resistencia a la grasa, aspecto visual, etc. pero el cartón (cartulina) seleccionado debe cumplir con las necesidades básicas establecidas como pueden ser: buena adhesión de las tintas, superficie adecuada para tener impresión de calidad, buena recepción de los adhesivos y facilidad para el armado sin que se produzcan grietas, arrugas o roturas durante el doblado.
Los tipos de cartón (cartulina) más utilizados son:
Couche Para caja plegadiza, material promocional
Cromekote Para caja de alta calidad
Eurokote Para caja de alta calidad
Cartoncillo gris Caja colectiva tipo despachador y charola
Bikini Canastillas
Couche-madera Caja para perfume y alimento congelado
Cartulina vellum Folletería y cartera portamuestras
Cartulina Bandas y material promocional.
CARTÓN CORRUGADO
El cartón corrugado estructuralmente se forma con dos elementos básicos: el “liner”, cara o forro y el “medium” o material de flauta y que es el que forma el corrugado.
El liner (cara o forro) es de papel kraft o semi kraft y forma un perfil plano que ocupa toda la superficie de la hoja de cartón corrugado, sobre este perfil plano se pega el papel corrugado (medium). De la forma como se combinen liner y medium se tienen las diferentes variedades del cartón corrugado.
El medium, es un papel fabricado normalmente con bagazo de caña o de paja, tiene una consistencia más esponjosa que el liner y presenta una construcción ondulada a la que se le acostumbra denominar “flauta”. Al estar pegado al liner se forma una estructura continua de arcos que le proporciona gran resistencia ya que las cargas que recibe se reparten sobre todos los arcos que forman el corrugado.
Dentro de la fabricación del medium, se utilizan varios tipos y medidas de los arcos (flautas) tanto en la altura como en la distancia entre crestas o valles de las ondas que forman el corrugado.
Se acostumbra enmarcar la flauta dentro de cuatro variantes comerciales
Tipo de flauta Altura en mm Nº de ondas por metro
A 4.76 ±118
B 3.17 ±167
C 3.97 ±138
E 1.58 ±315
Dependiendo del calibre del papel usado tanto en liner como en medium se pueden tener diferentes tipos de cartón corrugado en la siguiente tabla se muestran ejemplos:
Cartón corrugado liner corrugado liner
7 Kg 150 g/m2 135 g/m2 150 g/m2
9 Kg 240 g/m2 135 g/m2 180 g/m2
11 Kg 240 g/m2 135 g/m2 240 g/m2
14Kg 300 g/m2 135 g/m2 240 g/m2
16 Kg 300 g/m2 135 g/m2 300 g/m2
El consumo de cartón de 7Kg abarca más de la mitad del mercado. Se emplea cuando hay que empacar productos de peso medio y se quiere tener un margen de seguridad adecuado. La diferencia con respecto al cartón de 9 Kg es mínima en comparación con la diferencia en precio.
También se pueden tener diferentes acomodos de liner y medium, siendo las más usadas:
El corrugado de una sola cara se forma adhiriendo una capa plana (liner) con una de medium (corrugado).
Se acostumbra denominar:
FLAUTA (TIPO DE FLAUTA) UNA CARA
El cartón corrugado de doble cara se forma adhiriendo una capa plana (liner) a cada lado del medium (corrugado).
Se acostumbra denominar:
FLAUTA (TIPO DE FLAUTA) DOBLE CARA
El cartón corrugado de doble pared se forma mediante el acomodo de tres capas planas (liner), terciados con dos capas de medium (corrugado) de manera que la cara central es común a las dos capas de medium.
Se acostumbra denominar:
FLAUTAS (tipo de flauta) Y (tipo de flauta) DOBLE PARED
Existe igualmente un cartón corrugado de triple pared, el que se forma mediante cuatro capas planas (liner) y tres corrugadas (medium) terciadas, la nomenclatura es semejante a las anteriores.
De acuerdo al diseño y construcción de la caja puede ser de flauta horizontal o vertical, la resistencia de cada caja en lo particular y de la estiba en lo general dependerá no sólo de esta característica sino del tipo de flauta y de la especificación del papel. La dirección normal de las flautas es paralela a la altura o profundidad de la caja, o sea con flauta vertical, para soportar mejor el peso de las cajas que se acomodan sobre ellas en una estiba.
El diseño estructural de una caja determina que tan efectiva será ésta para poder competir en el mercado y además llevar el producto intacto al consumidor. En esta etapa el ingeniero debe conocer la fragilidad que tiene el producto, la clase de manejo que debe soportar, su forma de transportación y almacenamiento así como las condiciones climáticas, que pueden favorecer o perjudicar al producto. Todo modelo deberá pasar por pruebas de estiba y resistencia.
Cuando el diseño estructural de la caja queda establecido, se procede a considerar los aspectos de ventas, que afectan el tipo de cartón a usar y sus acabados, pero, no se pueden hacer a un lado las consideraciones estructurales originales así como los costos y tiempos de realización.
Cada producto que requiera ser envasado o embalado con alguno de los diferentes tipos de cartón corrugado, lo hará de manera que garantice su protección, traslado y almacenamiento de forma fácil y segura.
El cartón corrugado es uno de los materiales más usados para el diseño de envase y embalaje debido a que cumple satisfactoriamente con cuatro funciones básicas:
Protege al producto de lo posibles daños ocasionados durante su transporte, manejo y almacenaje.
Conserva de manera satisfactoria el producto hasta que sea vendido.
Anuncia, promueve e identifica al producto desde su origen hasta que llega al consumidor
Es económico
Es reciclable
Al momento de diseñar el aspecto visual de la caja debe tomarse en cuenta:
La información puede mostrarse en los cuatro lados de la caja, en letra “bold” de preferencia y en letra grande en proporción a la altura de la caja. Esta información puede encontrarse en la tapa superior.
Se deben anotar las precauciones que deben tomarse en cuenta para el manejo y almacenamiento.
La cantidad y descripción del contenido debe aparecer.
La marca y nombre del producto debe ser en letras mayores.
En la tapa inferior debe anotarse los datos propios de la caja (fabricante, Número o código de la caja, fecha de fabricación, medidas, contenido de fibra brecicloada)
Sello de resistencia que garantiza el fabricante y sello de reciclabilidad.
Es importante en el diseño de cajas corrugadas obtener el mejor ajuste dimensional, para que duren más las cajas. Si se entregan al fabricante esquemas, se deben anotar las tolerancias debidas según el tipo de flauta y corrugado empleado. Si no se toman en cuenta las tolerancias no se tendrán cajas con paneles a escuadra, con los consiguientes problemas que al acumular centímetros de error se tienen en los sistemas de almacenamiento y transporte.
Todas las medidas son a partir de los centros de los suajes de doblez. Todas las dimensiones son medidas interiores. Los aumentos en tolerancias indicados en cada panel de la caja varían dependiendo del tipo de flauta que se utilice.
