Química del extremo húmedo Curso de Industrias de Transformación química 2015 Docentes: Prof. Natalia Raffaeli JTP María Laura Tonello Ayudante Dipl. Ana Clara Cobas

Química del extremo húmedo Involucra materiales suspendidos, coloidales y disueltos, y un delicado equilibrio de atracciones y repulsiones de cargas eléctricas, que pueden facilitar o imposibilitar la generación de la hoja de papel. Las cargas son importantes aditivos que se incorporan a los papeles de impresión y escritura. Son partículas minerales insolubles de origen natural o artificial, generalmente blancas y finamente divididas (1 a 10 µ) que se agregan al empaste para obtener una mejor calidad y/o bajo costo.

Coloides La química del extremo húmedo involucra relaciones entre partículas de tamaño coloidal. Talla entre 1 nm y 1 μm Superficie específica elevada Las fuerzas involucradas durante la formación de una suspensión coloidal, resultan de la ley de Stokes, que rige la velocidad de sedimentación.

Coloides Fenómenos que ponen en juego estas energías: La absorción La agregación La formación de espuma La detergencia El mojado La dispersión

Tipos de sistemas coloidales

Estabilidad de sistemas coloidales

Consecuencias de la desestabilización de sistemas coloidales: La coalescencia : las partículas forman, al unirse, partículas mas grandes cuya superficie es menor que la suma de las superficies fusionadas. La agregación : la superficie luego de la fusión es igual a la suma de las superficies individuales.

Química de la fabricación de papel Definida como: química coloidal y superficial de los componentes. Especies residentes: electrolitos, fibras, finos, partículas con cargas suspendidas; agua; moléculas activas en la superficie ej: detergentes, dispersantes, extractivos, antiespumantes y polielectrolitos disueltos ej: poliacrilamidas, almidón cationico. Interacciones: adsorción de polímeros disueltos, pitch y encolantes sobre fibras, finos, y partículas con cargas. absorción de agua por fibras, finos y almidones.

Finos Parte de la composición de la pulpa que pasa a través de un tamiz de 200 mesh. Finos Primarios: ocurren naturalmente, incluye parénquima, radios leñosos y elementos vasculares de la madera de latifoliadas. Finos secundarios: generados en el refinado. Finos terciarios: generados durante el movimiento de la pulpa en la máquina de papel en el sistema de agua blanca.

Los sistemas coloidales se clasifican en: Sistemas liofóbicos poca afinidad entre partículas y el solvente, suspensión de partículas, finos, colofonia dispersados en agua. Sistemas liofílicos Fuerte atracción entre partículas y el solvente, almidones, gomas, hemicelulosas, surfactantes, dispersantes y aditivos de retención, drenaje y formación disueltos en agua.

Mecanismos de retención primaria FILTRACIÓN Trampa mecánica: implica primero formar un manto grueso de fibras, luego capturar los finos en los intersticios formados por las fibras depositadas en la tela móvil. AGREGACION COLOIDAL

Retención Bajo nivel de retenci ó n en el 1er paso  distribuci ó n no uniforme en la secci ó n transversal de la hoja. La acumulaci ó n de finos y aditivos en la caja de entrada retarda el desgote.

Diferentes sistemas de retención usados en la fabricación de papel

Factores que afectan la retención Suspensión fibrosa: pH, consistencia, temperatura, tipo de pulpa (fibra larga-fibra corta), grado de refinado. Condiciones en la tela: gramaje de la hoja, formación de la hoja, luz de malla de la tela, tipo de desgotado, velocidad de la máquina. En relación a los aditivos: cantidad de aditivos, orden de adición, forma y densidad de las partículas, utilización de agentes de retención y fijado.

Aditivos Productos químicos que se utilizan para impartir o acrecentar alguna propiedad especifica de la hoja o para cumplir otros objetivos necesarios. Aditivos funcionales Aditivos del proceso químico

Estucado Objetivo: Objetivo: mejorar la calidad de la impresión de un papel o cartón. Se aplica sobre una o ambas caras Alcanza elevado brillo y suavidad en las operaciones de terminado del papel Salsa de estucado compuesta por: – un pigmento (caolín y carbonato de calcio son los mas comunes) – uno (o dos) ligantes – aditivos

Componentes de la salsa de estucado

El mayor porcentaje del peso seco del estuco es pigmento. El caolín es el pigmento más común. Se utilizan varias calidades de blancura y tamaño de partícula.

Carbonato de calcio

Otros pigmentos: – sulfato de bario (papeles fotográficos) – silicatos – pigmentos plásticos(poliestireno) (se usan combinados para suministrar alto brillo).

LIGANTES: Almidones. Proteínas. Sintéticos. El almidón se utiliza en algunas formulaciones. Los ligantes proteínicos son la caseína (aislada a partir de la leche desnatada y posteriormente acidificada), extracto de soja, o cola animal. Los sintéticos tienden a reemplazar a los dos primeros (principalmente látex basado en polímeros de estireno-butadieno, acrílicos, o acetato de vinilo).

Clasificación de las salsas de estucado según el contenido en sustancias sólidas Pastas de estucado altamente concentradas Pastas de estucado altamente concentradas Contenido de sólidos: 55-63% Fluidez: a veces newtoniana, generalmente pseudoplástica Viscosidad: mPas Procedimiento de estucado:  a) aplicación con rodillo, por ej. Massey;  b) aplicación con rasqueta, por ej. Inverted-blade.

Pasta de estucado con concentración media Pasta de estucado con concentración media Contenido de sólidos:45-55% Fluidez: newtoniana Procedimiento de estucado:  a) rodillo dosificador (gramajes medios)  b) aplicación con rodillos (prensa encoladora).

Pasta de estucado con concentración baja Pasta de estucado con concentración baja Contenido de sólidos: 35-45% Fluidez: newtoniana Viscosidad: mPas Procedimiento de estucado:  labio soplador  rodillo dosificador (gramajes bajos)

Primeras estucadoras

Estucadoras a cuchilla de aire

Encolado Proceso por el cual algún reactivo químico es incorporado al proceso papelero para dar al papel o al cartón resistencia a la penetración de agua Encolado en masa: el reactivo químico se incorpora al empaste y es retenido sobre las fibras Encolado en superficie: el reactivo químico se incorpora a la salsa de la prensa encoladora

Angulo de contacto A) Mojado, Angulo 90º Penetración de agua Llenado de poros en la superficie Migración por poros y capilares Migración a través de las fibras

Encolado Acido Tipos de Encolantes: Jabón de resina (resina neutralizada/saponificada) Resina emulsificada (ácidos resínicos libres) Enlace iónico

Encolado con Resina Saponificada Ventajas – Relativamente fácil de usar – Bajo precio – Bajo costo para algunos papeles (kraft sin blanquear, cartones blancos) Desventajas – No indicado para papeles muy encolados – Se requiere una alta adición de sulfato de aluminio y de resina – Exige un muy buen control de pH

Encolado con Resina Emulsificada – Enlaces iónicos, fuerzas de Van der Walls – Reacciones con aluminio durante el secado Ventajas – Alta eficiencia de encolado – Menor requerimiento sulfato de aluminio – Rango de pH mayor – Reducción de depósitos

Encolado Alcalino ASA (Anhídrido alquil-succínico) – Ácidos grasos palmítico esteárico Enlace Covalente con la celulosa AKD (Dímero de alquil-ceteno) – Derivados del petróleo Olefinas C-16 Olefinas C-18 Enlace Covalente con la celulosa

PRENSA ENCOLADORA: VARIABLES  Características de la hoja – Papel soporte (gramaje, densidad, lisura, estructura capilar, etc.) – Nivel de encolado interno. – Contenido en humedad.  Solución de encolado – Contenido en sólidos. – Temperatura. – Viscosidad (fluidez) – Composición (tipo de almidón, uso de aditivos)

 Diseño y operación -Velocidad de la máquina -Profundidad de la balsa de la solución de encolado. -Presión de la zona de contacto. -Anchura de la zona de contacto (dureza y diámetro del rodillo ). Para lograr una elevada absorción de encolante: –Baja viscosidad de la solución (mayor temperatura), baja velocidad de la máquina, hoja con alta humedad, elevada porosidad y bajo nivel de encolado interno. Para lograr un mayor espesor de película: –Alta rugosidad de la hoja y baja presión en la zona de contacto. PRENSA ENCOLADORA: VARIABLES

Nivel de cargas en el papel Los papeles de impresión y escritura con pasta química no estucados tienen un contenido en carga desde un 12% hasta un 26% (papel fotocopia). Los papeles soporte para estucar (simple, doble o triple estucado) con pasta química están cargados desde el 12% hasta el 20%, mientras que los de pasta mecánica sin estucar (Revista, Catálogo) oscilan desde un 24% hasta un 38%. La producción de papeles soporte con pasta mecánica para estucar cargan entre 8% y 12%. Los papeles prensa (papel periódico) en la actualidad tienen desde un 2% hasta un máximo de 18% de carga mineral.