Fabricación de Papel: Refinación de la pulpa y Ensayos relacionados. Curso 2017

Definición Papel: Delgada hoja elaborada mediante pasta de fibras que son molidas, blanqueadas, secadas y endurecidas posteriormente. Las fibras están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno.

Características Material heterogéneo. Poroso: densidad 0,5-0,8 g/cm3. Permeable a gases o líquidos. Alta superficie específica 30 a 200 m2/Kg. Puede tener alta opacidad. Higroscópico, 5 – 8 % H dependiendo del tipo de fibra y humedad ambiente.

La fibra celulósica es individualizada y transportada en agua hasta la formación del papel. La consolidación de la estructura de la hoja comienza por remoción del agua y el establecimiento de tensiones superficiales que acercan las superficies.

Enlace interfibrilar: “bonding” El bonding considerado como resistencia de enlace de la estructura es producto de dos factores: Área enlazada relativa (RBA) Resistencia específica del enlace (SBS)

Relación agua/fibra Actúa como vinculo. Hincha, delamina e induce al colapso. Consolida las fibras.

Moléculas de agua, carbohidratos y el enlace hidrógeno El mecanismo de enlace de hidrógeno resulta de la atracción de: Moléculas de agua a los OH-. Moléculas de agua a otros grupos polares de los polisacáridos.

Durante el secado las dos superficies de celulosa pasan a estar unidas a través de: Monocapa de agua. Entre ellas por enlace de hidrógeno entre sus OH- superficiales.

Swelling (imbibición de agua) Restricción del swelling: Uniones iniciales entre microfibrillas. Estructura de capas cruzadas de la pared primaria. Estructura en espiral de la pared secundaria S1. Enlaces cruzados entre hemicelulosas o entre lignina y carbohidratos.

Como hago para promover el swelling? Debo suministrar una energía adicional para romper los enlaces que están bajo restricción. Una forma de proveer esta energía es a través del proceso de refino.

El sucesivo reemplazo de: enlaces polisacárido-polisacárido por enlaces polisacárido-agua durante el refino es llamado fibrilación

REFINACION Proceso esencial por el cual se producen alteraciones mecánicas sobre las fibras para darles las características adecuadas para formar un buen papel.

Comúnmente se utilizan los términos “batido” y “refinación” para expresar la misma operación. Batido (beating) se refiere a la acción de unas cuchillas rotativas situadas frente a una platina cuando las fibras pasan perpendicularmente a las cuchillas. Esta operación se ejemplifica en la Pila Holandesa, que todavía se utiliza en algunas fábricas de papel antiguas para procesar fibras como yute, lino o algodón.

Pila Holandesa

Refinación: se refiere a la acción llevada a cabo en los refinadores cónicos o de discos donde las fibras fluyen paralelamente a los cruces de las cuchillas.

Efectos de la refinación El primer efecto es la eliminación parcial de la pared primaria, dejando al descubierto la pared secundaria permitiendo así la hidratación y la flexibilidad de la fibra. Favorece la fibrilación interna que conduce a un incremento de flexibilidad a partir de la rotura de la estructura en capas más delgadas (delaminación) favoreciendo el posterior colapso de las fibras.

La acción posterior de la fibrilación implica la liberación de las fibrillas y la producción de microfibrillas en la superficie de las fibras, aumentando así la superficie específica de las fibras refinadas. También puede ocurrir algún acortamiento de las fibras (o corte), que es considerado normalmente indeseable ya que provoca un menor drenaje y una perdida de resistencia.

Si los cortes de enlaces se producen de manera que no destruyen la integridad de la pared celular, el fenómeno es conocido como: Fibrilación interna

Fibrilación interna (delaminación, hinchamiento) Aumenta el enlace interfibra Disminuye la opacidad

(desprendimiento parcial o total de capas externas ) Fibrilación externa (desprendimiento parcial o total de capas externas ) Colabora con el enlace

Corte Rotura de fibras Disminuye la longitud de fibra

Generación de finos (producidos en la fibrilación externa y en el corte): disminuye el drenaje y favorece la densidad.

Efectos del refinado en la pasta Reducción de la drenabilidad, principalmente por generación de finos. Modifica las propiedades papeleras por: *Aumento en la fracción de área unida entre fibras (RBA), por aumento de la densidad del papel. *Aumento de la resistencia específica de enlace (SBS).

Variables que afectan al refinado Materia prima: Especie (fibra larga/ corta y sus características ). Método de pulpado (químico, semiquímico, mecánico): +Las pulpas kraft son más “duras” que pulpas al sulfito. +Las pulpas mecánicas necesitan mayor energía que las químicas. +Las pulpas recicladas necesitan un refino suave (baja intensidad y alta consistencia). Composición química (lignina, hemicelulosa, celulosa): +La pulpas con alto contenido de hemicelulosas requieren menos energía de refinado.

Variables que afectan al refinado Equipo de refinación: Tamaño y forma de las cuchillas Mantenimiento de las cuchillas Consistencia: Una mayor consistencia implica una mayor acción selectiva de fibrilación interna debido a que el contacto entre barras y fibras disminuye.

Variables que afectan al refinado

Como resultado de la refinación se obtiene una mayor superficie de unión entre fibras, obteniéndose así una hoja de papel más densa y se mejora la resistencia a la tracción y al reventamiento. Pero se disminuye la resistencia al rasgado (mayor producción de finos). Estas variaciones de las distintas resistencias se pueden observar en las curvas de refinación.

Realización de las curvas de refinación La acción de refinación es ejercida por un rotor con cuchillas alojado dentro de una carcaza. Mediante un sistema de palanca se ejerce cierta presión sobre la pasta. Se determinan cinco puntos : 0 rev, 1500 rev, 2000 rev, 3000 rev, 4000 rev. Se trabaja con una consistencia del 10% (30 gr. de pasta seca en 300 gr de agua).

MOLINO PFI

Grados Shopper (SCAN M 3:65) Luego se le determina la drenabilidad, la misma se puede realizar a través de dos métodos: Grados Shopper (SCAN M 3:65) Consiste en drenar una pasta por una tela metálica sobre la cual se forma un manto de fibras. El filtrado colectado se mide un una probeta graduada en unidades °SR. 1000 ml corresponde a 0 °SR

Canadian Standard Freeness (TAPPI 227-0m-85) Similar al Schopper, pero la lectura es directa. 1000 ml corresponde a 1000 CSF

Curva de transformación de °SR a °CFS

Formación de hojas de laboratorio (TAPPI 205-om-81) Se forman hojas de 60 g/m2 (pesan 1,2 gr por 200 cm2) con cada una de las suspensiones obtenidas en la refinación. Las hojas luego de acondicionadas a 23°C y 50 % HR por 4 hs, son sometidas a los ensayos físicos: Rasgado Tracción Reventamiento Puede haber un preacondicionamiento a 23/40 °C y 10/35 % H por 24 hs. dependiendo de la muestra.

NORMA TAPPI

RAPID KHOTTËR

RASGADO

TRACCION (TEA) Generalmente se expresa como índice (Nm/g): carga (N)/ 0,015 m * gramaje (g/m2)

REVENTAMIENTO

Otros Ensayos Longitud de fibras Sobre pulpas: 1- Método microscópico: maceración de las fibras, montaje del preparado. Fotografía y medición por programa adecuado (Imagen Tools)

2-Método de clasificación (Bauer Mc Nett)

Índice Kappa: Indicativo del contenido de lignina residual en la pulpa. El número Kappa corresponde al volumen de permanganato de potasio 0,1 N consumido sobre 1 gr de pulpa. Se usa un exceso de permanganato y se titula este exceso por retorno con tiosulfato. Viscosidad Es útil para detectar la degradación de la celulosa. La pulpa se disuelve en un solvente (Cuprietilendiamina). Se determina la viscosidad a una concentración determinada usando un viscosímetro capilar estándar

Blancura (ISO Brightness) Equipo: Elrepho Fuente de Xenon Índice de reflectividad determinada con el uso de espectro de sensibilidad centrado a 457 nm (espectro visible). La blancura puede completarse con el concepto de Whiteness (mayor sensibilidad del ojo humano en el centro del espectro).

Drenabilidad: Grados Shopper, Canadian Standard Freeness . Evaluación del refinado: Curvas de refinación. Análisis químico de los constituyentes de la pulpa.

Sobre Papel: Gramaje Espesor

Resistencia al arrancado (ceras Dennison)

Absorción de agua (Ensayo de Cobb)

Resistencia al: plegado, rasgado, reventamiento y tracción.

Blancura Opacidad: capacidad del material de obstruir el paso de luz. Opacidad (%): R0(557) *100 R∞(557) R0(557): reflectancia sobre una hoja de papel sobre un cuerpo negro R∞(557): relectancia sobre una pila del mismo papel

Tipo papel Brightness( %) Opacidad (%) Oficina 60 g/m2 83-90 85 Diario 45 g/m2 60 90-94 Papel Cobb g/m2 Oficina 20-40 Onda 180 Liner 30-80

BIBLIOGRAFÍA Introducción a la tecnología de fabricación de pastas celulósicas. R. Repetti, ATIPCA, 1992 Manuel para técnicos de pulpa y papel. G. A. Smook, TAPPI, 1990.