PASTA Y PAPEL

32IntroduccinEl origen del papel se sita hacia el ao105 de nuestra era, atribuyndose suautora a Tsai-Lum, consejero de agricul-tura del emperador chino Ho T. Esteprimer papel se obtena mediante unamezcla de seda, camo, y fibra decorteza, que se herva durante varios daspara conseguir liberar las fibras. La pastaobtenida se dilua en agua, y se secabaentre dos planchas sometidas a presin,hasta formar una hoja de papel.

Previamente a este descubrimiento,se usaban otros medios de escritura, elpapiro (fibras de plantas entretejidas ypegadas) y el pergamino (pieles deanimales pulidas, tratadas y secas).

Durante los 500 aos posteriores a suinvencin, el proceso de fabricacin delpapel se aplic nicamente en China.Posteriormente, se extendi a paseslimtrofes como Corea, Japn, AsiaCentral, Tibet, India, etc.

En el ao 751, tras la batalla deSamarcanda, los rabes entraron encontacto con la tcnica de elaboracindel papel, al hacer prisioneros a artesa-nos chinos que consiguen obtener papel,

utilizando como materia prima lasplantaciones de lino y camo existentesen aquella regin.

En el ao 794 ya exista una fbrica depapel en Bagdad y, posteriormente, lafabricacin se propaga, a travs deDamasco y el norte de frica, hasta llegara Europa donde la primera fbrica de laque hay constancia histrica, se instala enJtiva en el siglo XI.

Uno de los grandes impulsos en lafabricacin del papel vino dado por lainvencin de la imprenta en el siglo XV.Como referencia, a finales del siglo XVII,existan ya en Francia 740 molinos conuna produccin total de 20.000 tonela-das ao.

Posteriormente, se produjo una granexpansin de este producto con lainvencin de la mquina de fabricar papelen 1798, y la puesta en marcha de unproceso de elaboracin mecanizado porlos hermanos Fourdrinier en 1803.

Como consecuencia de la elevadademanda de papel generada, surgi lanecesidad de desarrollar nuevas tecnolo-gas que permitiesen obtener materiaprima a partir de materiales alternativos.Despus de numerosos intentos, a

mediados del siglo XIX, Dahl desarrolluna tecnologa qumica que permitaprocesar materias lignocelulsicas y quese considera el origen del proceso Krafto proceso al sulfato.

Desde su descubrimiento y hastanuestros das, la composicin de lasmaterias primas aplicadas para lafabricacin de papel ha sido muyheterognea. As, junto a la madera, cabemencionar el empleo de fibrassemitrituradas de morera, pasta de pulpade camo, esparto, paja de arroz, lino,algodn, etc.

Pasta de celulosaLa pasta de celulosa es la materia primaa partir de la cual es posible obtener unavariada gama de productos comopapeles y cartones, celofn, fibras textiles,explosivos nitrocelulsicos, etc.

La obtencin de pasta de celulosase basa en la separacin de las fibrasnaturales (compuestas bsicamentepor celulosa) por medios mecnicos(mediante la accin de molinos yrefinadores) y/o qumicos (disolviendola lignina que mantiene unidas a lasfibras).

La tabla 1 resume los principalesprocesos de fabricacin de pastaexistentes.

En general, la obtencin de papelesde inferior calidad y cartones paraembalajes suelen llevarse a cabo apartir de pastas mecnicas. Por elcontrario, productos de elevada calidadcomo el papel para impresin, oproductos qumicos derivados de lacelulosa, se obtienen a partir de pastasqumicas.

Debido a su proceso de obtencin,las pastas mecnicas se caracterizan

pasta y papel

[E]

33

por un elevado contenido en ligninaresidual. En el caso de la pasta qumica,su obtencin se produce bsicamente atravs de dos procesos cuya diferenciaprincipal se encuentra en el agentequmico empleado para disolver a lalignina: el proceso al sulfato (o procesoKraft) y el proceso al sulfito.

Tradicionalmente, las pastas Kraftse destinan a la obtencin de papel, ylas pastas al sulfito se destinan a laobtencin de derivados qumicos de lacelulosa y papeles especiales. Noobstante, como consecuencia de losavances tecnolgicos desarrollados eneste sector, actualmente las aplicacio-nes en ambos casos se handiversificado.

En el ao 2000, segn la Food andAgriculture Organization of the UnitedNations (FAO) se produjeron cerca de166 millones de toneladas de pasta decelulosa a partir de fibras vrgenesprocedentes de maderas. De este

volumen total, el 74% se obtuvieronqumicamente, el 22% mecnicamente,y el restante 4% mediante procesossemiqumicos (figura 1).

La madera constituye la materiaprima correspondiente al 90% de laproduccin mundial de pasta de celulo-sa a partir de fibras vrgenes,obtenindose el 10% restante a partir demateriales no leosos como el camo,bamb o lino. A su vez, los datos de la

FAO indican que por cada tonelada depasta de celulosa obtenida a partir defibras vrgenes, se aaden 760 kg depapel reciclado.

De acuerdo a su origen, la pasta decelulosa se clasifica en fibra larga(conferas o softwood) y fibra corta(frondosas o hardwood).

Entre las maderas de fibra largadestacan diferentes especies de pinos yabetos mientras que en fibra corta

encontramos varias especies deeucaliptos, abedules y lamos. Todasellas presentan caractersticas comunescomo su abundancia y dispersingeogrfica, su renovabilidad y sususceptibilidad al procesamiento con lastecnologas actuales.

La figura 2 muestra las principalesdiferencias dimensionales entre lasfibras de maderas de frondosas yconferas.

Figura 1. Evolucin de la produccin mundial de pasta de celulosa destinada a laobtencin de papel y cartn. Fuente: FAO

Figura 2. Diferencias dimensionales entre las fibras de maderas de frondosas y deconferas.

Tabla 1. Principales procesos de obtencin de pasta de papel

ProcesoProcesoProcesoProcesoProceso Tipo de pastTipo de pastTipo de pastTipo de pastTipo de pastaaaaa ProcedimientoProcedimientoProcedimientoProcedimientoProcedimiento Rendimiento, %Rendimiento, %Rendimiento, %Rendimiento, %Rendimiento, %

Mecnico Mecnica Desfibrado mediante la accin de dos discos que giran en sentido contrario. 93 98

Termomecnica Procedimiento mecnico, con aplicacin de calor para debilitar la unin entre fibras. 91 95

Termoqumica Procedimiento mecnico, con adicin de agentes qumicos y aplicacin de calor. 65 90

Semiqumico Sulfito neutro (NSSC) Tratamiento qumico (adicin de sulfito y bicarbonato sdicos) previo al desfibrado mecnico. 65 90

Qumico Kraft al sulfato Degradacin de la lignina mediante una mezcla de sulfuro e hidrxido sdicos. 40 55

Sulfito Degradacin de la lignina mediante mezclas de sulfito sdico con distintas bases. 45 60

Alcalina Degradacin de la lignina mediante por la accin del hidrxido sdico. 45 55

34En funcin de la materia prima

empleada para la fabricacin de la pastade celulosa, se obtienen distintas propie-dades. Por este motivo, y para mejorar lasprestaciones de los productos acabados,es habitual realizar mezclas para aprove-char las ventajas de la fibra larga (deter-minadas propiedades mecnicas, mayorsusceptibilidad al procesamiento mecni-co), con las de la fibra corta (mejorespropiedades superficiales especialmenteen aspectos relacionados con la calidadde impresin).

A medio y largo plazo, el incrementodel consumo de papel y otros derivadosde la madera en los principales merca-dos ya existentes, unido a la incorpora-cin de un importante nmero deconsumidores en pases en vas dedesarrollo, plantea previsibles dificultadesen el suministro de materia prima parapoder dar respuesta a las crecientesnecesidades de madera.

En cierta medida, la solucin a esteproblema vendr dada por lapotenciacin de especies de crecimientorpido como el Pinus radiata o elEucalyptus globulus.

El papelBajo el nombre genrico de papel sepresenta un amplio abanico de produc-tos con muy diferentes aplicaciones yusos, siendo un buen ejemplo de suversatilidad 457 variedades de papelexistentes en el Pulp & Paper InternationalDirectory.

En general puede realizarse unaclasificacin de los tipos de papel segnel uso al que se destine.

Papel prensaPara este uso se utilizan papeles obteni-dos mediante procesos mecnicos,mezclados con otras fibras. El gramajese encuentra comprendido entre 50 y60 g/m2. En 1999, en Espaa se consu-mieron unas 632.000 t (un 9,9% deltotal).

Papel de impresin y escrituraSu procedencia abarca desde pastasobtenidas por procesos mecnicoshasta qumicos dependiendo de lacalidad deseada. As pueden distinguir-se papel para fotocopiadora, continuo,kraft, couch, alto brillo, etc, con

[E]

35

gramajes comprendidos entre 50 y 320g/m2. En Espaa representa el 30% delconsumo.

Papel sanitarioRepresenta un 6,8% del consumo total enEspaa siendo el mayor destino el usodomstico.

Papel para envases y embalajesAproximadamente el 50% del total consu-mido en Espaa corresponde a esteapartado.

Papeles especialesSe corresponden con la produccin dedeterminadas aplicaciones como elpapel biblia, papel moneda, papelesdestinados al embalaje de alimentos, etc.

En las ltimas dcadas, el crecimientodel consumo del papel se ha situado en

kg por habitante y ao en el caso de losEE.UU. frente a un valor promedio de 5,4kg en los pases africanos.

El consumo per cpita en Espaa sesituaba en 129 kg en 1996 y en 161 kgen 1999. Al mismo tiempo, Portugalaument desde los 85 kg de consumode papel por persona en 1996, hasta los100 en 1999 (la media europea es de200 kg).

Segn datos de Pulp & PaperInternational, la produccin de pasta ypapel se concentra en Europa yNorteamrica, con unas cifras del 70%para la pasta, y el 64,3% del papel ycartn. El consumo equivalente represen-ta el 59% del total.

un valor medio del 6% anual en los pasesen vas de desarrollo y un 2% en los pasesdesarrollados (figura 3).

A pesar del impacto de las nuevastecnologas de la comunicacin (Internet,CD-Rom, etc) o de la aparicin demateriales sustitutivos en los embalajestradicionales, se prev una continuidaden el fuerte crecimiento del consumo depapel en el mundo. Segn la FAO, en elperiodo comprendido entre los aos1993 y 2010, el consumo casi seduplicar, con un crecimiento estimadoen alrededor del 70% en Europa y del150% en frica y Asia.

El consumo per cpita mundial rondalos 50 kg por habitante y ao, congrandes diferencias segn el grado deindustrializacin de los pases. Comoindicador de estas diferencias cabemencionar un consumo superior a 350

El eucalipto comomateria prima en laindustria pasteropapeleraEn el ao 1923 la compaa portuguesaCAIMA emplea por primera vez en elmundo madera de E. globulus en laelaboracin de pasta de papel al bisulfitoy en 1957 la empresa PORTUCEL iniciala produccin de pasta de papel alsulfato.

En Espaa, ambas iniciativas sonseguidas respectivamente por lasempresas SNIACE y ENCE y supusieronun enorme desarrollo de las plantacionesde eucalipto orientadas a la produccinde fibra para elaborar pasta de papel.

En Galicia, el Grupo EmpresarialENCE instal en 1963 una fbrica depasta en Pontevedra. En una primeraetapa consumi madera de pino(30.000 toneladas anuales), pasandoposteriormente, tras una reconversintecnolgica, a abastecerse nicamentecon eucalipto. En la actualidad estconsiderada una de las factoras pione-

Figura 3. Evolucin de la produccin mundial de papel y cartn. Fuente: FAO

36

blanco constituye una materia primaptima para la obtencin de pastaqumica es necesario profundizar en lamorfologa de su fibra y en la composi-cin qumica de su madera.

En general, las maderas de conferaspresentan una mayor contenido enlignina y hemicelulosas que las frondo-sas; y, consecuentemente, un menorcontenido en celulosa. Desde el puntode vista de la pasta qumica, este hechoresulta determinante con respecto alrendimiento del proceso.

A su vez, la estructura de cadafraccin tambin repercute en la calidadde la pasta obtenida. As, en general, elcontenido en -celulosa (celulosa conestructura cristalina que no se degradaen las condiciones alcalinas del proce-so de deslignificacin) de las maderasde frondosas es mayor que el de las

maderas de conferas.Otra diferencia importante viene

dada por la estructura polifenlica queconstituye la lignina de las maderas defrondosas. En este sentido, la propor-cin de unidades siringlicas yguayaclicas afecta a la reactividad dela lignina en medio alcalino. Este hechocondiciona la facilidad dedeslignificacin en el proceso Kraft,repercutiendo en la degradacin quesufren las cadenas polisacridas(celulosa y hemicelulosas) y, porconsiguiente, en el rendimiento delproceso. Hay que destacar que lamadera de eucalipto es una de lasfrondosas que presenta un mayorcontenido en unidades siringlicas (82-86 % de la lignina).

La elevada reactividad de la lignina dela madera de eucalipto, permite adems

ras en innovacin y desarrollo de lafabricacin de pasta TCF (TotallyChlorine Free), a partir de madera deeucalipto.

Como indicador del desarrolloalcanzado en las tecnologas de aprove-chamiento de la fibra de eucalipto paraobtener pasta de celulosa, basta decirque en el ao 1999 la produccin depasta de eucalipto (6,3 millones de t) yasupona el 48% de la produccin mun-dial de pasta de fibra corta.

Actualmente, existen dos fbricasque fabrican pasta qumica de celulosa,

mediante el proceso Kraft, en laEurorregin Galicia-Norte de Portugal:La fbrica del Grupo EmpresarialENCE, S.A. de Pontevedra (Galicia), conuna capacidad de produccin de unas330.000 toneladas anuales.La fbrica de Portucel Viana - EmpresaProductora de Papeis Industriais, S.A,situada en Viana do Castelo (Norte dePortugal), con una capacidad deproduccin de 270.000 toneladasanuales.

Para comprender por qu el eucalipto

Figura 4. Composicin qumica de algunas maderas de frondosas destinadas a laobtencin de pasta de celulosa. Fuente: Centro de Investigacin de ENCE (CIE)

[E]

37

aplicar secuencias de blanqueo total-mente exentas de cloro (TCF) repercu-tiendo positivamente en el impactomedioambiental de este tipo de indus-trias. La eliminacin de compuestosclorados en la secuencia de blanqueoconduce a la eliminacin drstica deAOX (compuestos organoclorados) enlos efluentes.

El reducido contenido de lignina(figura 4) acompaado de un elevadocontenido de holocelulosa (celulosas yhemicelulosas), conduce a la obtencinde pastas con un elevado rendimiento.Este hecho unido a su elevada densi-dad bsica, permite obtener un consu-mo especfico de materia prima muyinferior al requerido por otras especies(tabla 2).

Por otro lado, las propiedades delpapel obtenido, dependen fundamental-mente de la morfologa de las fibrasempleadas, y del procedimiento detransformacin seguido, particularmenteen la etapa de refino.

presentan una menor inclinacin encomparacin con otras frondosas. Estehecho origina una mayor rigidez, queconfiere al papel una estructura volumi-nosa y una alta opacidad.

En resumen, las buenas condicionesde la madera de E. globulus para suaprovechamiento por la industria pastero-papelera vienen dadas por las siguientescaractersticas:

El reducido contenido de lignina, juntocon la elevada reactividad que presentaen las condiciones de deslignificacinempleadas en el proceso Kraft,permiten obtener pastas con un elevadorendimiento y grado de blancura, bajocontenido en lignina residual, y reducidadegradacin de la celulosa yhemicelulosas.La baja degradacin de las fibras,durante el proceso, permiten mantenersus propiedades mecnicas, permitien-do la obtencin de pastas y papeles

La tabla 3 muestra las caractersticasbiomtricas de diferentes tipos de fibras,procedentes de maderas de frondosas,empleadas para la obtencin de pastade celulosa.

Para el caso del Eucalyptus globulus,se considera como promedio unalongitud de fibra de 1,05 mm con unaseccin de 19 micras.

Por otro lado, la granulacin de lasfibras de eucalipto, entendida como lamasa por unidad de longitud de fibra, esde las menores de las encontradas en elmercado de la celulosa. Todo elloconduce a que el nmero de fibras porunidad de volumen sea de los ms altosencontrados (en torno a 20.000.000frente a 1.000.000 correspondiente adiversas especies de pinos norteamerica-nos).

Con respecto a la estructura interna,tambin existen diferencias en el caso delE. globulus. As, las microfibrillas presentesen la pared secundaria de las fibras,

Eucalyptus globulusEucalyptus globulusEucalyptus globulusEucalyptus globulusEucalyptus globulus Eucalyptus camaldulensisEucalyptus camaldulensisEucalyptus camaldulensisEucalyptus camaldulensisEucalyptus camaldulensis Eucalyptus grandisEucalyptus grandisEucalyptus grandisEucalyptus grandisEucalyptus grandis Eucalyptus salignaEucalyptus salignaEucalyptus salignaEucalyptus salignaEucalyptus saligna Betula pendulaBetula pendulaBetula pendulaBetula pendulaBetula pendula

Longitud de fibra (L), mm 1,05 0,81 1,02 0,83 1,25

Espesor de pared (e), m 4,2 4,3 2,8 3,0 3,1Anchura de fibra (a), m 19 16 22 17 18Relacin longitud/anchura 55 51 46 49 69

Anchura de lumen (lu), m 10,5 8 17 11 9,8ndice Runkel (2e/lu) 0,80 1,08 0,33 0,55 0,63

Coef. flexibilidad (100 lu/a) 55 50 77 65 54

Proporcin pared (100 2e/a) 44 54 25 35 34

Fuente: Centro de Investigacin de ENCE (CIE).

Tabla 3 Principales indicadores para caracterizar la fibra en la industria pastera-papelera

Tabla 2. Rendimiento en materia prima dedistintas especies de frondosasEspecieEspecieEspecieEspecieEspecie Consumo especfico, mConsumo especfico, mConsumo especfico, mConsumo especfico, mConsumo especfico, m33333/tAD/tAD/tAD/tAD/tAD

Eucalyptus globulus 2,9

Eucalyptus camaldulensis 4,6

Eucalyptus grandis 3,9

Eucalyptus saligna 3,5

Betula pendula 4,5Fuente: Centro de Investigacin de ENCE (CIE)

38

adecuados para aquellas aplicacionesen las cuales las propiedades mecni-cas desempean un papel fundamental(por ejemplo, papel de impresinempleado en fotocopiadoras en dondela resistencia al desgarro es determinan-te).El reducido contenido en lignina residualcontribuye a la estabilidad en la blancuradel producto final.La dimensin de sus fibras permiten suempleo como aditivo en aquellas pastasobtenidas a partir de fibras largas en lasque las exigencias en el grado de lisurasea determinante, sin comprometer suspropiedades mecnicas.El elevado contenido de fibras porunidad de masa junto con su reducidotamao permite producir papeles conreducidos espesores y altos gramajes,caracterizados por una notable opacidady lisura. Estas caractersticas permitenobtener productos de elevada calidad,como los papeles grficos.

Su capacidad de absorcin permite lamejora en los tratamientos con coloran-tes y/o resinas para la obtencin dedeterminados productos, sin perjudicar suaplicacin para la obtencin de papelpara imprenta.Por ltimo, la elevada flexibilidad de lasfibras de eucalipto (debido a las caracte-rsticas fsicas de la fibra junto con lapresencia de las hemicelulosas) y elelevado nmero de fibras por unidad demasa resultan una de las caractersticasms importantes para su destino a laobtencin de papeles absorbentes (porejemplo, papel higinico).

BibliografaARACRUZ CELULOSE, S.A. .2001. http://www.aracruz.com.br

ATCHINSON, J.E.; MCGOVERN, J.N. 1993.Hystory of paper and the importance ofnon-wood plant fibres. Hamilton & B.Legold (Eds.) Paper and paper manufac-ture. Vol. 3. Secondary fibres and non-wood pulping. TAPPI Press. Atlanta, GA.

BERMDEZ, J.D. 1999. La industria de lapasta de celulosa, papel y cartn.Revista del Centro de Innovacin yServicios Tecnolgicos de la Madera, 3.

GRUPO EMPRESARIAL ENCE, S.A. 2000. http://www.ence.es

FOOD AND AGRICULTURAL ORGANIZATION OF THEUNITED NATIONS. 2000. Forestry data. FAOStatistical Data.

PORTUCEL EMPRESA PRODUCTORA DE PASTA EPAPEL, S.A. 2001. http://www.portucel.pt

SNCHEZ, F. 1999. Caractersticas de laspastas papeleras de Eucalyptusglobulus. Ingeniera Qumica, 356.

SOCIEDADE PORTUGUESA DE PAPEL, S.A. 2001.http://www.soporcel.pt

WALLIS, A. 1999. Test for lignin type willaid eucalypt breeding. Onwood,27(Summer 1999/2000). CSIRO,Australia.