C10

José González Castillo

AGS1

C-10 

1.MATÈRIES PAPERERES

-Les matèries primes del paper són:

·Fibres; componen el cos del paper i són físicament el suport.

·Càrregues i pigments; serveixen per atribuir propietats específiques al paper.

·Additius; modifiquen les característiques físiques del paper.

1.1 Fibres del paper

Existeixen tres tipus; de fusta, de plantes sense fusta, i sintètiques. És la part més important de les formacions vegetals i s'utilitzarà com a primera matèria del procés de fabricació del paper.

De fusta

Segons la llargària de la fibra aquestes es classifiquen en dues parts, FAFP i FAFC.

FAFP: Resinoses, des de fusta de pi i avet. Són les fibres més llargues (de 2 a 4 mm). Donen al paper una característica de resistència important. Normalment s'utilitzen per a fer paper de baix gramatge i bosses de paper.

FAFC: Frondoses, a partir de fusta d'eucaliptus, bedoll i faig. Són les fibres més curtes (1mm). Donen al paper una característica de llisor i bona formació (sense imperfeccions de forats o grumolls). S'utilitzen en papers de gramatges superiors a 150g/m2 sent quasi bé el 100% del suport.

Fibres provinents de plantes sense fusta

-Les més usades son les que conformen residus de canya de sucre i palla de cereals, però també s'obtenen del cànem, del cotó, de l'espart i del lli. Qualsevol vegetal que presenti fibres pot ser utilitzat per a la creació de paper, però amb major o menor qualitat.

-Les variacions de la llargada de la fibra varia molt (des de 0.5mm de, per exemple, la palla d'arròs fins als 30mm del cotó.

-Segons de quina planta provingui tindrà un ús o un altre. Posant els mateixos exemples que abans, la palla servirà per a paper bíblia i tripa de cartró ondulat, i el cotó per papers especials d'elevada resistència i tacte suau.

Fibres sintètiques

-S'utilitzen en papers que han d'oferir una resistència molt elevada a causa del seu ús.

-La seva fabricació es fa a partir de la dissolució de PE.

1.2 Càrregues i pigments

-Formen part del paper en quantitats elevades. La diferència de composició entre càrregues i pigments és pràcticament nul·la, però les càrregues es barregen amb el suport paperers a les tines abans de ser pròpiament el suport, mentre que els pigments el conformen a la part superficial d'aquest suport. També cal dir que la diferència granulometria de càrregues i pigments és diferent.

·Càrregues; les més usuals son el caolí, el talc, el carbonat càlcic i el sulfat càlcic. Poden donar característiques positives com negatives al paper.

·Pigments; constitueixen la part principal de la salsa d'estucat. Dóna al paper una gran llisor i una bona microporositat (i com a conseqüència es gasta menys tinta).  Els pigments més usats son:

a) Caolí; és el més usat de tots. La seva disposició química és hexagonal i per això dóna una superfície molt tancada i uniforme. Dóna bona brillantor en el calandrat.

b) Carbonat de càlcic; s'usa precipitat. Te bon poder de cobertura, bona opacitat i s'usa en paper mate. La brillantor es menor que en el caolí però absorbeix més que el caolí.

c) Blanc satí; s'usa poc perquè requereix un preparat previ (s'ha de moldre..). Dóna bona brillantor.

d) TiO2 (diòxid de titani); s'usa poc perquè és molt car. Dona una opacitat molt elevada.

f) Pigments sintètics; es produeixen al laboratori. Milloren la uniformitat superficial del paper.

*Efectes de càrregues i pigments sobre el paper

·Propietats

-Químiques

-Blancor

-Opacitat; si l'índex de refracció de la llum sobre el paper, la finura de la partícula que composa el paper, i la quantitat de càrrega del paper augmenten la opacitat resultant és, en els tres casos, més alta. Aquestes tres opcions fan que la llum no passi a través del paper i això el fa més opac.

-Densitat; la fórmula de la densitat és 'densitat = massa / volum', i aplicada a la quantitat de càrrega per paper, fa que la densitat augmenti conforme aquesta augmenta també. El volum és el mateix, però existeix més massa en aquest espai. Davant dos papers del mateix gramatge, el que té més densitat té menor volum específic i menor espessor

*el gramatge es defineix com la relació entre la massa d'un paper i la seva superfície.

*el volum específic es la relació entre el volum que ocupa un paper i la seva massa.

-Grandària de partícula; com més fina és la partícula, tant la blancor com la opacitat i la microporositat augmenten.

Conclusions de les propietats i efectes de càrregues i pigments sobre el paper:

-Les càrregues proporcionen menys porositat i més possibilitat de brillantor.

-Els pigments canvien característiques superficials per donar millor qualitat en imprimir.

1.3 Additius 

-Són productes que modifiquen característiques físiques del paper, afegits a aquest en el procés de producció del paper per tal de millorar-lo. Existeixen diferents tipus d'auditius segons el factor que alteren del paper.

a)Productes d'encolat: l'encolat disminueix la permeabilitat a l'aigua. Antigament aquest auditiu d'encolat s'aplicava pH àcid que era un inconvenient pel paper, però ara es pot aplicar en pH neutre.

·L'encolat de medi àcid; s'utilitzen coles de colofònia (extretes de la fusta resinosa). Es poden trobar en medi sòlid com a pols, o en medi líquid. S'afegeixen compostos com per exemple el sulfat d'alumini (III), que regula aquest pH àcid i fa precipitar les resines en el suport.

·L'encolat en medi neutre; són productes sintètics, i al ser neutre no s'ha de regular el pH del procediment d'encolat. En relació a l'altre encolat, no envelleix tant el paper, les tintes s'assequen millor,  existeix menor corrosió en les màquines i els residus resultants con més fàcils de tractar.

b) Lligands d'estucat: aquest additiu s'ha de controlar ja que si es proporciona en una quantitat deficient produeix problemes d'arrencat de la capa d'estucat, però si es proporciona en excés produeix problemes d'absorció de la tinta.

c) Antiescumants: les escumes produeixen una mala formació del paper i aquest additiu s'afegeixen per evitar la formació d'aquestes escumes.

d) Resines de resistència en humit: s'afegeixen a suports que hauran d'estar en contacte constant amb la atmosfera i l'humitat de l'exterior, i funcionen evitant que el paper es mulli, i insolubilitza els lligands d'estucat.

e) Blanquejants òptics: Donen blancor al paper, són d'ús molt habitual i s'afegeixen a tota la massa del suport.

f) Colorants: s'usen per donar color al suport, i segons la utilitat que se li donarà al paper s'afegiran en la totalitat de la massa o en la superfície del suport (massa -> paper no estucat de qualitat / superfície -> paper per treballs d'usar i llençar)

g) Microbicides: la funció d'aquest additiu es la d'eliminar agents biològics que poden interferir en la fabricació del paper,  com per exemple poden existir problemes de brutícia i de trencament del paper.

h) Retentius i floculants: milloren la retenció de les càrregues en el paper.

2. LA FUSTA

2.1. Composició química de la fusta

-La fusta està composada per, entre d'altres compostos que no són importants a l'hora d'estudiar el procés de fabricació del paper, carbohidrats (cel·lulosa, hemicel·lulosa...) i lignina.

·Els carbohidrats:

-La cel·lulosa; forma part de la paret cel·lular de les cèl·lules vegetals. Com a carbohidrat, es classifica com un polisacàrid de glucosa. Una de les seves característiques principals es la hidrofília, és a dir que la seva relació amb l'aigua és d'atracció.

-Hemicel·luloses; és un polisacàrid fet de glucosa, manosa, galactosa, arabinosa i xilosa (components monosacàrids). Es degraden fàcilment en la cocció de la fusta, per tant la concentració d'hemicel·lulosa de la fusta sempre és més gran que la de la pasta de paper.

·Lignina:

-Es tracta d'un compost químic complex, amorf i de color fosc. El seu objectiu és el d'unir fortament les fibres i s'ha d'extreure a l'hora de portar a terme el procés de fabricació del paper.

-El problema que es presenta quan no s'extreu la lignina és que el paper resulta amb una tonalitat marronosa molt poc estètica.

·Altres:

-Poden ser resines, essències, olis aromàtics... Tan sols son el 2%- 4% del material total.

2.2 Preparació de la fusta

·Tallat:

-El tallat de la fusta és òbviament el primer pas del procés de la preparació de la fusta. Aquest tall es duu a terme segons la longitud de la fibra (en fustes frondoses 15 anys, en fustes resinoses 20 anys), i segons el diàmetre del tronc (de 15 a 30 cm).

-L'esmotxament es duu a terme per a treure la copa i les branques del arbre que serà transportat en trossos de 2 a 2'5 metres fins les instal·lacions del processat.

·Escorxament:

-Aquest procediment és l'encarregat d'eliminar l'escorça de l'arbre processat, ja que no és apta per l'aportació de fibres de cel·lulosa, embruta les pastes de paper i significa més massa per la qual s'han de gastar reactius i energia per processar-la.

-L'escorxament mecànic es realitza amb el tambor escorxador. Però aquest escorxament també pot ser químic mitjançant reaccions químiques que provocarien la separació.

·Estellat:

-En aquest procediment els troncs són reduïts a estelles i petites partícules que facilitaran la producció del paper. L'estellador més usat és el de tipus volant. És imprescindible per pastes mecàniques de refí, semiquímiques i químiques.

-La grandària de l'estella ha de ser uniforme, i així ho procura el processat.

·Emmagatzemat:

-Una vegada preparada la fusta per a la pasta de paper s'ha d'emmagatzemar en un lloc séc, net, i airejat. A més per una bona conservació, el que la fusta estigui ben escorxada compta a favor.

3. FABRICACIÓ DE PASTES

-Mitjançant uns processos mecànics i químics es converteixen les petites estelles en una pasta de massa fibrosa que acabarà sent el paper.

-Hi han dos tipus de fabricació pastes; les pastes mecàniques i les pastes químiques.

3.1 Pastes mecàniques

-Dintre d'aquest tipus de fabricació de la pasta existeixen quatre subtipus; clàssica (o de moles), d'estelles (o de refí), termomecànica, i químicotermomecànica.

1. Clàssica (o de moles); s'obté a partir de troncs de fusta resinoses. Una mola cilíndrica de superfície abrasiva humidificada constantment mentre que les capes fibroses son calentades per fregament, produint la separació de fibres (en estelles de poques fibres o fibres soles). L'aigua aplicada té la funció de absorbir la calor per a que la fusta no es cremi, rentar la mola i fer de suport vehicular de la pasta.

*Avantatges; rendiment elevat, instal·lacions reduïdes, bones característiques de la pasta.

*Desavantatges; propietats físiques baixes, difícil de depurar i blanquejar. Blancor baixa.

2. D'estelles (o refí); no pot fer servir la fibra curta (frondosa). La pasta en aquest cas es menys degradada, i les propietats físiques augmenten (longitud ruptura, índex d'esclat, índex estripament...).

*Avantatges; possibilitat d'usar fusta de rebuig, disminució mà d'obra, millors característiques pasta i de qualitat uniforme, i amb un control de qualitat senzill.

*Desavantatges; Major inversió, consum d'energia, i cost de manteniment.

3.Termomecànica; millora el procés de la pasta mecànica d'estelles. Es tracten les estelles prèviament amb vapor, i disminueix la força d'unió de la lignina i de les fibres.

*Avantatges respecte pasta mecànica d'estelles; millor separació, obtenció de fibres més llargues, i les fibres no sofreixen tant.

4. Químicatermomecànica; s'anomena també semiquímica. Rendiment 60-80%. Es digereixen les fibres amb sosa, sense cocció. Passa per discs de refí i s'obté la pasta.

*Avantatges; tractament químic de la fusta, inexistent en termomecànica. Blanquejament possible després del tractament.

3.2 Pastes químiques

-Existeix un tractament químic de la fusta, que elimina quasi tota la lignina. Aquest tractament pot ser a patir de bisulfit, o a partir de sulfat. Es poden barrejar amb pastes mecàniques.

·Al bisulfit:

-S'utilitza bisulfit càlcic, magnèsic i amònic per tal de fer una cocció de la pasta a 130-140ºC durant 6-8h. Els reactius empleats es perden durant el procediment, i s'ha de dur a terme en un recipient a pressió resistent a les altes temperatures i a les altes condicions de pH àcid. Aquest mètode ha sigut substituït per el procediment amb sulfat.

·Al sulfat:

-El procés consisteix en utilitzar una solució de compostos químics del sodi i sofre (sulfur de sodi, peroxid de sodi, sulfat de sodi, i trioxidocarbonat de disodi) per a digerir les estelles prèviament separades al buit en la tolva. La mescla es digereix a 130-170º i fortes pressions. Les estelles es transformen en la pasta desitjada. Al final de la cocció la solució química es separada, i podrà ser reutilitzable. També s'extrau la lignina. Es renta la pasta amb aigua i es torna a condicions estàndard (cosa que provoca que les fibres s'alliberin adequadament).

4. BLANQUEIG DE PASTES

-Aquest procediment de blanqueig pot ser viable o no segons la pasta de paper resultant en les etapes de fabricació d'aquest. Sent com a regla que la pasta de paper química sempre s'haurà de blanquejar, i que la pasta mecànica normalment es deixa el blanc original. Dins d'aquests paràmetres existeixen diferents tipus de blanqueigs:

-Blanqueig convencional; està fet amb clor i derivats del clor. Segons la blancor final requerida el tractament repetirà o no certs passos del blanqueig, que són Cloració, Extracció de la sosa, Reacció amb el diòxid de clor, Reacció amb el peròxid d'hidrogen, i Reacció amb hipoclorit sòdic.

-Blanqueig amb diòxid de clor; substitueix el clor i els derivats clorats que són bastant contaminants. Deslignifiquem amb oxigen substituïnt el clor per diòxid de clor.

-Blanqueig amb ozó; l'ozó es crea fent passar oxigen per un arc elèctric, i aquest deslignifica la pasta. Aquest procediment degrada més la cel·lulosa que els altres anteriors i es difícil obtenir l'ozó.

-Blanqueig amb enzims; els enzims que s'apliquen degraden els enllaços entre la lignina i les fibres, i és més fàcil de separar.

-Blanqueig amb aigua oxigenada; s'utilitza en pastes quimicotermomecàniques i com complement d'altres blanqueigs. L'aigua oxigenada canvia l'estructura de la lignina, i canvia el color d'aquesta. No es necessari extreure-la.

*Després de qualsevol blanqueig la pasta es depura, i es transporta en fulls de pasta d'humitat 10%. Si el transport no és excessivament llarg la pasta pot ser transportada amb humitat 50%, però s'ha d'usar enseguida.

5. PREPARACIÓ DE PASTES

-Aquí es classifiquen les fibres papereres segons si s'utilitzen per primera vegada o no; en fibres primàries i fibres secundàries.

5.1 Primàries

-S'obtenen de la fusta, de plantes anuals i retalls de fàbriques residuals.

-El primer pas es el pulper, que té com a objectiu individualitzar les fibres, mitjançant una hèlix en la seva part inferior. El segon pas es el despastillador, que amb els dos discos amb punxes que té completen la desfibració de la pasta. D'aquí passen al refinador, que confereix a la pasta unes característiques per a obtenir diferents tipus de paper mitjançant els procediments de batut, fregament i tall.

5.2 Secundàries

-S'obtenen d'impresos i manipulats com el cartró, i s'utilitzen en paper reciclat i mesclat amb fibres primàries.

-El procés es semblant al de les pastes de fibres primàries, sols que després del pulper, es destinta la pasta i es dirigeix a la refinadora.

6. MÀQUINA DE PAPER

·Després del refinat del paper en la seva preparació la pasta de paper es dirigeix a les següents parts d'una màquina de paper:

-Tina de mescla; Aquí és on es realitza la formulació del paper. Es mesclen fibres, càrregues i additius en massa.

-Depuració; S'eliminen les impureses que hagin quedat (sorra de càrregues, plàstic, metall, zones no cuites de la pasta...). Se solen juntar 2 tipus de depuració; probabilístic i centrífug, on s'eliminen les partícules voluminoses a través d'un tamís i s'eliminen les partícules pesades a través de la força centrífuga, respectivament.

-Màquina de paper; aquesta màquina consta de diferents parts que la constitueixen:

*Caixa de cap de màquina (s'encarrega d'expulsar la pasta de paper en una fina capa sobre la tela de la màquina de paper, i s'orienta el sentit de la fibra amb moviments horitzontals).

*Taula plana (es comença el degoteig i el secat, mitjançant diferents mecanismes com els Foils o el Dandy roll, un gran cilindre).

*Premses i assecadors (una vegada el paper ha aconseguit consistència s'elimina la humitat mitjançant pressió amb premses i  calor amb els assecadors).

*Llises (s'utilitza pressió per a aconseguir una llisor especial).

*Pope (el paper fabricat s'enrotlla en grans bobines per al seu posterior ús).

7. ESTUCATS FORA DE MÀQUINA

-Per últim es realitza un estuc si és necessari a el paper resultant. S'utilitza una salsa d'estuc prèviament preparada (inclou pigments, lligands d'estucat, antiescumants i altres additius de superfície).

-Aquest procediment s'aplica a la estucadora que aplica la salsa d'estuc mitjançant rodets i dosificant-la. La dosificació pot fer-se per dos tipus;

·Rasqueta:

-És la més comú. S'aplica amb un rodet sobre el suport, i es dosifica amb una làmina d'acer (flexible o no).

·Llavi bufador:

-S'aplica també amb un rodet, però la dosificació es fa mitjançant un flux laminar d'aire a pressió. Aquest procediment es fa en papers per a la seva aplicació futura en art.

*estucat d'alta brillantor.

-Warren; aplicació amb llavi bufador, preassecatge amb IR, assecat amb cilindre cromat a 180ºC, i estucat a una cara

-Champion; aplicació per rodet, assecat amb cilindre cromat a 80ºC, i estucat a una cara.

8. EXTRA: Propietats dels suports paperers

8.1 Òptiques

-Blancor; propietat subjectiva, que s'associa amb l'absència de groc/marró o blau. 

-Color; tonalitat que té un determinat suport paperer. També és pràcticament subjectiva. 

-Lluminositat; percentatge de reflexió d'una longitud d'ona estàndard de llum que té el suport. 

-Opacitat; capacitat que té el suport de tapar o no deixar veure els objectes a través, no deixar passar la llum.

-Brillantor; grau de llum reflexada pel paper. Brillant i mate són oposats.

8.2 Físiques

-Porositat; relació entre el volum d'aire del suport paperer respecte al volum total.

-Llisor superficial; diferència existent entre una superfície totalment plana i la que representa el suport.

-Gramatge; es defineix com la massa en grams d'una superfície d'un metre quadrat de suport. 

-Uniformitat d'espessor o calibre; és la distància existent entre una cara i l'altre del suport.

-Densitat aparent; és la relació entre la massa i el volum de la matèria que constitueix el paper.

-Duresa i compressibilitat; resistència d'un suport a ser deformat per pressió. 

-Estabilitat dimensional; capacitat d'un suport a mantenir estables les seves dimensions quan canvien les condicions ambientals o tensions.

-Uniformitat interna; homogeneïtat en que les fibres es troben distribuïdes constituint el paper.

8.3 Químiques

-Gran d'acidesa; es basa en l'escala logarítmica del pH (0-14). Una suport és àcid si té menys de 7 en aquesta escala.

8.4 Propietats que influeixen directament en la impressió

-Humitat absoluta; contingut d'aigua que posseeix un suport, expressat en %.

-Humitat relativa; guany o pèrdua d'humitat d'un suport segons l'ambient.

-Absorció; és la velocitat amb la que el suport fa penetrar la tinta al seu interior, comptant amb la quantitat que ho fa.

-Sentit de la fibra; direcció donada per la màquina de paper, alineació de les fibres que composen el suport.

-Neteja superficial; despreniment de fibres com de càrregues o pigments. Presència de pols important.

-Planeitat; grau de semblança amb l'horitzontal (veure; 8.2 llisor).

-Enquadrat; si l'enquadrat no és l'adequat la impressió no serà la correcta.

-Blistering; bombolles que poden aparèixer en el suport paperer a causa de la formació de vapor a l'interior d'aquest. 

-Resistència a la tracció; màxim d'esforç de tensió que pot suportar el paper abans de que es trenqui.

-Resistència a l'arrancat; falta de cohesió superficial del suport paperer. 

8.5 Propietats que influeixen en el producte imprès

-Resistència al plegat; nombre de plecs dobles que un suport paperer pot aguantar abans de la seva ruptura.

-Resistència a l'abrasió; resistència a les friccions sotmeses durant la utilització del suport.

-Resistència a l'aigua; resistència a la presència d'aigua (pluja o ambients humits).

-Resistència a la llum; propietat del paper a no degradar-se per la presència continua de llum.

-Resistència al calor; propietat del paper a retenir un % d'humitat quan es exposar a una calor més intensa del habitual

-Encolat; resistència que ofereix el suport a la penetració d'aigua.

-Permeabilitat al vapor d'aigua; quantitat de transmissió d'aigua d'un costat a l'altre del suport per la superfície d'un metre quadrat a temperatura constant en condicions ambientals estàndard.

-Permeabilitat als greixos; facilitat que presenten els suports paperers a la penetració de greixos. 

-Permeabilitat als gasos; Resistència que ofereix un suport paperer a la penetració i difusió d'un gas.