"Efecto del refinado en las propiedades de pastas celulósicas de paja de trigo ""a la sosa"" blanqueadas mediante métodos tcf"

Abstract

En el presente trabajo se plantea el estudio del efecto del refinado sobre las características físico-químicas de pastas celulósicas blanqueadas mediante métodos TCF (totalmente libres de cloro). Las pastas celulósicas se obtienen mediante el procedimiento "a la sosa" utilizando paja de trigo como materia prima. Las pastas celulósicas utilizadas para este estudio fueron suministradas por la empresa ECOPAPEL, S.L. de Écija (Sevilla), que fabrica dichas pastas con el objetivo de utilizarla en la fabricación de cajas para embalaje de alimentos, cartones de huevos, cajas para frutas, etc. La fabricación de papel implica dos procesos: obtención de la pasta y formación de hojas. El proceso de obtención de pasta consiste en la transformación de las materias primas en fibras celulósicas aisladas en una suspensión acuosa diluida, mediante la separación de la lignina, que es el agente que, a modo de cemento, aglomera las fibras y fija su posición. En el proceso de formación de la hoja de papel, la pasta, tratada convenientemente para desarrollar algunas propiedades características, se somete a operaciones que tienen por finalidad extenderla en forma de láminas y eliminar la mayor parte de su humedad. La industria de pasta y papel está en constante evolución debido a la competencia en el mercado y a los altos costos de energía asociados con el procesamiento por lo que es importante buscar alternativas para minimizar los costes energéticos y solucionar el problema de la escasez de materia prima. Los actuales retos de la industria de pasta y papel van encaminados en producir pastas de mejor calidad, utilizando materia prima sostenible y al mismo tiempo preservar el medio ambiente al usar menor cantidad de agua y de energía, y minimizando la contaminación resultante de efluentes (licor negro) generado en la digestión de la pasta. Debido al aumento constante en la demanda de la producción de papel y a la limitada disponibilidad de recursos madereros convencionales, las investigaciones van dirigidas a buscar recursos no madereros como la paja de trigo. Actualmente, sólo el 8-10% del papel mundial está hecho de fibras agrícolas como paja de trigo, paja de maíz, paja de arroz. Dentro de las tecnologías respetuosas con el medio ambiente se han de incluir, además de la utilización de materias primas alternativas a la madera convencional, los procesos de pasteado y de blanqueo de las pastas menos contaminantes. Esto se consigue utilizando procesos de pasteado que no utilicen azufre como el proceso "a la sosa" y procesos de blanqueo que empleen agentes blanqueantes sin cloro elemental o totalmente libres de cloro (blanqueos ECF y TCF). Como materia prima no maderera para lleva a cabo este trabajo se ha escogido la paja de trigo ya que es un residuo abundante y porque en principio parece que proporciona pastas con mejores características físicas que otros residuos. Uno de los principales problemas que presentan este tipo de materia prima es la baja calidad del papel que se obtiene comparado con los obtenidos a partir de madera, debido principalmente al alto contenido en material no fibroso. La paja de trigo tiene un 50% de fibras siendo el resto material no fibroso. Por ello uno de los objetivos de este trabajo es el refinado de las pastas para mejorar las características físicas de las mismas. En primer lugar se realiza un análisis físico-químico de las propiedades de las pastas de paja de trigo "a la sosa". Se lleva a cabo su refinado a distintas revoluciones PFI y se estudia su efecto para seleccionar el intervalo de esta variable para su estudio posterior en las pastas ya blanqueadas. Se ensaya un diseño experimental factorial de composición central para el estudio de la influencia de las variables de operación de los distintos procesos de blanqueo, sobre las propiedades de las pastas y de las hojas de papel procedentes de ellas. Se llevan a cabo los blanqueos TCF de las pastas de paja de trigo "a la sosa" con distintos reactivos oxidantes en una sola etapa con (peróxido de hidrógeno y perborato de sodio), mezcla de reactivos (peróxido de hidrógeno junto con perborato de sodio) y una secuencia de blanqueo en dos etapas (una primera etapa con perborato de sodio y una segunda etapa con peróxido de hidrógeno). A continuación se refinan las pastas blanqueadas y se estudia su efecto sobre las características físico-químicas de las mismas. En los blanqueos en una sola etapa y con un reactivo oxidante, con el objetivo de comparar los resultados, se mantiene constante el intervalo de las variables de operación: temperatura (55-85°C), concentración de reactivo (1-7% s.p.s.), y número de revoluciones PFI (0-1500 rev.). El tiempo se mantiene constante en todos los experimentos (90 minutos) Asimismo, en los blanqueos con mezcla de reactivo también se mantiene constante el intervalo de las variables de operación: temperatura (55-85°C), concentración de peróxido de hidrógeno (1-7% s.p.s.), y número de revoluciones PFI (0-1500 rev.). La concentración de perborato de sodio (7% s.p.s.) y el tiempo se mantiene constante en todos los experimentos (90 minutos). En el caso del banqueo secuencial, en la primera etapa se mantienen constantes todas las variables: temperatura (85ºC), concentración de perborato de sodio (7% s.p.s.) y tiempo (90 minutos). En la segunda etapa se procede igual que en el caso del blanqueo en una sola etapa utilizando como reactivo de blanqueo peróxido de hidrógeno. Los datos experimentales se ajustan a un modelo polinómico de segundo orden, encontrándose ecuaciones que relacionan las distintas variables respuesta con las de operación, capaces de reproducir los resultados experimentales con errores menores del 14% en la mayoría de los casos. Se comparan los resultados de las variables respuesta obtenidas a distinto número de revoluciones PFI (0, 750 y 1500 rev.). En general todas las propiedades físicas de las pastas blanqueadas se mejoran al aumentar el número de revoluciones siendo este aumento cada vez menor. Para la blancura ocurre lo contrario, disminuye al aumentar el número de revoluciones. Finalmente se realiza un estudio comparativo de los distintos blanqueos llevados a cabo. Los menores índices kappa los presentan las pastas blanqueadas en dos etapas seguidas de las pastas blanqueadas con mezcla de reactivos. Los mayores valores de viscosidad se obtienen al blanquear con perborato de sodio y al blanquear en dos etapas. Y La mayoría de las propiedades física de las hojas de papel (excepto el índice de estallido) y la blancura se mejoran en mayor proporción cuando se blanquea en dos etapas. El mejor índice de estallido se obtiene cuando se blanquea con mezcla de reactivos.