Pulpa (papel)

La pulpa es un material lignocelulósico fibroso que se obtiene mediante la producción química, semiquímica o mecánica de fibras celulósicas a partir de madera , cultivos de fibras , papel usado o trapos . Mezclada con agua y otros productos químicos o aditivos de origen vegetal, la pulpa es la principal materia prima utilizada en la fabricación de papel y la producción industrial de otros productos de papel . ^{[1] [2]}

Antes de la ampliamente reconocida invención de la fabricación de papel por Cai Lun en China alrededor del año 105 d. C., las civilizaciones antiguas producían materiales de escritura similares al papel, como el papiro y el amate, utilizando materiales vegetales que en gran parte no estaban procesados. Se tejían tiras de corteza o material de líber , se golpeaban hasta formar láminas ásperas, se secaban y se pulían a mano. ^{[3] [4]} La pulpa utilizada en la fabricación de papel moderna y tradicional se distingue por el proceso de maceración que produce una suspensión más fina y regular de fibras de celulosa que se extraen de la solución mediante una criba y se secan para formar láminas o rollos. ^[5] El primer papel producido en China consistía en fibras de líber de la planta de morera de papel (kozo) junto con trapos de cáñamo y restos de red. ^{[5] [6] [7]} En el siglo VI, los agricultores de China domesticaron el árbol de morera específicamente con el propósito de producir pulpa para su uso en el proceso de fabricación de papel. Además de la morera, la pulpa también se hacía a partir de bambú , corteza de hibisco , sándalo azul , paja y algodón . ^[7] La ​​fabricación de papel utilizando pulpa hecha de fibras de cáñamo y lino de ropa hecha jirones, redes de pesca y bolsas de tela se extendió a Europa en el siglo XIII, con un uso cada vez mayor de trapos que fue fundamental para la fabricación y asequibilidad del papel de trapo , un factor en el desarrollo de la imprenta . ^[1] En el siglo XIX, las demandas de producción de las industrias de fabricación de papel y de impresión recientemente industrializadas llevaron a un cambio en las materias primas, en particular el uso de madera para pulpa y otros productos de los árboles que hoy representan más del 95% de la producción mundial de pulpa. ^[8]

El uso de pulpa de madera y la invención de máquinas de papel automáticas a finales del siglo XVIII y principios del XIX contribuyeron al estatus del papel como un producto económico en los tiempos modernos. ^{[1] [9] [10]} Si bien algunos de los primeros ejemplos de papel hecho a partir de pulpa de madera incluyen trabajos publicados por Jacob Christian Schäffer en 1765 y Matthias Koops en 1800, ^{[1] [11]} la producción de papel de madera a gran escala comenzó en la década de 1840 con desarrollos únicos y simultáneos en pulpa mecánica realizados por Friedrich Gottlob Keller en Alemania ^[12] y por Charles Fenerty en Nueva Escocia . ^[9] Los procesos químicos siguieron rápidamente, primero con el uso de ácido sulfuroso de J. Roth para tratar la madera, luego con la patente estadounidense de Benjamin Tilghman sobre el uso de bisulfito de calcio , Ca(HSO ₃ ) ₂ , para pulpar madera en 1867. ^[2] Casi una década después, se construyó la primera fábrica comercial de pulpa de sulfito, en Suecia. Utilizaba magnesio como contraión y se basaba en el trabajo de Carl Daniel Ekman . En 1900, la pulpa al sulfito se había convertido en el medio dominante para producir pulpa de madera, superando a los métodos mecánicos de pulpa. El proceso de pulpa químico competidor, el proceso al sulfato o kraft , fue desarrollado por Carl F. Dahl en 1879; la primera fábrica de kraft comenzó a funcionar, en Suecia, en 1890. ^[2] La invención de la caldera de recuperación , por GH Tomlinson a principios de la década de 1930, ^[12] permitió a las fábricas de kraft reciclar casi todos sus productos químicos para la pulpa. Esto, junto con la capacidad del proceso kraft de aceptar una variedad más amplia de tipos de madera y producir fibras más fuertes, ^[13] hizo que el proceso kraft fuera el proceso de pulpa dominante, a partir de la década de 1940. ^[2]

La producción mundial de pulpa de madera en 2006 fue de 175 millones de toneladas (160 millones de toneladas). ^[14] El año anterior, se vendieron 63 millones de toneladas (57 millones de toneladas) de pulpa comercial (no convertida en papel en las mismas instalaciones), siendo Canadá la mayor fuente con un 21 por ciento del total, seguido de Estados Unidos con un 16 por ciento. Las fuentes de fibra de madera necesarias para la fabricación de pulpa son "45% de residuos de aserraderos, 21% de troncos y astillas y 34% de papel reciclado" (Canadá, 2014). ^[15] La pulpa química constituyó el 93% de la pulpa comercial. ^[16]

Los recursos madereros utilizados para fabricar pulpa de madera se denominan madera para pulpa . ^[17] Aunque en teoría cualquier árbol puede utilizarse para la fabricación de pulpa, se prefieren los árboles coníferos porque las fibras de celulosa en la pulpa de estas especies son más largas y, por lo tanto, producen papel más fuerte. ^[18] Algunos de los árboles más utilizados para la fabricación de papel incluyen maderas blandas como el abeto , el pino , el abeto rojo , el alerce y la cicuta , y maderas duras como el eucalipto , el álamo temblón y el abedul . ^[19] También existe un creciente interés en las especies de árboles genéticamente modificados (como el eucalipto y el álamo transgénicos ) debido a varios beneficios importantes que pueden proporcionar, como una mayor facilidad para descomponer la lignina y una mayor tasa de crecimiento.

Una fábrica de pulpa es una instalación de fabricación que convierte virutas de madera u otras fuentes de fibra vegetal en un tablero de fibra grueso que puede enviarse a una fábrica de papel para su posterior procesamiento. La pulpa se puede fabricar mediante métodos mecánicos, semiquímicos o totalmente químicos (procesos kraft y al sulfito). El producto terminado puede ser blanqueado o no, según los requisitos del cliente.

La madera y otros materiales vegetales utilizados para fabricar pulpa contienen tres componentes principales (además del agua): fibras de celulosa (necesarias para la fabricación de papel), lignina (un polímero tridimensional que une las fibras de celulosa) y hemicelulosas ( polímeros de carbohidratos de ramificación más corta ). El objetivo de la fabricación de pulpa es descomponer la estructura en masa de la fuente de fibra, ya sean astillas, tallos u otras partes de la planta, en las fibras constituyentes.

El proceso de despulpado químico logra esto degradando la lignina y la hemicelulosa en pequeñas moléculas solubles en agua que pueden eliminarse de las fibras de celulosa sin despolimerizarlas (la despolimerización química de la celulosa debilita las fibras). Los diversos métodos de despulpado mecánico, como el despulpado con madera molida (GW) y el despulpado mecánico refinador (RMP), separan físicamente las fibras de celulosa unas de otras. Gran parte de la lignina permanece adherida a las fibras. La resistencia se ve afectada porque las fibras pueden cortarse. Hay varios métodos de despulpado híbridos relacionados que utilizan una combinación de tratamiento químico y térmico para comenzar un proceso de despulpado químico abreviado, seguido inmediatamente por un tratamiento mecánico para separar las fibras. Estos métodos híbridos incluyen el despulpado termomecánico, también conocido como TMP, y el despulpado quimiotermomecánico, también conocido como CTMP. Los tratamientos químico y térmico reducen la cantidad de energía requerida posteriormente por el tratamiento mecánico y también reducen la cantidad de pérdida de resistencia que sufren las fibras.

La mayoría de las fábricas de celulosa utilizan buenas prácticas de gestión forestal en la tala de árboles para ^garantizar que tienen una fuente sostenible de materias primas . Una de las principales quejas sobre la tala de madera para las fábricas de celulosa es que reduce la biodiversidad del bosque talado. Las plantaciones de árboles para celulosa representan el 16 por ciento de la producción mundial de celulosa, los bosques primarios el 9 por ciento y los bosques de segunda, tercera y más generaciones representan el resto. ^[21] La reforestación se practica en la mayoría de las áreas, por lo que los árboles son un recurso renovable . El FSC ( Forest Stewardship Council ), SFI ( Sustainable Forestry Initiative ), PEFC ( Programa para el Reconocimiento de la Certificación Forestal ) y otros organismos certifican el papel fabricado a partir de árboles talados de acuerdo con directrices destinadas a garantizar buenas prácticas forestales. ^[22]

El número de árboles consumidos depende de si se utilizan procesos mecánicos o químicos. Se ha estimado que, basándose en una mezcla de maderas blandas y duras de 12 metros (40 pies) de altura y 15-20 centímetros (6-8 pulgadas) de diámetro, se necesitarían un promedio de 24 árboles para producir 0,9 toneladas (1 tonelada) de papel para impresión y escritura, utilizando el proceso kraft (pulpa química). La pulpa mecánica es aproximadamente el doble de eficiente en el uso de árboles, ya que casi toda la madera se utiliza para hacer fibra, por lo tanto, se necesitan alrededor de 12 árboles para producir 0,9 toneladas (1 tonelada) de pulpa mecánica o papel de periódico . ^[23]

En una cuerda de madera hay aproximadamente dos toneladas cortas . ^[24]

El astillado de madera es el acto y la industria de trocear madera para pulpa, pero también para otros productos de madera procesada y mantillo . Solo el duramen y la albura son útiles para hacer pulpa. La corteza contiene relativamente pocas fibras útiles y se extrae y se utiliza como combustible para proporcionar vapor para su uso en la fábrica de pulpa. La mayoría de los procesos de troceado de madera requieren que la madera se trocee y se tamice para proporcionar astillas de tamaño uniforme.

Hay varios procesos diferentes que se pueden utilizar para separar la fibra de madera:

Las muelas fabricadas con carburo de silicio u óxido de aluminio incrustados se pueden utilizar para moler pequeños troncos de madera llamados "pernos" para hacer pulpa de piedra (SGW). Si la madera se cuece al vapor antes de molerla, se conoce como pulpa de madera molida a presión (PGW). La mayoría de las fábricas modernas utilizan astillas en lugar de troncos y discos de metal estriados llamados placas refinadoras en lugar de muelas. Si las astillas se muelen simplemente con las placas, la pulpa se llama pulpa mecánica refinadora (RMP) y si las astillas se cuecen al vapor mientras se refinan, la pulpa se llama pulpa termomecánica (TMP). El tratamiento con vapor reduce significativamente la energía total necesaria para hacer la pulpa y disminuye el daño (corte) a las fibras. Las pulpas mecánicas se utilizan para productos que requieren menos resistencia, como papel de periódico y cartón .

La pulpa termomecánica es pulpa producida mediante el procesamiento de astillas de madera mediante calor (de ahí el nombre "termo-") y un movimiento de refinado mecánico (de ahí el nombre "-mecánico"). Es un proceso de dos etapas en el que primero se descortezan los troncos y se convierten en pequeñas astillas. Estas astillas tienen un contenido de humedad de alrededor del 25 al 30 por ciento. Se aplica una fuerza mecánica a las astillas de madera en una acción de trituración o molienda que genera calor y vapor de agua y ablanda la lignina , separando así las fibras individuales. A continuación, la pulpa se tamiza y se limpia, y los grumos de fibra se reprocesan. Este proceso proporciona un alto rendimiento de fibra de la madera (alrededor del 95 por ciento) y, como no se ha eliminado la lignina, las fibras son duras y rígidas. ^[25]

Las astillas de madera se pueden tratar previamente con carbonato de sodio , hidróxido de sodio , sulfato de sodio y otros productos químicos antes de refinarlas con un equipo similar a un molino mecánico. Las condiciones del tratamiento químico son mucho menos rigurosas (temperatura más baja, tiempo más corto, pH menos extremo ) que en un proceso de pulpa química, ya que el objetivo es hacer que las fibras sean más fáciles de refinar, no eliminar la lignina como en un proceso completamente químico. Las pulpas elaboradas mediante estos procesos híbridos se conocen como pulpas quimiotermomecánicas (CTMP).

La pulpa química se produce combinando virutas de madera y productos químicos en grandes recipientes llamados digestores. Allí, el calor y los productos químicos descomponen la lignina, que une las fibras de celulosa , sin degradar gravemente las fibras de celulosa . La pulpa química se utiliza para materiales que necesitan ser más fuertes o se combina con pulpas mecánicas para dar a un producto características diferentes. El proceso kraft es el método de fabricación de pulpa química dominante, seguido del proceso al sulfito . Históricamente, la fabricación de pulpa a base de soda fue el primer método de fabricación de pulpa química que tuvo éxito.

La pulpa reciclada también se denomina pulpa destintada (DIP). La DIP es papel reciclado que ha sido procesado con productos químicos, eliminando así las tintas de impresión y otros elementos no deseados y liberando las fibras de papel. El proceso se llama destintado .

El DIP se utiliza como materia prima en la fabricación de papel . Muchos tipos de papel de periódico , papel higiénico y pañuelos faciales suelen contener un 100 por ciento de pulpa destintada y en muchos otros tipos, como el papel estucado ligero para offset y los papeles de impresión y escritura para uso doméstico y de oficina, el DIP constituye una proporción sustancial de la materia prima.

La pulpa organosolv utiliza solventes orgánicos a temperaturas superiores a 140 °C para descomponer la lignina y la hemicelulosa en fragmentos solubles. El licor de pulpa se recupera fácilmente por destilación. La razón para usar un solvente es hacer que la lignina sea más soluble en el licor de cocción. Los solventes más utilizados son metanol , etanol , ácido fórmico y ácido acético , a menudo en combinación con agua .

Se están realizando investigaciones para desarrollar biopulping (pulpa biológica), similar a la pulpa química pero utilizando ciertas especies de hongos que son capaces de descomponer la lignina no deseada, pero no las fibras de celulosa. ^[26] En el proceso de biopulping, la enzima fúngica lignina peroxidasa digiere selectivamente la lignina para dejar fibras de celulosa restantes. Esto podría tener importantes beneficios ambientales en la reducción de la contaminación asociada con la pulpa química. La pulpa se blanquea utilizando la etapa de dióxido de cloro seguida de neutralización e hipoclorito de calcio . El agente oxidante en cualquier caso oxida y destruye los tintes formados a partir de los taninos de la madera y acentuados (reforzados) por sulfuros presentes en ella.

La fibra explotada con vapor es una técnica de extracción y despulpado que se ha aplicado a la madera y otros materiales orgánicos fibrosos. ^[27]

La pulpa producida hasta este punto del proceso se puede blanquear para producir un producto de papel blanco . Los productos químicos utilizados para blanquear la pulpa han sido una fuente de preocupación ambiental y, recientemente, la industria de la pulpa ha estado utilizando alternativas al cloro , como el dióxido de cloro , el oxígeno , el ozono y el peróxido de hidrógeno .

La pulpa hecha a partir de fuentes vegetales no madereras o de textiles reciclados se fabrica hoy en día en gran medida como un producto especial para fines artísticos y de impresión fina. ^[8] Los papeles artísticos modernos hechos a mano y a máquina con algodón, lino, cáñamo, abacá , kozo y otras fibras suelen valorarse por sus fibras más largas y resistentes y su menor contenido de lignina . La lignina , presente en prácticamente todos los materiales vegetales, contribuye a la acidificación y la descomposición final de los productos de papel, que a menudo se caracteriza por el oscurecimiento y la fragilización del papel con un alto contenido de lignina, como el papel de periódico . ^{[28] [29]} La pulpa 100% algodón o una combinación de algodón y lino se utiliza ampliamente para producir documentos destinados a un uso a largo plazo, como certificados, moneda y pasaportes. ^{[30] [31] [32]}

Hoy en día, algunos grupos abogan por el uso de fibras de cultivos extensivos o residuos agrícolas en lugar de fibra de madera como un medio de producción más sostenible . ^{[ cita requerida ]}

Hay suficiente paja para satisfacer gran parte de las necesidades de América del Norte en materia de libros, revistas, catálogos y papel para fotocopias. ^{[ cita requerida ]} El papel de origen agrícola no procede de plantaciones forestales . Algunas pulpas de residuos agrícolas tardan menos tiempo en cocinarse que las pulpas de madera. Eso significa que el papel de origen agrícola utiliza menos energía, menos agua y menos productos químicos. La pulpa hecha de paja de trigo y lino tiene la mitad de la huella ecológica de la pulpa hecha de bosques. ^[33]

El papel de cáñamo es un posible reemplazo, pero la infraestructura de procesamiento, los costos de almacenamiento y el bajo porcentaje de usabilidad de la planta significan que no es un sustituto inmediato. ^{[ cita requerida ]}

Sin embargo, la madera también es un recurso renovable, y aproximadamente el 90 por ciento de la pulpa proviene de plantaciones o áreas reforestadas. ^[21] Las fuentes de fibra no maderera representan alrededor del 5 al 10 por ciento de la producción mundial de pulpa, por diversas razones, entre ellas la disponibilidad estacional, problemas con la recuperación química, el brillo de la pulpa, etc. ^{[16] [34]} En China, a partir de 2009, una mayor proporción del procesamiento de pulpa no maderera aumentó el uso de agua y energía. ^[35]

Los no tejidos son, en algunas aplicaciones, alternativas al papel fabricado a partir de pulpa de madera, como el papel de filtro o las bolsitas de té .

La pulpa comercial es cualquier variedad de pulpa que se produce en un lugar, se seca y se envía a otro lugar para su posterior procesamiento. ^[37] Los parámetros de calidad importantes para la pulpa que no están directamente relacionados con las fibras son el brillo , los niveles de suciedad, la viscosidad y el contenido de cenizas. En 2004, representó alrededor de 55 millones de toneladas métricas de pulpa comercial. ^[37]

La pulpa seca al aire es la forma más común de vender pulpa. Se trata de pulpa secada hasta alcanzar un contenido de humedad de aproximadamente el 10 por ciento. Normalmente se entrega en fardos de 250 kg. La razón para dejar un 10 por ciento de humedad en la pulpa es que esto minimiza la unión de las fibras y facilita la dispersión de la pulpa en agua para su posterior procesamiento para obtener papel . ^[37]

La pulpa en rollo o en bobina es la forma de suministro más común de pulpa a los mercados de pulpa no tradicionales. La pulpa fluff normalmente se envía en rollos (bobinas). Esta pulpa se seca hasta un contenido de humedad del 5 al 6 por ciento. En la casa del cliente, se somete a un proceso de trituración para prepararla para su posterior procesamiento. ^[37]

Algunas pulpas se secan rápidamente. Esto se hace presionando la pulpa hasta que tenga un contenido de humedad de aproximadamente el 50 por ciento y luego dejándola caer a través de silos de 15 a 17 m de altura. El aire caliente alimentado con gas es la fuente de calor normal. La temperatura está muy por encima del punto de carbonización de la celulosa , pero la gran cantidad de humedad en la pared y el lumen de la fibra impide que las fibras se incineren. A menudo no se seca hasta el 10 por ciento de humedad (secado al aire). Los fardos no se empaquetan tan densamente como la pulpa secada al aire. ^[37]

Los principales impactos ambientales de la producción de pulpa de madera provienen de su impacto sobre las fuentes forestales y de sus productos de desecho.

El impacto de la tala para proporcionar la materia prima para la pulpa de madera es un área de intenso debate. Las prácticas de tala modernas, que utilizan la gestión forestal, buscan proporcionar una fuente confiable y renovable de materias primas para las plantas de pulpa . La práctica de la tala rasa es un tema particularmente delicado ya que es un efecto muy visible de la tala . La reforestación , la plantación de plántulas de árboles en áreas taladas, también ha sido criticada por disminuir la biodiversidad porque las áreas reforestadas son monocultivos . La tala de bosques antiguos representa menos del 10 por ciento de la pulpa de madera, ^[21] pero es uno de los temas más controvertidos.

Los efluentes del proceso son tratados en una planta de tratamiento biológico de efluentes , que garantiza que los efluentes no sean tóxicos en el receptor.

La pulpa mecánica no es una causa importante de preocupación ambiental ya que la mayor parte del material orgánico se retiene en la pulpa y los productos químicos utilizados ( peróxido de hidrógeno y ditionito de sodio ) producen subproductos benignos (agua y sulfato de sodio (finalmente), respectivamente).

Las fábricas de pulpa química, especialmente las fábricas de pulpa kraft, son autosuficientes en términos de energía y tienen un ciclo casi cerrado con respecto a los productos químicos inorgánicos.

El blanqueo con cloro produce grandes cantidades de compuestos organoclorados , incluidas las dibenzo-p-dioxinas policloradas y los dibenzofuranos policlorados (PCDD/F). ^{[38] [39]} Muchas fábricas han adoptado alternativas a los agentes blanqueadores clorados, reduciendo así las emisiones de contaminación organoclorada. ^[40]

La reacción de despulpe kraft en particular libera compuestos malolientes. El reactivo de sulfuro que degrada la estructura de la lignina también causa cierta desmetilación, produciendo metanotiol , sulfuro de dimetilo y disulfuro de dimetilo . ^[41] Estos mismos compuestos se liberan durante muchas formas de descomposición microbiana, incluida la acción microbiana interna en el queso Camembert , aunque el proceso kraft es químico y no implica ninguna degradación microbiana. Estos compuestos tienen umbrales de olor extremadamente bajos y olores desagradables.

Las principales aplicaciones de la pulpa son la producción de papel y cartón . El contenido de pulpa utilizado depende de la calidad del papel terminado. Los parámetros de calidad importantes son el contenido de madera , el brillo , la viscosidad, los extractos, el contenido de suciedad y la resistencia.

Las pulpas químicas se utilizan para fabricar nanocelulosa . ^{[ cita requerida ]}

Los tipos especiales de pulpa tienen muchas otras aplicaciones. La pulpa soluble se utiliza para fabricar celulosa regenerada que se utiliza en la producción de textiles y celofán . También se utiliza para fabricar derivados de celulosa . La pulpa de celulosa se utiliza en pañales , productos de higiene femenina y telas no tejidas .

La máquina Fourdrinier es la base de la mayor parte de la fabricación de papel moderna y se ha utilizado con algunas variaciones desde su concepción. Realiza todos los pasos necesarios para transformar la pulpa en un producto de papel final.

En 2009, la pulpa de NBSK se vendía a 650 dólares la tonelada en Estados Unidos. El precio había caído debido a la caída de la demanda cuando los periódicos redujeron su tamaño, en parte como resultado de la recesión. ^[42] Para 2024, este precio se había recuperado a 1315 dólares la tonelada. ^[43]

• Nanocelulosa
• Productos químicos para el papel
• Planta de pulpa
• Madera para pasta de papel
• Papel sin árboles
• Johan Richter , desarrollador del proceso de cocción continua de pulpa
• Congreso Forestal Mundial

• Pulpa y papel, Environment Canada , Gobierno de Canadá, 2014, archivado desde el original el 21 de abril de 2016 , consultado el 31 de marzo de 2014
• Schäffer, Jacob Christian (1765). Versuche und Muster ohne alle Lumpen oder doch mit enem geringen Zusatze derselben Papier zu machen.