Papel

El papel es un material de hoja delgada producido mediante el procesamiento mecánico o químico de fibras de celulosa derivadas de madera, trapos, pastos u otras fuentes vegetales en agua, drenando el agua a través de una malla fina dejando la fibra distribuida uniformemente en la superficie, seguido de prensado y secado. Aunque originalmente el papel se fabricaba a mano en hojas sueltas, ahora casi todo se fabrica en grandes máquinas, algunas de las cuales producen bobinas de 10 metros de ancho, que funcionan a 2000 metros por minuto y hasta 600 000 toneladas al año. Es un material versátil con muchos usos, que incluyen impresión, embalaje, decoración, escritura, limpieza, papel de filtro, papel tapiz, guardas de libros, papel de conservación, encimeras laminadas, papel higiénico, papel moneda y de seguridad y una serie de procesos industriales y de construcción.

El proceso de fabricación de papel se desarrolló en el este de Asia, probablemente en China, al menos en el año 105 d. C., por el eunuco de la corte Han, Cai Lun, aunque los fragmentos arqueológicos de papel más antiguos datan del siglo II a. C. en China. La industria moderna de pulpa y papel es global, con China liderando su producción y Estados Unidos siguiéndola.

Historia

Los fragmentos arqueológicos más antiguos conocidos del precursor inmediato del papel moderno datan del siglo II a. C. en China. El proceso de fabricación de papel de pulpa se atribuye a Cai Lun, un eunuco de la corte Han del siglo II d.C.

Se ha dicho que el conocimiento de la fabricación de papel se transmitió al mundo islámico después de la Batalla de Talas en 751 CE cuando dos fabricantes de papel chinos fueron capturados como prisioneros. Aunque la veracidad de esta historia es incierta, poco tiempo después se empezó a fabricar papel en Samarcanda. En el siglo XIII, el conocimiento y los usos del papel se extendieron desde Oriente Medio hasta la Europa medieval, donde se construyeron las primeras fábricas de papel accionadas por agua. Debido a que el papel se introdujo en Occidente a través de la ciudad de Bagdad, primero se llamó bagdatikos. En el siglo XIX, la industrialización redujo considerablemente el costo de fabricación del papel. En 1844, el inventor canadiense Charles Fenerty y el inventor alemán Friedrich Gottlob Keller desarrollaron de forma independiente procesos para hacer pulpa de fibras de madera.

Primeras fuentes de fibra

Antes de la industrialización de la producción de papel, la fuente de fibra más común eran las fibras recicladas de textiles usados, llamados trapos. Los trapos eran de cáñamo, lino y algodón. El jurista alemán Justus Claproth inventó un proceso para eliminar las tintas de impresión del papel reciclado en 1774. Hoy en día, este método se denomina destintado. No fue hasta la introducción de la pulpa de madera en 1843 que la producción de papel no dependió de los materiales reciclados de los traperos.

Etimología

La palabra papel se deriva etimológicamente del latín papiro, que proviene del griego πᾰ́πῡρος (pápūros), la palabra para la planta de papiro Cyperus. El papiro es un material grueso similar al papel producido a partir de la médula de la planta del papiro Cyperus, que se usaba en el antiguo Egipto y otras culturas mediterráneas para escribir antes de la introducción del papel. Aunque la palabra papel se deriva etimológicamente de papiro, los dos se producen de manera muy diferente y el desarrollo del primero es distinto del desarrollo del segundo. El papiro es una laminación de fibra vegetal natural, mientras que el papel se fabrica a partir de fibras cuyas propiedades han sido modificadas por maceración.

Fabricación de papel

Pulpa química

Para hacer pulpa de madera, un proceso químico de pulpa separa la lignina de la fibra de celulosa. Se usa un licor de cocción para disolver la lignina, que luego se lava de la celulosa; esto preserva la longitud de las fibras de celulosa. El papel fabricado con pulpas químicas también se conoce como papel sin madera (que no debe confundirse con el papel sin árboles); esto se debe a que no contienen lignina, que se deteriora con el tiempo. La pulpa también se puede blanquear para producir papel blanco, pero esto consume el 5% de las fibras. Los procesos de pulpado químico no se utilizan para hacer papel hecho de algodón, que ya es 90% celulosa.

Hay tres procesos químicos principales de fabricación de pulpa: el proceso de sulfito se remonta a la década de 1840 y era el método dominante antes de la Segunda Guerra Mundial. El proceso kraft, inventado en la década de 1870 y utilizado por primera vez en la década de 1890, es ahora la estrategia más practicada; una de sus ventajas es que la reacción química con la lignina produce calor, que puede utilizarse para hacer funcionar un generador. La mayoría de las operaciones de pulpa que utilizan el proceso kraft son contribuyentes netos a la red eléctrica o utilizan la electricidad para hacer funcionar una fábrica de papel adyacente. Otra ventaja es que este proceso recupera y reutiliza todos los reactivos químicos inorgánicos. La pulpa de soda es otro proceso especial que se utiliza para pulpar paja, bagazo y maderas duras con alto contenido de silicato.

Despulpado mecánico

Hay dos pulpas mecánicas principales: pulpa termomecánica (TMP) y pulpa de madera triturada (GW). En el proceso TMP, la madera se astilla y luego se introduce en refinadores calentados por vapor, donde las astillas se exprimen y se convierten en fibras entre dos discos de acero. En el proceso de trituración de madera, los troncos descortezados se introducen en molinos donde se presionan contra piedras giratorias para convertirlos en fibras. El pulpado mecánico no elimina la lignina, por lo que el rendimiento es muy alto, > 95%; sin embargo, la lignina hace que el papel así producido se vuelva amarillo y se vuelva quebradizo con el tiempo. Las pastas mecánicas tienen fibras más bien cortas, lo que produce un papel débil. Aunque se requieren grandes cantidades de energía eléctrica para producir pulpa mecánica, cuesta menos que la química.

Pulpa destintada

Los procesos de reciclaje de papel pueden utilizar pulpa producida química o mecánicamente; mezclándolo con agua y aplicando acción mecánica, los enlaces de hidrógeno en el papel se pueden romper y las fibras se separan nuevamente. La mayor parte del papel reciclado contiene una proporción de fibra virgen en aras de la calidad; en términos generales, la pulpa destintada es de la misma calidad o inferior que el papel recolectado con el que se fabricó.

Hay tres clasificaciones principales de fibra reciclada:

• Rotura de molino o desperdicio interno del molino: esto incorpora cualquier papel de calidad inferior o de cambio de grado fabricado dentro de la propia fábrica de papel, que luego regresa al sistema de fabricación para volver a convertirse en papel. Dicho papel fuera de especificación no se vende y, por lo tanto, a menudo no se clasifica como fibra reciclada recuperada genuina; sin embargo, la mayoría de las fábricas de papel han estado reutilizando su propia fibra de desecho durante muchos años, mucho antes de que el reciclaje se hiciera popular.
• Residuos previos al consumo: se trata de residuos de corte y procesamiento, como recortes de guillotina y residuos de sobres en blanco; se genera fuera de la fábrica de papel y podría potencialmente ir al vertedero, y es una fuente genuina de fibra reciclada; incluye los desechos preconsumo destintados (material reciclado que se imprimió pero no alcanzó su uso final previsto, como desechos de impresoras y publicaciones no vendidas).
• Residuos posconsumo: se trata de fibra de papel que se ha utilizado para su uso final previsto e incluye residuos de oficina, papeles de revistas y papel de periódico. Dado que la gran mayoría de este material se ha impreso, ya sea digitalmente o por medios más convencionales, como la litografía o el huecograbado, se reciclará como papel impreso o se someterá primero a un proceso de destintado.

Los papeles reciclados pueden estar hechos de materiales 100% reciclados o mezclados con pulpa virgen, aunque (generalmente) no son tan fuertes ni tan brillantes como los papeles hechos con esta última.

Aditivos

Además de las fibras, las pulpas pueden contener cargas como tiza o caolín, que mejoran sus características para la impresión o la escritura. Los aditivos para fines de encolado pueden mezclarse con él o aplicarse a la banda de papel más adelante en el proceso de fabricación; el propósito de dicho apresto es establecer el nivel correcto de absorbencia de la superficie para adaptarse a la tinta o la pintura.

Producción de papel

La pulpa se alimenta a una máquina de papel, donde se forma como una banda de papel y se le quita el agua mediante prensado y secado.

Al presionar la lámina se elimina el agua a la fuerza. Una vez que se expulsa el agua de la lámina, se utiliza un tipo especial de fieltro, que no debe confundirse con el tradicional, para recoger el agua. Cuando se hace papel a mano, se usa una hoja secante en su lugar.

El secado implica el uso de aire o calor para eliminar el agua de las hojas de papel. En los primeros días de la fabricación de papel, esto se hacía colgando las sábanas como ropa; en tiempos más modernos, se utilizan varias formas de mecanismos de secado por calor. En la máquina de papel, el más común es el secador de latas calentado por vapor. Estos pueden alcanzar temperaturas superiores a los 200 °F (93 °C) y se utilizan en secuencias largas de más de cuarenta latas donde el calor producido por estos puede secar fácilmente el papel a menos del seis por ciento de humedad.

Refinamiento

A continuación, el papel puede someterse a encolado para modificar sus propiedades físicas para su uso en diversas aplicaciones.

El papel en este punto no está estucado. El papel estucado tiene una fina capa de material como carbonato de calcio o arcilla china aplicada en uno o ambos lados para crear una superficie más adecuada para pantallas de medios tonos de alta resolución. (Los papeles no estucados rara vez son adecuados para pantallas de más de 150 lpi.) Los papeles estucados o no estucados pueden tener sus superficies pulidas por calandrado. Los papeles estucados se dividen en mate, semimate o seda y brillo. Los papeles satinados dan la mayor densidad óptica en la imagen impresa.

Luego, el papel se alimenta en bobinas si se va a utilizar en prensas de impresión de bobina, o se corta en hojas para otros procesos de impresión u otros fines. Las fibras del papel básicamente corren en la dirección de la máquina. Las hojas se cortan normalmente de "grano largo", es decir, con el grano paralelo a la dimensión más larga de la hoja. El papel de formulario continuo (o papelería continua) se corta al ancho con orificios perforados en los bordes y se dobla en pilas.

Grano de papel

Todos los papeles producidos por máquinas papeleras como la Máquina Fourdrinier son papel tejido, es decir, la malla de alambre que transporta la banda deja un patrón que tiene la misma densidad a lo largo del grano del papel ya través del grano. Se pueden crear acabados texturizados, marcas de agua y patrones de alambre que imitan el papel verjurado hecho a mano mediante el uso de rodillos apropiados en las últimas etapas de la máquina.

El papel tejido no muestra "líneas de trazo", que son pequeñas líneas regulares que quedan en el papel cuando se hizo a mano en un molde hecho de filas de alambres de metal o bambú. Laidlines están muy juntos. Corren perpendiculares a las "líneas de cadena", que están más separadas. El papel hecho a mano exhibe de manera similar "bordes de cubierta", o bordes ásperos y plumosos.

Aplicaciones

El papel se puede producir con una amplia variedad de propiedades, dependiendo de su uso previsto.

Artículos publicados, escritos o informativos

• Para representar valor: papel moneda, billete de banco, cheque, seguridad (ver papel de seguridad), vale, billete
• Para almacenar información: libro, cuaderno, papel cuadriculado, tarjeta perforada, papel fotográfico
• Para materiales impresos, publicaciones y materiales de lectura: libros, periódicos, revistas, carteles, folletos, mapas, letreros, etiquetas, anuncios, vallas publicitarias.
• Para uso individual: agenda, cuadernos, blocs de notas, blocs de notas, diarios, planificadores, notas para recordar, etc.; para uso personal temporal: papel borrador
• Para uso comercial y profesional: papel de fotocopiadora, papel de libro mayor, papel de mecanografía, papel de impresora de computadora. Papel especializado para formularios y documentos como facturas, recibos, boletas, comprobantes, facturas, contratos, formularios oficiales, convenios.
• Para la comunicación: entre individuos y/o grupos de personas: carta, postales, correo aéreo, telegramas, papel periódico, cartulina
• Para organizar y enviar documentos: sobres, carpetas de archivos, embalajes, carpetas de bolsillo, carpetas de partición.
• Para obras y usos artísticos; papel de dibujo, pasteles, acuarelas, blocs de dibujo, dibujos al carboncillo,
• Para artículos impresos especiales utilizando formas de papel más elegantes; papelería, pergamino,

Envases y usos industriales

• Para embalaje: caja de cartón corrugado, bolsa de papel, sobre, papel de regalo, hilo de papel
• Para la limpieza: papel higiénico, toallas de papel, pañuelos faciales.
• Para utensilios y recipientes para alimentos: papel encerado, platos y vasos de papel, cartones para bebidas, bolsitas de té, condimentos, empaques para alimentos, filtros de café, tazas para cupcakes.
• Para la construcción: papel maché, papel para origami, aviones de papel, quilling, panal de papel, papel de lija, utilizado como material central en materiales compuestos, ingeniería de papel, papel de construcción, hilo de papel y ropa de papel.
• Para otros usos: papel de lija, papel secante, papel tornasol, papel indicador universal, papel para cromatografía, papel aislante eléctrico (véase también papel pescado), papel de filtro, papel pintado

Se estima que las soluciones de almacenamiento en papel captaron el 0,33% del total en 1986 y sólo el 0,007% en 2007, aunque en términos absolutos la capacidad mundial para almacenar información en papel aumentó de 8,7 a 19,4 petabytes. Se estima que en 1986 las cartas postales en papel representaban menos del 0,05% de la capacidad de telecomunicaciones del mundo, con una marcada tendencia a la baja tras la introducción masiva de tecnologías digitales.

El papel tiene un papel importante en las artes visuales. Se utiliza solo para formar formas y collages bidimensionales y tridimensionales. También ha evolucionado hasta convertirse en un material estructural utilizado en el diseño de muebles. El papel de acuarela tiene una larga historia de producción y uso.

Tipos, espesor y peso

El grosor del papel a menudo se mide con un calibre, que generalmente se expresa en milésimas de pulgada en los Estados Unidos y en micrómetros (µm) en el resto del mundo. El papel puede tener entre 0,07 y 0,18 milímetros (0,0028 y 0,0071 pulgadas) de grosor.

El papel se caracteriza a menudo por el peso. En los Estados Unidos, el peso es el peso de una resma (paquete de 500 hojas) de varios "tamaños básicos" antes de que el papel se corte al tamaño que se vende a los clientes finales. Por ejemplo, una resma de papel de 20 libras, 8,5 pulgadas × 11 pulgadas (216 mm × 279 mm) pesa 5 libras porque se ha cortado de hojas más grandes en cuatro partes. En los Estados Unidos, el papel de impresión es generalmente de 20 lb, 24 lb, 28 lb o 32 lb como máximo. El papel de la cubierta es generalmente de 68 lb y 110 lb o más se considera cartulina.

En Europa y otras regiones que usan el sistema de encolado de papel ISO 216, el peso se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m o generalmente solo g) del papel. El papel de impresión está generalmente entre 60 gy 120 g. Todo lo que pese más de 160 g se considera tarjeta. Por tanto, el peso de una resma depende de las dimensiones del papel y de su grosor.

La mayoría del papel comercial que se vende en América del Norte se corta en tamaños de papel estándar según las unidades habituales y se define por el largo y el ancho de una hoja de papel.

El sistema ISO 216 utilizado en la mayoría de los demás países se basa en el área de superficie de una hoja de papel, no en el ancho y largo de la hoja. Fue adoptado por primera vez en Alemania en 1922 y generalmente se extendió a medida que las naciones adoptaron el sistema métrico. El papel de tamaño estándar más grande es A0 (A cero), que mide un metro cuadrado (aprox. 1189 × 841 mm). A1 tiene la mitad del tamaño de una hoja de A0 (es decir, 594 mm × 841 mm), de modo que dos hojas de A1 colocadas una al lado de la otra equivalen a una hoja de A0. A2 es la mitad del tamaño de una hoja de A1, y así sucesivamente. Los tamaños comunes utilizados en la oficina y el hogar son A4 y A3 (A3 es el tamaño de dos hojas A4).

La densidad del papel oscila entre 250 kg/m (16 libras/pies cúbicos) para papel tisú y 1 500 kg/m (94 libras/pies cúbicos) para algunos papeles especiales. El papel de impresión pesa unos 800 kg/m (50 libras/pies cúbicos).

El papel se puede clasificar en siete categorías:

• Papeles de impresión de gran variedad.
• Papeles de envolver para la protección de bienes y mercancías. Esto incluye papeles encerados y kraft.
• Papel de escribir adecuado para requisitos de papelería. Esto incluye el libro mayor, el banco y el papel de bonos.
• Papeles secantes que contienen poco o ningún tamaño.
• Papeles de dibujo generalmente con superficies rugosas utilizados por artistas y diseñadores, incluido el papel de cartucho.
• Papeles hechos a mano incluyendo la mayoría de los papeles decorativos, papeles Ingres, papel japonés y tisú, todos caracterizados por la falta de dirección de la fibra.
• Papeles especiales que incluyen papel para cigarrillos, papel higiénico y otros papeles industriales.

Algunos tipos de papel incluyen:

• papel bancario
• papel de plátano
• Papel bond
• libro de papel
• Papel estucado: superficie brillante y mate
• papel de construcción/papel de azúcar
• Papel de algodón
• Papel pescado (fibras vulcanizadas para aislamiento eléctrico)
• papel de inyección de tinta
• papel kraft
• papel verjurado
• papel de cuero
• papel momia
• papel de etiqueta de roble
• Papel de lija
• Troublewit, papel especialmente plisado
• papel Tyvek
• Fondo de pantalla
• Washi
• papel impermeable
• Papel encerado
• papel tejido
• papel xuan

Estabilidad del papel

Gran parte de los primeros papeles hechos de pulpa de madera contenían cantidades significativas de alumbre, una variedad de sal de sulfato de aluminio que es significativamente ácida. Se agregó alumbre al papel para ayudar en el dimensionamiento, haciéndolo algo resistente al agua para que las tintas no se "corrieran" o se esparcieran sin control. Los primeros fabricantes de papel no se dieron cuenta de que el alumbre que añadían generosamente para curar casi todos los problemas encontrados en la fabricación de su producto sería eventualmente perjudicial.Las fibras de celulosa que componen el papel se hidrolizan con ácido y la presencia de alumbre finalmente degrada las fibras hasta que el papel ácido se desintegra en un proceso conocido como "fuego lento". Los documentos escritos en papel de trapo son significativamente más estables. El uso de aditivos no ácidos para fabricar papel es cada vez más frecuente, y la estabilidad de estos papeles es un problema menor.

El papel fabricado con pulpa mecánica contiene cantidades significativas de lignina, un componente principal de la madera. En presencia de luz y oxígeno, la lignina reacciona para dar materiales amarillos, razón por la cual el papel de periódico y otros papeles mecánicos amarillean con el tiempo. El papel fabricado con pulpa kraft blanqueada o al sulfito no contiene cantidades significativas de lignina y, por lo tanto, es más adecuado para libros, documentos y otras aplicaciones en las que la blancura del papel es esencial.

El papel hecho de pulpa de madera no es necesariamente menos duradero que un papel de trapo. El comportamiento de envejecimiento de un papel está determinado por su fabricación, no por la fuente original de las fibras. Además, las pruebas patrocinadas por la Biblioteca del Congreso demuestran que todo el papel corre el riesgo de descomposición ácida, porque la celulosa en sí misma produce ácidos fórmico, acético, láctico y oxálico.

La pulpa mecánica produce casi una tonelada de pulpa por tonelada de madera seca utilizada, razón por la cual las pulpas mecánicas a veces se denominan pulpas de "alto rendimiento". Con casi el doble de rendimiento que la pulpa química, las pulpas mecánicas suelen ser más baratas. Los libros y periódicos de bolsillo del mercado masivo tienden a usar papeles mecánicos. Los editores de libros tienden a utilizar papel sin ácido, fabricado con pulpas químicas completamente blanqueadas para libros de tapa dura y de bolsillo.

Impacto medioambiental

La producción y el uso de papel tiene una serie de efectos adversos sobre el medio ambiente.

El consumo mundial de papel ha aumentado un 400 % en los últimos 40 años, lo que ha provocado un aumento de la deforestación, y el 35 % de los árboles talados se utilizan para la fabricación de papel. La mayoría de las empresas papeleras también plantan árboles para ayudar a que los bosques vuelvan a crecer. La tala de bosques primarios representa menos del 10% de la pulpa de madera, pero es uno de los temas más controvertidos.

Los desechos de papel representan hasta el 40% del total de desechos producidos en los Estados Unidos cada año, lo que suma 71,6 millones de toneladas de desechos de papel por año solo en los Estados Unidos. El oficinista promedio en los EE. UU. imprime 31 páginas todos los días. Los estadounidenses también usan del orden de 16 mil millones de vasos de papel por año.

El blanqueo convencional de pulpa de madera con cloro elemental produce y libera al medio ambiente grandes cantidades de compuestos orgánicos clorados, incluidas las dioxinas cloradas. Las dioxinas son reconocidas como un contaminante ambiental persistente, regulado internacionalmente por el Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes. Las dioxinas son altamente tóxicas y los efectos sobre la salud de los seres humanos incluyen problemas reproductivos, de desarrollo, inmunológicos y hormonales. Se sabe que son cancerígenos. Más del 90% de la exposición humana se produce a través de los alimentos, principalmente carnes, lácteos, pescados y mariscos, ya que las dioxinas se acumulan en la cadena alimentaria en el tejido graso de los animales.

Las industrias de pulpa de papel e impresión emitieron juntas alrededor del 1% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero en 2010 y alrededor del 0,9% en 2012, pero menos que las pantallas: las tecnologías digitales emitieron aproximadamente el 4% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero en el año 2019 y el número puede ser dos veces mayor para 2025.

Futuro

Algunos fabricantes han comenzado a utilizar una nueva alternativa significativamente más respetuosa con el medio ambiente a los envases de plástico expandido. Hecho de papel y conocido comercialmente como PaperFoam, el nuevo empaque tiene propiedades mecánicas muy similares a las de algunos empaques de plástico expandido, pero es biodegradable y también se puede reciclar con papel común.

Con las crecientes preocupaciones ambientales sobre los recubrimientos sintéticos (como el PFOA) y los precios más altos de los productos petroquímicos a base de hidrocarburos, hay un enfoque en la zeína (proteína de maíz) como recubrimiento para papel en aplicaciones con alto contenido de grasa, como las bolsas de palomitas de maíz.

Además, los materiales sintéticos como Tyvek y Teslin se han introducido como medios de impresión como un material más duradero que el papel.