El papel es un material en láminas delgadas 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 máquinas grandes: algunas fabrican bobinas de 10 metros de ancho, que funcionan a 2.000 metros por minuto y hasta 600.000 toneladas al año. Es un material versátil con muchos usos, que incluyen impresión , pintura, gráficos, señalización, diseño, embalaje, decoración, escritura y limpieza . También se puede utilizar como papel de filtro, papel tapiz, guarda libros, papel de conservación, encimeras laminadas, papel higiénico, moneda y papel de seguridad, o en diversos procesos industriales y de construcción.
El proceso de fabricación de papel se desarrolló en el este de Asia, probablemente China , al menos ya en el año 105 d.C. , [1] por el eunuco de la corte Han Cai Lun , aunque los primeros fragmentos arqueológicos de papel se derivan del siglo II a.C. en China. [2] La industria moderna de la pulpa y el papel es global, con China liderando su producción y Estados Unidos siguiéndola.
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 con pulpa se atribuye a Cai Lun , un eunuco de la corte Han del siglo II d.C. [2]
Se ha dicho que el conocimiento de la fabricación de papel pasó al mundo islámico después de la Batalla de Talas en el año 751 EC, cuando dos fabricantes de papel chinos fueron capturados como prisioneros. Aunque la veracidad de esta historia es incierta, poco después se empezó a fabricar papel en Samarcanda . [3] 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 . [4] Debido a que el papel fue introducido en Occidente a través de la ciudad de Bagdad , primero se le llamó bagdatikos . [5] En el siglo XIX, la industrialización redujo considerablemente el coste de fabricación del papel. En 1844, el inventor canadiense Charles Fenerty y el inventor alemán Friedrich Gottlob Keller desarrollaron de forma independiente procesos para la fabricación de pulpa de fibras de madera. [6]
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 . [7] El jurista alemán Justus Claproth inventó en 1774 un proceso para eliminar las tintas de impresión del papel reciclado. [7] Hoy en día, este método se llama 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 . [7]
La palabra papel deriva etimológicamente del latín papiro , que proviene del griego πᾰ́πῡρος ( pápūros ), palabra para la planta Cyperus papyrus . [8] [9] El papiro es un material grueso, parecido al papel, producido a partir de la médula de la planta Cyperus papyrus , que se utilizaba en el antiguo Egipto y otras culturas mediterráneas para escribir antes de la introducción del papel. [10] Aunque la palabra papel se deriva etimológicamente de papiro , las dos se producen de manera muy diferente y el desarrollo del primero es distinto del desarrollo del segundo. El papiro es una laminación de fibras vegetales naturales, mientras que el papel se fabrica a partir de fibras cuyas propiedades han sido modificadas mediante la maceración. [2]
Para fabricar pulpa de madera, un proceso químico de pulpa separa la lignina de la fibra de celulosa . Se utiliza un licor de cocción para disolver la lignina , que luego se elimina de la celulosa por lavado ; esto preserva la longitud de las fibras de celulosa. Los papeles elaborados a partir de pulpas químicas también se conocen como papeles libres de madera (no confundir con el papel libre de árboles ); esto se debe a que no contienen lignina, la cual se deteriora con el tiempo. La pulpa también se puede blanquear para producir papel blanco, pero esto consume el 5% de las fibras. Para fabricar papel elaborado a partir de algodón, que ya tiene un 90% de celulosa, no se utilizan procesos químicos de despulpado.
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 contribuyen 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 con soda es otro proceso especializado que se utiliza para pulpar paja , bagazo y maderas duras con alto contenido de silicato .
Existen dos grandes pastas mecánicas: la pasta termomecánica (TMP) y la pasta de madera triturada (GW). En el proceso TMP, la madera se astilla y luego se introduce en refinadores calentados con vapor, donde las astillas se comprimen y se convierten en fibras entre dos discos de acero. En el proceso de trituración de madera, los troncos descortezados se introducen en trituradoras donde se presionan contra piedras giratorias para convertirlos en fibras. La pulpa mecánica 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 quebradizo con el tiempo. Las pastas mecánicas tienen fibras bastante cortas, lo que produce un papel débil. Aunque se requieren grandes cantidades de energía eléctrica para producir pulpa mecánica, cuesta menos que la pulpa química.
Los procesos de reciclaje de papel pueden utilizar pulpa producida química o mecánicamente; mezclándolo con agua y aplicando acción mecánica se pueden romper los enlaces de hidrógeno del papel y separar nuevamente las fibras. La mayoría del papel reciclado contiene una proporción de fibra virgen por motivos de calidad; En términos generales, la pasta destintada es de la misma calidad o inferior que el papel recolectado con el que se fabricó.
Existen tres clasificaciones principales de fibra reciclada:
Los papeles reciclados pueden fabricarse a partir de materiales 100% reciclados o mezclarse con pulpa virgen, aunque (generalmente) no son tan fuertes ni tan brillantes como los papeles elaborados con esta última.
Además de las fibras, las pastas pueden contener cargas como tiza o caolín , [12] que mejoran sus características para imprimir o escribir. [13] Los aditivos para fines de apresto pueden mezclarse con él o aplicarse a la banda de papel más adelante en el proceso de fabricación; el propósito de dicho dimensionamiento es establecer el nivel correcto de absorbencia de la superficie para adaptarse a la tinta o pintura.
La pulpa se alimenta a una máquina papelera, donde se forma como una banda de papel y se le elimina el agua mediante prensado y secado.
Al presionar la lámina se elimina el agua a la fuerza. Una vez expulsada 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 utiliza una hoja secante.
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 si fueran ropa sucia; en tiempos más modernos, se utilizan diversas formas de mecanismos de secado calentados. En la máquina de papel, el más común es el secador de latas calentado por vapor. Estos pueden alcanzar temperaturas superiores a 93 °C (200 °F) y se utilizan en secuencias largas de más de cuarenta latas donde el calor producido por ellas puede secar fácilmente el papel hasta alcanzar menos del seis por ciento de humedad.
Luego, el papel puede someterse a un apresto para alterar sus propiedades físicas para su uso en diversas aplicaciones.
El papel en este punto no está recubierto . El papel estucado tiene una fina capa de material como carbonato de calcio o arcilla china aplicada en una o ambas caras para crear una superficie más adecuada para tramas de medios tonos de alta resolución . (Los papeles sin recubrir rara vez son adecuados para pantallas superiores a 150 lpp.) Las superficies de los papeles revestidos o sin recubrir pueden pulirse mediante calandrado . Los papeles estucados se dividen en mate, semimate o seda y brillante. Los papeles brillantes brindan la mayor densidad óptica en la imagen impresa.
Luego, el papel se alimenta en carretes si se va a utilizar en prensas de impresión web o se corta en hojas para otros procesos de impresión u otros fines. Las fibras del papel discurren básicamente en la dirección de la máquina. Las láminas se cortan normalmente "de fibra larga", es decir, con la fibra paralela a la dimensión más larga de la lámina. El papel continuo (o material de oficina continuo) se corta al ancho con agujeros perforados en los bordes y se dobla en pilas.
Todo el papel producido por máquinas papeleras como la máquina Fourdrinier es papel tejido, es decir, la malla de alambre que transporta la banda deja un patrón que tiene la misma densidad a lo largo de la fibra del papel y a lo largo de la fibra. 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 adecuados en las últimas etapas de la máquina.
El papel tejido no presenta "líneas laidlines", que son pequeñas líneas regulares que quedan en el papel cuando se hace a mano en un molde hecho con hileras de alambres de metal o bambú. Laidlines están muy juntos. Corren perpendiculares a las "cadenas", que están más separadas. El papel hecho a mano también presenta "bordes de barba", o bordes ásperos y plumosos. [14]
El papel se puede producir con una amplia variedad de propiedades, según el uso al que se destine.
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 . [15] Se estima que en 1986 las cartas postales en papel representaban menos del 0,05% de la capacidad mundial de telecomunicaciones, con una marcada tendencia a la baja tras la introducción masiva de las tecnologías digitales. [15]
El papel tiene un papel importante en las artes visuales. Se utiliza por sí solo para formar formas y collages bidimensionales y tridimensionales . [16] [17] También ha evolucionado hasta convertirse en un material estructural utilizado en el diseño de muebles. [18] El papel de acuarela tiene una larga historia de producción y uso.
El grosor del papel a menudo se mide con un calibre, que normalmente se expresa en milésimas de pulgada en los Estados Unidos y en micrómetros (μm) en el resto del mundo. [19] El papel puede tener entre 0,07 y 0,18 milímetros (0,0028 y 0,0071 pulgadas) de espesor. [20]
El papel suele caracterizarse por su peso. En Estados Unidos, el peso es el peso de una resma (paquete de 500 hojas) de diferentes "tamaños básicos" antes de cortar el papel al tamaño en que se vende a los clientes finales. Por ejemplo, una resma de papel de 20 libras, 8,5 x 11 pulgadas (216 mm x 279 mm) pesa 5 libras porque se ha cortado de hojas más grandes en cuatro trozos. [21] En los Estados Unidos, el papel de impresión generalmente pesa 20 lb, 24 lb, 28 lb o 32 lb como máximo. El material de portada suele ser de 68 lb y se considera cartulina de 110 lb o más .
En Europa y otras regiones que utilizan el sistema de tamaño de papel ISO 216 , el peso se expresa en gramos por metro cuadrado (g/m 2 o generalmente gsm) del papel. El papel de impresión suele tener entre 60 y 120 g/m2. Todo lo que pese más de 160 g/m2 se considera tarjeta. Por tanto, el peso de una resma depende de las dimensiones del papel y de su grosor.
La mayor parte del papel comercial que se vende en América del Norte se corta en tamaños de papel estándar basados en 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 la superficie de una hoja de papel, no en el ancho y el largo de la hoja. Se adoptó por primera vez en Alemania en 1922 y se extendió en general a medida que las naciones adoptaron el sistema métrico. El papel de tamaño estándar más grande es el A0 (A cero), y 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 tiene el tamaño de la mitad de una hoja de A1, y así sucesivamente. Los tamaños habituales que se utilizan en la oficina y el hogar son A4 y A3 (A3 es el tamaño de dos hojas A4).
La densidad del papel varía desde 250 kg/m 3 (16 lb/pie cúbico) para papel tisú hasta 1 500 kg/m 3 (94 lb/pie cúbico) para algunos papeles especiales. El papel de impresión pesa aproximadamente 800 kg/m 3 (50 lb/pie cúbico). [22]
El papel se puede clasificar en siete categorías: [23]
Algunos tipos de papel incluyen:
Gran parte del primer papel elaborado con pulpa de madera contenía cantidades significativas de alumbre , una variedad de sal de sulfato de aluminio que es significativamente ácida . Se añadió alumbre al papel para ayudar en el dimensionamiento , [24] haciéndolo algo resistente al agua para que las tintas no "corrieran" ni se extendieran incontrolablemente. Los primeros fabricantes de papel no se dieron cuenta de que el alumbre que añadían generosamente para solucionar casi todos los problemas encontrados en la fabricación de su producto acabaría siendo perjudicial. [25] Las fibras de celulosa que componen el papel se hidrolizan con ácido, y la presencia de alumbre eventualmente 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 mucho 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 elaborado a partir de pulpa mecánica contiene cantidades importantes de lignina , un componente importante de la madera. En presencia de luz y oxígeno, la lignina reacciona para dar materiales amarillos, [26] razón por la cual el papel de periódico y otros papeles mecánicos se vuelven amarillos con el tiempo. El papel elaborado a partir de pulpas kraft o de sulfito blanqueadas no contiene cantidades significativas de lignina y, por tanto, es más adecuado para libros, documentos y otras aplicaciones en las que la blancura del papel es esencial.
El papel elaborado con pulpa de madera no es necesariamente menos duradero que el papel de trapo. El comportamiento de envejecimiento de un papel está determinado por su fabricación, no por la fuente original de las fibras. [27] Además, las pruebas patrocinadas por la Biblioteca del Congreso demuestran que todo el papel corre el riesgo de desintegrarse por ácido, porque la propia celulosa produce ácidos fórmico, acético, láctico y oxálico. [28]
La fabricación de pulpa mecánica produce casi una tonelada de pulpa por tonelada de madera seca utilizada, razón por la cual a veces se hace referencia a las pulpas mecánicas como pulpas de "alto rendimiento". Con casi el doble de rendimiento que la pulpa química, las pulpas mecánicas suelen ser más baratas. Los periódicos y libros de bolsillo del mercado masivo tienden a utilizar papeles mecánicos. Los editores de libros tienden a utilizar papel sin ácido , elaborado a partir de pulpas químicas totalmente blanqueadas, para los libros de tapa dura y de bolsillo comerciales .
La producción y el uso de papel tienen una serie de efectos adversos sobre el medio ambiente.
El consumo mundial de papel ha aumentado un 400% en los últimos 40 años [ se necesita aclaración ] , 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 antiguos representa menos del 10% de la pulpa de madera, [29] pero es una de las cuestiones más controvertidas.
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. [30] El trabajador de oficina promedio en los EE.UU. imprime 31 páginas cada día. [31] Los estadounidenses también utilizan del orden de 16 mil millones de vasos de papel al año.
El blanqueo convencional de pulpa de madera utilizando cloro elemental produce y libera al medio ambiente grandes cantidades de compuestos orgánicos clorados , incluidas dioxinas cloradas . [32] Las dioxinas están reconocidas como un contaminante ambiental persistente, regulado internacionalmente por el Convenio de Estocolmo sobre Contaminantes Orgánicos Persistentes . Las dioxinas son altamente tóxicas y sus efectos sobre la salud humana 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 carne, lácteos, pescado y mariscos, ya que las dioxinas se acumulan en la cadena alimentaria en el tejido graso de los animales. [33]
Las industrias de pulpa de papel y de impresión emitieron en conjunto alrededor del 1% de las emisiones mundiales de gases de efecto invernadero en 2010 [34] y alrededor del 0,9% en 2012. [35]
En la edición 2022-2024 de la "Encuesta anual sobre capacidades de pulpa y papel", la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) informa que Asia ha reemplazado a América del Norte como el principal continente productor de pulpa y papel. [36]
Las cifras de la FAO para 2021 muestran que la producción de papeles gráficos continúa su descenso desde un máximo de mediados de la década de 2000 hasta situarse por debajo de los 100 millones de toneladas al año. En cambio, la producción de otros papeles y cartones –que incluyen cartón y productos sanitarios– ha seguido aumentando, superando los 320 millones de toneladas. [36]
La FAO ha documentado la creciente producción de cartón para papel y cartón, que ha ido aumentando en respuesta a la expansión del comercio electrónico desde la década de 2010. [36] Los datos de la FAO sugieren que se ha visto aún más impulsado por los confinamientos relacionados con la COVID-19. [37]
Algunos fabricantes han comenzado a utilizar una nueva alternativa a los envases de plástico expandido, mucho más respetuosa con el medio ambiente. Hecho de papel, y conocido comercialmente como PaperFoam, el nuevo envase tiene propiedades mecánicas muy similares a las de algunos envases de plástico expandido, pero es biodegradable y también puede reciclarse con papel común. [38]
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, se está prestando atención a la zeína (proteína de maíz) como recubrimiento para papel en aplicaciones con alto contenido de grasa, como las bolsas de palomitas de maíz. [39]
Además, se han introducido materiales sintéticos como Tyvek y Teslin como medios de impresión por ser un material más duradero que el papel.
Una investigación realizada por la Biblioteca del Congreso ha demostrado que la propia celulosa genera ácidos a medida que envejece, incluidos los ácidos fórmico, acético, láctico y oxálico.
Más del 90% de la exposición humana se produce a través de los alimentos.
