El papel es un material laminar fino producido mediante el procesamiento mecánico o químico de fibras de celulosa derivadas de madera , trapos , hierbas 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 en hojas individuales a mano, casi todo ahora se fabrica en máquinas grandes, algunas de las cuales hacen bobinas de 10 metros de ancho, que funcionan a 2000 metros por minuto y hasta 600 000 toneladas al año. [ no verificado en el cuerpo ] 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, papel de guarda de libros, papel de conservación, encimeras laminadas, papel higiénico, moneda y papel de seguridad, o en varios procesos industriales y de construcción.
El proceso de fabricación de papel se desarrolló en el este de Asia, probablemente China , al menos desde el año 105 d. C. , [1] por el eunuco de la corte Han Cai Lun , aunque los primeros fragmentos arqueológicos de papel proceden del siglo II a. C. en China. [2] La industria moderna de pulpa y papel es global, y China lidera su producción seguida de Estados Unidos.
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 a partir de 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 se transmitió al mundo islámico después de la Batalla de Talas en el año 751 d. C., cuando dos fabricantes de papel chinos fueron capturados como prisioneros. Aunque la veracidad de esta historia es incierta, el papel comenzó a fabricarse en Samarcanda poco después. [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 impulsadas por agua . [4] Debido a que el papel se introdujo en Occidente a través de la ciudad de Bagdad , primero se lo llamó bagdatikos . [5] En el siglo XIX, la industrialización redujo en gran medida 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 convertir las fibras de madera en pulpa. [6]
Antes de la industrialización de la producción de papel, la fuente de fibra más común eran las fibras recicladas de textiles usados, llamadas trapos. Los trapos eran de cáñamo , lino y algodón . [7] Un proceso para eliminar las tintas de impresión del papel reciclado fue inventado por el jurista alemán Justus Claproth en 1774. [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 materiales reciclados de los traperos . [7]
La palabra papel se deriva etimológicamente del latín papyrus , que a su vez proviene del griego πᾰ́πῡρος ( pápūros ), la 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 usaba 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 papyrus , 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. [2]
Para fabricar pulpa a partir de madera, se utiliza un proceso químico de despulpado que 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 ; 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 contiene 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 químicos de despulpado no se utilizan para fabricar papel hecho de algodón, que ya es 90% celulosa.
Existen tres procesos principales de fabricación de pulpa química: el proceso al sulfito se remonta a la década de 1840 y fue 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 de 1890, es ahora la estrategia más comúnmente practicada; una de sus ventajas es que la reacción química con la lignina produce calor, que se puede utilizar para hacer funcionar un generador. La mayoría de las operaciones de fabricación 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 fabricación de pulpa con soda es otro proceso especial utilizado para fabricar pulpa de paja , bagazo y maderas duras con alto contenido de silicato .
Existen dos tipos principales de pulpa mecánica: la pulpa termomecánica (TMP) y la pulpa de madera molida (GW). En el proceso TMP, la madera se trocea y luego se introduce en refinadores calentados con vapor, donde las astillas se exprimen y se convierten en fibras entre dos discos de acero. En el proceso de madera molida, los troncos descortezados se introducen en molinos donde se presionan contra piedras giratorias para convertirlos en fibras. El despulpe 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 quebradizo con el tiempo. Las pulpas mecánicas tienen fibras bastante cortas, por lo que producen un papel débil. Aunque se requieren grandes cantidades de energía eléctrica para producir pulpa mecánica, cuesta menos que la de tipo químico.
Los procesos de reciclado de papel pueden utilizar pulpa producida química o mecánicamente; al mezclarla con agua y aplicar una acción mecánica, se pueden romper los enlaces de hidrógeno del papel y separar las fibras nuevamente. La mayoría del papel reciclado contiene una proporción de fibra virgen por razones de calidad; en general, la pulpa destintada es de la misma calidad o inferior que el papel recolectado del que se hizo.
Existen tres clasificaciones principales de fibra reciclada:
Los papeles reciclados pueden fabricarse a partir de materiales 100% reciclados o mezclados con pulpa virgen, aunque (por lo general) no son tan fuertes ni tan brillantes como los papeles fabricados con estos últimos.
Además de las fibras, las pulpas pueden contener rellenos como tiza o caolín , [12] que mejoran sus características para la impresión o la escritura. [13] Los aditivos para fines de encolado se pueden mezclar con ellas o aplicar a la banda de papel más adelante en el proceso de fabricación; el propósito de dicho encolado es establecer el nivel correcto de absorbencia de la superficie para adaptarse a la tinta o pintura.
La pulpa se introduce en una máquina de papel, donde se forma una banda de papel y se le elimina el agua mediante presión y secado.
Al presionar la hoja se elimina el agua a la fuerza. Una vez que se ha extraído el agua de la hoja, se utiliza un tipo especial de fieltro, que no debe confundirse con el tradicional, para recoger el agua. Cuando se fabrica papel a mano, se utiliza 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 tiempos de la fabricación de papel, esto se hacía colgando las hojas como si fueran ropa; en tiempos más modernos, se utilizan varias formas de mecanismos de secado con calor. En la máquina de papel, el más común es el secador de latas calentado con vapor. Estos pueden alcanzar temperaturas superiores a los 93 °C (200 °F) 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.
Luego, el papel puede someterse a un encolado para modificar sus propiedades físicas para su uso en diversas aplicaciones.
En este punto, el papel no está recubierto . El papel recubierto tiene una capa fina de material como carbonato de calcio o caolín aplicado a uno o ambos lados para crear una superficie más adecuada para tramas de medios tonos de alta resolución . (Los papeles no recubiertos rara vez son adecuados para tramas superiores a 150 lpp). Los papeles recubiertos o no recubiertos pueden tener sus superficies pulidas mediante calandrado . Los papeles recubiertos se dividen en mate, semimate o seda y brillo. Los papeles brillantes brindan la mayor densidad óptica en la imagen impresa.
El papel se coloca en bobinas si se va a utilizar en prensas de impresión en bobina, o se corta en hojas para otros procesos de impresión u otros fines. Las fibras del papel se desplazan básicamente en la dirección de la máquina. Las hojas se cortan normalmente con la fibra "larga", es decir, con la fibra paralela a la dimensión más larga de la hoja. El papel continuo (o papelería continua) se corta a lo ancho con perforaciones en los bordes y se dobla en pilas.
Todo el papel producido por máquinas de papel, 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 ancho de ella. 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 etapas posteriores de la máquina.
El papel tejido no presenta "líneas de trazos", que son pequeñas líneas regulares que quedan en el papel cuando se lo fabrica a mano en un molde hecho con hileras de alambres de metal o bambú. Las líneas de trazos están muy juntas, son perpendiculares a las "líneas de cadena", que están más separadas. El papel hecho a mano también presenta "bordes desbarbados", o bordes ásperos y plumosos. [14]
El papel se puede producir con una amplia variedad de propiedades, dependiendo del uso previsto.
Se estima que las soluciones de almacenamiento basadas en papel capturaron el 0,33% del total en 1986 y solo 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 basadas en papel representaban menos del 0,05% de la capacidad mundial de telecomunicaciones, con una tendencia a la baja marcadamente después de la introducción masiva de tecnologías digitales. [15]
El papel tiene un papel importante en las artes visuales. Se utiliza solo para formar formas bidimensionales y tridimensionales y collages . [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 se mide a menudo con un calibrador, 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 un grosor de entre 0,07 y 0,18 milímetros (0,0028 y 0,0071 pulgadas). [20]
El papel se suele caracterizar por su peso. En Estados Unidos, el peso es el peso de una resma (paquete de 500 hojas) de distintos "tamaños básicos" antes de que el papel se corte al tamaño en que se vende a los clientes finales. Por ejemplo, una resma de papel de 20 lb, 8,5 in × 11 in (216 mm × 279 mm) pesa 5 libras porque se ha cortado de hojas más grandes en cuatro trozos. [21] En Estados Unidos, el papel de impresión suele pesar 20 lb, 24 lb, 28 lb o 32 lb como máximo. El papel para cubiertas suele pesar 68 lb y 110 lb o más se considera cartulina .
En Europa y otras regiones que utilizan el sistema de clasificación de papel ISO 216 , el peso se expresa en gramos por metro cuadrado (g/ m2 o, habitualmente, g/m2) de papel. El papel de impresión suele tener un gramaje de entre 60 y 120 g/m2. Todo papel de más de 160 g/m2 se considera cartulina. Por tanto, el gramaje 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 largo de la hoja. Se adoptó por primera vez en Alemania en 1922 y se extendió a medida que las naciones adoptaron el sistema métrico. El tamaño estándar de papel más grande es A0 (A cero), que mide un metro cuadrado (aproximadamente 1189 × 841 mm). A1 es 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 en el hogar son A4 y A3 (A3 es el tamaño de dos hojas de A4).
La densidad del papel varía entre 250 kg/m3 ( 16 lb / pie cúbico) para el papel tisú y 1500 kg/m3 ( 94 lb/pie cúbico) para algunos papeles especiales. El papel de impresión es de aproximadamente 800 kg/m3 ( 50 lb/pie cúbico). [22]
El papel se puede clasificar en siete categorías: [23]
Algunos tipos de papel incluyen:
Gran parte del papel primitivo fabricado con pulpa de madera contenía cantidades significativas de alumbre , una variedad de sal de sulfato de aluminio que es significativamente ácida . El alumbre se añadía al papel para ayudar en el encolado , [24] haciéndolo algo resistente al agua para que las tintas no se "corrieran" o se extendieran sin control. Los primeros fabricantes de papel no se dieron cuenta de que el alumbre que añadían generosamente para solucionar casi todos los problemas que se encontraban en la fabricación de su producto sería eventualmente perjudicial. [25] 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 a partir de 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, [26] razón por la cual el papel de periódico y otros papeles mecánicos amarillean con el tiempo. El papel fabricado a partir de 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 donde la blancura del papel es esencial.
El papel fabricado a partir de 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 acidez, porque la propia celulosa produce ácidos fórmico, acético, láctico y oxálico. [28]
La pulpa mecánica produce casi una tonelada de pulpa por tonelada de madera seca utilizada, por lo que a veces se la denomina pulpa de "alto rendimiento". Con un rendimiento de casi el doble que la pulpa química, la pulpa mecánica suele ser más barata. Los libros de bolsillo y los periódicos destinados al mercado de masas suelen utilizar papeles mecánicos. Los editores de libros suelen utilizar papel sin ácido , fabricado a partir de pulpas químicas completamente blanqueadas para los libros de tapa dura y rústica comercial .
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 [ aclaración necesaria ], 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 uno de los temas más controvertidos.
Los residuos de papel representan hasta el 40% del total de residuos producidos en Estados Unidos cada año, lo que suma 71,6 millones de toneladas de residuos de papel al año solo en Estados Unidos. [30] El trabajador de oficina promedio en Estados Unidos imprime 31 páginas todos los días. [31] Los estadounidenses también utilizan alrededor 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 los efectos sobre la salud de los seres humanos incluyen problemas reproductivos, de desarrollo, inmunológicos y hormonales. Se sabe que son cancerígenas. Más del 90% de la exposición humana se produce a través de los alimentos, principalmente carne, productos 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 la capacidad de producción de pulpa y papel", la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura (FAO) informa que Asia ha superado a América del Norte como 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 pico a 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 incluye cartón y productos sanitarios) ha seguido aumentando y ha superado los 320 millones de toneladas. [36]
La FAO ha documentado la creciente producción de cartón para la fabricación de papel y cartón, que ha ido aumentando en respuesta a la difusión del comercio electrónico desde la década de 2010. [36] Los datos de la FAO sugieren que se ha visto impulsada aún más por los confinamientos relacionados con la COVID-19. [37]
Algunos fabricantes han empezado a utilizar una nueva alternativa al plástico expandido, mucho más respetuosa con el medio ambiente. Este nuevo envase, fabricado a partir de papel y conocido comercialmente como PaperFoam, tiene propiedades mecánicas muy similares a las de algunos envases de plástico expandido, pero es biodegradable y también se puede reciclar con papel normal. [38]
Debido a las crecientes preocupaciones ambientales sobre los recubrimientos sintéticos (como el PFOA ) y los precios más altos de los productos petroquímicos basados en 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 materiales más duraderos que el papel.
Las investigaciones de la Biblioteca del Congreso han 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.
