FACTIBILIDAD DE ELABORACIÓN DE PAPEL ARTESANAL...

ELABORACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DEL PAPEL

ARTESANAL DE LA CORONA DEL FRUTO DE DOS

VARIEDADES DE PIÑA Ananas comosus (L.) Merr

TESIS PROFESIONAL

QUE COMO REQUISITO PARCIAL

PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO FORESTAL INDUSTRIAL

Presenta:

MARICELA HERNÁNDEZ ORTEGA

Chapingo, Texcoco, Edo. de México, 2008

La presente tesis titulada “Elaboración y caracterización del papel artesanal de la

corona del fruto de dos variedades de piña Ananas comosus (L.) Merr”. Fue

realizada por Maricela Hernández Ortega, bajo la dirección de la Dra. María

Antonieta Goytia Jiménez, el M.C. Mario Fuentes Salinas, el Dr. José Anzaldo

Hernández y el Dr. José Turrado Saucedo, misma que fue revisada y aprobada por

el siguiente jurado examinador como requisito parcial para obtener el título de:

INGENIERO FORESTAL INDUSTRIAL

PRESIDENTE ________________________________________ Dra. María Antonieta Goytia Jiménez

SECRETARIO ________________________________________ M.C. Mario Fuentes Salinas

VOCAL ________________________________________ Dr. José Anzaldo Hernández

SUPLENTE ________________________________________ Dra. María Ampara Borja de la Rosa

SUPLENTE ________________________________________ Ing. Gonzalo de Jesús Novelo García

II

INDICE GENERAL

CONTENIDO Pág. ÍNDICE DE FIGURAS_______________________________________________V

LISTA DE CUADROS______________________________________________VIII

ANEXOS_________________________________________________________X

RESUMEN_______________________________________________________XI

SUMMARY______________________________________________________XII

1. INTRODUCCIÓN ________________________________________________ 1

2. OBJETIVOS ___________________________________________________ 4

3. REVISIÓN DE LITERATURA ______________________________________ 5

3.1. Historia del papel artesanal en el mundo _________________________ 5

3.2. Historia del papel artesanal en México ___________________________ 8

3.3. Clasificación de las fibras vegetales ____________________________ 10

3.4. Uso de fibras vegetales no maderables en el papel ________________ 12

3.5. Composición química de las plantas no maderables _______________ 14

3.6. Descripción botánica y ubicación taxonómica de la piña ____________ 17

3.6.1. Microscopia de la hoja de piña _____________________________ 18

3.6.2. Morfología de la hoja de piña ______________________________ 18

3.7. Características de las fibras de la corona de piña _________________ 19

3.8. Producción de piña en México ________________________________ 20

3.9. Índices de la calidad de pulpa para papel ________________________ 21

4. MATERIALES Y MÉTODOS ______________________________________ 25

4.1. Materiales ________________________________________________ 25

4.1.1. Materia prima y su obtención ______________________________ 25

4.1.2. Ubicación de Área de Investigación _________________________ 25

4.1.3. Equipo de laboratorio ____________________________________ 26

4.1.4. Reactivos _____________________________________________ 28

4.2. Métodos __________________________________________________ 28

4.2.1. Composición química. ___________________________________ 28

4.2.1.1. Extraíbles ___________________________________________ 29

4.2.1.2. Determinación de contenido de Holocelulosa _______________ 31

4.2.1.3. Lignina _____________________________________________ 36

4.2.1.4. Cenizas _____________________________________________ 38

4.2.2. Caracterización morfológica de la hoja ______________________ 39

4.2.3. Índices de calidad de pulpa para papel ______________________ 40

4.2.4. Análisis fibrilar con el equipo Fiber Quality Analyzer (FQA) ______ 41

4.2.5. Producción de la pulpa para el papel ________________________ 42

4.2.5.1. Preparación y fragmentación de la corona de la piña _________ 42

4.2.5.2. Determinación del hidromódulo __________________________ 42

III

4.2.5.3. Determinación de la relación de reactivos a fibra _____________ 43

4.2.5.4. Determinación del Nº de Kappa __________________________ 44

4.2.5.5. Proceso de cocción ___________________________________ 46

4.2.5.6. Rendimiento de pulpa __________________________________ 48

4.2.6. Acondicionamiento de la pulpa para formación de las hojas ______ 49

4.2.6.1. Longitud de la fibra de pulpa por clasificación _______________ 49

4.2.6.2. Determinación del Freeness de la pulpa de la corona de la piña y de la fibra secundaria _________________________________________ 50

4.2.6.3. Proceso de refinación de la fibra secundaria para las mezclas __ 51

4.2.6.4. Mezcla de pulpa de corona de piña y de fibra secundaria _____ 52

4.2.6.5. Determinación del gramaje para la formación de las hojas _____ 52

4.2.7. Formación de las hojas de papel ___________________________ 53

4.2.8. Evaluación de las propiedades de las hojas de papel ___________ 55

4.2.8.1. Evaluación de las propiedades físicas _____________________ 56

4.2.8.1.1. Espesor _________________________________________ 56

4.2.8.1.2. Peso base o gramaje ______________________________ 57

4.2.8.1.3. Porosidad _______________________________________ 57

4.2.8.2. Evaluación de las propiedades ópticas de blancura y opacidad _ 58

4.2.8.3. Evaluación de las propiedades mecánicas _________________ 59

4.2.8.3.1. Resistencia a la explosión _________________________ 59

4.2.8.3.2. Resistencia al rasgado ____________________________ 60

4.2.8.3.3. Resistencia a la tensión ___________________________ 62

4.2.8.3.4. Resistencia al doblez _____________________________ 63

4.2.8.4. Evaluación global y posibilidades de uso del papel de piña _____ 63

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ____________________________________ 64

5.1. Composición química _______________________________________ 64

5.2. Morfología de las fibras de la corona de la piña ___________________ 67

5.2.1. Caracterización morfológica de la hoja ______________________ 67

5.2.2. Tipo y dimensiones de las fibras ___________________________ 68

5.3. Índices de calidad de pulpa para papel __________________________ 71

5.4. Análisis de calidad de las fibras reportado por el equipo FQA ________ 73

5.5. Formación de la pulpa para el papel ____________________________ 74

5.5.1. Hidromódulo ___________________________________________ 74

5.5.2. Relación adecuada de reactivos utilizados ___________________ 75

5.5.3. Proceso de cocción _____________________________________ 77

5.6. Longitud de la fibra de la pulpa por clasificación ___________________ 78

5.7. Propiedades de las hojas de papel _____________________________ 78

5.7.1. Propiedades físicas _____________________________________ 78

5.7.1.1. Espesor_____________________________________________ 78

5.7.1.2. Peso base o gramaje __________________________________ 80

5.7.1.3. Porosidad ___________________________________________ 81

5.7.2. Propiedades ópticas de Blancura y Opacidad _________________ 81

5.7.3. Propiedades mecánicas __________________________________ 83

5.7.3.1. Resistencia a la explosión ______________________________ 83

5.7.3.2. Resistencia al rasgado _________________________________ 85

5.7.3.3. Resistencia a la tensión ________________________________ 86

IV

5.7.3.4. Resistencia al doblez __________________________________ 87

5.7.4. Metodología sintetizada para la elaboración de papel artesanal con hojas de la corona del fruto de la piña ______________________________ 89

6. CONCLUSIONES ______________________________________________ 98

7. RECOMENDACIONES _________________________________________ 100

8. BIBLIOGRAFÍA CITADA ________________________________________ 101

9. ANEXOS ____________________________________________________ 108

V

ÍNDICE DE FIGURAS

Fig. Pág.

No se encontraron elementos de tabla de contenido.

LISTA DE CUADROS

Cuadro Pág.


VI

ANEXOS


VII

RESUMEN

Se caracterizaron fisicamente las hojas de papel elaboradas con fibra de la corona

del fruto de dos variedades de piña (Ananas comosus (L.) Merr) y la mezcla de

éstas con pulpa kraft. Como resultado se tuvo un papel con porosidad cerrada, y

con una opacidad entre el 89 - 98%. La resistencia del papel a la explosión fue

mayor en el papel elaborado exclusivamente con fibra de piña (4.9 k.Pa·m2/g) y

menor en el papel hecho con mezcla de fibra de piña y pulpa kraft (2.1 k.Pa·m2/g);

La resistencia al rasgado varió entre los 373 a 445 gf y el índice de rasgado de 51

a 66 N·m2/kg; El índices de tensión se localizó entre los 240 – 500 N·m/g y la

resistencia a tensión entre los 190 – 400 kN/m, observándose los valores más

bajos para la mezcla 100% kraft en ambos casos; La resistencia al doblez mostró

valores mayores con el tratamiento de pulpa virgen (525-800 dobles pliegues) y el

valor más bajo en la mezcla de pulpa kraft (33 dobles pliegues). Estas

características hacen que el papel hecho con fibras de la corona del fruto de la

piña pueda ser utilizado para material de impresión, diplomas, invitaciones para

eventos sociales, pinturas, dibujo, separadores y papel cartográfico; también se

podría utilizar como papel para envoltura de alimentos, conservas en frío, para

frutas y verduras, para dulces, papeles para sacos y bolsas, entre otros usos. Por

su aspecto rustico se puede utilizar para cajas de dulces, lámparas y elaborar

artesanías de cualquier tipo.

Palabras clave: Papel artesanal, papel reciclado, fibras vegetales.

VIII

SUMMARY

The paper leaves elaborated with fiber of the crown of the fruit of two pineapple

varieties were characterized physically (Ananas comosus (L.) Merr) and the

mixture of these with pulp kraft. As a result one had a paper with closed porosity,

and with an opacity among the 89 - 98%. The resistance of the paper to the

explosion was bigger in the paper elaborated exclusively with pineapple fiber (4.9

k.Pa·m2/g) and smaller in the paper made with mixture of pineapple fiber and pulp

kraft (2.1 k.Pa·m2/g); The resistance to the one ripped varied among the 373 to

445 gf and the index of having ripped from 51 to 66 N·m2/kg; The indexes of

tension were located among the 240 - 500 N·m/g and the resistance to tension

among the 190 - 400 kN/m, being observed the lowest values for the mixture 100%

kraft in both cases; The resistance to the cuff showed bigger values with the

treatment of virgin pulp (525-800 double pleats) and the lowest value in the mixture

of pulp kraft (33 double pleats). These characteristics make that the paper made

with fibers of the crown of the fruit of the pineapple can be used for impression

material, diplomas, invitations for social events, paintings, drawing, separators and

cartographic paper; you could also use as paper for cover of foods, preserves in

cold, for fruits and vegetables, for sweet, papers for sacks and bags, among other

uses. For their rustic aspect you can use for boxes of sweet, lamps and to

elaborate crafts of any type.

Key words: Handmade paper, recycled paper, vegetable fibers.

1

INTRODUCCIÓN

1. INTRODUCCIÓN

El papel es un artículo esencial en la vida cotidiana, el cual se utiliza en

cualquiera de nuestras actividades diarias; tradicionalmente se ha producido a base

de fibras provenientes de árboles, lo que representa el consumo de millones de

metros cúbicos y extracción de miles de árboles de los bosques anualmente. Si se

aprovechan fibras vegetales provenientes de otros cultivos para la fabricación de

papel, se estará en posibilidades de reducir la deforestación, aumentar el valor de

esos cultivos y generar, por otro lado, alternativas de producción y empleo, en el

caso de que sea factible la fabricación de papel artesanal con fibras no tradicionales

como sería el caso de las provenientes de la corona de piña.

Así mismo, la elaboración de papel artesanalmente es una actividad que ha

tenido un declive, ya que por no ser un proceso continuo al formar la hoja se hace

poco eficiente para abastecer la demanda de papel en el país; por otro lado,

considerando que la principal fuente de materia prima para elaborar papel es la

madera, hay que buscar nuevas alternativas para satisfacer la demanda, es por eso

que la introducción de las fibras no maderables o anuales se hace una opción viable

para la elaboración de papel.

De acuerdo a Molina y Monreal (2004), México consume anualmente en

promedio un millón 200 toneladas de fibra virgen, que no incluyen papel reciclado;

estos autores mencionan que para el año 2003 se produjeron 334 mil toneladas de

celulosa y se importaron 736 mil toneladas provenientes principalmente de Estados

Unidos, Canadá, Brasil y Chile entre otros; por lo que es de suma importancia la

investigación de material fibroso no maderables como una alternativa de producción

de pulpa para papel. De igual forma SEMARNAT (2006), reporta que México en el

año 2007 importó cerca de cuatro millones de dólares en celulosa solo para la

fabricación de papel y cartón.

2

INTRODUCCIÓN

En México, dentro de las regiones con agricultura tropical, uno de los cultivos

de relativa importancia por su carácter económico y social es la producción de piña

(Ananas comosus (L) Merr). México ocupa el séptimo lugar de producción a nivel

mundial, por lo que en el ámbito nacional SAGARPA (2006), reporta que Veracruz es

el principal productor, al contribuir con el 61% de la producción total, en segundo y

tercer lugar se ubican Oaxaca y Tabasco con 23.1% y 12.7% respectivamente. A su

vez, la principal región productora de Veracruz se ubica en la Cuenca del

Papaloapan, en donde destacan las poblaciones de Villa Isla, José Azueta y Juan

Rodríguez Clara.

De la Cruz y García (2005), menciona que la piña es el segundo cultivo

tropical de importancia mundial después del plátano (Musa spp); también menciona

que la composición en porcentaje de una piña (Figura 1) de la variedad Cayena lisa

es: Pulpa (33%), Corazón (6%), Cáscara (41%) y Corona (20%); esta última

proporción es la que se pretende utilizar como materia prima para la elaboración de

papel, ya que ésta no tiene ningún uso, generándose muchas toneladas de

desperdicio en las empacadoras de la región piñera.

Figura 1. Componentes de la piña

a=Cascara, b=Pulpa, c= Corazón, d=Fruta y e=Corona

Se debe considerar que los excesos de residuos agrícolas con los que cuenta

México, menciona Maddern (2003), representan un problema para su eliminación o

que son recursos poco aprovechados y que repercuten gravemente a la

contaminación.

3

INTRODUCCIÓN

El Centro de estudios de Finanzas Publicas (2002), señala que la piña

producida en México tiene tres usos como destino final que son el mercado en fresco

con casi el 70% de la producción nacional; seguido por la industria entre el 23% y

25% de la producción, que tiene como objetivo principal la elaboración de almíbares

y jugos, mientras que en tercer lugar el 5% y 7% del volumen producido, tienen como

destino el mercado de exportación de piña en fresco.

En este trabajo se planteó establecer la metodología de elaboración de papel

artesanal, a partir de las hojas de la corona de frutos de dos variedades de piña

(Cayena lisa y MD2), así como llevar a cabo la caracterización del papel obtenido.

Con la caracterización del papel obtenido se determinó cual es el uso adecuado que

se le puede dar a éste tipo de papel.

4

OBJETIVOS

2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo principal

Probar la factibilidad de elaborar papel de tipo artesanal con la corona de piña,

evaluando sus características y propiedades para determinar sus posibles usos.

2.2 Objetivos secundarios

o Establecer la metodología para elaborar papel artesanalmente de la corona

de piña.

o Proponer una alternativa para mejorar la situación socio-económica de la

población campesina productora de piña, generando la información básica

que les permita considerar la posibilidad de establecer un taller de

producción de papel artesanal.

5

REVISIÓN DE LITERATURA

3. REVISIÓN DE LITERATURA

3.1. Historia del papel artesanal en el mundo

El papel ha existido desde tiempos remotos en todas partes del mundo no

importando condición social o religión, ya que el hombre busca plasmar sus ideas y

sentimientos gráficamente, de esta manera, el papel se ha convertido en un material

esencial en la vida cotidiana del ser humano, por lo que es importante conocer como

se ha venido desarrollando este gran material.

Joseph (2004), comenta que en la época de los hombres primitivos se

plasmaban ideas de lo que deseaban decir en las paredes de las cavernas, mas

tarde en placas de mármol o bronce, después en tablillas de arcilla, caparazón de

tortuga, huesos, madera o cera; pero según fue pasando el tiempo se hizo necesario

tener otro tipo de material que fuera más fácil de manejar.

Así nacieron de forma independiente en diferentes partes del mundo y con

características similares; en el Mediterráneo el papiro, en América el papel

precolombino y en el Extremo Oriente el papel como se conoce en la actualidad. El

papiro (Figura 2) fue usado por la cultura egipcia 3,200 años antes de Cristo, es una

planta que crece en las orillas de algunos ríos africanos y su nombre científico es

Cyperus papyrus, las propiedades de esta planta permiten trabajar sus hojas de

modo que pueden formar superficies continuas muy estables y amplias, con

características muy parecidas a las del papel.

Figura 2. El Papiro (Joseph 2004)

6


También menciona que el papel pergamino se desarrolló en América mucho

antes que llegaran los conquistadores españoles. Se cree que los Incas de las

cordilleras sudamericanas, probablemente, utilizaron fibras vegetales autóctonas

para fabricar un papel semejante al papiro, pero no se puede determinar un periodo

preciso que indique el inicio del uso del papel precolombino.

Por otro lado, antes de la invención del papel, según una leyenda, un

poderoso general chino llamado Moung-Tian conoció el papiro egipcio y pidió a sus

artesanos que buscaran entre las plantas de su país una especie similar, pero no se

obtuvieron los resultados esperados. Tres siglos después, de los ensayos

encargados por Moung-Tian, el primer papel de la historia lo logró crear Tsin-Lun a

partir de fibras vegetales extraídas de trapos, redes de pescar, corteza de morera,

ramio, cáñamo o bambú en el año 105 d.C.

Para el año 751 en Turquestán, el mismo autor reporta que los árabes

apresan a unos chinos fabricantes de papel y consiguen arrancarles su secreto, es

así como se empezó a expandir a través de Asia hasta alcanzar Occidente (Figura

3), después de Samarcanda la expansión llega hasta Europa gracias a la cultura del

Islam. Desde Europa se exportó a América. En el siglo XVII el papel ya se conocía

en todo el mundo.

Figura 3. Expansión del papel en el Mundo (Sanjuán 1997)

7


Es por eso que el papel hoy en día se debe considerar como un arte milenario

donde el fundamento básico de su elaboración, es drenar una suspensión de fibras a

través de una malla; por lo que el papel se hace un instrumento esencial para el

desarrollo y la mejor comunicación entre las poblaciones, ya que la técnica se

modifica y se adapta a cada lugar, produciéndose una gran diversidad de métodos

para la elaboración de papel.

Escoto (2006), menciona que el principio técnico de la formación del papel

consistía primero en la obtención de la pulpa, posteriormente se continuaba con el

batido y preparación de la pulpa, una vez hecho lo anterior, se procedía a la

formación de la hoja en un marco de bambú recubierto con cedazos, el cual se

sumergía en la suspensión fibrosa, se drenaba por gravedad a través de los orificios

del cedazo, permitiendo que las fibras formaran un tramado o colchón fibroso sobre

la superficie del cedazo o malla; de esta manera quedaba consolidada un hoja

húmeda (Figura 4); y finalmente el secado de la hoja de papel se hacía mediante

eliminación del agua por exprimido o prensado y luego mediante fijación de la hoja

en una superficie lisa exponiéndola al medio ambiente.

Figura 4. Formación de la hoja de papel (Sanjuán 1997)

8


Sanjuán (1997), comenta que la primera fábrica de papel de la historia fue

instalada por Tsai-Lun en la provincia de Honan, en China. Hasta finales del siglo

XVll, la fabricación de papel no pasó de ser una labor artesanal, siguiendo la técnica

de los chinos de formar hojas en bastidores. Por lo que para el año 1799 el Francés

Nicolas Louis Robert inventó una maquina continua para hacer papel (Figura 5), para

el año de 1803 los hermanos Fourdrinier, ingleses, adquirieron la patente de Louis

Robert y perfeccionaron la máquina.

Figura 5. Máquina de papel de Louis Robert (Sanjuán 1997)

3.2. Historia del papel artesanal en México

A pesar de la importancia que el papel tuvo entre las civilizaciones antiguas de

México, son muy escasos los datos que los primeros cronistas transmitieron acerca

de los procedimientos para fabricarlo. Hernández (1943), comenta que se fabricaba

papel de maguey (metl), de algodón (ixcotl), de la planta llamada izote (izotl), del

amaquahuitl (árbol de papel), del Amate (amatl) y de algunos otros de la corteza de

algunos árboles o de su raíz, pero se puede deducir que los principales elementos

para fabricar papel se tomaban del maguey y del amatl, pudiéndose utilizar otras

fibras según su presencia y abundancia.

Así mismo, este autor describe que para la fabricación del papel sólo se

cortaban las ramas gruesas de algunos árboles (amate), dejando los renuevos; se

ablandaban en agua y se dejaban remojar durante una noche en los arroyos o

corrientes de agua, al día siguiente se les arrancaba la corteza, y después de

limpiarla de la cutícula superior, se extendía a golpes con una piedra plana pero

9


surcada de estrías, de esta manera el material se volvía flexible; se cortaban en

pequeños trozos que, golpeados de nuevo por diferentes lados con otra piedra más

plana, se unían fácilmente entre sí, por último se alisaban y se formaban en hojas de

papel de 44.36cm de largas y 33.27cm aproximadamente de ancho.

Landa citado por Hernández (1943) hace mención en su obra, que los mayas

tenían libros de corteza de 10 a 12 varas (8.38 a 10.05 m) de largo, doblados en

piezas de 0.21 m cada doblez.

Por otro lado, también menciona que los mexicas hacían papel amatl o papiro

de maguey, macerando por algún tiempo en agua las pencas y machacándolas

después, para separar las fibras; éstas se extendían por capas, se les agregaba un

tipo de goma y se les sujetaba a presión para que quedaran bien unidas.

Lenz (2001), indica que para finales del siglo XVI y principios del XVII, las

reglas y limitadas disposiciones que tenía la Corona Española para la elaboración y

comercio del papel, prohibían cualquier tipo de taller o establecimiento que se

dedicara a este tipo de actividad, por lo que esta actividad quedó estancada.

Transcurridos los siglos, al término de la lucha por la independencia, para el

año de 1825 se instaló la primera máquina de papel en México y para el año de 1830

se logró promover la edificación de fábricas textiles de algodón y de papel. Más

tarde, en el año de 1831 al no tenerse conocimiento de cómo operar las industrias

papeleras, la maquinaria permanece almacenada durante varios años convirtiéndose

en maquinaria obsoleta y de baja capacidad de producción.

En 1890 se iniciaba la era de la madera como materia prima celulósica, de

este tiempo para adelante las personas han constituido un gran número de

sociedades dedicadas a la fabricación de cartón y papel.

10


El mismo Lenz (2001) agrega que al finalizar el siglo XIX, México contaba con

seis pequeñas fábricas de papel y para el año 2004 contaba con las mismas seis

plantas de celulosa y papel y 57 plantas de papel, fábricas que proporcionan empleo

directo y permanente a las personas.

Por otro lado, Sanjuán (1997), menciona que en tiempos prehispánicos el

papel era utilizado principalmente como objeto ritual, ornamental y particularmente

era muy valioso. Para esto, los mayas ya fabricaban papel (Figura 6) en los años 600

y utilizaban corteza de un árbol llamado huun, al igual que vestían túnicas de papel

que fabricaban a partir de cortezas de higuerilla, atuendo que posteriormente les

servía para la confección de libros, y sus códices eran pintados en papel de

henequén.

Figura 6. El papel en tiempos prehispánicos (Sanjuán 1997)

3.3. Clasificación de las fibras vegetales

Holten (2004), describe a una fibra como un filamento blando que es muy

parecido a un cabello, cuyo diámetro es muy pequeño en relación a su longitud. Las

fibras son unidades fundamentales que se utilizan en la fabricación de papel y sus

propiedades están determinadas por la naturaleza de la estructura externa e interna

y su composición química, por lo que deben tener suficiente resistencia, elasticidad,

longitud y cohesión para poder unirse.

11


Meeuse (1938) citado por Kundu (1954), describió a las fibras que se originan

de las hojas, en los géneros Agave y Mussa, él descubrió que se desarrollan por una

modificación del parénquima fundamental y que son altamente esclerenquimatosas.

Por lo que plantea la siguiente clasificación basada en la parte de la planta de la cual

se obtiene la fibra:

a) Fibras obtenidas de Semillas.

b) Fibras del tallo o de corteza.

c) Fibras foliares.

d) Fibras del fruto.

Barrera (1981), comenta que las fibras vegetales procedentes directamente de

la planta son usadas en diversos productos industriales, para hacer una diferencia

general se clasifican en “duras y blandas”, según el grado de finura de la fibra y la

rigidez en el estado natural. Las fibras duras son el abacá, los agaves (henequén y

sisal) y el ixtle principalmente. Las fibras blandas son el lino, el yute y el ramio.

Maiti (1995), menciona que después de las plantas alimenticias, las plantas

productoras de fibras son de mucha importancia económica y social, ya que se han

usado desde tiempos remotos obteniéndose a partir de raíces, tallos, hojas, frutos y

semillas; éstas se pueden explotar en forma silvestre o natural, en diversos

ambientes, pero su producción e importancia varía también a las situaciones

políticas, sociales, condiciones ecológicas, del cultivo, usos y hasta la misma calidad

de la fibra.

El mismo autor, clasifica a las fibras desde el punto de vista de la ontogenia

(desarrollo embrionario), como:

a) Fibras de semillas (algodón)

b) Fibras de fruta (coco)

c) Fibras de tallo (yute, kenaf, cáñamo, ramio)

d) Fibras de las hojas (henequén, lechuguillas, yuca)

12


De igual forma las clasifica como plantas productoras de fibra en:

a) Productoras de fibra mayor (algodón, yute, kenaf, el lino, el henequén, la

lechuguilla, etc.)

b) Fibra menor. En ciertos países se les considera como malezas

Matthew (1954), citado por Maiti (1995), considera los siguientes aspectos

para clasificar a las fibras:

a) Usos finales

b) Origen de las fibras vegetales

c) Orígenes anatómicos de las fibras

d) Química de las fibras

Hill (1965) citado por Maiti (1995), clasifica las fibras de acuerdo con su

utilización y las identifica en los siguientes grupos:

a) Fibras textiles

b) Fibras para cepillos

c) Fibras para trenzar

d) Fibras para relleno

e) Fibras para papel

3.4. Uso de fibras vegetales no maderables en el papel

La literatura de uso de las fibras no maderables que que se pueden manipular

para hacer papel es limitada, pero todas coinciden en que se pueden utilizar todas

aquellas materias primas que en su composición contengan celulosa, es decir, fibras

vegetales.

En el Cuadro 1 se presenta un aproximado de la capacidad de producción

mundial de pulpa para elaboración de papel a partir de bagazo y otras fibras no

maderables.

13


Cuadro 1. Producción mundial de pulpas para papel a partir de plantas anuales

Región Capacidad de Pulpa (miles de TM/año)

Bagazo Paja Bambú Otras* ASIA 2069,9 10 387,0 2 302,0 7 208,0 AFRICA 242,0 66,0 10,0 36,0 AMERICA LATINA 1 062,7 36,0 85,0 37,0 AMERICA DEL NORTE

--- --- --- 377,0

EUROPA --- 155,0 --- 533,0 AUSTRALASIA --- --- --- 255,0 TOTAL POR REGIONES

3 374,6 10 644,0 2 397,0 8 446,0

TOTAL DE PULPA NO MADERABLE:

24 862,0

BAGAZO 13,6 %

BAMBU 9,6 %

PAJA 42,8 %

OTRAS 34,0 %

*caña, esparto, trapo, linter de algodón. (Fuente: Pulp and Paper Directory 2000 y FAO Survey, 1997)

Barrera (1981), reporta que en América Latina, específicamente en México, la

principal fuente de fibra a partir de las hojas proviene de las plantas de henequén,

sisal, lechuguilla y palma ixtlera; sin embargo, no se han realizado las suficientes

investigaciones en cuanto a calidad, resistencia, durabilidad, número de fibras por

hoja, porcentaje de fibras, mejoramiento, obtención de productos secundarios,

métodos de extracción y estudios anatómicos, entre otros.

Ábalos (2001), menciona que en México gran parte de los productos forestales

no maderable (PFNM) están orientados a la exportación, entre éstos se pueden

mencionar productos tan variados como el chicle, resina, hongos, plantas

ornamentales y plantas medicinales, pero en ninguno de los antes mencionados se

encuentra la producción de fibras no maderables para la producción de papel, por lo

que no se tiene mucha incursión en este tipo de productos.

Por otra parte, se conocen estudios para obtener pulpa para papel de

materiales tales como malezas, lirio, tule ciperus, higuerilla, entre otros, además de

los desechos agroindustriales como el bagazo de caña de azúcar y bagazo de

maguey tequilero principalmente, al igual que trabajos con bambú, hoja de maíz

(mazorca), desechos del plátano y algodón.

14


3.5. Composición química de las plantas no maderables

La composición química de las plantas no maderables varía según la especie

y la parte que se evalué de ella. O’sullivan (1997) menciona que estas plantas están

constituidas en su mayoría por una material estructural llamado celulosa (Figura 7),

que existe como delgados filamentos con una longitud indefinida y que estos

filamentos se llaman microfibrillas de celulosa y forman un esqueleto que está

rodeado de otros materiales como hemicelulosa y material incrustante (lignina),

además de extraíbles, proteínas y bajas cantidades de compuestos inorgánicos.

Figura 7. Microfibrilla rodeada de hemicelulosa y lignina (O’sullivan 1997)

Darvill et al., (1980) señala que la celulosa es el polisacárido más abundante

en la naturaleza y probablemente uno de los más estudiados de la pared celular. Por

otro lado Casey (1990) señala que el número de unidades de glucosa en una

molécula de celulosa es definido como grado de polimerización (DP); por lo regular,

la celulosa esta formada por cadenas de unas 10, 000 unidades de glucosa. García y

Peña (1995), mencionan que la celulosa (C6H10O5)n es una molécula lineal

construida por unidades de β-D glucosa, por lo que al unirse varias cadenas o

moléculas individuales, dan origen a las estructuras denominadas microfibrillas

(Figura 8).

15


Figura 8. Estructura tridimensional de la celulosa (Sanjuán 1997)

Taiz y Zeiger (1991) mencionan que la lignina es una macromolécula amorfa

que se deposita cuando la pared primaria ha detenido su engrosamiento. Salisbury y

Ross (1992) señalan que ésta es el segundo compuesto orgánico más abundante

sobre la tierra, únicamente superado por la celulosa. Sanjuán (1997) comenta

también que es un polímero aromático heterogéneo que forma parte de los tejidos de

sostén de los vegetales (Figura 9).

Figura 9. Molécula de lignina (Sanjuán 1997)

16


Prado (2007) menciona que las hemicelulosas también forman parte de la

pared celular, por lo que se define como un polisacárido insoluble en agua y que a

diferencia de la celulosa se hidroliza fácilmente con ácidos, también comenta que los

azúcares que forman a las hemicelulosas se dividen en grupos, pentosas (xilosa y

arabinosa), hexosas (glucosa, manosa y galactosa), ácidos urónicos y deoxihexosas.

Hurter (1997) presenta el cuadro comparativo (Cuadro 2), en el cual se indica

la composición química de algunas fibras no maderables; se puede observar que el

contenido de celulosa para plantas no maderables esta en el rango de 22-85%, de

hemicelulosas entre 15-32%, de lignina entre 7-24% y los extraíbles en menor

cantidad representando menos del 10%.

Cuadro 2. Composición química de algunas plantas no maderables (Hurter 1988)

Tipo de Fibra Alfa-celulosa

(%) Lignina

(%) Hemicelulosa

(%) Cenizas

(%)

Fibras de paja Arroz 28-36 12-16 23-28 15-20 Trigo 29-35 16-21 26-32 4-9 Avena 31-37 16-19 27-38 6-8 Centeno 33-35 16-19 27-30 2-5

Fibras de Tallo Caña de azúcar 32-44 19-24 27-32 1.5-5 Bambú 26-43 21-31 15-26 1.7-5 Yute --- 21-26 18-21 0.5-2 Esparto 33-38 17-19 27-32 6.8

Fibra de Pasto de elefante

22 23.9 24 6

Fibras liberianas Lino 43-68 10-15 6-17 2-5 Kenaf 31-39 15-19 22-23 2-5

Fibras de hoja Abacá 61 9 17 1.1 Sisal 43-56 8-9 21-24 0.6-1

Fibras de semilla Algodón 80-85 3-3.5 --- 1-1.5

Fibras de madera Confieras 40-45 26-34 7-14 1 Latifoliadas 38-49 23-30 19-26 1

17


3.6. Descripción botánica y ubicación taxonómica de la piña

Ricker y Daly (1998) menciona que la piña es una planta que incluye alrededor

de 1,400 especies en todo el mundo, muchos de los miembros de esta familia son

epifitos, es decir, viven encima de otras plantas en zonas de clima tropical, nace

sobre tierra firme (Figura 10). Es una planta que llega alcanzar hasta 1.5 metros de

altura, los frutos pueden ser de más de 30 centímetros de largo y existen diferentes

variedades del cultivo. La piña pertenece a la familia de las Bromeliáceas, su género

es Anana y especie comosus.

Figura 10. Cultivares de Villa Isla, Ver.

Las dos variedades en estudio se distinguen por las siguientes características;

en lo que respecta a Cayena lisa, según Ríos (2004), la variedad es posiblemente

originaria de Guyana, la fruta tiene forma cilíndrica, de tamaño medio con un peso

promedio de 2.4 kg, corazón delgado y pulpa amarilla. Por otro lado, el Centro para

la Formación Empresarial (2004), menciona que en México es la principal variedad

destinada a la industrialización, ya que tiene buenas cualidades para la industria

enlatadora y de néctares.

Por otra parte, la variedad MD2 es de reciente introducción a México por su

presentación, aroma, tamaño, etc., y está catalogada como una fruta de lujo en los

mercados externos; es más susceptible a enfermedades, sus flores son de color

amarillo con el peso promedio de 1.8 a 2.0 kilos por fruto.

18


3.6.1. Microscopia de la hoja de piña

El conocer la microscopia de la hojas es de suma importancia para determinar

como esta constituido el material de estudio al igual que conocer la longitud y

anchura de las fibras, el acomodo de los elementos que constituyen a la hoja y de

sus paquetes de fibras, entre otros aspectos, por lo que al ser este un trabajo inicial,

no se encontró bibliografía que comentara acerca de éste tema.

3.6.2. Morfología de la hoja de piña

González et al., (2007), describen que las hojas bifaciales son las hojas de las

dicotiledóneas de zonas templadas que cuentan con parénquima en empalizada

dispuesto hacia el haz y un parénquima esponjoso hacia el envés. Comentan que el

parénquima en empalizada está constituido en general por una o pocas capas de

células alargadas, colocadas en el sentido perpendicular a la epidermis del haz, por

lo contrario el parénquima esponjoso forma la mitad o algo más del mesofilo, el cual

está constituido por una sola capa de células en general. Así mismo, las hojas se

conforman de una cutícula que rodea el mesofilo, y en la parte del tejido fundamental

se encuentran haces de la vaina, al igual que xilema, floema y estomas.

Por otra parte, los autores señalan que las plantas acuáticas desarrollan un

parénquima mejor conocido como aerénquima, con gran cantidad de espacios

intercelulares que en ocasiones llega a formar grandes áreas llamadas lagunas, este

parénquima puede presentar diferentes formas como estrellada, alargadas, etc.;

cada célula emite alrededor de cinco brazos cuyos extremos se unen con los

extremos de los brazos de las células vecinas, es así como se forman los espacios

intercelulares.

19


3.7. Características de las fibras de la corona de piña

Ortiz (1976), reporta que la fibra celulósica obtenida del bagazo de piña es

muy corta e irregular en su tamaño y muy medulosa, por lo que se considera buena

para utilizarse en combinación con otras fibras de mejores características para

producción de papel corrugado para cartón de empaque. El autor reporta la

composición química se presenta en el Cuadro 3:

Cuadro 3. Composición química de bagazo de piña (Ortiz 1976)

Análisis % en Materia base seca

Humedad 6.5 Cenizas 0.27 Alfa celulosa 70.26 Beta celulosa 0.84 Gamma celulosa 0.21 Holocelulosa 85.75 No. de Kappa 43.70 Lignina 7.20 Pentosanos 6.62 Extraíbles en Alcohol- Benceno 2.118 Extraíbles en Alcohol 2.099 Extraíbles en Agua 2.094

Chongwen (2001) reporta la composición química de la fibra de la hoja de la

planta de la piña (Cuadro 4); por lo que de ésta no solo se pueden obtener fibras que

logren ser manipuladas en la industria textil, sino que también puedan ser utilizadas

en la elaboración de papel.

Cuadro 4. Composición química de la fibra de piña (Chongwen 2001)

Componentes de la fibra de piña (%)

Celulosa 56-62 Hemicelulosa 16-19 Pectinas 2-2.5 Lignina 9-13 Materiales solubles en agua 1.15 Grasa y cera 4-7 Cenizas 2-3

20


3.8. Producción de piña en México

De la Cruz y García (2005) mencionan que Tailandia, Filipinas, Brasil y China

son los principales productores de piña con cerca del 50 % de la producción mundial

y la India junto con Nigeria, Kenya, Indonesia, México y Costa Rica son los países

restantes que producen las mayores cosechas de piña (50%).

En el periodo 1990-2000, según Arredondo (2002), en México el 99% de la

superficie sembrada y cosechada de piña se encontró en cinco entidades, que por

orden de importancia son: Veracruz, Oaxaca, Tabasco, Nayarit y Jalisco. Por otra

parte, COVECA (2002) resalta que la producción de piña se ha caracterizado por una

marcada concentración territorial, en algunos estados y en una región específica.

Precisamente es en los estados de Veracruz y Oaxaca donde se ubica la

principal zona productora de piña, conocida como la zona del Bajo Papaloapan o

Cuenca del Papaloapan, en dicha zona se encuentran los principales municipios

piñeros, que cuentan con similitud de factores climatológicos, topográficos e

hidrológicos y sobre todo una relativa homogeneidad en aspectos relacionados con

el cultivo, la producción y comercialización de este fruto. Los municipios que forman

parte de esta región son:

a) Medellín, Alvarado y Tlalixcoyan, pertenecientes al Distrito de Desarrollo Rural

de Veracruz. Así como Villa Isla, Juan Rodríguez Clara, Villa Azueta y

Chacaltianguis, que pertenecen al Distrito de Desarrollo Rural de Los Tuxtlas, en el

estado de Veracruz;

b) Loma Bonita y Tuxtepec, que se ubican en el Distrito de Desarrollo Rural de

Tuxtepec, en el estado de Oaxaca.

La producción de piña en los principales estados de la república mexica

(Cuadro 5) se concentra de la siguiente manera:

21


Cuadro 5. Producción de piña en México, en toneladas

Estado 2000 2001 2002 2003

Veracruz 352,535 411,293 418,140 519,285 Oaxaca 101,160 131,160 124,417 105,800 Tabasco 54,600 59,880 73,350 36,050 Nayarit 7,135 11,636 20,683 9,642 Chiapas 2,251 6,402 17,925 3,180 Otros 4,740 5,585 5,302 4,645 TOTAL 522,421 625,956 659,817 678,602

(Fuente: www.siap.sagarpa.gob.mx)

Como ya se mencionó, el 5% de las más de 400,000 toneladas de producción

de piña en Veracruz son destinadas al mercado extranjero, aunque esta entidad es el

primer productor de esa fruta, su venta se enfoca más al mercado interno, lo que

representa perdidas para el sector.

3.9. Índices de la calidad de pulpa para papel

Salinas (2000) comenta, que las características morfológicas de las fibras

tienen una elevada influencia en las características y propiedades del papel

elaborado a partir de dicho material. En este sentido, la longitud, diámetro de la fibra,

diámetro del lúmen y el espesor de la pared celular imprimirán, tanto individualmente

como en sus interrelaciones, diferentes propiedades como pueden ser resistencia,

lisura, opacidad, porosidad, gramaje, etc.

Por lo anterior, además de considerar el rendimiento de pulpa (en peso) de

una determinada especie vegetal es importante analizar las características

morfológicas del material fibroso.

Este autor indica que si bien las dimensiones de longitud y diámetro de las

fibras son las primeras que se toman en cuenta para clasificar las fibras –fibras

largas, fibras cortas-, no son suficientes por si mismas para caracterizar a dicho

material fibroso, sino que las relaciones existentes entre longitud y diámetro, pared y

22


diámetro y lúmen y diámetro, son más bien las que permiten conocer mejor las

características de dichas fibras e inferir como será el papel elaborado a partir de

dicho material. Estas interrelaciones se definen como “Índices de calidad de pulpa

para papel” los cuales son:

Coeficiente de Rigidez CR

Relación de Runkel RR

Coeficiente de Flexibilidad CF

Relación de esbeltez RE ó CP

(Coeficiente de Peteri)

Así mismo, Salinas (2000) define como coeficiente de rigidez a la relación

existente entre el grosor de la pared celular (2P) y el diámetro de la fibra (D),

considerando para ello dos veces el espesor de la pared por evaluarse a su

proporción en el diámetro de dicha fibra; este coeficiente sirve para clasificar

propiamente que tan gruesa o delgada es la pared celular, también es un indicativo

del grado de aplastamiento o colapso de las fibras durante la formación del papel,

aspecto que se relaciona directamente en la superficie de adherencia entre las fibras

y con ella la resistencia del papel. Se puede calcular de la siguiente manera:

D / 2P CR

donde: CR = Coeficiente de rigidez

2P = Dos veces el espesor de la pared celular

D = Diámetro total de la fibra

Fuentes (1987), presenta la clasificación del Cuadro 6 para el coeficiente de

rigidez:

Cuadro 6. Clasificación del Coeficiente de rigidez (Fuentes 1987)

Rango Grosor de la pared

Mayores de 0.70 Muy gruesa 0.70 a 0.50 Gruesa 0.50 a 0.35 Media 0.35 a 0.20 Delgada

Menor de 0.20 Muy delgada

23


Por otra parte, Salinas (2000) comenta que la relación de Runkel, sirve para

dar idea de que tan gruesa es la pared celular de las fibras, además aporta una

referencia respecto a que tan adecuadas o no, serán las fibras para la elaboración de

papel, calculándose de la siguiente manera:

l / 2P RR

donde:

RR = Relación de Runkel

2P = Dos veces el espesor de la pared celular

l = Diámetro del lúmen

Porres y Valladares (1979), presentan una clasificación para calidad de pulpa,

de acuerdo al valor resultante de la relación de Runkel (Cuadro 7):

Cuadro 7. Clasificación de Runkel (Porres y Valladares 1979)

Grado Rango Calidad

I Menor de0.25 Excelente para papel II 0.25 a 0.50 Muy buena para papel III 0.50 a 1.00 Buena para papel IV 1.00 a 2.00 Regular para papel V Mayor a 2.00 Mala para papel

Salinas (2000) describe una tercera forma para obtener una referencia

respecto a la proporción que hay entre la pared celular respecto al diámetro de una

fibra, es lo que se conoce como coeficiente de flexibilidad, es decir:

D / dl CF

donde:

CF = Coeficiente de flexibilidad

dl =Diámetro del lúmen

D =Diámetro de la fibra

Esta propiedad, comenta el autor, le aporta a la fibra mayores posibilidades de

unión interfibrilar cuando se colapsa durante el proceso de secado, además de estar

relacionado directamente con la resistencia al doblez.

24


Así mismo, Fuentes (1987) aclara que esta clasificación incorpora indicadores

sobre el comportamiento que tendrá el material fibroso al momento de elaborar papel

(Cuadro 8).

Cuadro 8. Clasificación de los coeficientes de flexibilidad (Fuentes 1987)

Rango Grosor de la

pared Características

0.30 Muy gruesa Las fibras no se colapsan Poca superficie de contacto Pobre unión fibra a fibra

0.30–0.50 Gruesa Las fibras no se colapsan Poca superficie de contacto Pobre unión fibra a fibra

0.50 – 0.65 Media Buena superficie de contacto Buena unión fibra a fibra Fibras parcialmente colapsadas

0.65 – 080 Delgada Fibras parcialmente colapsadas Buena superficie de contacto Buena unión fibra a fibra

0.80 Muy delgada Fibras colapsadas Buena superficie de contacto Buena unión fibra a fibra

Por ultimo Salinas (2000), también reporta el coeficiente de Peteri o índice de

esbeltez, que relaciona la longitud de la fibra con su diámetro de la siguiente manera:

D / L IE

donde:

IE = Índice de esbeltez

L = Longitud de la fibra

D = Diámetro de la fibra

25

MATERIALES Y MÉTODOS

4. MATERIALES Y MÉTODOS

4.1. Materiales

4.1.1. Materia prima y su obtención

Como material vegetal se trabajó con coronas de los frutos de Cayena lisa y

MD2 utilizando 25 kg respectivamente que se colectaron en la empacadora de Frutas

y Conservas de Veracruz S.A de C.V., en Villa Isla, Veracruz. (Figura 11).

Figura 11. Colecta de materia prima

Para realizar la mezcla de las hojas de papel se trabajo con papel kraft (Figura

12) que fue proporcionado por el Departamento de Madera, Celulosa y Papel

(DMCyP) de la Universidad de Guadalajara (UdeG).

Figura 12. Papel kraft

4.1.2. Ubicación de Área de Investigación

La investigación correspondiente a la composición química del material y

evaluaciones de las propiedades del papel, se llevaron acabo en los laboratorios del

DMCyP de la UdeG, por otra parte, la determinación de los índices de calidad y

morfología de la hoja se llevó acabo en la Universidad Autónoma Chapingo (UACh).

26


4.1.3. Equipo de laboratorio

En el laboratorio de procesos organosolv del DMCyP de la UdeG se utilizó, el

siguiente material para determinar la composición química y hacer la evaluación de la

pulpa:

Dedales de extracción, perlas de vidrio, papel pre-extracto y algodón

Molino Wiley, Tamices mallas 20, 40, 60 y finos y claficador de sólidos Ro-Tap.

Equipo Soxhlet completo para extracción (Tubo de extracción Soxhlet,

condensador tipo Allihn y Matraz bola de fondo plano de 250ml)

Matraz de filtración kitasato de 1,000 ml y embudo Büchner

Equipo de calentamiento para mantener el agua caliente, baño maría, parrilla

eléctrica y agitador magnético

Equipo para filtración (bomba de vacío)

Mangueras de conexión, soporte universal y pinzas para sujetar

Vaso de precipitados de 300ml de forma alta y varilla de vidrio

Baño de agua a temperatura de 25º ± 2ºC

Matraz de filtración y matraz Erlenmeyer de 250ml

Bureta de 50 ml y pipeta de 25 y 100 ml

Probeta graduada de 100ml con tapón de vidrio esmerilado

Filtro de vidrio gosh, de porosidad media

Estufa de secado, estufa de vacío y desecador

Vasos de precipitado de 100ml, 1000ml y 2000ml

Crisoles de porcelana de 50 a 100 ml y mechero

Mufla eléctrica, apropiada para mantener temperaturas de 575º C.

Termobalanza

Aparato desintegrador (Licuadora)

Tijeras, baño de aceite de silicón, termómetro, microdigestores y pinzas

Depurador y homogenizador

Clasificador de fibras Bauer Mc-Nett

27


En el laboratorio de refinación de pulpas y formación de hojas del DMCyP, se

manejó el siguiente equipo para la evaluación de la pulpa:

Molino Jokro

Desintegrador de pulpa Frank

Equipo para medir el grado de refinación, Canadian Standard Freeness

Vaso de precipitado de plástico

Máquina estándar para formación de hojas

Rodillo estándar y plato estándar para aplanar la hoja

Prensa neumática de hojas estándar

Papel secante estándar de 20 x 20 cm y melaminas

Anillos de secado, para sostener las hojas de las melaminas durante el secado

En el laboratorio de tecnología del papel del DMCyP, se manipuló el siguiente

material para llevar la evaluación de las propiedades de papel:

Micrómetro

Equipo para la medición de la porosidad Gurley

Aparato Elrepho 3000 Datacolor (blancura y opacidad)

Péndulo Elmendorf (Prueba de rasgado)

Aparato Mullen (Prueba de explosión)

Dinamómetro Kart Frank tipo péndulo (resistencia a la tensión)

Equipo Schopper (Doble doblez)

Para determinar la morfología de las fibras de la corona de la piña en la UACh,

se utilizó el siguiente material:

Vasos de precipitados y parrilla de calentamiento

Xilotomo

Porta y cubreobjetos, pincel y agujas de disección

Microscopio y equipo de medición

28


4.1.4. Reactivos

En el laboratorio de procesos organosolv del DMCyP, se utilizaron los

siguientes reactivos para determinar la composición química del material:

Etanol (Alcohol etílico), aproximadamente 95% C2H5OH en volumen

Tolueno, acido acético QP y clorito de Sodio QP

Acetona y agua destilada

Solución de hidróxido de sódio (NaOH) puro y 5.21 N, dicromato de potasio

(K2Cr2O7) 0.5 N, sulfato de amonio ferroso (Fe(NH4)2·(SO4)2·6H20) 0.1 N,

permanganato de potasio (KMnO4) 0.1N, tiosulfato de sodio, Na2S2O3 próxima a

0.1N, yoduro de potasio, KI 1.0N, fenantrolina-sulfato ferroso y almidón al 0.2%

Acido sulfúrico (H2SO4) concentrado, 3 N, 4 N y al 72 %, 24 ± 0.1 N

Para determinar la morfología de las fibras de la corona de la piña en la UACh,

se utilizó el siguiente reactivo:

Polietilenglicol (PEG)

Safranina, azul astral y pardo de Bismarck

Euparal (resina)

4.2. Métodos

4.2.1. Composición química.

Evaluar la composición química del material es primordial para conocer su

comportamiento durante su procesamiento y tranformación.

Primer paso que se realizó para determinar la composición química de la fibra

de la corona de piña fue la preparación del material moliéndolo y clasificándolo en el

rot-tap, esto tiene por objeto garantizar la homogeneidad del material, el siguiente

29


paso fue la determinación de la humedad, para poder determinar el porcentaje de

lignina y holocelulosas que contenía.

4.2.1.1. Extraíbles

Los extraíbles son materiales solubles en agua y solventes orgánicos y

generalmente representan una pequeña fracción de la planta, pero no por ello dejan

de ser de gran importancia en las características y propiedades de la misma. Con la

mezcla etanol-tolueno se extraen resinas, ceras, grasas, clorofilas, carotenoides y

algunas proporciones de gomas, por otra parte, en la extracción con etanol se

extraen taninos condensados y clorofilas; por ultimo, el agua caliente ayuda a la

extracción de taninos, gomas, azucares, almidones, saponinas y material colorante.

Para llevar acabo la preparación del material libre de extraíbles se utilizó la

técnica TAPPI 264 om 88, la cual indica que el material debe perder la mayor

humedad, por lo que se preparó la hoja de la corona, deshojándola y colocándo a

secar al aire libre (Figura 13).

Figura 13. Preparación de las hojas de la corona de piña

Transcurridos 15 días, una vez que las hojas cambiaron su coloración de

verde a café y que éste al oprimirlo se rompiera, se procedió a molerlo en un molino

Wiley, después fue sometido a una clasificación por tamaños de partícula en un

equipo Ro-tap, se pasó por unas mallas 20, 40, 60 y finos (Figura 14). El material

retenido en la malla 60 se colectó y se pasó a una bolsa, la cual se selló,

posteriormente se determinó el contenido de humedad a 2 g del material.

30


Figura 14. Clasificación del material

Después se pesaron 10 g base seca del material tamizado, éste se colocó en

el dedal de extracción y se puso en la posición dentro del aparato Soxhlet, colocando

algodón en la parte superior del dedal para evitar perdida de muestra. Se extrajo con

200 ml de solvente, uno a dos, de una mezcla de etanol-tolueno, durante seis horas,

manteniendo el líquido en ebullición enérgica, para que así el sifoneo del extracto no

se presentara menos de cuatro veces por hora (Figura 15).

Figura 15. Extracción con etanol- tolueno

Después de la extracción etanol-tolueno, se transfirió la muestra del equipo

Soxhlet. El solvente se quitó del equipo mediante succión, se lavó el dedal y la

muestra del material, con etanol para quitarle el etanol-tolueno. Se regreso el dedal

con la muestra al equipo Soxhlet y se extrajo con etanol al 95% durante cuatro horas,

hasta que el alcohol que pasaba quedara incoloro (Figura 16).

Figura 16. Extracción con etanol

31


De nuevo se transfirió la muestra, se quitó el exceso del solvente del equipo

por succión, y se lavó el dedal y la muestra con agua destilada para eliminar el

etanol. La muestra se pasó a un matraz Erlenmeyer de 1000 ml y se extrajo con 500

ml de agua destilada, calentando en matraz por una hora en la parrilla. Después de

la extracción se filtró en un embudo Büchner y se lavó con agua destilada caliente.

Se secó completamente la muestra del material al aire libre (Figura 17), la muestra

fue mezclada y guardada en un recipiente, el cual se selló completamente.

Figura 17. Material libre de extraíbles

4.2.1.2. Determinación de contenido de Holocelulosa

La holocelulosa es el término que se utiliza para referirse al total de los

carbohidratos, celulosa y hemicelulosas, contendidos en las materias primas

vegetales fibrosas o en la pulpa misma.

Para la determinación del contenido de holocelulosa se utilizó el Método usual

Wise, por lo que se procedió a pesar aproximadamente 5 g de material libre de

extraíbles. El material se colocó en un matraz Erlenmeyer de 250 ml y éste se trató

con una solución que contenía 1.5 g de clorito de sodio (NaClO2) en 160 ml de agua,

que previamente se le añadieron 10 gotas de acido acético (CH3COOH) (Figura 18).

Figura 18. Material tratado

32


Se mantuvo el matraz de reacción tapado con un vidrio de reloj y se dejó en

baño de agua a 75ºC durante una hora agitándolo ocasionalmente; después de esa

hora se le añadieron 10 gotas de ácido acético y lentamente 1.5 g del clorito, se agitó

y se dejó reposar, se repitió una vez más este procedimiento hasta que se alcanzó

un total de cuatro horas. La muestra se enfrió, posteriormente se hizo pasar el

contenido del matraz de reacción aplicando vacío y se colectó el material en un papel

filtro, que previamente había sido pesado y anotado su peso. (Figura 19).

Figura 19. Filtración del material

El material separado se lavó con agua fría destilada y luego con acetona.

Finalmente se pasó a una estufa de secado a la que se le aplicó vacío y se dejó

secar hasta peso constante a la temperatura de 45ºC (Figura 20). Este secado duró

tres días. Finalmente se dejó a la holocelulosa en un desecador ya que ésta es muy

higroscópica y se pesó para evaluar la cantidad contenida por el material de estudio.

Figura 20. Secado de holocelulosa

De una forma general, la alfa celulosa indica una celulosa no degradada, de

alto peso molecular; la beta celulosa es la celulosa degradada y la gamma celulosa

consiste principalmente en hemicelulosas.

La alfa, beta y gamma celulosas se determinaron mediante la técnica TAPPI

203 om-88, en una muestra de 1.5 g del material libre de extraíbles y que había sido

33


sometió al proceso de determinación de holocelulosa, este material de holocelulosa

fue colocado en un vaso de precipitados de forma alta de 300 ml, se añadieron 75 ml

del reactivo de NaOH al 17.5%. Se anotó el tiempo en el que se añadió el reactivo

(Figura 21). La muestra se agitó con una varilla de vidrio hasta que la mezcla estuvo

completamente homogénea.

Figura 21. Material con NaOH

Se quitó el material adherido a la varilla, enjuagándola con 25 ml del reactivo

de sosa al 17.5%, añadiéndolo al vaso de precipitados para completar 100ml de

reactivo, después de un periodo de 30 minutos se añadieron 100 ml de agua

destilada a 25º ± 2ºC a la suspensión y se agitó completamente con la varilla. Se

dejó el vaso de precipitados en el baño maría por otro periodo de 30 minutos para

que el tiempo total de extracción fuera de 60 ± 5 minutos. Al término del periodo de

60 minutos, se agitó la suspensión de la muestra con una varilla y se pasó al embudo

de filtración. Se colectaron alrededor de 100 ml del filtrado en un matraz de filtración

limpio y seco (Figura 22).

Figura 22. Material filtrado

Para la determinación de alfa-celulosa se tomaron 10 ml del filtrado y 20 ml de

solución de dicromato de potasio 0.5N, se colocaron en un matraz de 250 ml. Se

añadió con precaución, 30 ml de H2SO4 concentrado. La solución permaneció

caliente por 15 min, luego se le añadieron 50ml de agua y se enfrió a temperatura

34


ambiente, una vez frío se le añadieron de 2 a 4 gotas de indicador “ferroín” y se tituló

con la solución de sulfato de amonio ferroso 0.1N hasta color púrpura. La titulación

en blanco se realizó sustituyendo el filtrado del material con 5 ml de NaOH al 17.5%

y 5 ml de agua (Figura 23).

Figura 23. Titulación de alfa celulosa

En los cálculos para determinar el contenido de alfa celulosa se utilizó la

siguiente expresión matemática:

W*A

20 * N * ) V- V( 6.85 - 100 celulosa-alfa de % 12

donde:

V1 = Titulación del filtrado de la pulpa, en ml.

V2 = Titulación en blanco, en ml.

N = Normalidad exacta de la solución de sulfato de amonio ferroso

A = Volumen del filtrado de la pulpa usado en la oxidación, en ml.

W = Peso de la muestra de la pulpa secado en la estufa, en gramos.

La determinación de la beta y gamma-celulosa se realizó al tomar 50 ml del

material filtrado y colocarlo en una probeta graduada de 100 ml que tenía tapón de

vidrio esmerilado, se le añadieron 50 ml de H2SO4 3N y se mezcló completamente

invirtiendo la probeta. La probeta se calentó durante unos minutos sumergiéndola en

un baño de agua caliente, a una temperatura entre 70ºC y 90ºC (Figura 24), para

coagular la beta-celulosa. El precipitado se dejó sedimentar por toda una noche.

35


Figura 24. Calentamiento del material

De la solución clara se pipetearon 10 ml al igual que 10 ml de K2Cr2O7 0.5N,

se colocaron en un matraz de 300 ml y se añadieron con cuidado 20 ml de H2SO4

concentrado y 50 ml de H2O. La solución permaneció caliente durante 15 min., luego

se procedió a la titulación, como en la parte de alfa-celulosas (Figura 25).

Figura 25. Titulación de beta-celulosa

Se hizo una titulación en blanco, sustituyendo la solución con 6.25 ml de

NaOH al 17.5% y 6.25 ml de H2O, a los cuales se le incorporó 20 ml de H2SO4 al 3N,

10ml de dicromato de potasio al 0.5N y 50 ml de H2O (Figura 26).

Figura 26. Titulación del blanco de beta-celulosa

El cálculo para determinar la gamma-celulosa fue el siguiente:

W* 25

20 * N * ) V- V( 6.85 celulosa-gamma de % 34

donde:

36


V3 = Titulación después de la precipitación de Beta-celulosa, en ml

V4 = Titulación del blanco, en ml.

N = Normalidad exacta de la solución de sulfato de amonio ferroso

W = Peso del espécimen de la pulpa secado en la estufa, en gramos.

Para la determinación de beta-celulosa se aplicó la siguiente formula:

celulosa gamma de % celulosa alfa de % - 100 celulosa- beta de %

4.2.1.3. Lignina

Se dejó que la muestra libre de extraíbles alcanzara el equilibrio con la

humedad de la atmósfera y después se utilizó la Técnica TAPPI 220 om-88, la cual

indica que se determina la humedad a 2 g del material libre de extraíbles, con ese

dato se pesó 1g base seca del material y fue colocado en un vaso de precipitado de

100 ml.

A los vasos de precipitado que contenían las muestras de la prueba se les

añadieron 15 ml ácido sulfúrico al 72% frío, lentamente y en pequeñas proporciones

manteniendo el vaso en un lugar fresco (Figura 27), después que la muestra se

homogenizó, se cubrió el vaso de precipitados con un vidrio de reloj y se mantuvo a

20ºC durante dos horas. El material se agitó frecuentemente para asegurar la

disolución completa.

Figura 27. Colocación de acido sulfúrico al 72%

El material se trasfirió a un vaso de precipitado de 1000 ml, completando el

volumen a 575 ml con agua, esta solución hirvió por cuatro horas, manteniendo el

37


volumen constante adicionando agua caliente (Figura 28). El material insoluble

(lignina) se decantó, manteniéndolo en una posición inclinada, se dejó toda la noche

reposando.

Figura 28. Solución con lignina hirviendo

Sin agitar el precipitado, se decantó la solución flotante por medio de un filtro

gosh, que previamente se llevó a peso constante y fue anotado su peso, el

precipitado retenido en el filtro se lavó con usando agua caliente. (Figura 29).

Figura 29. Filtración del material

Se secó el filtro con la lignina en un horno a 105º ± 3 ºC hasta peso constante, se

enfrió en un desecador y se pesó (Figura 30).

Figura 30. Secado de la lignina

38


4.2.1.4. Cenizas

El contenido de cenizas es una medición aproximada de las sales minerales y

otros materiales inorgánicos presentes en la madera o material lignocelulósico o en

la pulpa.

Se peso un gramo base seca del material colectado de la malla 60, que

previamente se acondicionó hasta alcanzar un equilibrio con el ambiente, después se

aplicó la Técnica TAPPI 211 om-85; para esto el crisol se puso en un horno a 105 ±

3º C por dos horas, después se pasó al desecador y se pesó anotando este dato. Se

pesó 1g base seca del material y fue colocado en el crisol; este se calcinó en el

mechero con una flama baja (Figura 31).

Figura 31. Calcinamiento del material

Se transfirió el crisol con la muestra a la mufla a una temperatura no mayor de

100ºC, la temperatura se incrementó gradualmente hasta alcanzar 575ºC,

mateniendola constante por un periodo de 3 horas, la calcinación se indicó por la

ausencia de partículas negras (Figura 32).

Figura 32. Colocación de los crisoles en la mufla

39


Se cubrió el crisol y se enfrió en un desecador para posteriormente pesarlo. El

cálculo del contenido de cenizas se realizó de la siguiente manera:

B

100 *A (%) Ceniza

donde:

A = Peso de cenizas, en gramos

B = Peso base seca la muestra de prueba, en gramos

4.2.2. Caracterización morfológica de la hoja

Para realizar los cortes histológicos, se escogió una hoja de la corona de la

piña de las variedades Cayena lisa y MD2, las cuales se pusieron a hervir para retirar

el aire, después las muestras se colocaron en un vaso de precipitados en solución de

polietileno dejándola fundir. A medida que el agua se evaporaba, el concentrado de

solución de polietileno aumentaba, cuando la solución llegó a un quinto de su

volumen inicial, la muestra se transfirió a polietilenglicol puro, donde permaneció de

12 a 15 horas en estufa a una temperatura de 65ºC, después se retiró de la estufa y

se dejó enfriar a temperatura ambiente (Figura 33).

Figura 33. Preparación del material para corte histológico

Se prepararon los bloques y se cortaron en el xilotomo, después se lavaron

con agua y se tiñeron con safranina y azul astral. El material se montó en un

portaobjetos, colocándole alcohol puro para eliminar los excesos de agua. Se le

colocó euparal (resina) y se cubrió con el cubreobjetos teniendo cuidado de no dejar

burbujas. Una vez montados los cortes se prosiguió a la identificación de los

elementos que conforman la hoja de la corona de la piña (Figura 34).

40


Figura 34. Material montado

4.2.3. Índices de calidad de pulpa para papel

El material utilizado para llevar a cabo las mediciones de las fibras fue el

obtenido en el proceso de cocción en el digestor con capacidad de 10 litros, para lo

cual se tomó una pequeña porción del material y éste se dispersó completamente en

un vaso de precipitados, después se tiñó con pardo de Bismarck y se dejó

sedimentar el material, se lavó con agua destilada hasta obtener una solución

transparente (Figura 35).

Figura 35. Material teñido y sin teñir

Posteriormente el material ya teñido se colocó en láminas, se dispersó con

agua y se colocó en una parrilla de calentamiento a 60ºC para evaporar el agua y

fijar los elementos en la lámina, después se le añadió resina y se tapó con el

cubreobjetos (Figura 36).

Figura 36. Material colocado en las láminas

41


Las láminas se colocaron en el microscopio y se procedió a la realización de

30 mediciones de las fibras, midiendo longitud (mm), ancho ( m) y lúmen ( m), con

el dato obtenido se calcularon los Coeficientes de Rigidez y de Flexibilidad además

de la Relación de Runkel y de Esbeltez, mejor conocidos como Índices de calidad

(Figura 37)

Figura 37. Equipo utilizado para las mediciones

4.2.4. Análisis fibrilar con el equipo Fiber Quality Analyzer (FQA)

El FQA, tiene un flujo celular que enfoca y orienta las fibras, para obtener

mediciones más precisas de la longitud y de la forma de las fibras. También permite

cuantificar los cambios producidos en las fibras durante el proceso de cocción.

Se utilizó una pequeña muestra del material obtenido en el proceso de

cocción, el cual se colocó en un vaso de precipitados con agua destilada y se

homogenizó completamente, se tomó un fracción y se llevó a 600 ml con agua

destilada, posteriormente se colocó en el equipo FQA.

El análisis arroja una serie de datos tales como longitud promedio de las fibras

(LFW), porcentaje de finos en la pulpa con un rango de longitud de 0.00-0.20 mm,

además de la forma de las fibras Curl e índice de Kink, del primero se puede obtener

la curvatura que tienen las fibras y del segundo las torsión que presentan éstas.

42


4.2.5. Producción de la pulpa para el papel

Aparte de realizar la caracterización anatómica fibrilar y la evaluación de la

composición química de las coronas del fruto de dos variedades de piña, se procedió

a elaborar hojas de papel con ese mismo tipo de materia prima, aspecto que se

describe a continuación a partir de la preparación de las hojas, su corte, condiciones

de pulpeo y acondicionamiento de la pulpa obtenida.

4.2.5.1. Preparación y fragmentación de la corona de la piña

Se utilizó material fresco, que se deshojó sólo para utilizar las hojas, después

se cortó el material en fragmentos más pequeños para que éstos pudieran entrar en

el microdigestor con capacidad de 1 L (Figura 38).

Figura 38. Fragmentación del material

4.2.5.2. Determinación del hidromódulo

El hidromódulo, también conocido como relación de baño, se entiende como la

relación entre la cantidad de materia a colocar en el digestor y el volumen de licor de

cocción. Para este caso se plantearon cuatro diferentes hidromódulos a experimentar

(8:1, 9:1, 10:1, 11:1), al igual se propuso colocar 50 g. base seca de material en los

microdigestores, también en este primer ensayo se planteó utilizar 15% de reactivo

como NaOH, significa 15% de sosa respecto al peso seco de material a tratar.

43


El contenido de humedad se determinó a las hojas de la corona para

establecer la cantidad de materia fresca que se colocara para obtener los 50 g base

seca que se plantearon. Se realizaron los cálculos para saber la cantidad de agua a

colocar en las cuatro diferentes variables propuestas (Anexo 1) y se colocó en los

cuatro microdigestores la materia prima, el NaOH y el agua con los diferentes

hidromódulos a experimentar. Por ultimó, la cocción se realizó en un baño de aceite

de silicón caliente, para lo cual el aceite se calentó a 70ºC, una vez alcanzada esta

temperatura, los microdigestores se colocaron dentro de éste y estuvieron en

rotación (6 revoluciones por minuto) hasta alcanzar los 170ºC; alcanzada esta

temperatura máxima, se mantuvieron durante 30 minutos en el baño de aceite

(Figura 39). Al término, los microdigestores fueron sacados del baño para poder

limpiarlos y se abrieron para lavar y evaluar la pulpa y licor obtenidos.

Figura 39. Baño de aceite

El licor negro fue valorado mediante medición de su pH, al igual que se realizó

la evaluacione del grado de desligificación alcanzado mendiante la evaluación del Nº

de Kappa en las pulpas. Después el material se depuró y homogenizó

completamente, también se calculó el rendimiento en pulpa. Con los parámetros

anteriormente evaluados se definió cual de los hidromódulos planteados se utilizaría

en la producción de papel.

4.2.5.3. Determinación de la relación de reactivos a fibra

44


Con el resultado que se obtuvo del hidromódulo experimentado, se

propusieron cuatro diferentes relaciones de reactivo (NaOH) a utilizar (15%, 17%,

19% y 21%). El porcentaje de sólidos de la hoja se determinó en la termobalanza,

para establecer la cantidad de de hojas de piña a colocar, se realizaron los cálculos

para determinar la cantidad de H2O y reactivo a incorporar en el microdigestor con

las variables propuestas (Anexo 2). La cocción se realizó en un baño de aceite de

silicón caliente (Figura 40).

Figura 40. Microdigestores en baño de aceite caliente

Se valoró el licor negro mediante medición de pH (Figura 41) conociendo de

esta forma el álcali residual. La evaluaicón del Nº de Kappa y el rendimiento de la

pulpa obtenida fueron evaluados después de lavar y depurar el material, los

resultados de estos análisis ayudaron a la selección de las condiciones óptimas de

NaOH a utilizar.

Figura 41. Valoración de pH

4.2.5.4. Determinación del Nº de Kappa

El número de Kappa es el factor numérico que indica el grado de

deslignificación del material cocido (pulpa). Un número de Kappa alto indica una

deslignificación deficiente y viceversa (que no se deslignifico). Un valor de Kappa de

30-35 es aceptable para pulpas que serán blanqueadas con tratamientos posteriores.

45


Para la determinación del Nº de Kappa de utilizó la técnica TAPPI 236 cm-85,

para lo cual se pesaron 10 g de pulpa aceptada del proceso de cocción, se dispersó

en un volumen de agua destilada de 500 ml, hasta que se encontrara libre de grumos

y fibras unidas o no desintegradas, se utilizó una licuadora doméstica con las navajas

romas para no provocar cortes en las fibras.

El material desintegrado se pasó al vaso de precipitados de 2000 ml, lavando

la licuadora con agua destilada para llevar a un volumen de 800 ml; después se

agregaron al vaso con la suspensión fibrosa 100 ml de acido sulfúrico (H2SO4) 4.0N y

100 ml de permanganato de potasio (KMnO4) 0.1N, la mezcla se dejó reaccionar

durante 10 minutos. Al termino de este tiempo se agregaron 20 ml de yoduro de

potasio KI 1N.

La titulación se realizó con tiosulfato de sodio Na2S2O3 al 0.1N, al llegar a un

amarillo paja se agregó el indicador, para este caso almidón, el cual hizo que se

produjera un color negro; se tituló hasta llegar a incoloro y se tomó la lectura del

tiosulfito de sodio gastado, después se tituló en blanco utilizando solamente agua y

los reactivos (Figura 42).

Figura 42. Determinación del Nº de Kappa

Cálculo del Nº de Kappa

46


Los cálculos se realizaron utilizando las siguientes formulas (Anexo 3)

W

(f) (p) K

0.1

a)N-(b p

donde:

K =Número de Kappa

f = Factor de correlación a un 50% del consumo de permanganato de potasio,

dependiendo del valor de p

W = Peso de la pulpa libre de humedad en el espécimen, en gramos

p = Volumen del permanganato de potasio 0.1 N consumidos por el espécimen

de la prueba, en ml

b = Volumen del tiosulfato consumidos en la determinación del blanco, en ml

a = Volumen del tiosulfato consumidos en la prueba, ml

N = Normalidad del tiosulfato

Los factores de (f) están basados en la siguiente ecuación:

) 50 - p ( 0.00093 )W

p( log K log

4.2.5.5. Proceso de cocción

Con las condiciones fijas con los experimentos anteriores se realizó una

cocción en mayor escala, para llevar a cabo la cocción se revisó que todas las

válvulas del digestor tipo Bath con capacidad de 10 litros, estuvieran bien cerradas,

después el material se colocó y se añadió la mezcla de licor de cocción, es así como

se inició la etapa de calentamiento (Figura 43).

47


Figura 43. Cocción de la fibra

Una vez que se llegó a una temperatura aproximada a los 100 ºC, se realizó

una purga del equipo, para desalojar el aire y cuando se alcanzó la temperatura de

170 ºC, se mantuvo constante durante 30 minutos. Después el digestor se enfrió con

agua cuidando de no mojar el cabezal y se abrieron las válvulas para liberar el licor

negro, se tomó una muestra de éste y se determinó su pH, mediante el

potenciómetro. La pulpa se retiró del digestor y se lavó para retirar el exceso de licor.

(Figura 44).

Figura 44. Lavado de la pulpa

Después de lavar la pulpa con agua fría ésta se pasó a un depurador de

diafragma con una placa de 0.15 mm de ancho de ranuras (Figura 45), las fibras se

clasificaron de tal manera que los rechazos se quedaron en la parte superior de la

placa y los que pasaron a través de la placa, material aceptado, se colectaron en una

criba con malla 225 hilos por pulgada.

Figura 45. Depurado de la pulpa

48


Una vez depurado el material se determinó la fracción de rechazos y se

calculó el rendimiento neto, se homogenizó la pulpa aceptada y se determinó la

humedad y Nº de Kappa (Figura 46).

Figura 46. Determinación de rechazos y homogenización de la pulpa

4.2.5.6. Rendimiento de pulpa

El rendimiento se calculó en base al porcentaje de material aceptado y

rechazado en la etapa de cocción, para lo cual el material aceptado se pesó y se

determinó el contenido de humedad a una muestra de 2 g. El material rechazado se

colocó en la estufa a 105 ºC durante 12 horas, después se ubicó en el desecador y

se prosiguió a pesarlo. Para el cálculo del rendimiento aceptado se aplicó la siguiente

fórmula:

100 seca base material del Peso

seca base rechazos ó pulpa la de Peso oRendimient %

Una vez que se obtuvieron los porcentajes de material aceptado y rechazado

se sumaron para obtener el rendimiento total (Figura 47).

Figura 47. Material aceptado (a) y rechazado (b)

49


4.2.6. Acondicionamiento de la pulpa para formación de las hojas

Para evitar que la pulpa obtenida de la cocción se secara previo a la prueba,

se colocó en una bolsa de plástico y la cual fue sellada, después se ubicó en un lugar

fresco, en esta parte del trabajo la Técnica que se utilizó fue la TAPPI 205 om-88.

4.2.6.1. Longitud de la fibra de pulpa por clasificación

Como lo marca la técnica TAPPI 233 om-95 se utilizó el clasificador de fibras

Bauer McNett, para determinar la distribución de las longitudes de las fibras de la

hojas de la corona de la piña, resultantes del proceso de cocción, para lo cual

primero se pesaron por duplicado 10 g base seca de pulpa a clasificar, después se

pusieron en el desintegrador durante cinco minutos agregando 1,500 ml de H2O y se

ajustó el agua hasta alcanzar 3,300 ml. Se colocaron los papeles filtros en la parte

baja del equipo, estos previamente fueron pesados, inmediatamente que se preparó

el equipo, se abrió la llave de agua en el primer tanque clasificador, hasta que el nivel

del agua derramo hacia los demás tanques de clasificación (Figura 48).

Figura 48. Filtro y primer tanque clasificador

Se adicionó la muestra desintegrada en el primer tanque clasificador, se

encendió la agitación y el equipo funcionó durante 20 minutos con un flujo de agua

de 10 litros por minuto, al terminó del tiempo se apagó el equipo y se dejaron

sedimentar las fibras durante 10 minutos, luego se quitaron los tapones para drenar

el agua a través de los filtros receptores que fueron colocados en la parte inferior de

cada tanque. Después de haber lavado los recipientes de clasificación y las placas,

50


se retiraron los filtros y se colocaron en la estufa a 105 ºC durante cuatro horas y

más tarde se pesaron (Figura 49). Se calculó cada fracción como porcentaje sobre el

peso inicial de 10 gramos.

Figura 49. Clasificación de fibras a través de diferentes mallas a=Malla 30; b=Malla 50; c=Malla 100 y d=Malla 200

4.2.6.2. Determinación del Freeness de la pulpa de la corona de la piña y de la

fibra secundaria

Las hojas formadas no fueron en su totalizad formadas de fibra de las hojas de

la corona de piña, es decir, que se realizaron mezclas con fibra secundaria (papel

kraft), por lo que se determinó el Canadian Standart Freeness a la pulpa virgen (fibra

de la corona) y a la pulpa secundaria.

Se aplicó la Técnica TAPPI 227 om-94, para ello se pesaron 3 g base seca de

pulpa, se desintegró en 600 ml de agua durante 5 minutos y se llevó a 1L de agua

para obtener una pulpa desintegrada a 0.3% de consistencia. Se prosiguió a cerrar la

tapa del sello inferior del equipo Canadian Standar Freeness (CSF) y se agregaron

los 1,000ml de la suspensión, se cerró la tapa del sello superior y se verificó que la

válvula de aire de la tapa estuviera cerrada, se abrió la tapa del sello inferior y

posteriormente la válvula de aire de la tapa de sello superior, para permitir que por

gravedad drenara el agua de la suspensión a través de la placa de orificios, y del

embudo separador por la salida lateral hasta la probeta de recolección (Figura 50).

51


Figura 50. Canadian Standar Freeness

Se tomó el tiempo que tardó la suspensión en drenar y se midió el volumen de

agua en ml que se colectó en la probeta graduada del Freeness, la torta de pasta

que se formó se colocó en la estufa y se pesó (Figura 51). Para hacer las

correcciones de freeness se midió la temperatura del agua y el determinó el peso

bases seca del colchón de las fibras (Anexo 4 y 5).

Figura 51. Pulpa seca colectada

4.2.6.3. Proceso de refinación de la fibra secundaria para las mezclas

Este método consistió en batir o refinar una cantidad de pulpa secundaria de

consistencia conocida, entre la pared interior del recipiente ranurado y un molón con

barras, el cual gira libremente en rotación planetaria alrededor de un eje central

ocasionando una fuerza centrífuga en el rodillo del refinador, describiéndose en la

Técnica ISO 5264/3.

52


Se plantearon cuatro diferentes tiempos, 20, 40 60 y 80 min para poder

obtener un freeness de 300 (Anexo 6) y se pesaron 16 g base seca del material y

fueron colocados en los molones alternadamente (Figura 52).

Figura 52. Proceso de refinación a= Papel kraft; b= Recipiente ranurado; c=Molino Jocko

4.2.6.4. Mezcla de pulpa de corona de piña y de fibra secundaria

Se ensayaron seis proporciones de mezclas de fibra de la corona de piña y

fibra secundaria (Cuadro 9) para esto se pesaron los gramos necesarios base seca

del material, tanto corona de piña como fibra secundaria (papel kraft) para completar

24 g de material (Anexo 7).

Cuadro 9. Mezclas de fibras para elaborar hojas de papel

Corona de la piña (%)

Papel Kraft (%)

100 0 80 20 60 40 40 60 20 80 0 100

4.2.6.5. Determinación del gramaje para la formación de las hojas

Para llevar a cabo la determinación del gramaje se pesaron 24 g base seca

del material y se colocaron en el desintegrador estándar, fueron diluidos con agua

hasta alanzar ocho litros. Con análisis dimensional se determinó la cantidad de

mililitros a colocar en la máquina de formación de hojas para obtener hojas de un

53


gramaje o peso base de 60g/m2, una vez formada la hoja se colocó en el microondas

para secarla más rápido, la hoja seca se pesó para determinar el gramaje, una vez

obtenido este dato se hicieron las correcciones para ajustar el gramaje exacto.

4.2.7. Formación de las hojas de papel

Una vez que se determinó la cantidad de fibra para obtener un gramaje de 60

g/m2 se prosiguió a la formación de la hoja utilizando la técnica TAPPI 205 om-88.

Con el cilíndro de la máquina formadora de hojas abierta, se abrió la corriente de

agua y se froto suavemente la malla con los dedos para eliminar cualquier fibra

adherida. Se cerró la máquina y se llenó de agua, así se vertió la medida de la pulpa

de suspensión diluida, bien mezclada (Figura 53).

Figura 53. Formador de hojas

Después de una pausa de 5 ± 1 segundos, tiempo durante el cual la superficie

del líquido quedó casi inmóvil, se abrió completamente la válvula de drenado de la

máquina con un movimiento rápido, se provocó una succión bajo la hoja y toda el

agua se drenó, inmediatamente, se abrió el cilindro para aliviar el vacío, luego se

aplanó la hoja para poder desprenderla de la malla, colocando centradas dos hojas

de papel secante sobre hoja y la malla, después se sobrepuso un filtro, es así como

se colocó suavemente el rodillo y se hizo girar, sin aplicar ningún otro tipo de presión,

al termino de esto se levantó el rodillo (Figura 54).

54


Figura 54. Proceso de desprendimiento de la hoja

Se retiró la hoja de la pulpa de la malla con el papel secante. La hoja quedó

adherida en el lado inferior del papel secante con el que estuvo en contacto durante

el aplanado (Figura 55), después éstas se colocó en una melanina.

Figura 55: Despegue de la hoja

Como normalmente se requieren de 10 hojas para la evaluación e las

propiedades físico-mecánicas , una vez que se tuvo un número suficiente de éstas se

pusieron en la prensa y se le colocó la cubierta de ésta, con la mano, se atornillaron

fuertemente las mariposas de las tuercas. Se elevó la presión indicada en el

manómetro, al final del periodo se liberó de la presión y se volvió repetir lo mismo por

segunda vez (Figura 56). La pila de hojas se retiró de la prensa y se colocó cada una

de las melaminas con sus respectivas hojas en los anillos de secado, las hojas se

dejaron secar a una temperatura de 23 ± 1 ºC y después se despegaron de las

melaminas.

Figura 56. Proceso de prensado de la hoja

55


4.2.8. Evaluación de las propiedades de las hojas de papel

Ya elaboradas las hojas, se les realizó una inspección y se descartaron las

que presentaban alguna anormalidad, seleccionándose seis hojas como mínimo, que

no tenían defectos visibles y con un peso base o gramaje de 60 ± 3 g/m2 base seca,

posteriormente éstas fueron acondicionadas en el cuarto donde se efectuaron las

pruebas (Figura 57).

Figura 57. Acondicionamiento de hojas

Las hojas fueron cortadas de como se ilustra en la figura 58, donde se obtiene

las probetas de prueba para realizar la evaluación de las pruebas físico mecánicas,

las hojas corresponden a las elaboradas en el formador estándar con un diámetro de

16 cm.

Las hojas fueron cortadas en diferentes tamaños y formas de acuerdo a la

evaluación que se le realizara es decir, para las de tensión se utilizaron las tiras que

se encontraban en la parte de en medio, con una medida de 15 mm de ancho por

160 mm de longitud (el díametro del formador es solo de 16 cm así que no puede ser

mayor); para las evaluaciones de explosión se tomaron las que forman una media

luna con un ancho de 55 mm; por otra parte para las de doblez se utilizaron la de los

laterales con medidas de 15 mm de ancho por 100 mm de longitud y por último se

manejaron las piezas de 63 mm de ancho por 76 mm de longitud para las

evaluaciones de espesor, gramaje, porosidad, blancura, opacidad y rasgado, esta

última se realizo al final ya es una evaluación destructiva.

56


Figura 58. Patrones de corte de las hojas

Una vez que se realizaron los cortes, las muestras también se acondicionaron

en el cuarto donde se llevaron a cabo las pruebas (Figura 59).

Figura 59. Acondicionamiento de cortes de las hojas

4.2.8.1. Evaluación de las propiedades físicas

4.2.8.1.1. Espesor

El espesor del papel es la distancia perpendicular, en milímetros (mm), entre

las dos caras del papel, también conocida como distancia “z”.

La medida de esta característica se realizó mediante un micrómetro Kart Frank

de pinzas aplicando la técnica Tappi T 411, colocando el papel entre las pinzas y se

midió la distancia entre las caras superficiales del papel de tres puntos diferentes,

estos puntos fueron tomados al azar (Figura 60), se repitieron las mediciones a ocho

57


hojas como muestra. Los datos se registraron en una bitácora y se calculó el

promedio de las medidas tomadas.

Figura 60. Micrómetro Kart Frank con hoja de papel

4.2.8.1.2. Peso base o gramaje

El gramaje que también se conoce como peso base, es el peso en gramos de

una superficie de papel en un metro cuadrado.

Esta evaluación se realizó después de acondicionar la muestra en el

laboratorio, para lo cual se pesó la muestra en gramos en una balanza y se midió el

área de cada muestra. Los datos fueron registrados y se hicieron los cálculos

necesarios para determinar el gramaje con la siguiente fórmula:

A

(10,000) * P Pb

donde:

Pb = Peso base o gramaje de la muestra de papel, en g/m2

P = Peso promedio de la hoja de papel, en gramos

A = Área en centímetros cuadrados de la hoja de papel

4.2.8.1.3. Porosidad

58


La porosidad del papel es una característica que informa de la permeabilidad

del papel al aire a través de su estructura fibrilar, es decir, el grado de abertura o

poros a través de los cuales circula el aire.

Utilizando la técnica TAPPI 460 om-96, las muestras acondicionadas que se

utilizaron fueron de 63*76 mm y se colocaron en el aparato Gurley para medir la

resistencia al paso del aire, aplicando una presión normalizada de aire sobre el lado

superior de las muestras. Teniendo el aparato listo, ajustado y verificado, se procedió

a colocar entre los discos inferiores una hoja de papel, se apretó con el dispositivo de

ajuste dejando caer el contrapeso, luego se liberó el seguro del cilindro para que este

empezara a impulsar el aire a través del papel, se tomó el tiempo con un cronómetro,

empezando a medir cuando en la graduación del cilindro indicó una línea de

referencia que cubrió una lectura de 100 cm3 de aire, al cubrir esta cantidad, se

detuvo el cronómetro y se anotaron los segundos transcurridos (Figura 61), El

ensayo se realizó a 6 muestras y se reportó el promedio en tiempo que tardaron

100cm3 de aire en a través del papel.

Figura 61. Aparato Gurley

4.2.8.2. Evaluación de las propiedades ópticas de blancura y opacidad

La blancura de un papel es la diferencia, como un porcentaje de la luz

reflejada por la muestra de papel y la luz reflejada por un elemento patrón de

comparación (una pastilla de óxido de magnesio). Por definición, la blancura de un

papel se establece como la capacidad de reflexión de la superficie de un papel que

no ha sido atravesado completamente por la luz incidente en él.

59


Por otra parte, la opacidad de un papel se especifica como la propiedad que

tiene un papel en no dejar ver a través de el una figura colocada debajo del mismo.

Las pruebas para determinar la blancura y opacidad del papel se efectuaron

aplicando la técnica TAPPI 525 om-92 para lo cual se prepararon ocho muestras de

63*76 mm para conseguir la opacidad total, las cuales fueron acondicionadas y se

colocaron en el aparato Elrepho con la cara filtro hacia arriba y se midió el factor de

reflexión individual en una capa de las hojas a evaluar (R ), al terminar, la hoja se

colocó al final del paquete, obteniéndose así ocho mediciones. Después se colocó un

portamuestras con fondo negro y se volvieron a colocar las muestras una a una para

hacer la segunda lectura del factor de reflexión absoluta medida con fondo negro

( 0R ) ver Figura 62. El primer dato obtenido fue el del porcentaje de blancura y el

porcentaje de opacidad se obtuvo de la siguiente manera:

100 * R

R Opacidad % 0

donde:

R0 = Factor de reflexión absoluto medio con fondo negro

R = Factor de reflexión individual medido bajo una capa de papel a evaluar

Figura 62. Aparato Elrepho

4.2.8.3. Evaluación de las propiedades mecánicas

4.2.8.3.1. Resistencia a la explosión

60


La resistencia a la explosión se refiere a la cantidad de presión uniforme

requerida para romper una hoja de papel. El ensayo consistió en aplicar una presión

en kPa uniformemente repartida sobre un área circular del papel que previamente fue

fijado mediante al dispositivo de sujeción circular hasta su reventamiento o ruptura.

Para esta prueba se utilizaron ocho muestras formadas en media luna,

realizándose dos pruebas en cada hoja, en los extremos de cada una de ellas,

abarcando un diámetro de 30.5 mm, éstas también fueron acondicionadas en

laboratorio y la técnica utilizada fue la TAPPI 403 om-97 y el equipo Mullen fue con el

que se realizó la prueba.

Una vez puestas las agujas del manómetro en ceros, se colocó

adecuadamente la muestra a ser ensayada en el orificio circular con diafragma, y fue

sujetada rígidamente mediante una pinza circular manual, se conectó el motor y se

liberó el fluido hidráulico hacia el diafragma de hule, el cual se infló, originado que

esta curvatura o deformación reventara el papel que estaba sujeto. (Figura 63). Se

midió la presión en el momento del estallido, ésta fue anotada en la bitácora

aplicando la siguiente formula para determinar el Índice de explosión

Pb

r E I.

donde:

I. E = Índice de explosión, en kPa·m2/g

r = Promedio de la resistencia a la explosión, en kilopascales (kPa)

Pb = Peso base o gramaje, en g/m2

Figura 63. Prueba de explosión

4.2.8.3.2. Resistencia al rasgado

61


La resistencia al rasgado se refiere a la energía necesaria para provocar un

rasgado en el papel en una longitud determinada. El método consiste en la aplicación

de una carga perpendicular a las caras del papel a través de una distancia específica

hasta su completa ruptura, es decir, es la energía necesaria en Newtons o gramos

fuerza para rasgar el papel en el ensayo.

Utilizando la técnica TAPPI 414 om-88, las muestras utilizadas fueron de 63 *

76 mm, las cuales fueron acondicionadas en el laboratorio, cada muestra, constó de

cuatro hojas, realizándose 3 ensayos y se utilizó para medir la resistencia al rasgado

el equipo Elmendorf. La muestra se colocó en entre dos mordazas, una fija y otra

móvil solidaria con el péndulo, se niveló el aparato y se comprobó que la aguja

indicadora estuviera en posición cero. El péndulo se desplazó hasta la posición de

partida, colocándose la muestra en la mordaza de forma que los lados queden del

lado de la cuchilla, con esta última se realizó el corte inicial marcando a distancia

estándar a rasgar, se soltó el péndulo, que en su movimiento oscilante produjo el

desgarro del papel, anotándose la lectura que marcó la aguja al realizar el

desplazamiento (Figura 64).

Se calcularon los valores medios de los ensayos realizados y se aplicaron las

siguientes fórmulas:

n

Lectura* 16 Factor R.R

Pb

9.81 * R R. I.R

donde:

R. R = Resistencia al Rasgado, en gf I. R = Índice de Rasgado, en N m2/kg

n = Número de hojas rasgadas por prueba Pb = Peso base o gramaje, en g/m2

Figura 64. Péndulo Elmendorf

62


4.2.8.3.3. Resistencia a la tensión

Se refiere a la carga divergente que es necesario aplicar sobre una tira de

papel hasta lograr su ruptura. Para esta prueba se utilizaron ocho muestras de 15

mm de ancho y una longitud de 160 mm siguiendo la técnica TAPPI 494 om 88; se

utilizó el equipo Kart Frank (Figura 65). Se ajustó la longitud de la tira hasta los

extremos de las pinzas de sujeción separadas un adistancia de 100 mm, para ser

sometidas al esfuerzo de tensión, luego se accionó el dispositivo para aplicar carga o

esfuerzo de tensión hasta que la tira se rompió, posteriormente a la ruptura se

procedió a tomar la elongación en mm o en % y la carga de ruptura de forma directa

de la escala del péndulo.

Después se cálculo el largo de ruptura (L.R) y el índice de tensión (I.T).

Pb *w

N I.T

mm en tira ancho

N (kN/m) R.T

(g) tira peso

(mm) tira long.* 0.1019 * N (m) R L.

donde:

I. T = Índice de Tensión

R.T = Resistencia a la tensión

L.R = Largo de Ruptura

N = Valor leído en Newtons (Carga de ruptura)

w= Ancho en metros de la tira de prueba

Pb = Peso base o gramaje, en g/m2

Figura 65. Prueba de tensión en el equipo Kart Frank

63


4.2.8.3.4. Resistencia al doblez

La prueba de dobles tiene por objetivo determinar el número de dobles o

pliegues que puede soportar una tira de papel bajo una tensión constante antes de

romperse. Para determinar la resistencia al doblez se utilizaron 8 muestras que

habían sido acondicionadas previamente, para este caso se utilizó la técnica TAPPI

423 om 89, la cual marco que las muestras tenían que tener 15 mm ancho y una

longitud de 100 mm, después se introdujeron las muestras entre las dos mordazas y

se aflojaron los tornillos que conectan las pesas con la muestras la tensión aplicada

en esta prueba es de 1 kg. Una vez terminado esto los contadores se pusieron en

cero y se puso en marcha el equipo, al finalizar se leyó el número que marcó el

contador en el momento de la ruptura (Figura 66)

Figura 66. Equipo Shopper para dobles pliegues

4.2.8.4. Evaluación global y posibilidades de uso del papel de piña

Con los resultados obtenidos en todas las fases del proyecto, pruebas físicas, ópticas

y mecánicas llevadas a cabo y con la revisión de literatura se hizo una evaluación de

los posibles usos a este papel. Para ello se cotejaron los valores de las diferentes

propiedades con los que se reporta en la literatura para clasificar los papeles por tipo,

nomenclatura y aplicación.

64

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

5.1. Composición química

Los resultados del análisis de varianza mostraron que hubo diferencias

altamente significativas entre las dos variedades, para la cantidad de extraíbles en

etanol-tolueno, etanol y contenido de cenizas; para los demás componentes

químicos evaluados la variación entre ellos no fue significativa (Cuadro 10).

Cuadro 10. Cuadrados medios del error, coeficiente de variación y significancia

para las características evaluadas en dos variedades de piña, Cayena lisa y MD2, según el análisis de varianza.

***Altamente significativo, ** Significativo, NS

No significativo

Por otra parte, el porcentaje de holocelulosa contenida en las dos

variedades fue aproximadamente de 70%, y para α y β celulosa entre 20-22% y

76% respectivamente, mientras que para la δ celulosa estos valores fueron bajos,

encontrándose cerca del 2%. Así mismo, la lignina fluctuó entre el 12% y por

último el contenido de cenizas varió entre el 3-6% en las dos variedades

evaluadas (Cuadro 11); estos resultados coinciden con los propuestos por Hurter

(1997) para la composición química de fibras no maderables.

La diferencia en la cantidad de extraíbles entre las dos variedades fue

evidente (Cuadro 10 y 11) y esto además, se pudo corroborar en la fase de

laboratorio, ya que los matraces en los que se trabajo Cayena lisa, quedaron más

impregnados de extraíbles que los de MD2, éstas variaciones también se

F.V Coefienciente de variación

gl Cuadrados medios

del error

Extraíbles en etanol-tolueno 9.19 1 165.77*** Extraíbles en etanol 31.91 1 19.54** Holocelulosa 3.16 1 0.84 NS Alfa celulosa 10.71 1 6.98 NS Beta celulosa 2.10 1 7.56 NS Gamma celulosa 40.23 1 0.01 NS Lignina 1.29 1 0.03 NS Cenizas 0.53 1 10.64***

65


observaron en las hojas de papel formadas, ya que éstas no tuvieron el mismo

color después de su secado, y como se sabe en los extraíbles se encuentran los

pigmentos como clorofila, por lo que las hojas elaboradas con Cayena lisa fueron

más oscuras.

Cuadro 11. Valores promedio de los componentes químicos evaluados en dos variedades de piña, Cayena lisa y MD2.

Compuesto químico Determinado (%)

Cayena lisa (%)

MD2 (%)

Extraíbles en etanol-tolueno 19.77 9.26 Extraíbles en etanol 3.85 0.24 Holocelulosa 70.58 69.83 Alfa celulosa 22.16 20.00 Beta celulosa 75.86 78.10 Gamma celulosa 1.98 1.90 Lignina 11.75 11.89 Cenizas 6.64 3.98

En el Cuadro 12 se presenta la comparación de los componentes químicos

de la hoja de la corona de piña que se obtuvieron en esta investigación y del

bagazo de piña y planta de la piña reportados por Ortiz (1976) y Chongwen (2001)

respectivamente.

Cuadro 12. Composición química de algunas partes de la piña

Componentes químicos

Partes de la piña (%)

Hoja de la corona Bagazo Planta

Cayena lisa MD2

Extraíbles en etanol-tolueno 19.77 9.26 2.118 -- Extraíbles en etanol 3.85 0.24 2.099 -- Holocelulosa 70.58 69.83 85.75 -- Alfa celulosa 22.16 20.00 70.26 56-62 Beta celulosa 75.86 78.10 0.84 -- Gamma celulosa 1.98 1.90 0.21 16-19 Lignina 11.75 11.89 7.20 9-13 Cenizas 6.64 3.98 0.27 2-3

Fuente: Ortiz (1976) y Chongwen (2001)

66


El contenido de holocelulosa para las tres partes de la piña son altos y

coinciden con los valores reportados por Hurter (1997) para plantas no

maderables, lo anterior unido al bajo contenido de lignina (entre el 7-12%) de la

corona de piña, ayudara a que la cantidad de agentes químicos y el tiempo

cocción de la pulpa sean los mismos o más bajos que los aplicados para madera o

plantas no maderables. Al tener estas características de composición química, con

un alto contenido de celulosa y bajo contenido de lignina, hace que este material

sea una opción para la producción de pulpa para papel.

De igual forma, en el Cuadro 13 esta una comparación con otras plantas no

maderables a las cuales también se les determinó su composición química.

Cuadro 13. Composición química de algunas plantas no maderables

Componentes químicos

Plantas no Maderables (%)

Hoja de la corona Bagazo de Caña

Cipero Tule Hoja de mazorca del maíz

Cayena lisa

MD2

Extraíbles en etanol-tolueno

19.77 9.26 3.8 9.56 12.41 --

Extraíbles en etanol

3.85 0.24 -- -- -- --

Holocelulosa 70.58 69.83 71.6 84.2 78.29 78.86 Alfa celulosa 22.16 20.00 44.9 17.91 15.23 43.14 Beta celulosa 75.86 78.10 -- 7.08 6.23 -- Gamma celulosa 1.98 1.90 -- 13.12 10.68 -- Lignina 11.75 11.89 17.6 17.56 25.65 23 Cenizas 6.64 3.98 1.4 7.05 4.9 0.761

Fuente: Sanjuán (1997), Escoto (2006) y Prado (2007)

La hoja de la corona de piña presenta un contenido de holocelulosa

semejante al de las plantas presentadas en el Cuadro 13, valores que también se

encuentran en los presentados por Hurter (1997) y el contenido de lignina cerca

del 12 % para la hoja de la corona de la piña es bajo en comparación con el tule o

la hoja de maíz, por lo que para realizar una deslignificación del material evaluado,

el tiempo de reacción con los agentes químicos puede disminuir en relación a

éstos últimos.

67


5.2. Morfología de las fibras de la corona de la piña

5.2.1. Caracterización morfológica de la hoja

En la Figura 67 se muestran de manera general los elementos observados

en la hoja de la corona de piña para las dos variedades, Cayena lisa y MD2. En la

Figura 68 se muestran más detallados estos elementos.

a= Cayena Lisa, b= MD2 Figura 67. Corte histológico de la hoja de la corona de piña (4x)

Figura 68. Elementos que conforman la hoja de la piña (10x)

68


En la Figura 67 se presentan los elementos que conforman a las hojas de la

corona de la piña para las dos variedades, observados en el microscopio con un

objetivo 4x y para la Figura 68 los elementos se observaron con el objetivo 10x.

Los elementos coinciden con los descritos por González et al, (2007); estos

autores mencionan que las hojas, en general de las plantas C4, están compuestas

de parénquima en empalizada dispuesto hacia el haz, parénquima esponjoso

hacia el envés, de una cutícula, haces de la vaina, células de la vaina, xilema,

floema, estomas y aerénquima. Estos elementos se encontraron en ambas

especies, Cayena lisa y MD2. La orientación del parenquima en empalizada es

hacia el haz y el parenquima esponjoso hacia el envés.

El tejido fundamental como se pudo observar en su mayor parte esta

constituido de parénquima en empalizada y esponjoso, este aspecto se refleja en

el momento de la cocción, ya que de esta pulpa se tomó una muestra para realizar

los montajes de fibras y determinar los índices de calidad y al momento de estar

realizando las mediciones en el microscopio, se observó gran cantidad de

parénquima que no fue desintegrado en el proceso de cocción.

5.2.2. Tipo y dimensiones de las fibras

En el Cuadro 14, se presentan las características biométricas promedio de

la fibra de la hoja de la corona de piña de las variedades de Cayena lisa y MD2.

Cuadro 14. Propiedades biométricas comparativas de las fibras

Variedad Longitud

promedio (mm) Diámetro total (µ)

Lumen (µ)

Pared celular

(µ)

Cayena lisa 2.810 8.976 4.549 4.427 MD2 2.858 9.628 5.079 4.393

69


En el Anexo 8 se presenta una clasificación de las fibras por su longitud, en

el Anexo 9 la clasificación según el diámetro de las fibras y en el Anexo 10 la

clasificación conforme al espesor de la pared (Terrazas 1984).

En comparación con los Anexos 8, 9 y 10 presentados por Terrazas (1984)

se puede decir que las fibras de la corona son fibras extremadamente largas ya

que alcanzan los 2.8 mm, y algunas llegan a superar este valor; por otra parte

éstas son extremadamente finas ya que su diámetro no supera los 10 µ y la pared

se encuentra entre las medianas y moderadamente gruesas.

Entre las dos variedades, la longitud de las fibras de la corona de piña no

varía notoriamente, siendo valores altos en relación con lo reportado para otras

fibras (Cuadro 18); en relación al tamaño de su diámetro y su pared celular entre

ellas, estas son similares. Es idea común en el ámbito papelero que fibras largas

dan resistencia al papel; aunque en ocasiones la resistencia a la tensión, que

habitualmente es la propiedad más asociada con mayor resistencia del papel

depende más bien del enlace entre las fibras que de la longitud de éstas (Casey,

1990); en este sentido no se puede decir que, siempre las mayores longitudes

reflejaron una mejor calidad de pulpa, ya que también influyen las otras

dimensiones, sobre todo el grosor de las paredes, por lo que la fibra de la corona

de piña a pesar de ser larga, se tendría que mezclar con otras fibras para generar

una pulpa de buena calidad y mayor resistencia al tensión, explosión y rasgado

debido a la lumen muy delgado que tienen sus fibras.

En el Cuadro 15 se aprecian las mediciones biométricas de las fibras de

algunas especies utilizadas en la industria del papel.

70


Cuadro 15. Propiedades biométricas comparativas de diversas fibras

Especie Longitud Promedio

(mm)

Diámetro total (µ)

Cayena lisa 2.80 8.97 MD2 2.85 9.62 Hoja de maíz 1.86 47.45 Bagazo de caña 1.5 20 Eucaliptus Globulus 0.94 18.29 Kenaf 1.29 22.1 Pino 4 40 Esparto 1.1 10 Bambú 2.8 15 Abacá 6 24 Sisal 2.8 21 Lino 55 20

Las fibras de la corona de piña (Figura 69) son las más grandes

longitudinalmente comparadas con las fibras no maderables como la de la hoja de

maíz, kenaf y bagazo de caña y también lo son para latifoliadas como el eucalipto;

las fibras del bambú son semejantes a las de la corona de piña y solo es superada

por las fibras de pino y lino. Por otra parte el diámetro total es menor al que

presentan estas fibras, lo que se ve reflejado en el tamaño del lumen y pared

celular. El ancho de la fibra al ser menor, va a influir en las propiedades físicas del

papel por lo que no va a tener una mayor rigidez y va a disminuir

considerablemente la resistencia al rasgado; de las diversas fibras con las que se

comparó, la fibra de la corona de piña es la más delgada. Por otro lado, al tener un

lumen muy delgado va a disminuir la capacidad de impregnación en el proceso de

pulpeo.

a=4x, b=100x, c=4x

Figura 69. Fibras de la hoja de corona de piña

71


5.3. Índices de calidad de pulpa para papel

Una vez realizadas las mediciones biométricas de las fibras: longitud,

ancho, lúmen, pared celular se calcularon los índices de calidad (Cuadro 16).

Cuadro 16. Índices de calidad de la pulpa de las hojas de Cayena lisa y MD2

Cayena lisa MD2

Coeficiente de Rigidez 0.56 0.45 Relación de Runkel 1.30 0.86 Coeficiente de Flexibilidad 0.44 0.54 Relación de esbeltez 28.80 24.89

El coeficiente de Rigidez entre las dos variedades es semejante; la variedad

de Cayena lisa se encuentra en el rango de pared gruesa y la variedad MD2 tiene

una pared media, en comparación con la clasificación del coeficiente de rigidez por

Fuentes (1987); estas fibras por el grosor de su pared durante el proceso de

aplastamiento o colapso no se colapsan, por lo que hay una menor superficie de

unión entre ellas, provocando con ella una menor resistencia del papel.

En lo que respecta al índice de Runkel presentado por Porres y Valladares

(1979), Cayena lisa tiene fibras con un índice de 1.30, que la hacen regular para

hacer papel y respecto a MD2 sus fibras de 0.86 son buenas para hacer papel, por

lo que hay un buen entrelazamiento entre ellas lo que influye a mejorar la

resistencia y rigidez del papel resultante. El factor de Runkel de las fibras de la

corona de piña de Cayena lisa no es adecuado para hacer papel según Santiago y

Ortega (1992), ya que el índice de Runkel indica que, mientras menor sea la

relación largo/ancho, mayor es la flexibilidad de las fibras y mayor la posibilidad de

producir un papel de buena calidad; cuando este índice es mayor que la unidad, la

materia prima no es apropiada para hacer papel.

Por otra parte, comparando con el Cuadro 8 presentado por Fuentes

(1987), el coeficiente de Flexibilidad para las dos variedades, éstos varían un

poco, colocando al valor obtenido para Cayena lisa como una pared gruesa, lo que

72


provocaría que las fibras no se colapsen en el proceso de secado además de

tener poca superficie de contacto y la unión entre las fibras es pobre y las fibras de

MD2 tienen una pared media haciendo que estas tengan una buena superficie de

contacto al igual que buena unión entre ellas, así mismo las fibras parcialmente se

colapsan.

En relación al grosor de la pared, Britt (1970), señala que las fibras de

pared delgada tienden a colapsarse tomando forma de listones estructurales

durante el pulpeo y la formación de la hoja, por otro lado el mismo autor señala

que las fibras de pared gruesa se mantienen rígidas, no se colapsan, tienen muy

poca superficie de contacto y por lo tanto la unión fibra a fibra es pobre, por lo que

el papel fabricado con fibras de pared gruesa es de baja resistencia, voluminoso y

con una gran cantidad de espacios vacíos; por lo anterior, el papel elaborado con

fibra de la corona de piña, va tener estas ultimas cualidades ya que son fibras de

pared gruesa las que se encuentran en la variedad Cayena lisa. Por último el

índice de esbeltez es mayor para la variedad de Cayena lisa (28.8) que en la MD2

(24.9)

73


5.4. Análisis de calidad de las fibras reportado por el equipo FQA

En el Cuadro 17 se presentan los valores que se determinaron en el equipo

Fiber Quality Analyzer (FQA) en el DMCyP de la UdeG, para las fibras de las dos

variedades, Cayena lisa y MD2.

Cuadro 17. Valores obtenidos en análisis de calidad de las fibras

Cayena lisa MD2

Fiber count 4000 4000 Fiber frequency 57.12% 66.67 Percent fines: (L= 0.00…0.20mm)

Arithmetic 57.12% 63.70 Length weighted 17.13% 21.73 Mean length (L=0.07..10.00mm)

Arithmetic 0.394±0.016mm 0.329±0.014 mm Length weighted 1.109 mm 0.928 mm Weigth weighted 2.053 mm 1.709 mm Mean curl Arithmetic 0.055±0.006 0.054±0.005 Length weighted 0.066 0.056 Mean kink Total kink angle 20.8º 20.5º

En el Cuadro 17, para la variedad Cayena lisa y MD2, la medición fue de

4,000 fibras para ambas; el 57.12% representa el porcentaje de finos con un rango

promedio de longitud de 0.00 - 0.20 mm para Cayena lisa; por otra parte, la fibra

promedio útil de esta variedad fue de 1.109 mm incluyendo los elementos del

parénquima y de las fibras, por lo que, si se elimina la fracción de finos, la longitud

promedio de las fibras sería de 2.053 mm. Por otra parte, también muestra que el

valor de Curl, curvatura de las fibras, es de 0.066, valor que revela un índice bajo.

De igual manera se presenta el índice de Kink, grado de torsión de las fibras, que

para esta variedad fue de 20.8º, valor que se considera bajo y representativo de

las pulpas químicas.

74


En el caso del reporte para MD2, el 63.70% lo representan los finos en un

rango promedio de longitud de 0.00 - 0.20 mm, y la fibra útil promedio fue de 0.972

mm incluyendo elementos del parénquima y fibras; eliminando la fracción de finos,

la longitud promedio de las fibras sería de 1.709 mm. El índice de Curl para esta

variedad fue de 0.056, valor que se considera bajo y el índice de Kink fue de 20.5º,

valor que se considera bajo y similar al de Cayena lisa.

El material para ambas especies esta compuesto en más del 50% de

material fino, por lo que éste al momento de la formación del papel va afectar el

drenaje, ya que va a formarse un papel poco poroso, por otra parte la resistencia

al rasgado, a la tensión y la explosión también se verán afectadas siendo estas

más bajas.

De igual forma, si estas fibras se mezclan con otras en una proporción

adecuada se puede mejor las resistencia a la tensión y la explosión, además de

poder controlar la porosidad del papel formado; por la gran cantidad de material

fino, el papel formado será mas denso y por el índice de Kink que presentan estás

fibras, la textura superficial del papel mejora y será un papel poco voluminoso.

5.5. Formación de la pulpa para el papel

5.5.1. Hidromódulo

En el Cuadro 18 se presentan los resultados de los hidromódulos

experimentados.

Cuadro 18. Resultados obtenidos para determinar el hidromódulo a utilizar

Hidromódulo pH Licor

negro Nº de Kappa

Rendimiento Aceptado

Rechazo Rendimiento

total

8:1 7.17 39.92 38.02 4.52 42.54 9:1 7.26 39.26 38.67 9.74 48.41

10:1 7.30 37.69 32.13 9.88 42.01 11:1 7.35 35.48 31.19 11.00 42.19

75


El hidromódulo que se utilizó fue el 8:1 (Cuadro 18), ya que éste presentó

un buen rendimiento en fibra aceptada y muy poco rechazo, en comparación con

los otros hidromódulos experimentados, siendo estos aspectos los considerados

como los más importantes para determinar la relación de baño a utilizar. Las

variables de pH y Nº de Kappa, no fueron consideradas para este caso.

Por otra parte, el hidromódulo 8:1 indica que la cantidad de reactivo

empleada en la etapa de cocción fue la mejor, ya que, se logro tener un Nº de

Kappa de 38.02, indicando un grado de deslignificación adecuado , puesto que un

número más alto o más bajo indica que hubo una deslignificación deficiente. Es

decir con este grado de deslignificación, permite calcular las necesidades de

reactivos para la siguiente etapa, si se deseara realizar un blanqueo a la pulpa, se

consumiría una menor cantidad de reactivo en relación a otros materiales que

presenta más contenido de lignina.

5.5.2. Relación adecuada de reactivos utilizados

Una vez que se determinó utilizar un hidromódulo 8:1, se evaluaron los

porcentajes de reactivo a utilizar, 15%, 17%, 19% y 20%, obteniendo los

siguientes resultados en la prueba de cocción en los microdigestores con

capacidad de un litro (Cuadro 19).

Cuadro 19. Resultados del porcentaje de reactivo

% de Reactivo pH Licor

negro Nº de Kappa


Rechazo Rendimiento

total

15 6.64 50 23.52 35.18 58.7 17 8.10 42.70 30.45 5.42 35.87 19 8.58 38.76 39.89 5.46 45.35 20 8.40 39.898 42.03 10.02 52.05

Se analizaron los resultados obtenidos del Cuadro 19, por lo que se decidió

utilizar 19% de reactivo ya que éste tuvo un Nº de Kappa aceptable, mientras que

los otros porcentajes de reactivos presentaron un Nº de Kappa más alto o más

76


bajo indicando un valor irreal. Por otra parte, el rendimiento aceptado que presentó

este porcentaje de 19% fue alto, con una cantidad menor de rechazos en

comparación a los demás porcentajes experimentados. Para algunos porcentajes

de reactivo el valor de Nº de Kappa fue irreal, por lo que el rendimiento aceptado,

fue poco incrementando los rechazos, esto porque la cantidad de reactivo utilizada

no fue la suficiente para realizar un adecuado proceso de cocción de la pulpa que

se reflejó en un consumo total del álcali expresado por el pH final del licor residual

menor a 8.3.

En el Cuadro 20 se presentan los resultados obtenidos al experimentar con

cuatro mezclas de hidróxido de sodio (NaOH) y carbonato de sodio (NaCO3) como

reactivo a utilizar.

Cuadro 20. Resultados de diferentes porcentaje de mezclas de NaOH y NaCO3

Reactivo Especie pH

Licor negro

Nº de Kappa


Rechazo Rendimiento

total

100% NaOH

Cayena lisa 9.83 49.50 43.51 3.42 46.93 MD2 9.81 35.21 28.88 2.48 31.36

50% NaOH, 50% NaCO3

Cayena lisa 8.82 44.74 38.82 11.48 50.3 MD2 9.00 48.88 36.19 13.04 49.23

75% NaCO3, 25% NaOH

Cayena lisa 8.64 35.99 34.77 28.7 63.47 MD2 8.69 45.10 28.98 7.68 36.61

100% NaCO3 Cayena lisa 5.68 36.48 15.79 73.22 89.01 MD2 8.55 46.44 35.61 20.6 56.21

Se puede observar que para las dos especies, la mejor condición

experimentada fue la de 100% NaOH, ya que para Cayena lisa aunque el Nº de

Kappa fue el más alto en esta condición, no quiere decir que las otras condiciones

al presentar un Nº de kappa más bajo sean las correctas, ya que en la fase de

laboratorio, al llevar a cabo la titulación, ésta llegó a un color transparente, pero

después de un momento regresó a una tonalidad azul, lo que significa que no

reaccionó toda la lignina, por lo que este Nº de Kappa bajo es irreal. Tomando en

cuenta el rendimiento, el mejor valor fue el que presentó la condición de 100%

77


NaOH, ya que las demás condiciones no tuvieron un alto rendimiento aceptado,

por el contrario, bastantes rechazos en el proceso de depuración de la pulpa.

Para el caso de la variedad MD2 también se optó por la condición de 100%

NaOH, ya que su Nº de Kappa fue el menor y éste no presentó irregularidades al

momento de la titulación; el rendimiento aceptado no fue el mayor pero se

encontraba en los rangos más altos y sus rechazos fueron los menores en

comparación con las otras condiciones.

5.5.3. Proceso de cocción

En el proceso de cocción de la pulpa de Cayena lisa y MD2 en el digestor

con capacidad de 10 litros, con las variables ya establecidas se obtuvieron los

siguientes resultados (Cuadro 21):

Cuadro 21. Resultados de la cocción en el digestor con capacidad de 10L

Variedades pH

Licor negro

Nº de Kappa

Material Colocado

(g bs)*


(g bs)

Rechazo (g bs)

Rendimiento Total (g bs)

Cayena lisa

10.26 32.59 800 256.2 58.75 314.95

MD2 12.81 14.59 751.57 134.2 190.6 324.8

* g bs = gramos, base seca

Para las cocciones realizadas en el digestor tipo Batch con capacidad de 10

litros (Cuadro 21), el pH tuvo un valor alto para las dos especies lo que significa

que se tiene álcali residual; no obstante estos valores relfejan que las condiciones

de cocción aplicados fueron correctos, ya que es importante que se tenga álcali al

final de la cocción para evitar recondensación de la lignina en la pulpa. Por otro

lado, el Nº de Kappa para Cayena fue adecuado , sin embargo, para el caso de la

muestra MD2 dio un valor muy bajo, lo que significa que la cocción fue

heterogenea, ya que se obtuvieron una cantidad alta de rechazos y bajo

rendimiento, con Cayena lisa. Los rendimientos totales para las dos especies

fueron alrededor de los 300 g bs.

78


Por otra parte, la gran cantidad de parénquima presente en la corona de

piña y alguna condición ajena a la cocción, hizo que se reflejara en el rendimiento

total ya que éste fue menor del 50%.

5.6. Longitud de la fibra de la pulpa por clasificación

Se presenta el Cuadro 22, comparando el porcentaje de fibras retenidas en

las mallas 30, 50, 100 y 200 en el equipo Bauer McNett del DMCyP de la UdeG.

Cuadro 22. Clasificación de fibras en equipo Bauer McNett

Variedad Malla 30 (%) Malla 50 (%) Malla 100 (%) Malla 200 (%)

Cayena lisa 26.93 7.42 7.14 11.28 MD2 17.03 5.23 5.75 6.76

Como se puede observar, en la malla 30 se encuentra la mayor fracción de

fibras largas y paquetes fibrosos para las dos especies, seguida de la malla 200

en la que se retuvieron células finas, después se encuentran las malla 50 y 100

que tienen la menor fracción de fibras, algunas largas y otros elementos celulares

mayores. Por último, aproximadamente el 47% y 65% del material de finos y

parénquima para Cayena lisa y MD2 respectivamente no fueron retenidos en

ninguna de las mallas.

5.7. Propiedades de las hojas de papel

5.7.1. Propiedades físicas

5.7.1.1. Espesor

79


En el Cuadro 23 se muestran los espesores promedio de las hojas

formadas para realizar las pruebas físicas y en el Cuadro 24 se muestra la

terminología de clasificación de los papeles en base a su espesor.

Cuadro 23. Valores de espesores de las mezclas (mm)

Variedades Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 0.108 0.113 0.124 0.117 0.130 0.124

MD2 0.113 0.107 0.115 0.117 0.123

Cuadro 24. Tipos de papel de acuerdo a su espesor (De Pedro 1978)

Calidad Espesor (mm)

Condensadores estáticos 0.007 - 0.020 Condensadores electrolíticos 0.050 - 0.070 Papeles delgados 0.020 - 0.040 Papeles de impresión 0.050 - 0.100 Cartoncillo 0.200 - 1.700 Cartón 0.600 - 2.000

Los espesores de las hojas formadas (Cuadro 23) presentaron un valor

entre los 0.107-0.130 mm para ambas variedades, por lo que al realizar una

comparación con los papeles presentados en el Cuadro 24, los papeles formados

con todas las mezclas se aproximan al rango de los papeles de impresión; de esta

manera este papel se puede utilizar para imprimir, pero como los papeles para

impresión tiene una amplia variedad, abarcando todos aquellos en los que se

puede imprimir, se puede utilizar este papel para libros, revistas, periódicos,

folletos, catálogos, documentos, diplomas, reconocimientos, invitaciones para

eventos sociales, pinturas, separadores, etc.; en papeles cuya necesidad sea la de

plasmar alguna idea.

Cabe mencionar que a esta propiedad se le puede aumentar o disminuir su

valor, ya que se puede colocar más o menos pulpa, al momento de realizar la

formación de la hoja. Por lo que se pueden llegar a formar papeles más delgados

hasta cartoncillo o cartón, ya sea utilizando en su totalidad pulpa de la hoja de la

80


corona de piña o realizando alguna mezcla con otra fibra que le brinde alguna otra

cualidad como el mejoramiento de la resistencia a la explosión, tensión o rasgado.

5.7.1.2. Peso base o gramaje

Los resultados en la determinación del gramaje en las muestras ensayadas

se presentan en el Cuadro 25 y en el Cuadro 26 se presentan algunos tipos de

papeles de acuerdo a su gramaje.

Cuadro 25. Gramaje de las mezclas experimentadas (g/m2)

Variedades Mezclas

100% Pulpa

80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 66.33 64.95 64.78 63.84 65.42 65.39

MD2 66.19 65.66 65.00 65.75 65.39

Cuadro 26. Tipos de papel de acuerdo a su gramaje (De Pedro 1978)

Nombres vulgares Gramaje (g/m2)

Papel ≤ 150 Cartulina 150 – 250 Cartoncillo 250 – 650 Cartón > 650

El gramaje promedio para todas las mezclas varia entre los 63 y 66 g/m2 de

acuerdo al Cuadro 25, por lo que al realizar una comparación de los gramajes

obtenidos con los presentados en el Cuadro 26 se puede señalar que el papel

elaborado con fibra de la corona de piña en su totalidad y el de las diferentes

mezclas es apto para la elaboración de papel. De igual forma que para la

propiedad de espesor, la propiedad de gramaje se puede manipular de acuerdo a

la cantidad de pulpa utilizada al momento de realizar la formación de la hoja.

Por otro lado, el papel para impresión requiere de cierto gramaje para su

utilización, por lo que este papel se puede utilizar como papel bond para máquina

de escribir según la NOM N 70 y para papel cartográfico según la UNE 57-048, ya

81


que el papel formado con fibra de la corona de piña cumple con el valor del

gramaje especificado para estos papeles.

5.7.1.3. Porosidad

En el Cuadro 27 se muestran los resultados de la prueba de porosidad a las

muestras ensayadas.

Cuadro 27. Porosidad de las mezclas experimentadas (seg/100cm3)

Variedades Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa Cerrado Cerrado Cerrado 163 37.7 2

MD2 Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado 62

Las mezclas con mayor proporción de pulpa virgen son cerradas, es decir, no

hay muchos poros, esto se debe a la gran cantidad de finos y de elementos de

parénquima con lo que cuenta el material; por otra parte el papel kraft es un papel

muy poroso ya que tardo solo dos segundos en cubrir 100 cm3. De esta manera

las mezclas con mayor porcentaje de pulpa virgen, podrían ser utilizadas como

envoltura de alimentos y conservas en frío, ya que estas necesitan una elevada

impermeabilidad o realizando alguna mezcla con otra fibra se podría cambiar su

porosidad.

5.7.2. Propiedades ópticas de Blancura y Opacidad

En lo que se refiere a la blancura y opacidad del papel, se presenta el

Cuadro 28 con los resultados obtenidos en las muestras ensayadas.

Cuadro 28. Blancura y opacidad de las mezclas experimentadas

Propiedad Variedades Mezclas

100% Pulpa

80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Blancura (%) Cayena lisa

14.84 16.91 15.96 18.55 17.85 18.33 Opacidad (%) 94.40 95.01 95.30 95.47 98.33 98.40 Blancura (%)

MD2 15.67 17.53 19.17 19.16 18.93 18.33

Opacidad (%) 88.99 91.29 91.56 95.54 97.54 98.40

82


Se puede observar que todas las mezclas presentan una similitud en la

blancura que hay en ellas, en un rango de 14 - 18%; mientras que en la opacidad,

las mezclas varían desde el 89 - 98% por lo que este papel no permite el paso de

la luz a través de él. Cabe mencionar que la pulpa no fue sometida a ninguna

etapa de blanqueo.

Este papel, por el porcentaje de opacidad que tiene y su propiedad de poros

cerrados, se podría utilizar como papel para envoltura, mencionando algunos

ejemplos como envoltura para tortillas, para frutas y verduras, para dulces, entre

otros; además de estas propiedades lo hacen un papel útil para elaborar

artesanías, ya que este papel al no ser sometido a ninguna etapa de blanqueo y

por su aspecto rustico le imprime características para ser utilizado como

separadores, diplomas, reconocimientos, etc.

Por su propiedad de blancura, este papel puede ser usado como papel

cartográfico según la UNE 57-048, pero de igual forma que para la propiedad de

gramaje se tendría que considerar otras propiedades tales como la opacidad, largo

de ruptura, índice de explosión y rasgado.

Por otra parte, al realizar el análisis de varianza para las propiedades

ópticas, éste mostro que hubo diferencias entre las dos variedades para las

propiedades de blancura y opacidad, siendo ésta una alta variación significativa

entre las dos variedades y los porcentajes de éstas en las mezclas, para las dos

propiedades (Cuadro 29 y 30).

Cuadro 29. Análisis de varianza para las propiedades ópticas

***Altamente significativo

F.V gl Promedio de

los cuadrados

Blancura 10 <.0001*** Opacidad 10 0.0068***

83


Cuadro 30. Medias por Duncan para Blancura y Opacidad

Tratamiento Blancura Opacidad

Media Media

100%MD2 15.67 ed 88.98 c 80MD2-20K 17.53 bac 91.29 bc 60MD2-40K 19.16 a 91.56 bc 40MD2-60K 19.15 a 95.54 ba 20MD2-80K 18.93 a 97.54 a 100%CL 14.83 e 94.39 bac 80CL-20K 16.91 bdc 95.01 ba 60CL-40K 15.96 edc 95.30 ba 40CL-60K 18.55 ba 95.46 ba 20CL-80K 17.84 ba 98.19 a 100%Kraft 18.33 ba 98.40 a

* Letras iguales son estadísticamente iguales

Por otra parte, para estas propiedades el mayor porcentaje de opacidad se

encuentra en las mezclas con mayor cantidad de pulpa secundaria, mientras que

la hoja formada totalmente por pulpa de MD2, fue la que presento el menor

porcentaje de opacidad. Así mismo, la hoja formada en su totalidad de pulpa de

Cayena lisa fue la que tiene un menor porcentaje de Blancura seguida por la

formada en su totalidad de pulpa de MD2.

5.7.3. Propiedades mecánicas

5.7.3.1. Resistencia a la explosión

El análisis de medias (Figura 71); indica que los tratamientos en su totalidad

con pulpa virgen, principalmente pulpa de MD2 seguida de Cayena lisa, tienen una

mayor resistencia a la explosión, decreciendo conforme la mezcla de la pulpa

virgen también disminuye, siendo el papel formado con pulpa kraft el que presenta

menor resistencia a la explosión; con lo respecta al análisis de varianza para la

resistencia a la explosión, éste mostro que hubo una alta variación significativa

entre las dos variedades y los porcentajes de éstas en las mezclas, para las dos

propiedades.

84


Figura 70. Valores promedio para la resistencia a la explosión

En el Cuadro 31 se presentan los valores del Índice de explosión de las

mezclas ensayadas.

Cuadro 31. Índice de explosión (k.Pa·m2/g)

Variedad Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 3.69 3.65 3.40 3.13 2.94 2.11

MD2 4.87 3.78 3.66 3.30 2.85

El índice de rasgado disminuye conforme la proporción de fibra virgen se

va recudiendo, dando el valor más bajo en la hoja formada por 100% pulpa

secundaria.

El índice de explosión requerido para papel cartográfico según la UNE 57-

084 es de 2.1 kPa·m2/g, por lo que papel elaborado con cualquiera de las mezclas

de pulpa virgen de hojas de piña con pulpa secundaria supera este valor

haciendolo apto para este uso; por otra parte para fabricar papeles para sacos,

bolsas y envolturas de acuerdo a la empresa Atenquique de Jalisco, México, estos

papeles necesitan una resistencia a la explosión de 2.4 hasta 3.2 kg/m2 por lo que

85


el papel elaborado con cualquiera de las mezclas de pulpa virgen de hojas de piña

y pulpa secundaria, es adecuado para este uso, sólo el tratamiento con pulpa kraft

en su totalidad no cumple con la especificación, tomando en cuenta que se

necesita una gramaje del papel de 80-100 g/m2 y otras propiedades como la

tensión, rasgado y espesor.

5.7.3.2. Resistencia al rasgado

Se presenta el Cuadro 32 con los resultados de la resistencia al rasgado, el

Cuadro 33 con los índices de rasgado para las muestras ensayadas y el Cuadro

34 con las clases de papel de acuerdo al índice de rasgado.

Cuadro 32. Resistencia al rasgado (gf)

Variedades Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 373.33 423.11 332.44 412.44 384.00 444.44 MD2 423,11 353.78 375,11 375,11 401,78

Cuadro 33. Índice de rasgado (N m2/kg)

Variedades Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 55.21 63.44 51.08 62.46 58.00 66.68

MD2 62.71 53,07 55.97 56.62 60.03

Cuadro 34. Clases de papeles de acuerdo al índice de rasgado (De Pedro 1978)

Clase de papel Índice de desgarro

Sentido máquina Sentido transversal

Prensa 50 60 Impresión 50 60 Escritura 50 60 Embalaje fuerte 55 66 Embalaje normal 75 90 Papel kraft 145 170 Seda 50 75

86


Se puede señalar que la resistencia al rasgado se encuentra entre el 373 a

445 gf en todas las todas mezclas y el índice de rasgado varía de 51 a 66 N m2/kg,

así mismo comparando el índice de rasgado que menciona De Pedro (1978) con

los obtenidos se puede concluir éstas hojas pueden utilizarse como papel para

impresión, prensa y escritura.

El papel para fabricar papeles para sacos, bolsas y envolturas de acuerdo a

la empresa Atenquique de Jalisco, México, necesita papeles con una resistencia al

rasgado desde 99 a 180 g/f, por lo que el papel elaborado con fibra de la corona

de piña y sus mezclas, superan esta especificación alcanzando un valor de hasta

420 g/f, de tal manera que este papel se puede utilizar para fabricar sacos, bolsas

y envolturas, ya que también cumple con la especificación de la resistencia a la

explosión.

5.7.3.3. Resistencia a la tensión

En el Cuadro 35 se presentan los índices de tensión y el Cuadro 36 la

resistencia a la tensión para las muestras ensayadas en todas las variedades.

Cuadro 35. Índice de tensión (N·m/g)

Variedades

Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 365.79 402.02 305.70 314.07 301.51 243.40

MD2 497.28 502.53 420.70 381.88 292.70

Cuadro 36. Resistencia a la tensión (kN/m)

Variedades Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 291.17 314.03 237.78 244.72 234.86 193.33

MD2 395.00 399.17 334.17 303.33 232.50

87


En el Cuadro 35 se puede observar que los valores de los índices de

tensión se localizaron entre los 240 – 500 N·m/g, siendo el valor más bajo el

obtenido para la hoja de 100% kraft. Por otra parte en el Cuadro 36 la resistencia a

tensión varía entre los 190 – 400 kN/m, observándose también el valor más bajo

para la mezcla 100% kraft.

Realizando el análisis de medias para el índice de tensión (Figura 72), los

valores más altos para el índice de tensión lo presentan las hojas formadas por

pulpa virgen de hojas de piña en su totalidad y va disminuyendo conforme también

disminuye la proporción ésta en las mezclas, llegando al un índice de tensión mas

bajo para la hoja formada por pulpa kraft.

Figura 71. Valores promedio para el índice de tensión

5.7.3.4. Resistencia al doblez

El análisis de medias (Figura 73) para la resistencia a los doblez pliegues

muestran que al igual que para el índice de tensión y la resistencia a la explosión,

la resistencia a los dobles pliegues, es mayor cuando el tratamiento tiene mayor

cantidad de pulpa virgen y va disminuyendo conforme la mezcla tiene más pulpa

88


kraft que es el testigo, siendo el valor más bajo el reportado para hojas con pulpa

kraft en su totalidad.

Figura 72. Valores promedio para la resistencia a los dobles pliegues

En el Cuadro 37 se presenta la resistencia a doblez pliegues para las

muestras ensayadas y el Cuadro 38 prensenta las algunos tipos de papel de

acuerdo al número de dobles pliegues.

Cuadro 37. Resistencia al doblez

Variedades

Mezclas

100% Pulpa 80% P 20% K

60% P 40% K

40% P 60% K

20% P 80% K

100 Kraft

Cayena lisa 580 232 393 238 151 33

MD2 525 314 326 241 128

Cuadro 38. Número de dobles pliegues para diferentes papeles (De Pedro 1978)

Tipo de papel Sentido marcha Sentido transversal

Seda 4312 1171

Fumar 1025 1450

Vegetal 1221 2639

Dibujo 583 468

Escritura 97 153

Sacos 2212 3195

89


Para el caso del Cuadro 37 se puede observar que las muestras con un

100% de pulpa virgen fueron las que generaron alto número de dobleces (525-

580), y la pulpa 100% pulpa secundaria presentó solamente 33 dobleces, por lo

que este papel se puede utilizar como papel para escritura y para dibujo, al igual

que para papel cartográfico según la UNE 57-084; así mismo, se podría hacer

alguna combinación con alguna otra fibra para mejorar esta propiedad.

A manera de resumen se presenta el Cuadro 39 con los resultados de la

evaluación físico-mecánica en las hojas de Cayena lisa y MD2.

De acuerdo a las propiedades ensayadas en los papeles formados con fibra

de la corona de piña en su totalidad y sus mezclas, se puede decir sirve desde

papel para impresión como lo es para libros, revistas, periódicos, escritura,

folletos, catálogos, documentos, diplomas, reconocimientos, invitaciones para

eventos sociales, pinturas, dibujo, separadores, entre otros; además de papel

bond para máquina de escribir y papel cartográfico; por otro lado se podría utilizar

como papel para envoltura de alimentos, conservas en frío, envoltura para tortillas,

para frutas y verduras, para dulces, papeles para sacos, bolsas. Este papel por su

aspecto rustico se puede utilizar para cajas de dulces, lámparas y elaborar

artesanías de cualquier tipo.

5.7.4. Metodología sintetizada para la elaboración de papel artesanal con

hojas de la corona del fruto de la piña

La metodología aquí presentada está cuantificada para una cantidad de 1

kg de hojas de la corona de la piña. Obviamente para una producción mayor se

deben tomar las cantidades requeridas de hojas y los múltiplos de los demás

insumos en la proporción aquí indicada como base.

90


Materiales:

Hojas de la corona del fruto de la piña

Sosa cáustica (Hidróxido de sodio, NaOH)

Semilla de linaza

Colorante de anilina

Papel bond usado para reciclar

Agua

Tijeras o cuchillas para corte de las hojas

Báscula

Digestor o recipiente a presión para cocción, con manómetro y válvulas de

alivio.

Quemador de gas

Licuadora

Tinas y cubetas de plástico

Marco y malla de formación de hojas

Fieltros

Prensa

Procedimiento:

1. Se prepara el material fresco, desojando las

coronas de piña.

2. Se pesa aproximadamente 1 kg de hojas

de la corona de piña, después se corta el

material en fragmentos pequeños para

que éstos puedan entrar en el digestor

de cocción, sea impregnado en su totalidad el material, se aproveche mejor

el volumen del mismo y para que las fibras cocidas no formen elementos

muy largos ue dificulten la formación posterior de las hojas de papel.

91


3. Se aplica sosa cáustica o Hidróxido de sodio

(NaOH) como reactivo en una relación equivalente

al 15% del peso de las hojas a utilizar (150 g para el

caso de 1 kg). Con la ayuda de una palita de madera

se disuelve la sosa gradualmente en agua fría hasta

su dilución completa. Se deben usar guantes de hule

y evitar salpicaduras de la sosa en la piel o en la

ropa.

4. Las hojas y la sosa se colocan en el digestor,

después se aplica agua en el digestor hasta cubrir

el material a cocer.

5. Se cierra el digestor sellándolo con los tornillos

alternadamente y se verifica que todas las válvulas se

encuentren cerradas.

6. Se coloca el digestor sobre una base y sobre el

quemador, se prende y se inicia el proceso de cocción.

Cuando se alcanza 1kg/cm2 de presión, se abre una

válvula de purga para liberar el aire atrapado, cuando

inicia la salida de vapor se cierra y se continua con la

cocción.

92


7. Al alcanzar una presión de 4 kg/cm2, se mantiene

durante 30 minutos, controlando la flama del

quemador.

8. Una vez transcurrido este tiempo se abre la válvula

de purga periódicamente por unos segundos y se

utilizan tollas mojadas alrededor del digestor para

bajar la temperatura y la presión antes de abrir el

digestor.

9. Se abre el digestor y con la ayuda de

una coladera se drena todo el licor

negro y la pulpa se retira de éste

con cuidado.

10. La pulpa se lava repetidas veces con agua fría para eliminar el exceso de

licor negro.

11. El licor negro que se generó del proceso, se colecta y se diluye

antes de ser eliminado.

93


12. La pulpa lavada se muele en una licuadora para obtener fibras individuales

y cortas que permitan su adecuada distribución, separación y formación de

las hojas.

13. La pulpa molida se pasa a una tina con

suficiente agua manteniendo una agitación

constante para dispersar las fibras.

14. Las hojas de papel se pueden elaborar exclusivamente con fibras de la

corona del fruto de la piña o bien, con una mezcla de fibras de piña y pulpa

reciclada de papel usado (fibra secundaria). Si es éste el caso, el papel a

reciclar se coloca en agua para su hidratación y posterior molienda en la

licuadora. La pulpa reciclada y bien molida se pasa entonces a la tina con la

pulpa de fibras de piña en una proporción que dependerá del gramaje del

papel que se pretenda elaborar.

15. Paralelamente se ponen a cocer 250 g de

semilla de linaza en 1 litro de agua manteniendo

la ebullición durante 20 minutos. Se deja enfriar

y, previo colado, el agua de la semilla de linaza

se vacía a la tina con la pulpa. La baba de

linaza contribuye a la adhesión de las fibras y a reducir la rigidez de la hoja

formada.

16. Es opcional colorear la pulpa para lo cual se utiliza anilina; igualmente se

pueden adicionar materiales de ornato, tal como pétalos, pequeñas hojas u

otro elemento pequeño.

94


17. Para formar la hoja de papel se utilizan

bastidores con una tela plástica, tipo

mosquitero, bien tensada. Junto con el bastidor,

que debe ser de un tamaño que permita su

introducción en la tina, se utiliza un marco que

sobresale del bastidor, el cual tiene la función de evitar el derrame de la

suspensión de fibras por los bordes, así, el agua drenará a través de la

malla y permitirá la formación de la hoja.

18. Una vez hecha la mezcla y manteniéndola en constante agitación, se

sumerge lateralmente y en un ángulo de 45° aproximadamente el bastidor,

se extrae cuidando que sea lo más horizontalmente para que la pulpa se

distribuya uniformemente en todo el bastidor, sin permitir cumulaciones en

determinadas zonas, y se deja drenar el agua sobre la misma tina.

19. El bastidor con la pasta se coloca boca abajo sobre un acrílico e

inmediatamente se realiza el despliegue del bastidor con cuidado.

95


20. Se coloca posteriormente un fieltro húmedo sobre la

hoja húmeda y se repite el proceso para formar un

paquete de varias hojas.

21. Una vez realizado el procedimiento

anterior y tendiendo una pila de acrílicos,

éstos se colocan entre dos planchas de

madera u hojas de triplay de 19 mm.

22. El paquete con las hojas se prensan por

varios minutos con cuatro prensas “C” para

eliminar el exceso de agua.

23. Transcurrido este tiempo se libera de la

prensa la pila de acrílicos y se colocan al

aire libre a secar.

24. El despegue de la hoja formada se hace cuando ésta se empieza a

despegar de las orillas por si sola.

25. Las hojas ya secas se colocan en nuevamente

en una prensa para eliminar las ondulaciones y

96


finalmente se dimensionan con la ayuda de una guillotina para papel.

97


Cuadro 39. Resultados de la evaluación físico-mecánica en las hojas con diferentes mezclas P

ropie

da

des

Variedades

Mezclas

100%

Pulpa

80% P

20% K

60% P

40% K

40% P

60% K

20% P

80% K 100%

Kraft MD2 CL MD2 CL MD2 CL MD2 CL MD2 CL

Espesor (mm) 0.113 0.108 0.107 0.113 0.115 0.124 0.117 0.117 0.123 0.130 0.124

Gramaje (g/m2) 66.19 66.33 65.66 64.95 65.00 64.78 65.75 63.84 65.39 65.42 65.39

Porosidad

(seg./100cm3) Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado Cerrado 167 62 37.7 2

Blancura (%) 15.67 14.84 17.53 16.91 19.17 15.96 19.16 18.55 18.93 17.85 18.33

Opacidad (%) 88.99 94.40 91.29 95.01 91.56 95.30 95.54 95.47 97.54 98.33 98.40

Índice de explosión

(kPa·m2/g) 4.87 3.69 3.78 3.65 3.66 3.40 3.30 3.13 2.85 2.94 2.11

Resistencia al

rasgado (gf) 423.11 373.33 353.78 423.11 375,11 332.44 375,11 412.44 401,78 384.00 444.44

Índice de rasgado

(Nm2/kg) 62.71 55.21 53,07 63.44 55.97 51.08 56.62 62.46 60.03 58.00 66.68

Índice de tensión

(N·m/g) 497.28 365.79 502.53 402.02 420.70 305.70 381.88 314.07 292.70 301.51 243.40

Resistencia

a la tensión (kN/m) 395.00 291.17 399.17 314.03 334.17 237.78 303.33 244.72 232.50 234.86 193.33

Resistencia al

dobles

(Nº de dobleces)

525 580 314 232 326 393 241 238 128 151 33

P= Pulpa de piña; K= Pulpa Kraft

98

CONCLUSIONES

6. CONCLUSIONES

El contendido de holocelulosa en las hojas de la corona de piña es alto, ya que

éste valor se encuentra en el rango de los materiales usados para la producción de

papel; en cuanto al contenido de lignina, éste es un valor bajo comparándolo con los

valores para otras fibras.

Alrededor del 57% de la pulpa de las hojas de la corona de piña se compone

de material fino y parénquima, el 22% lo representan las fibras largas que superan

hasta los 2 mm de longitud pero éstas poseen una pared celular de media a gruesa,

por lo que la gran cantidad de finos afecta al papel en su drenaje, además de tener

un índice de explosión bajo y un papel poco poroso; sin embargo, al realizar una

mezcla adecuada con otra fibra se puede mejorar el índice de explosión y la

porosidad.

El índice de Curl y el índice de Kink se consideran valores bajos, por lo que se

obtendrían papeles con una textura superficial lisa y poco voluminosa.

La mejor calidad de pulpa, se obtuvo al tratarse la hoja de la corona de piña

con 19% NaOH con respecto al material fibroso base seca y un hidromódulo de 8:1.

El rendimiento total fue aproximadamente del 40%.

La pulpa virgen está conformada en su mayoría de material fino y parénquima

por lo que no hubo necesidad de realizar una refinación a ésta.

Con la pulpa virgen se pueden generar papeles para impresión, de acuerdo al

gramaje y espesor utilizados en este trabajo; por otra parte son papeles con una

porosidad baja, un bajo porcentaje de blancura y altos porcentajes de opacidad. Así

mismo la resistencia al doblez es mayor en los papeles hechos con pulpa virgen en

su totalidad que en los formados únicamente con fibra secundaria.

99

CONCLUSIONES

El objetivo principal de la tesis se logró, probando que sí es posible elaborar

papel con fibra de la corona de piña, evaluando las características y propiedades de

éste, determinando sus posibles usos como papel artesanal en las comunidades

piñeras de los estados de Veracruz y Oaxaca.

El papel elaborado en su totalidad con fibra de la corona de piña presenta

características similares a las del papel kraft; algunas características son mejores

teniendo un 100% de pulpa virgen, sin embargo se podrían mejorar al probar con

nuevas mezclas de otros materiales fibrosos.

100

RECOMENDACIONES

7. RECOMENDACIONES

La elaboración de papel manualmente es una alternativa para fomentar el

empleo para las mujeres que viven en las regiones piñeras, por lo que se pueden

realizar artesanías de este papel elaborado como primera opción, de igual forma

puede ser utilizado como material para realizar impresiones según las necesidades,

ya que este papel presenta características de color y naturaleza rustica. Al ser un

material poco poroso y por su color obscuro, se puede utilizar para envolturas de las

frutas de exportación.

Por la opacidad que presenta esta pulpa, también se puede utilizar en la

elaboración de bolsas de papel, que podrían sustituir a las bolsas de plástico

empleadas en los negocios, como las panaderías, supermercados, tiendas, etc., de

esta manera se contribuye a no contaminar demasiado el ambiente ya que éste

material por sus características naturales se degrada más rápido que las bolsas de

plástico.

Con la incorporación de otros materiales fibrosos a la pulpa de la hoja de la

corona de piña, se puede probar otros usos que ayuden a incrementar el valor

agregado a este papel, como pudieran ser empaques o cartones, cajas para dulces,

regalos o medicamentos, invitaciones para eventos sociales, artesanías, pantallas

para lámparas, bolsas en los supermercados, farmacias y panaderías, de igual forma

para abanicos, diplomas, papiroflexia, separadores y más usos según las

necesidades e imaginación de las personas.

Se propone realizar un estudio de mercado para determinar que tan rentable

es la producción de papel con fibra de la corona de piña.

101

BIBLIOGRAFÍA CITADA

8. BIBLIOGRAFÍA CITADA

Ábalos R. M. 2001. Productos forestales no madereros en América Latina. Santiago

de Chile. 198 p. Disponible en:

http://documentacion.sirefor.go.cr/archivo/pfmn/Pfnm.pdf

(Arredondo Castro, 2002)

Arredondo C. P. 2002. Reporte final del Sistema Agroindustrial Piña (Ananás

comosus L.) Veracruz. Tesis Profesional. Universidad Autónoma Chapingo.

Texcoco.

Barrera F. A. 1981. Fibras Naturales. Centro Universitario en Química Aplicada. 24 p

Britt K. W. 1970. Handbook of pulp and paper technology. Van Nostrand Reinhold. N.

y. EUA. 723 p.

Cámara de Diputados. H. Congreso de la Unión. Centro de estudios de Finanzas

Publicas. 2002. La problemática actual de la piña en México. Disponible en:

http://www.cefp.gob.mx/intr/edocumentos/pdf/cefp/cefp0042002.pdf

Casey P. J. 1990. Pulpa y papel. Química y tecnología química. Volumen 1. LIMUSA.

187-192 pp.

Centro para la Formación Empresarial. 2004. Perfil de Producto Piña. Universidad

de EARTH. Disponible en:

http.www.earthagroempresarial.ac.cr/boletines/perfildepinacfe.pdf

Chongwen Y. 2001. Propierties and Processing of Plant Fiber. New Frontiers in Fiber

Science. The Fiber Society.

COVECA, Gobierno del Estado. 2004. Diagnostico de la cadena de la Piña. México

Disponible en: http.www.coveca.gob.mx/documentos/pinha.pdf

http://documentacion.sirefor.go.cr/archivo/pfmn/Pfnm.pdf

http://www.cefp.gob.mx/intr/edocumentos/pdf/cefp/cefp0042002.pdf

http://www.earthagroempresarial.ac.cr/boletines/perfildepinacfe.pdf

102


Darvill J., E.; M. McNeil.; M. Darvill.; A.G. Albersheim. 1980. The primary cell wall of

flowering plants. In Torbert N. E. The Biochemistry of plants. Ed. 9 Vol. 1.

Academic Press, New York. 92-162 pp.

De La Cruz M., J. y García, H.S. 2005. Operaciones postcosecha de la Piña.

Disponible en:

http://www.fao.org/inpho/content/ compend/text/ch33s/AE614s01.htm

Determinación de holocelulosa. 1992. Método usual Wise. DMCyP.

Escoto G. T. 2006. Manual de Fabricación papel hecho a mano, amate y papiro.

(Método TeoCart). AMATE. DMCyP-UdG. Zapopán, Jalisco, México. 85 p.

Fuentes S. M. 1987. Efecto de la digestión en los índices de calidad de pulpa de la

madera de Pinus montezumae, LAMB. Tesis profesional. Universidad

Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, Mich.

García H. E., R; Peña V., C. B. 1995. La pared celular. Componente fundamental de

las células vegetales. Universidad Autónoma Chapingo. Texcoco. 96 p.

González E., A; Cedillo, P. E; Díaz, G. L. 2007. Morfología y Anatomía de las plantas

con flores.Universidad Autónoma Chapingo. Texcoco. 276 p.

Hernández F. 1943. Historia de las plantas de Nueva España. Tomo II. México. 377

p.

Holten N. 2004. Introducción a los textiles. Limusa. 360 p.

Hurter W. R. 1997. Agricultural Residues. TAPPI. Nonwood Fibers Short Course.

103


Joseph A. 2004. El papel. Técnicas y métodos tradicionales de elaboración. Parragón

Ediciones. Barcelona. 160 p.

Kundu B. C., 1954. Origin, Development and Structure of Important Vegetables Fiber.

Presidential address, Section of Botany. Indian Science Congress.

Lenz H. 2001. Historia del papel en México y cosas relacionadas: 1525-1950. Porrúa.

México, D.F. 798 p.

Maddern K. 2003. The future of non-wood pulping. Appita Journal.

Maiti M. R. 1995. Fibras vegetales en el Mundo. Aspectos botánicos, calidad y

utilidad. México. Trillas. 300 p.

Molina M. y Monreal S. 2004. Papel de madera. Una reflexión sobre la productividad

y uso del papel en México. Revista electrónica de la Comisión Nacional

Forestal.

O’sullivan A. C. 1997. Cellulose: the structure slowly unravels. Cellulose 4: 173-207

pp.

Ortiz de la Garza R. 1976. Aprovechamiento de Desperdicios de la cáscara de piña.

Tesis Profesional. DMCyP-UdG. Zapopán. Jalisco.

Porres J. y Valladares. 1979. Producción de pulpa y papel con materias primas

autóctonas centroamericanas. Producción de pulpa con 17 maderas de Peten,

Guatemala, empleando el proceso kraft o al sulfito. División de investigación

aplicada, Guatemala.

104


Prado M. M. 2007. Aprovechamiento de las hojas de maíz para la obtención de

nuevas envolturas para tamal. Tesis Profesional. DMCyP-UdG. Zapopán.

Jalisco. 74 p.

Pulp and Paper Survey Capacities. FAO. 1995 y 1997.

Ricker M. y Daly D. C. 1998. Botánica económica en bosques tropicales. Principios y

métodos para su estudio y aprovechamiento. México. Diana. 293 p.

Ríos H. H. C. 2004. Principales variedades de Piña. Disponible en

http://www.inia.gob.pe/boletin/bcit/boletin0004/cultivo_exp_pichanaki_pi%C3%

B.htm

Salisbury F., B.; C. W. Ross. 1992. Plant Phisiology. Wadsworrh. Belmont, California.

United States of America. 682 p.

Sanjuán D. R. 1997. Obtención de pulpas y propiedades de las fibras para el papel.

Universidad de Guadalajara. DMCyP-UdG. Zapopán. Jalisco. 293 p.

Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales (SEMARNAT). 2006.

Estadísticas Nacionales. Anexo del Sexto Informe de Gobierno 2006. Primer

informe de gobierno.

Taiz L.; E. Zeiger. 1991. Plants Physiology. Benjamin Cummings. Redwood,

California. United States of America. 559 p.

Salinas S. H. 2000. Sistemas de clasificación de las características, propiedades y

procesos de transformación primaria de las maderas. Tesis Profesional.

Texcoco. 196 p.

http://www.inia.gob.pe/boletin/bcit/boletin0004/cultivo_exp_pichanaki_pi%C3%25B.htm

http://www.inia.gob.pe/boletin/bcit/boletin0004/cultivo_exp_pichanaki_pi%C3%25B.htm

105


Santiago E. M. y Ortega. 1992. Anatomía de la madera de nueve especies tropicales.

Angisopermas arbóreas de México Nº 4. La madera y su uso. Bol. Tec. Nº 27.

LACITEMA. Instituto de Ecología A. C. Xalapa, Ver. 72 p.

SAGARPA. 2006. Servicio de Información y Estadística Agroalimentaria y Pesquera

SIAP, SIACON,. Consulta de Indicadores de Producción Nacional y Márgenes

de Comercialización de Piña. Disponible en www.siap.sagarpa.gob.mx/siacon.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 1988. TAPPI 264 om 88.

Preparación de madera para análisis químico. Traducción al español realizada

por DMCyP. Pág 9.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 1993. TAPPI 203 om-88. Alfa,

Beta y Gamma celulosa en pulpa. Traducción al español realizada por

DMCyP. Pág 11.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 1988. TAPPI 220 om-88.

Lignina de madera y pulpa insoluble en ácido. Traducción al español realizada

por DMCyP. Pág 3.


Cenizas en madera, pulpa, papel y cartón: combustión a 525º C. Traducción al

español realizada por DMCyP. Pág 2.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. 1985. TAPPI 236 cm-85. No de

Kappa en pulpa. Traducción al español realizada por DMCyP. Pág 8.


Freeness de pulpa (Método estándar canadiense). Traducción al español

realizada por DMCyP. Pág 11.

http://www.siap.sagarpa.gob.mx/siacon

106


Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 205 om-88. Formación

de hojas para pruebas físicas de la pulpa. Traducción al español realizada por

DMCyP. Pág 12.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 233 om-95. Método

Bauer McNett para la clasificación de fibras. Pruebas físicas en hojas de

pulpa. Traducción al español realizada por DMCyP. Pág 13.

Técnica ISO 5264/3. Método relativo Zellcheming V/105. Refinación en el Molino

Jocko.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 411. Espesor (Calibre)

de papel y cartón. Traducción al español realizada por DMCyP. Pág 5.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 460 om-96. Resistencia

al paso del aire (porosidad). Traducción al español realizada por DMCyP. Pág

6.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 525 om-92.

Determinación de blancura y opacidad. Traducción al español realizada por

DMCyP. Pág 12.


al papel a la explosión. Traducción al español realizada por DMCyP. Pág 7.


del papel al rasgado interno. Traducción al español realizada por DMCyP. Pág

5.

107


Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 494 om 88.

Propiedades de ruptura a la tension del papel y carton. Traducción al español

realizada por DMCyP. Pág 6.

Technical Association of the Pulp and Paper Industry. TAPPI 423 om 89. Dobles

Schopper. Traducción al español realizada por DMCyP. Pág 4.

Terrazas, S. T. 1984. Proposición para la clasificar el tamaño de algunas estructuras

de madera de angiospermas mexicanas. Tesis Profesional. Universidad

Autónoma de México. México, D.F. 116 p.

108

ANEXOS

9. ANEXOS

Anexo 1. Cálculos para determinar el hidromódulo a utilizar

Hidromódulo Cantidad total NaOH (ml) Materia prima (g) H20 (ml)

8:1* 400 51.79 327.07 21.14 9:1 450 51.79 327.07 71.14

10:1 500 51.79 327.07 121.14 11:1 550 51.79 327.07 171.14

* Es la relación entre la cantidad de materia (mp) a colocar en el digestor y el volumen de licor (vl) de cocción. RB= vl/mp

Anexo 2. Mezclas de las cantidades de reactivo a utilizar

% de Reactivo Cantidad total NaOH (ml) Materia prima (g) H20 (ml)

15 400 51.79 327.07 21.14 17 400 58.70 327.07 14.23 19 400 65.60 327.07 7.33 20 400 72.51 327.07 0.42

Anexo 3. Determinación del Nº de Kappa

% de Reactivo b a N P w Log k Nº de Kappa

15 99 47.8 0.106 54.272 1.094 1.6989 50.00 17 99 56.3 0.106 45.262 1.076 1.6304 42.70 19 99 55.3 0.106 46.322 1.202 1.588 38.76 20 99 59.9 0.106 41.446 1.057 1.6009 39.898

Anexo 4. Freeness de pulpa virgen

Variedad Freeness leído (ml)

Tiempo (s.)

Temperara (ºC)

Consistencia (g)

Cayena lisa 3 5 18 2.9197 MD2 2.5 62 21 2.9429

Anexo 5. Freeness de pulpa secundaria

Variedad Freeness leído (ml)

Tiempo (s.)

Temperara (ºC)

Consistencia (g)

Papel kraft 730 12 21 3.0671

Anexo 6. Tiempos de refinación de pulpa secundaria

Variables 20 min. 40 min. 60 min. 80 min.

Freeness (ml) 300 170 --- --- Temperatura (ºC) 20 20 --- --- Tiempo (s.) 35 18 --- --- Consistencia (g) 0.3051 0.3102 --- --- Corrección 300 300 --- ---

109

ANEXOS

Anexo 7. Mezclas de pulpa virgen y secundaria

Cayena lisa MD2

% Planteados Pulpa-Kraft

Pulpa Kraft Pulpa Kraft

100-0 153.85 --- 170.57 --- 80-20 123.08 24.03 136.46 20.63 60-40 92.31 48.07 102.34 41.25 40-60 61.54 72.11 68.230 61.88 20-80 30.77 96.14 34.115 82.50 0-100 --- 120.18 --- 103.13

Anexo 8. Clasificación de fibras según su longitud (Terrazas 1984)

Rango en µ Clasificación

< 1000 Extremadamente corta 1000-1200 Muy corta

1200-13000 Moderadamente corta 1300-1650 Mediana 1650-1800 Moderadamente larga 1800-2000 Muy larga

>2000 Extremamente larga

Anexo 9. Diámetro de las fibras (Terrazas 1984)


< 10 Extremadamente fina 10-12 Muy fina 12-14 Moderadamente fina 14-19 Mediana 19-21 Moderadamente ancha 21-26 Muy ancha >26 Extremamente ancha

Anexo 10. Clasificación del espesor de la pared (Terrazas 1984)


1.5 Extremadamente delgada 1.50-2.00 Muy delgada 2.00-3.00 Moderadamente delgada 3.00-4.00 Mediana 4.00-5.00 Moderadamente gruesa 5.00-7.00 Muy gruesa

7.00 Extremamente gruesa

FACTIBILIDAD DE ELABORACIÓN DE PAPEL ARTESANAL...

Documents

Transcript of FACTIBILIDAD DE ELABORACIÓN DE PAPEL ARTESANAL...