Papel alcalino o libre de ácido.

Más ventajas en impresión y conversión

Existe en la actualidad un interés creciente en los papeles con pH alcalino, y gran parte de su mercado es para usos que requieren permanencia y durabilidad.

La búsqueda de una solución a los problemas de amarillamiento y fragilidad del papel con el paso del tiempo ha atormentado a los archivistas, bibliotecarios y papeleros desde mediados del siglo XVIII(1).

Finalmente, con la invención del encolado alcalino en los años cincuenta, se encontró un método de producir papeles que no se volvieran amarillos o frágiles. Existe en la actualidad un interés creciente en los papales con pH alcalino, y gran parte de su mercado es para usos que requieren permanencia y durabilidad.

La permanencia (estabilidad química) se refiere al tiempo durante el cual el papel retendrá sus propiedades físicas y apariencia original después de un largo periodo de almacenamiento.

La durabilidad (resistencia) o capacidad del papel para aguantar esfuerzos físicos, se relaciona con el tiempo hasta el cual el papel resiste el deterioro a que es sometido cuando se manipula. Una hoja de papel producido con el sistema alcalino permanecerá cerca de 400 años, mientras que una producida por el sistema ácido permanecerá sólo una cuarta parte de dicho tiempo. La mayor permanencia y durabilidad de este papel respecto al papel ácido se debe a que el carbonato de calcio evita que el pH del papel caiga en el rango ácido por acción del dióxido de azufre ambiental y/o, la descomposición química interna.

En respuesta a la amenaza de desintegración progresiva del papel, muchos publicistas, entidades legales, centros de información y bibliotecas están exigiendo sus publicaciones en papel alcalino(2). Por otro lado, el papel alcalino que va a la basura se degrada tan rápidamente como los demás papeles, sin crear problemas ambientales.

Hoy en día se manufactura gran variedad de papeles finos bajo el sistema alcalino; son ejemplos los papeles base para recubrimiento con esmalte, impresión, fotografía, escritura, empaques, cigarrillos, etc.

El papel ácido es la tecnología de ayer, mientras que el alcalino es el papel de la nueva generación. Así, en Europa cerca de 95% de los papeles producidos son alcalinos, y en Estados Unidos 75% se estima que para la próxima década todo el papel producido en el mundo será 100% alcalino.

Manufactura del papel alcalino

Las fibras que componen el papel son de por sí neutras. La acidez o alcalinidad del papel se debe, por tanto, a impurezas o sustancias que se añaden durante su elaboración y quedan formando parte de su masa fibrosa. En el sentido exacto de la palabra, no puede hablarse de papel alcalino o ácido, sino tan sólo de su capacidad para acidular o alcalinizar el agua con la que entre en contacto.

El papel alcalino se manufactura en forma diferente al papel ácido, y la diferencia más significativa es su nivel pH. Los papeles alcalinos se producen a un valor de pH mayor que el neutro (7.5-8.5), mientras que los papeles ácidos tienen un pH mucho menor (5.0-5.5). Aunque la diferencia de pH entre ambos papeles no parece muy significativa, hay que considerar que la escala de pH es logarítmica. Así, un papel con un pH 8.0 (alcalino) es realmente mil veces menos ácido que un papel con pH 5.0 (ácido).

En el análisis de pH de papel debe distinguirse un valor de pH superficial y un pH real, o pH por extracción del papel(3).

El pH superficial del papel alcalino normalmente es menor que el pH por extracción debido al efecto del encolante superficial (aplicado en la manufactura de los papeles para impresión y escritura): En los papeles producidos por Propal el pH superficial oscila en el rango de 7.0 z 7.5 (este pH se puede determinar por el método Tappi T 529 om-88, "Medición del pH superficial del papel", o por medio de indicadores como el rojo clorosferol, que cambia a púrpura con valores de pH por encima de 6.8).

Por otro lado, el pH del papel por extracción es el real del papel. En los papeles alcalinos producidos por Propal el pH está en el rango de 8.0 +/-0.5

(se determina por el método Tappi T 509 om-88, "Concentración de ion hidrógeno (pH) de extractos de papel (método de extracción en frío)".

La diferencia en los procesos de manufactura de los papeles ácidos y alcalinos reside en los tipos de rellenos y agentes de encolado interno usados (los rellenos y los encolantes son ingredientes críticos en cualquier fórmula para producir papel).

Los rellenos en el papel mejoran su opacidad, lisura, receptividad a la tinta y estabilidad dimensional, mientras que los agentes de encolado interno le dan resistencia a la penetración de líquidos.

Los métodos corrientes de manufactura del papel ácido emplean como relleno el caolín y/o, el dióxido de titanio, y como agente de encolado interno una mezcla ácida de resina de colofonía y alumbre. En el proceso alcalino, el relleno es el carbonato de calcio, el que puede ser o natural, como el yeso y el mármol, o preparado químicamente. Estos rellenos con partículas de tamaño muy fino y alta superficie específica ejercen una influencia positiva sobre la lisura, la porosidad y la imprimibilidad del papel.

El agente encolante es una emulsión sintética que reacciona directamente con las fibras de celulosa. Los encolantes mejor desarrollados y más empleados en la actualidad son los de tipo cetínico y del tipo alkenílico, más conocidos como AKD (Dímero de Alkil Diceteno) y ASA (Anhídrido Alkenil Succínico).

¿Cuál es el efecto del encolado alcalino sobre las propiedades?

Para el usuario final la hoja alcalina es más consistente, se comporta mejor en las copiadoras, impresoras láser y en otros equipos duplicadores de alta fidelidad(4). Así mismo, durante la impresión se obtiene un mayor contraste de los tonos oscuros, un menor moteado y mayor facilidad de acomodo de las hojas en los sistemas de entrega de las prensas.

Las propiedades físicas críticas de casi todos los papeles son las de Resistencia (a la tensión, al rasgado, al reventamiento, etc.). En una hoja de papel alcalino las fibras de celulosa se adhieren directamente al encolante con un mayor entrelazamiento, dando lugar a unas mejores propiedades físicas de resistencia (tensión, rasgado, estabilidad dimensional), y de apariencia (blancura, brillo, lisura, calibre).

Aunque los rellenos y encolantes empleados en el proceso de manufactura tradicional son satisfactorios, el cambio al proceso alcalino mejora en las propiedades ópticas del papel(5). La sustitución del caolín por el carbonato de calcio permite obtener una hoja más brillante, de mejor apariencia y ópticamente más agradable, debido a la forma en que los cristales del relleno refractan la luz.

Desde el punto de vista ecológico, el proceso de fabricación del papel alcalino produce un efluente de menor volumen y con menor contenido de sólidos residuales(6).

Efecto del pH del papel en el secado de las tintas

En el encolado alcalino los enlaces químicos formados con las fibras son más resistentes a los penetrantes en un amplio rango de pH. De esta forma, el papel alcalino ligeramente esmaltado, o sin esmaltar, tiene una excelente retención superficial de tintas acuosas para flexografía y rotograbado, pues mantiene el pigmento sobre la superficie por tener mayor resistencia a su penetración.

Las tintas offset, tanto para impresión en hojas como para impresión en bobinas con tintas termocurables, difieren en la forma como secan después de la impresión.

Las tintas offset para impresión en hojas secas por oxidación-polimerización, mientras que las tintas termocurables (beatset) se endurecen a medida que se evapora el solvente(7). El proceso de termocurado es relativamente inerte a los cambios de pH en lo que respecta al secado, en cambio, los agentes secantes de las tintas para impresión en hojas se oxidan con la ayuda de catalizadores de metales complejos como las sales de cobalto y manganeso, las que son más eficientes catalizando la reacción de secado bajo un pH neutro que uno ácido.

En nuestro medio, cerca de 80% de las impresiones se efectúan por el método offset, y es aquí donde el papel alcalino presenta ventaja del pH, especialmente durante el secado donde los mayores beneficios se observan en el menor tiempo de secado de las cartulinas impresas. La gráfica 1 muestra los resultados de laboratorio de la Fundación Técnica de las Artes Gráficas (GATF), del efecto del pH del papel en el tiempo de secado de las tintas(8).

El papel alcalino en la conversión

El contenido de relleno mineral de los papeles alcalinos varía entre 8% y 12% de carbonato de calcio, comparado con 2% a 5% de caolín y/o, dióxido de titanio en los papeles ácidos. La adición del carbonato de calcio ha permitido eliminar el uso del dióxido de titanio y del caolín calinado, los cuales han sido siempre materiales de una mayor abrasividad que el carbonato, tal como se muestra en la tabla de durezas de diversos materiales(9).

Las mejores características de resistencia del papel alcalino han permitido alcanzar mayores velocidades de servicio en las rebobinadoras y convertidoras. Por otro lado, este incremento de velocidad también requiere que se optimice la vida de las cuchillas de corte a través de un control cercana de los ángulos de corte, los tiempos de afilado o recambio, la limpieza de los sistemas y el crecimiento de la eficiencia del equipo de conversión.

Bibliografía

- Alkaline Papermaking. The Wave of the Future, Hammermill Papers, Int´l Paper Co.

- Casals, Ricard, Características del papel, Editorial Howson-Algraphy; págs. 89 a 93.

- Tappi Test Methods, T 509 om-88 "Concentración del ion hidrógeno (pH) de extractos de papel (método de extracción en frío)"; T 529 om-88 "Medición del pH superficial del papel". Volumen 1, Fibrous Materials and Pulp Testing & Paper and Paperboard Testing. Edit. Technical Association of the Pulp and Paper Industry, Atlanta, GA, Publicación annual, 1989.

- Moyers, Betty M., "Sizing Loss", Tappi Journal, p.111.115, Jan.92.

- Fairchild George H., "PCC Fillers", Tappi Journal, p.85-90. Ago.´92.

- Harlington, R.V., "Ventajas de la fabricación del papel en medio neutro", Boletín. Hercules Chemical Co. Jun. 81.

- Fishman, David H., "Acid & Alkaline", American Ink Maker, p. 32-39, May 93.

- Eldred, Nelson R., Scarlett Terry, "What the Printer Should Know about Ink", Graphic Arts Technical Foundation, GATF, 2a. Edición, 1990, Pittsburgh, PA, p. 85-86.

- Schable Reinhold, "Slitting Solutions", Paper Film & Foil Converter, p. 66-68, Nov. 93.

Fuente www.artesgraficas.com. Gutiérrez, Meyer-Productora de Papeles S.A., Propal, Marzo de 1996