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Los defectos del Papel (IV): El envejecimiento del papel

30-10-2017

“Nada hay más viejo que un periódico de ayer”. Esta frase quiere hacer referencia a la prontitud con que se divulgan las noticias hoy día y a la vez a la rapidez con que pasan y se olvidan los acontecimientos, pero nos puede servir para comentar uno de los “defectos del papel” a que nos hemos referido en artículos anteriores. Efectivamente, como otros materiales el papel no es eterno. En este sentido podemos hablar de la permanencia del papel.


Ya que hemos comenzado con los periódicos sigamos con ellos. Todos tenemos la experiencia de que un periódico al cabo de cierto tiempo adquiere un tono amarillento. ¿Cuál es la razón de este cambio de color? Hoy se conoce perfectamente. Uno de los principales componentes del papel de periódico es la llamada pasta mecánica. Este tipo de pasta se fabrica mediante la moltura de la madera (ya sea por el sistema de desfibradoras, o por el más moderno con refinos de discos). Por lo tanto, este tipo de pasta contiene todos los compuestos vegetales que componen la madera.


El compuesto principal es la celulosa acompañada de otros carbohidratos pero también hay otro componente, la lignina, que puede estar en cantidades que oscilan en alrededor de 20% (en el caso de madera de frondosas) o del 30%, en el caso de coníferas. La lignina es el componente responsable del color de la madera, y por consiguiente de la pasta de papel. Para tratar de eliminar el color de la pasta para fabricar papel, en el caso de de las pastas mecánicas se llevan a cabo estrategias de modificación química de la lignina para eliminar selectivamente grupos cromóforos, que son los responsables del color. No obstante, esta lignina modificada químicamente para parecer más blanca experimenta unas reacciones que con el tiempo la vuelven amarilla de nuevo (es el fenómeno conocido como reversión de la blancura o “brigthness reversión” en inglés). Se trata de las llamadas reacciones coloreadas de la lignina. Esta es la principal razón del amarilleamiento del papel de periódico.


Así, resulta lógico que para imprimir periódicos se utilice el papel llamado prensa. Es más barato, no debe tener una gran resistencia, tal como se exige a los papeles de embalaje, y especialmente, no importa que dure mucho. Sería absurdo realizar un periódico con papel de alta permanencia cuando no es necesario. En cambio, y con referencia a las propiedades ópticas un papel para imprimir una enciclopedia, que una familia la compraba para toda la vida, debe ser un papel que no amarillee y en consecuencia que no tenga pasta mecánica.


Hasta ahora hemos visto el cambio de color (especialmente amarilleamiento) que pueden experimentar ciertos papeles especialmente los que tienen altos contenidos en pasta mecánica y son expuestos a la luz. La siguiente cuestión podría ser ¿hay otras propiedades que también cambian con el tiempo? La respuesta es afirmativa: muchas propiedades especialmente mecánicas cambian con el tiempo. En todo caso se trata de identificar, ya sea las que más cambian, ya sea aquellas que son más fáciles determinar para poder predecir la durabilidad de un determinado soporte de impresión de papel.


Los defectos del Papel (IV): El envejecimiento del papel


Recordemos también que hace ya más de dos siglos se produjo un cambio en el tratamiento del papel que al cabo de un tiempo se reveló como fatal para el envejecimiento: se trata del encolado del papel. Nos detenemos unas líneas en este tratamiento. Como hemos visto más arriba y también en algún artículo anterior el papel está formado principalmente por fibras que provienen de la madera. Ya se ha visto que el principal componente de estas fibras es la celulosa, material que es altamente hidrofílico. Un papel no tratado absorbería el agua como un papel secante. Hasta principios del siglo XIX el papel se trataba con cola animal para combatir su afinidad por el agua. Fue en este tiempo que un alemán, Illig, ideo el encolado con cola de colofonia y sulfato de aluminio (alumbre de los papeleros). Este tratamiento se difundió rápidamente reemplazando casi totalmente la cola animal. Sólo fue años después que se vio que los papeles tratados con este sistema se deterioraban enormemente, especialmente en sus propiedades mecánicas.


La razón de esta pérdida de resistencia está en que el alumbre tiene un carácter ácido y perjudica las propiedades de resistencia del papel. Tranquilicemos al lector indicando que especialmente en el caso de papeles duraderos se pueden utilizar métodos de encolado neutro y también alcalino.


¿Es posible predecir la durabilidad del papel? Para responder a esta cuestión son necesarias dos cosas: 1) Ver si hay algún método para acelerar el envejecimiento. 2) Estudiar cuales son las propiedades más afectadas por el envejecimiento y si se pueden medir.


1) El método más común para acelerar el envejecimiento del papel es someterlo a una temperatura elevada y a una humedad relativa constante (p.e. norma DIN 6738, 80ºC y 65%HR), durante p.e. 6, 12 y 24 días y comparar posteriormente la pérdida de propiedades físicas respecto al papel sin envejecer.


2) La norma alemana DIN en la que hemos basado nuestro estudio, utiliza para la evaluación de la permanencia, la resistencia al desgarro en dirección longitudinal (DL), la resistencia a la tracción en dirección transversal (DT) y el alargamiento a la rotura en dirección longitudinal (DL). Se determinan los valores de estas características antes y después de 6, 12 y 24 días de envejecimiento. Aclaremos que hay otras normas para evaluar la permanencia del papel p.e. ANSI-NISO Z39.48 Permanence of Paper for publications and Documents in Libraries and Archives o las ISO 9706 y la ISO 11108 (especial para documentos de archivo). Estas normas se basan más bien en las propiedades iniciales y composición de los papeles estudiados: pH, contenido en lignina, reserva alcalina... La norma alemana DIN 6738 fue una norma “rompedora” de las pautas establecidas por la ANSI-NISO: el papel que mejor sobrevive el paso del tiempo será el más permanente (1).


La norma alemana permite evaluar la permanencia a partir de las resistencias iniciales y de la pérdida de propiedades experimentadas en el envejecimiento acelerado. Como condición se ponen unos valores mínimos iniciales. Con estos valores (iniciales y después de envejecimiento) se obtiene fácilmente un número denominado Factor de permanencia que permite determinar la duración aproximada del papel estudiado. Aquí el concepto de permanencia está asociado al rendimiento y no tanto a los materiales o a la composición con lo que estuvo confeccionado el papel. 


Cuando hace unos años se empezó a utilizar masivamente el papel reciclado como materia prima para los papeles de impresión y escritura se planteó el problema de la permanencia de estos papeles. En la Escuela de Ingenieros de Terrassa (actualmente, ESEIAAT) iniciamos un pequeño estudio con siete muestras compradas en una papelería (2). Todas ellas eran de papel reciclado menos una que era de pasta química. Cuatro contenían pasta mecánica. Al evaluar la durabilidad de estos papeles se encontraron los siguientes resultados: 2 muestras tenían una durabilidad mínima de 100 años, el resto de muestras presentaba una duración mínima de varios cientos de años. Ninguno de los papeles estudiados se podía considerar como permanente, lo cual es lógico y manifiesta la bondad de la norma DIN aplicada.


¿Pueden analizarse otras propiedades? Aquí hay que responder afirmativamente. Una propiedad que varía mucho con el envejecimiento del papel es el doble pliegue que en algunas ocasiones se ha utilizado para hacer predicciones. El papel se vuelve más rugoso con el paso del tiempo: en alguna ocasión se ha utilizado la rugosidad Bendtsen para evaluar la durabilidad.


Las propiedades ópticas no forman parte de la norma DIN aplicada pero es evidente que en algunos casos pueden ser muy importantes y determinar o no la compra de un determinado papel. En nuestro estudio se pudo ver que en función de la composición del papel se podían llegar a perder hasta 20 puntos de blancura papelera (reflectancia en el azul 457 nm medición normalizada). En general pierden más los papeles con pasta mecánica.


Color. Hoy el color se puede medir. Se pueden también medir las diferencias de color. A partir de las llamadas coordenadas cromáticas (L,a,b de CIELAB p.e.) se puede situar un color en el espacio y ver la “distancia” de color que se produce entre una muestra sin envejecer y una muestra envejecida. Esta distancia de color se la denomina ΔE. Se ha visto experimentalmente que valores de ΔE superiores a 3 son perceptibles por la vista humana.


Reserva alcalina. La citamos sólo de paso. Ya se ha visto que una de las causas de envejecimiento del papel es su carácter ácido debido al tipo d encolado que se ha practicado. En este caso y para “compensar” la acidez se puede utilizar como carga mineral formando parte de la composición carbonato cálcico que es más bien una sal ligeramente básica. Este tratamiento se puede practicar en papeles de larga duración. Ya hemos visto que la reserva alcalina es tenida en cuenta por otras normas.


De los comentarios que se acaban de hacer creemos que se puede concluir que, en general, no hay que preocuparse de la durabilidad de los papeles que ordinariamente utilizamos, incluso en el caso de que se trate de papeles reciclados. Sí habría que preocuparse cuando se trate de manejar papeles que deben durar muchos años. En este caso la industria papelera es capaz de fabricar papeles permanentes, de alta durabilidad, lo que se puede determinar aplicando la norma alemana DIN citada.


Por otro lado, con la tecnología actual se puede medir la variación de blancura papelera (brightness) y color que experimenta un papel con el envejecimiento acelerado.


Nota: Existen dos conceptos relacionados: permanencia y durabilidad. El significado de permanencia está relacionado con la capacidad de mantenerse estable, mecánica, óptica y químicamente durante extensos periodos de tiempo. La durabilidad es la capacidad del papel a resistir el desgaste de un uso continuo. Un ejemplo podría ser la capacidad del papel moneda a resistir numerosos plegados (1).


(1) Una aproximación a la norma DIN 6738 sobre papeles permanentes. Facundo Araujo. Revista Lucas de Leyden. 21 Diciembre 2016


(2) Durabilidad del Papel reciclado de impresión y escritura. J.Soler, J.A. García Hortal, A.L. Torres, T. Vidal y J.F. Colom. Ingeniería Química. Abril 1999. Pp 205-212

Prof. José F. Colom Pastor / Dr. Oriol Cusola Aumedesbr
CELBIOTECH-Engineering and Biotechnology of Lignocellulosic and Paper Materials
UPC-Barcelona Tech., Terrassa


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