El conocimiento de cualquier material es fundamental para utilizarlo

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El conocimiento de cualquier material es fundamental para utilizarlo
CAPÍTULO I
MATERIAS PRIMAS FIBROSAS
Gladys Mogollón1 / José Antonio García Hortal2 / William Leon1
1- Profesores Titulares de la Universidad de los Andes, Venezuela.
2- Profesor de la ETSEIAT. Universidad Politécnica de Cataluña, España.
El conocimiento de cualquier material es fundamental para utilizarlo como
fuente de materia prima de aplicación industrial. Las materias primas fibrosas han
sido utilizadas por el hombre desde hace siglos para la elaboración de papel y ha hecho de éste uno de los medios principales para comunicarse. Antes de la fabricación
de papel, los egipcios comienzan a utilizar el papiro (Cyperus papirus) como fuente
de materia prima para producir un medio que les permitiera servir de base para la
escritura. Utilizando papiro, se dejó un gran legado escrito por parte de la cultura
egipcia, griega y romana entre al año 3.000 a.C. y el siglo V de nuestra era. Sin embargo, el papel tal como lo conocemos en la actualidad, tiene sus orígenes en China,
en el año 105 d.C., cuando Tsai Lun fabricó papel por primera vez utilizando fibra
de caña de bambú, morera y otras plantas. Posteriormente los musulmanes incorporaron la fibra de lino, algodón y cáñamo, obteniendo un papel de mejor calidad.
Desde su invención hasta el presente, se han producido modificaciones tanto en el
proceso de manufactura como en la búsqueda de materias primas que garanticen
características óptimas del papel elaborado. La invención de la imprenta creó la
necesidad de buscar medios para incrementar la producción de papel y a partir
del siglo XVIII–XIX se incorpora la madera como principal fuente de fibra para la
producción de papel. En Iberoamérica se han utilizado diferentes tipos de fibras
leñosas en la manufactura de papel y, en muchos casos, ha existido la necesidad
de introducir especies de otras latitudes con el fin de disponer de un material que
garantice los mayores rendimientos. Plantaciones de gimnospermas (Pinus spp.),
angiospermas (Eucalyptus spp., Gmelina arborea) y algunas monocotiledóneas han
sido ensayadas y utilizadas en la manufactura de papel. La selección de la materia
prima más idónea se ha basado en los siguientes criterios técnicos y económicos:
1. Criterios técnicos:
1.1. Controlar la variabilidad natural.
1.2. Buena conservación del producto durante el almacenamiento.
1.3. Bajos costos en el procesamiento de la fibra.
1.4. Remoción fácil de los constituyentes no fibrosos.
1.5. Bajo consumo de energía.
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1.6. Degradación mínima en el proceso de blanqueo.
1.7. Rendimiento elevado para el proceso escogido.
1.8. Continuidad confiable de las características de la fibra.
2. Criterios económicos:
2.1. Disponibilidad cuantitativa adecuada.
2.2. Producción concentrada y accesible geográficamente.
2.3. Bajos costos de cosecha.
2.4. Disponibilidad de mano de obra.
2.5. Bajos costos de transporte.
2.6. Demanda suficiente del producto.
La conjunción de esos criterios son los elementos fundamentales a la hora de
seleccionar cuál será la materia fibrosa adecuada para la producción de papel. Son
muy variadas los tipos de fibra vegetal que existen la naturaleza y es necesario conocer cada uno de ellos para conocer su potencial papelero.
Principales fuentes de materia prima
1. Zonas templadas; coníferas.
2. Zonas tropicales; latifoliadas.
3. Plantaciones.
4. Plantas anuales y residuos agrícolas (bagazo de caña).
5. Residuos industriales (fibras secundarias–papel reciclado).
Para que las fibras sean útiles en la fabricación de papel deben poder conformarse unas con otras, produciendo una hoja uniforme de papel. Deben también
desarrollar fuertes uniones entre ellas en los puntos de contacto, en algunos casos,
la estructura fibrosa debe ser estable durante largos periodos de tiempo.
Algunas fibras no se pueden utilizar para la fabricación de papel sin ningún
tratamiento ya que no se conforman entre ellas y tampoco establecen enlaces. Estas
fibras deben tratarse mecánicamente con el objetivo de desarrollar sus propiedades
papeleras. Exceptuando los pelos de las semillas, las fibras vegetales en su estado
nativo se encuentran envueltas en una matriz de material no fibroso (lámina media) que realiza una función de enlace entre fibras adyacentes. Al inicio de la fase de
crecimiento, la lámina media está compuesta principalmente por sustancias pécticas pero en la fase de maduración está muy lignificada (70–80%). La concentración
absoluta de lignina disminuye desde la pared exterior hacia el lumen, creciendo
así la concentración relativa de carbohidratos. Los procesos químicos y mecánicos
liberan las fibras de la matriz de lignina y las dejan individualizadas con un relativo
grado de pureza en función de las propiedades de uso finales.
Materias primas fibrosas
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Principales fibras vegetales agrupadas por su localizacion en la planta
LOCALIZACIÓN
FIBRA
1) Semillas
Algodón (Gossypium sp.)
2) Tallo
Lino (Linum usitatissimun)
Cáñamo (Cannabis sativa)
Yute (Corchorus capsularis)
Crotalaria (Crotalaria juncea)
Ramio (Buchnea nivea)
Caña de azúcar (Sachara sp.)
Bambú (Bambusa sp.)
Soya (Glycena max)
3) Pajas
Arroz (Oriza sativa)
Trigo (Tritcum aestirum)
4) Hojas (fibras)
Sisal (Agave sisalana)
Abacá (Musas textilis)
Cántala (Agave cantala)
Phormiun (Phormiun tenax)
Caroa (Neoglazovia variegata)
Rafia (Raphia ruffia)
Pita (Aechmea magdalenae)
5) Frutos
Coco (Cocos nucifera)
Vainas (Bomas gracilipes)
6) Raíz
Zacatao (Mulehnbergia macroura)
7) Madera
Fibra larga (conífera)
Fibra corta (latifoliada).
Quimica de la fibra
Los vegetales superiores tienen muchos tipos de células vivas con misiones
específicas: conducción, soporte mecánico y almacenado de materiales nutritivos.
La función realizada determina el tamaño, la forma, el espesor y las perforaciones
de la pared celular. Las células que desempeñan las dos primeras funciones (fibras
y vasos) se disponen axial o longitudinalmente en el tallo y tienen forma alargada.
Las células alargadas con función principal de índole mecánica (fibras) presentan
pared celular engrosada. Las células de almacenado son principalmente radiales,
típicamente cortas y tienen pared delgada
Las células del tejido especializado conocido como parénquima (tejido celular
blando) están involucradas con el almacenado de material alimenticio de reserva.
Estas células, en general de paredes poco engrosadas, difieren esencialmente de las
fibras en que retienen sus contenidos vivientes durante varios años después de que
su desarrollo se ha completado (los materiales alimenticios sólo pueden ser almacenados y transportados por células vivas).
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Ciñéndonos a las plantas madereras, cuando las fibras han crecido a su tamaño
definitivo y han completado su lignificación, agotan el material viviente contenido
en su interior, quedando una célula hueca, biológicamente muerta, cuya función se
limita básicamente al sostén. Por consiguiente, el papel de la mayoría de las fibras
papeleras en el tejido maderero es básicamente el correspondiente a un componente estructural: soporte.
Todas las especies vegetales no tienen todos los tipos de células. Puesto que las
células difieren grandemente en dimensiones, espesor de pared y otras propiedades,
su distribución proporcional afecta al comportamiento del vegetal en el pasteado y
a las propiedades de las pastas (Tabla 1).
Tabla 1. Tipos y proporciones de células en diversos vegetales
Coníferas
Frondosas
Paja
Bagazo
Fibras
92
40–70
50
40
Radios
(parénquima radial)
7
10–30
30
40
5
20
Parénquima vertical
Canales resiníferos
Vasos
Células epidérmicas
0–20
1
10–30
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Las fibras tienen una forma general característica. Son largas y delgadas, con
relaciones longitud/anchura extremadamente altas. Es este factor de forma el que le
da a la hoja de papel la estructura reticular y una combinación única de propiedades. La capacidad para formar enlaces naturales con otras fibras es una propiedad
esencial.
Desde un punto de vista estructural, la fibra, célula larga, es el elemento más
útil, el que más contribuye a la resistencia del papel. Una fibra larga puede tener
más puntos de enlace con otras fibras y, por consiguiente, quedar más fuertemente
asida en la estructura que una fibra corta.
Los elementos no fibrosos (vasos, células cortas de parénquima) tienden a reducir la uniformidad de la pasta, a disminuir la resistencia superficial del papel y a
ocasionar problemas de polvo y arrancado durante la impresión (linting, dusting).
Las células de parénquima no tienen una “función papelera” propiamente dicha,
pero consumen productos químicos, representan una pérdida de rendimiento y
tienden a retrasar el drenaje en máquina. Suelen almacenar grandes cantidades de
materiales extraños, tales como gomas, aceites, resinas, látex, taninos, almidón,
sílice u oxalato cálcico, que pueden contribuir al deterioro de las astillas durante el
almacenado o a la formación de depósitos de pitch. Un nivel incrementado de células de los radios y parénquima puede reducir algunas propiedades de resistencia
El aspecto de interés desde el punto de vista papelero es que, a diferencia de
las células animales y de las plantas inferiores (como las algas), las de los vegetales
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superiores (fibras) se caracterizan por la presencia de verdaderas paredes celulares.
Si las plantas han de alcanzar cualquier tamaño significante por encima del suelo, la
membrana limitante de las células debe tener un grado de rigidez suficiente como
para soportar las presiones hidrostáticas realmente grandes que luego existen. Esta
rigidez es conferida por una serie de capas coaxiales de microfibrillas de celulosa
(esqueleto) dispersadas en una matriz amorfa de hemicelulosas y lignina.
Además de los constituyentes mayoritarios estructurales de la pared celular,
en el vegetal se hallan pequeñas cantidades de otros constituyentes poliméricos
(peptinas, almidón y proteínas) junto a diversos compuestos, principalmente de
bajo peso molecular (extractivos e inorgánicos). Estos últimos componentes secundarios están en parte en el lumen y sustancialmente no afectan a la estructura de la
pared celular.
Desde el punto de vista químico, varios son los aspectos a tener en cuenta para
considerar que la materia prima tiene una composición adecuada para la fabricación de pulpa:
1. La celulosa y su presencia mayoritaria con un alto grado de polimerización.
2. Que la lignina pueda ser extraíble o modificable en procesos de relativa selectividad.
3. Que los componentes extraños se encuentren en condiciones tales que no
interfieran en los procesos de pulpado o recuperación, y en la calidad de la
pulpa.
Celulosa
En las plantas fibrosas es la celulosa la que determina el carácter de la fibra y
permite su utilización en la fabricación de papel. La celulosa es un hidrato de carbono, polisacárido. La fórmula química de la celulosa es (C6H10O5)n en la que n es
el numero de unidades que se repiten o el grado de polimerización. La celulosa es
un polisacárido en cuya estructura interviene un solo azúcar, la β–D–glucosa. La
celobiosa es el disacárido de la β–D–glucosa. Está compuesta de dos subunidades
de glucosa. El enlace se produce entre el átomo 1 de carbono de la β–D–glucosa y el
átomo 4 de la siguiente molécula de glucosa. La Figura 1 muestra la estructura de la
celulosa, la unidad que se repite consiste en dos unidades consecutivas de anhidro
glucosa, conocida como celobiosa.
FIGURA 1.
Estructura de la
Celulosa.
(Otero, 1988).
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La distancia entre cada segmento de celobiosa es de 10.3Å y cada unidad celular
de celulosa cristalina, que contienen dos segmentos, tiene dimensiones transversales de 8.35Å y 7.9Å y una longitud de 10.3Å (Siau 1984, citado por León y Espinosa
2001). La celulosa tiene un grado de polimerización promedio de 10.000 en la pared
secundaria, y en la pared primaria oscila entre 2.000 y 4.000 (Siau, 1984). Los enlaces covalentes dentro y entre las unidades de glucosa dan como resultado una molécula recta y rígida con alta resistencia a la tensión. Además de esto, las moléculas
de celulosa tienden a formar puentes de hidrógeno intramoleculares e intermoleculares. La existencia de estos enlaces tiene un efecto profundo sobre la morfología,
rigidez, orientación, resistencia y reactividad que presentan las cadenas celulósicas.
En la formación de la molécula de celulosa ocurren reacciones sucesivas entre los grupos hidroxilos del carbono 1 de β–D–glucosa con el carbono 4 de otra
β–D–glucosa lo cual da origen a un polímero lineal formado exclusivamente por
unidades de β–D–glucosa. En la molécula de celulosa cada unidad de glucosa contiene tres grupos hidroxilos libres enlazados a los carbonos 2, 3 y 6 respectivamente.
Los otros dos grupos terminales son diferentes entre sí ya que uno es reductor (hemiacetal) y el otro no (Otero, 1988). La celulosa es insoluble en la mayoría de los
solventes, incluyendo álcalis fuertes; y es difícil aislarla de la madera en forma pura
debido a que se encuentra íntimamente ligada con la lignina y las hemicelulosas
(Pettersen, 1984).
La α–glucosa difiere de la β–D–glucosa sólo en que se produce un intercambio
de las posiciones del H y OH en el átomo de carbono 1, es la unidad monomérica
constituyente de las moléculas de almidón. La α–celulosa puede ser separada mediante la aplicación de tratamientos adecuados con ácido sulfúrico y entre los productos resultantes se encuentra la β–D–glucosa. Como se observa en la siguiente
ecuación, este cambio implica la adición química de agua (hidrólisis) a la molécula
de celulosa (Jane, 1970).
(C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6
Celulosa
Agua
Glucosa
Los enlaces hidrógeno intermoleculares permiten una estructura fibrilar terciaria de elevado orden lateral. En la estructura de la celulosa se alternan zonas
ordenadas, cristalinas, con zonas más desordenas, amorfas. Las zonas que presentan cristalinidad elevada, que constituyen el 55–75% en la fibra de celulosa, son
más estables, difíciles de penetrar por disolventes y reactivos, comunican rigidez
y presentan elevada resistencia a la solvatación, a la tracción, al alargamiento y estabilidad dimensional. Por el contrario, las zonas relativamente más desordenadas
(amorfas) son más accesibles y más susceptibles a todas las reacciones químicas,
favorecen el hinchamiento, el alargamiento y la flexibilidad de la fibra. Una fibra
completamente cristalina sería rígida y de sus regiones amorfas deriva su flexibilidad. (Eaton y Hale, 1993).
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Las zonas cristalinas y amorfas no poseen fronteras bien definidas y en su conjunto constituyen el elemento básico de todos los materiales celulósicos: la microfibrilla elemental o protofibrilla.
La linealidad de la molécula de celulosa es trascendental. Sólo de este modo es
posible la formación de unidades celulares dotadas de las propiedades mecánicas características de las fibras papeleras.
Muestras de celulosa de diferentes orígenes e historia contienen cantidades
relativas diferentes de material ordenado y desordenado. El grado de cristalinidad
disminuye en el orden algodón>pasta de madera>celulosa mercerizada>celulosa
regenerada.
Las propiedades de los materiales celulósicos están relacionadas con el grado de
polimerización medio de las cadenas de celulosa. El grado de polimerización varía
según las fuentes y el tratamiento recibido. En la celulosa nativa de madera es del
orden de 10000, menor que en el algodón (15000). En las pastas químicas comerciales procedentes de la madera puede disminuir hasta 500–2000 y en la celulosa
regenerada (rayón) a 200–600. La disminución del peso molecular por debajo de un
cierto nivel causará una reducción de su resistencia.
La morfología de la celulosa tiene un efecto profundo sobre su reactividad. En
su forma fibrosa la celulosa es insoluble en todos los disolventes simples, con alta
resistencia a los productos químicos (propiedad muy importante en la producción
de pastas químicas), reciclable y biodegradable. Sin embargo, la celulosa se puede
degradar por la acción de ácidos, oxidantes, microorganismos, el calor… Para el
fabricante de pastas y papel, la degradación debe ser mínima para obtener buenas
propiedades físicas y mecánicas en la fibra.
En las fibras de vegetales la celulosa se encuentra en diversos niveles de orientación, como se observa en la Figura 2. En los lugares en que las moléculas se ordenan
en largos segmentos se desarrollan regiones de cristalinidad elevada que son difíciles de penetrar por solventes o reactivos. Por lo contrario, en las regiones amorfas
son fácilmente penetradas y en consecuencia más susceptibles a las reacciones de
FIGURA 2.
Estructura de la
pared celular (http:
//www.emc.maricopa.
edu/.../biobk/
cellulose.gif).
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hidrólisis. Las dimensiones de las microfibrillas no son uniformes, sino que varían
según su origen y su posición dentro de la pared celular. Las microfibrillas, en
combinación con los restantes materiales de la matriz, suministran la rigidez y la
resistencia necesarias para la planta.
Propiedades muy importantes de la celulosa son su insolubilidad en agua, su
carácter higroscópico y su fuerte afinidad por los solventes polares. Las microfibrillas de celulosa sufren hinchamiento cuando son colocadas en contacto con ciertos
agentes químicos. El hinchamiento de la celulosa puede ser dividido en dos tipos:
Intercristalino e Intracristalino. Para el primer caso, un agente “hinchador” penetra
en las regiones amorfas de las microfibrillas y en los espacios que hay entre ellas,
pero no cambia su estructura cristalina; en el segundo caso, agentes de hinchamiento más fuertes (soluciones altamente polares) pueden romper el retículo de enlaces
de hidrógeno intermoleculares, penetrar seguidamente en las áreas cristalinas y
conducir finalmente a su disolución. Entre estos agentes se encuentran las soluciones acuosas de ácidos minerales, soluciones acuosas de cloruro de zinc, tiocianato
de calcio, soluciones concentradas de álcalis y complejos metálicos de hidróxido
amónico [cuprietilendiamina, Cu(H2N–C2H4–NH2)2(OH)2, e hidróxido de cupramonio, Cu(NH4)(OH)2].
Los enlaces glucosídicos de la celulosa son relativamente estables a los álcalis,
incluso en solución concentrada, a temperaturas inferiores a 170ºC. Sin embargo,
se ha demostrado que la velocidad de hidrólisis de los enlaces glucosídicos en medio alcalino, la despolimerización de la celulosa, se incrementa considerablemente
cuando la anhidroglucosa está oxidada.
El álcali no es capaz de disolver la celulosa nativa. Sólo son solubles en álcali los
fragmentos de celulosa con un bajo grado de polimerización.
El enlace glucosídico de la celulosa es sensible a la hidrólisis catalizada por
ácidos. la sensibilidad de la celulosa a la hidrólisis ácida, incluso a temperatura ambiente, es la causa más importante de la falta de permanencia (degradación, pérdida
de propiedades de resistencia) mostrada por los productos papeleros durante su
proceso de envejecimiento natural. Actualmente, se considera que el ataque ácido de
la celulosa justifica entre el 75 y el 95% del deterioro global en las propiedades físicas
del papel
La celulosa es altamente responsable de la resistencia a la tensión de la madera
y también contribuye con la absorción de agua a través de los numerosos grupos
hidroxilo (Siau, 1984).
Hemicelulosas
Respecto a la celulosa, son polisacáridos más heterogéneos (constituidos por
combinaciones de diferentes monosacáridos), ramificados, de menor grado de polimerización (150–200) y amorfos. Son polímeros de cinco azúcares diferentes, de
cadena corta.
Son polímeros de cinco azúcares diferentes, de cadena corta.
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–Hexosas: glucosa, manosa, galactosa.
–Pentosas: xilosa y arabinosa.
Dependiendo de la especie vegetal, estos azúcares, forman varias estructuras
poliméricas; algunas están asociadas con la porción celulósica de la planta, mientras que otras están estrechamente relacionadas con la lignina.
Las hemicelulosas actúan como matriz de soporte para las microfibrillas de
celulosa y constituyen el 25–35% de la masa de la célula, porcentaje algo menor en
coníferas que en frondosas. Su naturaleza y proporción varían sensiblemente entre
las especies. En las frondosas predominan los glucuronoxilanos (pentosanos), homopolímero compuesto por repetidas unidades de xilosa con cadenas laterales de
ácido metilglucurónico (Eaton y Hale, 1993). En las coníferas son más frecuentes
los galactoglucomananos (hexosanos), polímeros 1,4 de glucosa y manosa (Wilson y
White, 1986). Ambos tipos de hemicelulosas presentan diferente sensibilidad frente a los agentes químicos de cocción: en las lejías alcalinas los hexosanos son más
susceptibles a la degradación y solubilización que los pentosanos; en las cocciones
ácidas muestran, sin embargo, una estabilidad opuesta.
Las hemicelulosas son responsables de diversas propiedades importantes de las
pastas celulósicas. Debido a la ausencia de cristalinidad, su baja masa molecular y
su configuración irregular–ramificada, las hemicelulosas absorben agua fácilmente. Este hecho contribuye en propiedades tales como el hinchamiento, movilidad
interna y aumento de la flexibilidad de las fibras, así como también influye en la
reducción del tiempo y la energía requerida para refinar las pastas celulósicas, y el
aumento del área específica o de “ligazón” entre las fibras (Otero, 1988).
Lignina
Además de la holocelulosa, las fuentes de fibras papeleras contienen una sustancia amorfa, altamente polimerizada, llamada lignina. Para el productor de pulpa y
papel, la lignina es el ingrediente indeseable de la madera que ocasiona la mayoría de
los problemas que surgen durante la producción de pulpa. La deslignificación es la
meta más importante en la producción de pulpa. La lignina es el componente estructural que suministra a la madera sus propiedades únicas elásticas y de resistencia.
La lignina es un polímero fenólico de unidades de fenilpropano (Figura 3)
unidas entre sí por enlaces carbono–carbono (C–C) y éter (C–O–C); de estructura
amorfa reticulada tridimensional (Camero, 1992). La naturaleza aromática de las
unidades fenólicas hace que la lignina sea hidrofóbica y la red tridimensional le
proporciona rigidez a la pared celular y la habilita para resistir las fuerzas de compresión (Thomas, 1981).
Existen diferencias entre el núcleo aromático de la lignina de coníferas y la
lignina de latifoliadas. La mayoría de las coníferas poseen lignina de tipo guayacil;
la cual está constituida por unidades fenil propano con un oxígeno fenólico y un
grupo metoxil (Thomas, 1981).
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FIGURA 3.
Estructura de una
unidad Fenilpropano.
(Thomas, 1981).
La lignina de latifoliadas está constituida por cantidades aproximadamente
iguales de unidades guyacil y unidades siringil (Higuchi, 1990).
Los principales grupos funcionales encontrados en la lignina son los siguientes
(Otero, 1988):
a) Grupos metoxil (–OCH3). Es el grupo funcional más característico de la lignina
(coníferas 16%, latifoliadas 22%).
b) Grupos hidroxilo (–OH). Son de naturaleza variada, es decir, fenólicos, alifáticos primarios, secundarios y terciarios. El contenido de estos grupos es de
aproximadamente 10%, tanto para coníferas como para latifoliadas.
c) Grupos carbonil y carboxil.
d) Grupos éter (R–O–R), los cuales pueden ser aromáticos o alifáticos.
e) Enlaces dobles (–C=C–).
f) Grupos ésteres (–C–O–R), que se pueden presentar en algunas latifoliadas.
A diferencia de los carbohidratos de la madera, la estructura química de la
lignina es irregular en el sentido de que los diferentes elementos estructurales (unidades de fenilpropano) no están enlazados entre sí en ningún orden sistemático. La
frecuencia de los diferentes tipos de enlaces y el contenido de grupos funcionales
(hidroxilo fenólicos, hidroxilo alifáticos, metoxilo, carbonilo), que afectan a su
reactividad y facilidad de eliminación, varían considerablemente entre las especies
vegetales e incluso dentro de las paredes celulares. Es el único componente de la
pared celular que absorbe en el ultravioleta.
La lignina es la sustancia que le confiere rigidez a las paredes celulares y, en
algunas partes de la madera, se presenta como un agente permanente de ligazón
o unión entre las células; generando con ello una estructura resistente al impacto,
compresión y doblado (Otero, 1988). La resistencia a la compresión longitudinal
de la madera es debida a su contenido de lignina y al ángulo de inclinación de las
microfibrillas en la capa S2. La lignina ofrece protección a la madera contra la degradación microbiana y permite reducir el nivel de higroscopicidad (Siau, 1984).
Sus propiedades hidrofóbicas confieren a las paredes de las células muertas un
grado de hidroestabilidad que es muy ventajosa. Para que dichas células continúen
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su función como elementos estructurales o conductores en el tejido maderero es
necesaria la presencia de lignina. Sin ella, las fibras colapsarían rápidamente una
vez liberado el protoplasma. Como se ha expresado de manera sucinta, “la madera
es madera debido a la lignina”.
La estructura básica de la lignina, su porcentaje y su distribución a través de
las paredes celulares difieren según sus orígenes (coníferas, frondosas, plantas
anuales), su situación en la planta y la naturaleza, edad y condiciones de crecimiento de las células. Así, por ejemplo, las coníferas poseen un mayor porcentaje
de lignina que las frondosas y éstas mayor que las pajas de cereales; la facilidad de
degradación y eliminación de lignina durante la cocción sigue el orden inverso
al indicado anteriormente; la localización de lignina en la lámina media (estrato
intercelular) es más acusada en frondosas que en coníferas. En la madera normal
el contenido en lignina es menor que en los nudos y que en la madera de compresión.
La lignina es un material con carácter hidrofóbico y, como tal, su presencia
en las pastas inhibe la absorción de agua, el hinchamiento de la fibra y dificulta el
refinado. Sin embargo, la lignina es termoplástica y esta característica supone una
ventaja en los procesos de obtención de pastas de alto rendimiento (mecánicas,
TMP, CTMP), ya que una elevación de la temperatura ablanda la lignina, debilita
los enlaces interfibras y facilita el proceso de desfibrado. Una cantidad razonable de
lignina en las pastas puede ser buena para impartir volumen específico, estabilidad
dimensional y rigidez.
La lignina es necesaria para la estabilidad estructural en los árboles pero, en general, para la industria de pastas supone una molestia.
Extractivos
Son sustancias de variada composición química y entre ellos tenemos gomas,
grasas, ceras, resinas, azúcares, aceites, almidón, alcaloides y taninos. El término extractivo se refiere a la posibilidad, por lo menos parcial, de extracción de la madera
con el uso de agua fría o caliente o con solventes orgánicos neutros como alcohol,
benceno, acetona o éter. La cantidad de extractivos puede ser del 1% o menos con
respecto al peso seco al horno de la albura; mientras que en el duramen se puede
encontrar en cantidades mayores al 20% de su peso seco al horno (Wilson y White,
1986).
Ningún solvente es capaz de remover todos los extractivos y por ello se deben
utilizar diferentes medios de extracción. El éter es relativamente no polar y puede
extraer grasas, resinas, aceites y terpenos. El etanol y el benceno poseen mayor
polaridad y extraen la mayoría de sustancias solubles en éter y la mayoría de los
materiales orgánicos insolubles en agua. El agua caliente permite la extracción de
algunas sales inorgánicas y polisacáridos de bajo peso molecular tales como gomas
y almidón (Pettersen, 1984).
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Entre los extractivos presentes en las coníferas tenemos los siguientes: terpenos
y sus derivados, grasas, ceras y sus componentes y fenoles. Los principales extractivos de latifoliadas incluyen terpenos y sus derivados, grasas, ceras y sus componentes y fenoles (fenoles simples, lignanas y quinonas). Además se pueden encontrar
otros extractivos como aminoácidos, azúcares solubles y alcaloides (Otero, 1988).
Los extractivos son de gran importancia en la resistencia de la madera ante el
ataque de hongos, insectos y taladradores marinos, ya que pueden actuar como
agentes tóxicos ante algunos microorganismos y como repelentes de insectos.
Los extractivos pueden influir ampliamente en muchas propiedades de la madera. Los olores y colores típicos de muchas maderas provienen de los extractivos
presentes en las mismas.
En general, los extractivos constituyen un porcentaje muy pequeño del peso
seco al horno de la madera.
La Tabla 2 muestra la composición química de diversas materias primas fibrosas. Se puede observar que las plantas no madereras contienen, en general, más
pentosanos (>20%), holocelulosa (>70%) y extractivos solubles en agua caliente y
menos lignina que las especies madereras.
Organización y estructura de la pared de la fibra
Las células tienen una cavidad central hueca denominada lumen y una pared
estratificada que suele estar perforada con pequeñas oberturas. El espesor, la estructura y la composición química de la pared influyen significativamente en el
comportamiento del vegetal y las fibras en sus diferentes usos.
Aunque las características morfológicas de las traqueidas de coníferas, las fibras
libriformes de frondosas, los elementos de vaso y otros elementos longitudinales
son muy diferentes, las paredes de cada tipo de célula son bastante semejantes. Las
traqueidas y las fibras libriformes son los dos tipos de células dominantes en las
pastas madereras y, por tanto, las que presentan mayor interés desde el punto de
vista papelero. A pesar de las grandes diferencias que existen en sus dimensiones, la
estructura de las paredes es muy similar.
Un modelo generalizado de la organización típica de la pared celular se muestra en la Figura 4. Estudios realizados con microscopio electrónico muestran que
las fibras están constituidas de varias capas (Alén, R. 2000), Sjöstrom, E. (1981),
concretamente, pared primaria (P), pared secundaria externa (S1), pared secundaria media (S2) y pared secundaria interna (S3). En las células maduras, la parte
interna está vacía y se llama lumen. Cada una de las capas de la fibra posee su propia
organización y difieren con respecto a su espesor, estructura, composición química
y orientación de las microfibrillas con respecto al eje de la fibra.
Rodeando a la fibra se encuentra la lámina media, que realiza una función de
enlace entre fibras adyacentes. En la fase de maduración está muy lignificada. La
pared primaria forma la pared origen de las fibras, sólo crece en superficie, está
muy lignificada (70%) y su espesor es del orden de 0,1 a 0,2 µm. La capa secunda-
Materias primas fibrosas
|
27
Tabla 2. Composición química de materiales fibrosos no madereros (Hurter, A.M. 1991)
Material
Celulosa
Alfa
Lignina
Pentosanos
Cenizas
Sílice
Fibroso
(*)
Celulosa
%
%
%
%
Arroz
Trigo
43–49
49–54
28–36
29–35
12–16
16–21
23–28
26–32
15–20
4–9
9–14
3–7
Cebada
Avena
Centeno
47–48
44–53
31–34
31–37
14–15
16–19
24–29
27–38
5–7
6–8
3–6
4–7
50–54
33–35
16–19
27–30
2–5
0,5–4
49–62
57–66
57
32–44
26–43
45
19–24
21–31
22
27–32
15–26
20
1,5–5
1,7–5
3
0,7–3
1,5–3
2
Esparto
Sabai
50–54
54–57
33–38
17–19
17–22
27–32
18–24
6–8
5–7
2–3
3–4
Liberianas
Lino textil
Kenaf
Yute
76–79
47–57
57–58
45–68
31–39
39–42
10–15
15–18
21–26
6–17
21–23
18–21
2–5
2–5
0,5–1
<1
Fibras hojas
Abacá
Sisal
78
55–73
61
43–56
9
8–9
17
21–24
1
0,6–1
<1
<1
85–90
80–85
3–3,3
3–3,5
1–1,5
1–2
<1
<1
40–45
38–49
26–34
23–30
1
1
<1
<1
Fibras tallo
Pajas
Cañas
Azúcar
Bambúes
Palustre
Hierbas
Fibras semillas
Algodón
Linters Algodón
Maderas
Coníferas
Frondosas
53–62
54–61
7–14
19–26
(*) Método Cross & Bevan
FIGURA 4.
Estructura simplificada
de la pared de una
célula, que muestra las
diferentes capas que la
constituyen.
(Alen, 2000).
28
|
Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
ria central, S2, constituye la porción principal de la pared celular. Su espesor, que
varía con el tipo de células, especies y condiciones de crecimiento, y su orientación
particular, tienen un efecto decisivo sobre las propiedades mecánicas de la madera,
determinan en gran medida el comportamiento físico de las fibras e influyen significativamente sobre algunas características de la hoja de papel.
Comportamiento de las fibras celulosicas
Las fibras celulósicas muestran ciertas propiedades que satisfacen los requerimientos de la fabricación de papel, algunas de ellas se enumeran a continuación:
1. Alta resistencia a la tracción.
2. Capacidad de adaptación (flexibilidad y conformabilidad).
3. Resistencia a la deformación plástica.
4. Insolubles en agua.
5. Hidrofilicas.
6. Amplio rango de dimensiones.
7. Capacidad de enlace.
8. Capacidad de retener aditivos.
9. Estables químicamente.
10. Relativamente incoloras (blancas).
Estudio de las fibras vegetales
La madera es la fuente de fibras preferida por la industria del papel, entre las
razones por las que se ha llevado al uso intensivo de la madera para tal fin tenemos
el desarrollo de procedimientos mecánicos y químicos para la producción de papel,
la disponibilidad y rendimiento de la materia prima, el bajo costo, el contenido
de celulosa y la variedad en propiedades de las fibras procedentes de las distintas
especies de madera.
La madera suministra alrededor del 93% de los requerimientos mundiales de
fibras vírgenes, mientras que las fuentes no maderables, especialmente el bagazo,
pajas de cereales y bambú suministran el resto. Aproximadamente un tercio de
todos los productos papeleros son reciclados como “fibras secundarias”.
La madera
Generalmente con el término madera se hace referencia al conjunto de tejidos
que se encuentran hacia el lado interno del cambium vascular. La madera es una materia predominantemente fibrosa y compleja, producida mediante el proceso de fotosíntesis por un ser vivo que puede ser un árbol, un arbusto o una liana. Los árboles
al igual que todos los seres vivos están formados por millones de unidades elementales llamadas células, las cuales se originan a partir de un tejido especial, cuyas células pueden mantener por muchos años la capacidad de dividirse y originar nuevas
células (hijas) que harán crecer el árbol. Este tipo de tejido meristemático es llamado
cambium. El cambium en cada etapa de crecimiento fabrica simultáneamente tres
Materias primas fibrosas
|
tipos de células leñosas que deposita hacia el interior, lo que produce el crecimiento
diametral o en grosor, también llamado crecimiento secundario, del tallo.
Las células derivadas del cambium son en un principio iguales entre ellas; sin
embargo, a medida que se desarrollan se diferencian, originando otros tipos de
células cumpliendo con funciones especificas como: soporte (fibras en latifoliadas,
traqueidas en coníferas), conducción de líquidos (vasos en latifoliadas, traqueidas
en coníferas) y reservas de sustancias nutritivas (células parenquimatosas).
Cuando el árbol ha alcanzado su etapa de madurez (etapa de formación de la
peridermis profunda), comúnmente se divide al tronco en dos partes, una exterior
y otra interior separadas por el cambium. La sección exterior se le conoce como
corteza y está formada por tejidos que van hacia el exterior del cambium, dividiéndose también en dos partes; corteza interior viva, que es una capa delgada de tejidos
de color claro en la cual hay un movimiento ascendente y descendente de carbohidratos que se realiza a través de los tubos cribosos y radios leñosos. Mientras que la
otra parte, corteza exterior muerta, es de color más oscuro debido a la presencia de
células muertas y por lo tanto no tienen funcionamiento fisiológico (Figura 5).
Los tejidos que van hacia el interior de la capa del cambium (sección interior)
se les conoce como madera y está formado por traqueadas, fibras, vasos (en frondosas), radios y parénquima axial. En algunas especies se pueden presentar anillos de
crecimiento, los cuales pueden representar la edad del árbol en individuos que crecen en la zona templada y por eso son llamados anillos anuales. En la zona tropical,
estos anillos pocas veces representan la edad del árbol debido a que en un mismo
año se puede presentar más de una época favorable al crecimiento. Fisiológicamente se distinguen dos zonas, la albura y el duramen.
La albura es la madera que se va agregando al árbol año tras año y tiene como
finalidad la de conducir la savia, soportar la copa del árbol y almacenar alimento
de reserva.
FIGURA 5.
Estructura del tallo,
incluyendo madera
y corteza. Fuente:
JUNAC. 1989. Manual
del Grupo Andino
para aserrío y afilado
de sierras y cintas
circulares. Junta del
Acuerdo de Cartagena.
Proyecto Subregional
de Promoción Industrial
de la Madera para
Construcción. Lima,
Perú.
29
30
|
Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
El duramen es la capa más interna, formada por células muertas del tallo. Su
función es sólo de soporte mecánico. Las células de conducción (traqueidas, vasos)
y almacenamiento (parénquima axial, parénquima radial) están allí presentes. La
formación de duramen está asociada a la deposición de extractivos que algunas
veces pueden ser pigmentantes y le imparten un color al duramen diferente al de la
albura. Adicionalmente, esos extractivos pueden ser tóxicos ante la acción de agentes destructores de la madera lo que hace que posea una alta durabilidad natural. En
el caso que el extractivo no tenga capacidad de pigmentación, el duramen tendrá un
color similar al de la albura.
Generalmente, la parte aprovechable del árbol, rica en fibras, es la zona leñosa
(leño o xilema) que queda después de haber eliminado la corteza.
Los fabricantes de pasta y papel suelen clasificar las plantas madereras en duras
(frondosas, latifoliadas) y blandas (coníferas), aunque estos términos no son muy
precisos. Como se verá a continuación, desde un punto de vista estructural, la diferencia principal entre coníferas y frondosas se sitúa en sus sistemas de conducción.
En las coníferas, más primitivas y menos evolucionadas, son las fibras (llamadas
traqueidas longitudinales) las responsables del soporte y la conducción; en las
frondosas, de origen más reciente y de estructura más compleja, estas funciones se
realizan por separado y más eficientemente por células especializadas: las fibras son
responsables del soporte; los vasos de la conducción.
Gimnospermas
La subdivisión de las Gimnospermas, que se refieren a plantas leñosas y con
semilla desnuda, comprenden siete clases y solo una de estas, la de coníferas, es importante desde el punto de vista papelero. Las coníferas o maderas de fibras largas
comprenden un grupo de más de 550 especies. Los árboles tienen un tronco generalmente monopódico y las hojas son marcadamente pequeñas, numerosas, verdes
todo el año, escuamiformes, lineales o lanceoladas, a veces aciculares. Las flores son
siempre unisexuales y generalmente monoicas. Las femeninas se transforman en
conos leñosos (Hoadley, 1990).
En términos económicos, las coníferas son más valiosas que las latifoliadas, ya
que sus troncos son más largos y rectos y su madera es más uniforme y fácilmente
trabajable.
Las principales características estructurales de este tipo de madera se pueden
observar en la Figura 6.
La estructura vertical de las coníferas está compuesta, casi totalmente, de
células llamadas traqueidas, las cuales cumplen simultáneamente las funciones de
conducción y soporte. En algunas especies también están presentes los canales resiníferos. El sistema horizontal está compuesto de radios estrechos de solo una célula
de anchura, ocasionalmente 2–3, pero de varias células de altura. Existen dos tipos
de células especializadas en los radios; el parénquima radial presente en todas las
especies y las traqueidas radiales presentes solo en algunas especies.
Materias primas fibrosas
|
31
Las células principales son las traqueidas, que con frecuencia se denominan
fibras. Son células muy alargadas y lignificadas con extremos cerrados, muy afilados
con una longitud en promedio de 3–5 mm y un diámetro promedio de 0,03 mm.
Las traqueidas cuando se observan a nivel microscópico presentan múltiples
punteaduras, que son áreas delgadas en la pared facilitando la comunicación entre
células adyacentes. Estas punteaduras comúnmente se presentan de manera que
solo hay una a lo ancho de la traqueida, mientras que en algunos casos se pueden
presentar 2–3 punteaduras a lo ancho de la traqueida y se habla de punteaduras
uniseriadas, biseriadas o triseriadas respectivamente (Figura 7). Las punteaduras se
presentan predominantemente sobre las paredes radiales de la traqueida y, en el caso
de ser especies con anillos de crecimiento definidos, en la zona del leño temprano.
Las punteaduras de las traqueidas también vinculan la cavidad interna de célula con el radio leñoso vecino. Esta zona de contacto se conoce con el nombre de
área de cruce y es de gran importancia para efectos taxonómicos. De acuerdo a su
FIGURA 6.
Sección esquemática
tridimensional de una
madera conífera.
(Hoadley, 1990).
FIGURA 7.
Punteaduras areoladas
uniseriadas en Picea
abies (izq.), biseriadas
en Larix sp. (centro) y
triseriadas en Sequoia
sempervirens (derecha)
(Hoadley 1990).
32
|
Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
forma se presentan los siguientes tipos de punteaduras en el área de cruce (IAWA
Committe, 2004):
a. Fenestroide o fenestriforme: son punteaduras grandes, con orificio amplio,
generalmente 1–2 por campo de cruzamiento (Figura 8). Son características de
muchas especies del género Pinus: P. silvestres, P. resinosa, P. strobus, P. monticola, P. nigra, P. lambertiana, P. montana. También son llamadas punteaduras
tipo ventana.
b. Pinoide: son punteaduras pequeñas a grandes, aparentemente simples o con
areolas reducidas, generalmente de forma irregular, 1–6 por campo de cruzamiento (Figura 9). Se encuentran en Pinus ponderosa, P. contorta, P. banksiana,
P. rígida, P. radiata, P. palustris, P. echinata, P. taeda, P. elliotti.
c. Taxodioide: son punteaduras con orificio que pueden llegar a los límites de la
punteadura (abertura incluída), con forma oval a circular y donde el ancho
de la abertura es mayor que el ancho de la areola (Figura 10). Están presentes
FIGURA 8.
Punteadura
fenestriforme (Pinus
sylvestris) (IAWA
Committee, 2004).
FIGURA 9.
Punteaduras tipo
pinoide (Pinus echinata)
(IAWA Committee,
2004).
FIGURA 10.
Punteadura taxodioide
(Taxodium distichum)
(IAWA Committe, 2004).
Materias primas fibrosas
|
en los abetos verdaderos (Abies), cedros, (Thuja), y pino gigante de California
(Sequoia sempervirens).
d. Piceoide: son pequeñas, en forma elíptica, con orificio estrecho y se extienden
fuera de los límites de la misma punteadura (Figura 11). Se encuentran presentes en los alerces (Larix), piceas (Picea), abeto Douglas (Pseudotsuga) y abeto
del Canadá (Tsuga canadensis, T. heterophila).
e. Cupressoide: es común del género Chamaecyparis (ciprés blanco, ciprés de
Lawson). Presenta un orificio circular u oval y es más estrecho que el campo de
la misma punteadura (Figura 12).
f. Araucarioide: punteaduras similares a las cupresoides pero que se presentan en
un arreglo en forma de filas diagonales y con contornos poligonales. Se presentan exclusivamente en la familia Araucariaceae (Figura 13).
La caracterización de pastas de coníferas se fundamenta en la observación de
la forma y disposición de las punteaduras a través del campo de cruzamiento. Sin
embargo, es necesario tener en cuenta la presencia o no de otros elementos celulares
como traqueidas radiales, parénquima longitudinal, así como su forma, longitud de
las traqueidas o disposición de la punteaduras areoladas.
FIGURA 11.
Punteadura tipo
piceoide (Larix
occidentalis) (IAWA
Committee, 2004).
FIGURA 12.
Punteadura cupresoide
en Juniperus communis
(IAWA Committee,
2004).
FIGURA 13.
Punteadura
araucarioide en
Araucaria araucana
(IAWA Committee,
2004).
33
34
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
Angiospermas
Las latifoliadas, comúnmente conocida como madera de fibra corta o maderas duras (Figura 14), pertenecen a la clase de las Dicotiledóneas dentro de la
subdivisión de las Angiospermas; estas se diferencian de las Gimnospermas por su
aparato reproductor (flor); es decir, en las angiospermas sus rudimentos seminales
están siempre situados dentro de la cavidad carpelar cerrada llamado ovario que
no abandonan antes de cambiarse en semillas maduras; después de formarse estas,
dicho ovario, solo o acompañado de otras partes florales, se transforma en fruto
(Hoadley, 1990).
En el leño de latifoliadas se pueden encontrar fibras con punteaduras claramente areoladas, fibras con punteaduras simples, vasos, parénquima axial y radios.
En algunas especies se pueden presentar traqueidas, pero muy diferentes a las que
se encuentran en coníferas ya que son células de forma irregular, muy cortas y destinadas solo a función de conducción. Se diferencian de los elementos de los vasos
por poseer extremos cerrados.
La razón más significativa para considerarse menos aptas para el pulpeo que
las coníferas se debe a que proporcionan fibras más cortas y dan lugar a pulpas
menos uniformes. Las pulpas obtenidas a partir de maderas de latifoliadas no tiene las características mecánicas que corresponden a las de coníferas, sin embargo,
orientándolas a usos específicos tienen grandes posibilidades, pues proporcionan al
papel propiedades muy apreciadas tales como lisura, mejor formación de la hoja y
opacidad.
Las fibras varían desde aproximadamente 0,5 hasta 3 mm, siendo el promedio de
1 mm, o ligeramente más, de largo y poseen un diámetro promedio de 0,02 mm.
Los elementos de vasos están alineados o unidos verticalmente en la madera
para formar recipientes o vasos que funcionan como tubos para la conducción de
agua. En estos elementos de vaso, la pared en la zona de contacto con otros vasos
FIGURA 14.
Representación
esquemática de la
estructura de maderas
latifoliadas.
(Hoadley, 1990).
Materias primas fibrosas
|
35
FIGURA 15 (Izq.).
Perforaciones simples
en Sapindus saponaria.
FIGURA 16 (Der.).
Perforación
escalariforme en
Hesperomeles
ferruginea.
está ligeramente reabsorbida, lo que origina unas aberturas denominadas perforaciones que se presentan en los dos extremos de los elementos. Sobre las paredes
laterales se presentan punteaduras que permiten poner en contacto un vaso con
otro. Las perforaciones pueden ser de varios tipos; simples de abertura única (Figura 15) o múltiple. Estas últimas pueden ser de dos tipos: escalariforme (Figura 16)
y reticulada o foraminada.
Aunque la mayor parte del transporte líquido en los sistemas de vasos se realiza a través de las perforaciones que conectan verticalmente entre sí sus miembros
individuales, los elementos de vasos poseen también punteaduras en sus paredes
laterales que corresponden a puntos de comunicación transversal con células adyacentes (otros vasos, fibras, radios leñosos y parénquima longitudinal). Variables
en su forma, número y disposición en la pared, dependiendo del tipo de célula en
contacto con él y la extensión del contacto lateral, las punteaduras son características distintivas para cada género.
Los elementos de vaso pueden variar considerablemente de forma y son el
único tipo de célula que presenta caracteres distintivos suficientemente definidos
dentro de cada género de frondosas. La identificación microscópica de las pulpas
obtenidas a partir de estas maderas se basa, fundamentalmente, en la observación
de tales características, peculiares para cada género, como son el tipo de perforación, forma, dimensiones y disposición de las punteaduras, longitud del apéndice
terminal, espesamientos en espiral.
Descripcion por especie de algunas materias primas fibrosas usadas en la fabricacion
de pulpa para papel
MADERERAS
Pinus caribaea var. hondurensis (Pino caribe)
Familia: Pinaceae
Nombre científico: Pinus caribaea var. hondurensis Barr. & Golf.
Nombre vulgar: Pino caribe
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
El pino caribe posee una amplia área de distribución natural y ha sido plantada en muchos países con fines comerciales (producción de pulpa para papel), de
protección y recreación. Es una especie adaptable a gran variedad de condiciones
edáficas y climáticas hasta el punto que se ha considerado la especie más promisoria
en plantaciones para pulpa en los trópicos. En Venezuela se han establecido parcelas experimentales en casi todo el país, pero es solo en el estado Monagas (Figura
17) donde realmente se están desarrollando programas a gran escala con la var.
hondurensis de esta especie, introducida por primera vez en el año 1961 por la Dirección de Recursos Naturales Renovables en cooperación con el Servicio Forestal
de Trinidad y plantada en los alrededores de la ciudad de Maturín. Actualmente
se han establecido alrededor de 410 mil hectáreas de plantaciones de Pinus caribaea (considerada la concentración forestal más grande del mundo), con el fin de
producir materia prima para la elaboración de pulpa de fibra larga para papel. El
propósito es la instalación de una plantas de pulpa mecánica para la producción,
principalmente, de papel prensa.
Dadas las enormes reservas de Pino caribe de las plantaciones de Uverito y
alrededores, al sur de Monagas; se observa esta materia prima como un recurso
económico, abundante, renovable, nacional y no contaminante; por cuanto es muy
útil en la fabricación de edificaciones competitivas, económicas y de calidad. El
pino tiene múltiples usos relacionados con fabricación de muebles en general; área
en la cual compite con otras variedades madereras de gran calidad; pero es en la
fabricación del papel en donde con un tiempo definido de crecimiento (12 años)
compite maravillosamente con otros tipos de madera dada su versatilidad y calidad
en el ramo.
Hevea brasiliensis (Caucho)
Familia: Euphorbiaceae.
Nombre científico: Hevea brasiliensis (Willd. ex A. Juss.) Müll. Arg.
Nombre común: Caucho
FIGURA 17.
Distribución geográfica
de plantaciones
de Pinus caribaea
var. hondurensis en
Venezuela y algunos
datos importantes
(Fuente: CVGProforca). Hectáreas
Plantadas: 410.000 ha.
Crecimiento anual: 20
m3/Ha/año. Turno de
corta: 12 años.
Maturín
Estado Monagas
Estado Anzoategui
Materias primas fibrosas
|
Árboles pequeños hasta grandes, con látex. Hojas alternas, compuestas trifolioladas, foliolos enteros, penninervios, glabros, pecíolos algunas veces con glándulas
en el ápice, estipulas caducas. Inflorescencias en cimas paniculiformes, axilares, la
flor central de la inflorescencia a menudo femenina. Perianto simple. En las flores
masculinas cáliz ovoide o globoso, pentalobulado, lóbulos imbricados, disco por
lo general pequeño, glandular, estambres 5–10 monadelfos; anteras dispuestas en
1–2 series, pistilodio presente en la especie de la columna estaminal. En las flores
femeninas cáliz igual al de las flores masculinas; disco ausente, ovario 3–lobular, un
óvulo por loculo, estigma sesiles o subsesiles. Fruto grande leñoso, esquizocarpico
formado por tres cocos, 2–valvados. Semilla sin caráncula (Aristeguieta, 1973).
El árbol del caucho empieza a producir frutos a los 4 años de edad. Cada fruto
tiene 3 o 4 semillas que caen al suelo cuando el fruto madura y se abre. Cada árbol
produce dos veces al año unas 800 semillas (1,3 kg). La semilla consiste en una
cáscara dura y delgada y una almendra. Como la cáscara contiene también algún
aceite, la almendra y la cáscara se extraen algunas veces juntas produciendo una
torta oleaginosa con cáscara o harina de aceite muy rica en fibra.
Distribución: unas 20 especies propias del Brasil y las Guayanas. Representada
en Venezuela por las especies H. benthamiana, H. guianensis, H. microphylla y H.
pauciflora existentes en los bosques amazónicos del país. Plantas productoras de
caucho (Aristeguieta 1973).
El Hevea brasiliensis en la industria papelera
Actualmente se han hecho pocas investigaciones sobre la obtención de papel a
partir de la Hevea brasiliensis y mayormente se han realizado en Malasia, Indonesia y otros países asiáticos. Los ensayos han demostrado que Hevea brasiliensis en
condición verde y sana puede ser cocida fácilmente mediante el proceso al sulfato
para suministrar papeles resistentes. Igualmente se pudo cocer a 150ºC con NaSO2
(solo) para suministrar pulpas semiquímicas de aproximadamente 74–81% de rendimiento, casi tan resistente como las pulpas al sulfato y lo suficientemente claras
para ser utilizadas en la elaboración de papel de imprenta barato.
Según estudios la Hevea brasiliensis es una fuente prometedora de pulpa a pesar
de la presencia de látex. Las pulpas obtenidas de caucho tienen un buen rendimiento y son blanqueadas con facilidad, con propiedades de resistencias satisfactorias,
adecuadas para fabricar papeles (Tablas 3, 4 y 5).
Longitud promedio
(mm)
1,50
Tabla 3. Morfología de fibra del caucho.
Diámetro externo
Diámetro interno
promedio (micras) promedio (micras)
23,37
8,50
Espesor promedio
(micras)
7,43
Tabla 4. Análisis químico del caucho.
% de Extractivos
% de Celulosa
% de Lignina
3,395
46,6
23,1766
37
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
Eucalipto
Familia: Myrtaceae
Nombre científico: Eucalyptus sp.
Nombre vulgar: Eucalipto.
El género Eucalyptus es originario del continente australiano, abarca alrededor
de 700 especies. Las especies más importantes en el mercado mundial son Eucalyptus globulus, E. camaldulensis, E. saligna y en los últimos años el Eucalyptus nitens,
en Chile, son muy utilizadas debido a su elevada productividad, la calidad de su
madera y gran adaptabilidad a las condiciones edafoclimáticas.
El género Eucalyptus L´Herit (Myrtaceae), originario de Australia, está representado por más de 700 especies; muchas de las cuales tienen un amplio rango de
utilización (Mabberley, 1990). Según Francis (1988), solo las especies E. deglupta y
FIGURA 18.
Eucalyptus robusta.
(Treelink 2007).
FIGURA 19 (Izq.).
Eucalyptus urophylla.
Sección transversal.
Transición abrupta
albura-duramen.
FIGURA 20 (Der.).
Eucalyptus urophylla.
Sección transversal.
Vista microscópica.
Materias primas fibrosas
|
39
E. urophylla poseen una distribución natural que se extiende más allá de Australia.
La distribución actual del género abarca localidades geográficas de los cinco continentes debido a su establecimiento a través de plantaciones. Son diferentes los órganos de Eucalyptus que han sido utilizados con diversos fines: de la hoja y la corteza
se obtienen extractos ampliamente utilizados con fines medicinales; mientras que la
madera muestra aptitud en usos tan diversos como material de construcción, combustible (carbón) y en la producción de pulpa para papel. En la actualidad se considera como el género de angiospermas más promisorio para la producción de pulpa.
Sepliarsky (2006) indica que la madera de E. globulus ha sido utilizada exitosamente
para la producción de celulosa, tableros MDF, madera aserrada, tableros contrachapados, vigas laminadas y parquet. Las especies más importantes en el mercado
mundial son Eucalyptus globulus, E. camaldulensis, E. saligna y en los últimos años el
Eucalyptus nitens, en Chile, son muy utilizadas debido a su elevada productividad,
la calidad de su madera y gran adaptabilidad a las condiciones edafoclimáticas.
Según estimaciones de la FAO, se han establecido unas 15.000.000 de ha en
zonas tropicales y subtropicales. Muchas especies del género pueden sobrevivir y
crecer de forma satisfactoria en suelos con bajo nivel de nutrientes y en áreas con
lluvias irregulares. Estas cualidades son valiosas en vista de la creciente demanda
de madera y otros bienes y servicios que ofrecen los bosques y los árboles (Palmberg–Lerche y Patiño, 1999).
La especie E. urophylla ha sido una de las más utilizadas en plantaciones en la
zona tropical de suramérica y solo en Brasil se cuenta con más de 500.000 ha plantadas. En Venezuela, empresas públicas y privadas han llevado a cabo proyectos
de plantación donde se ha incluido esta especie, con propósitos de producción de
pulpa y combustible (González et al., 2005; Bali et al., 2004).
Presenta vasos de forma y dimensión variables (Figura 21). Sus características,
comunes a los diferentes eucaliptos usados en la industria de pulpeo, son:
–Perforación simple perpendicular ligeramente oblicua al eje del vaso.
–Apéndice neto, largo y estrecho.
–Punteaduras areoladas pequeñas, con disposición alterna y distribuidas por
toda la pared del vaso.
FIGURA 21.
Detalle de elementos
de vaso de eucalipto.
(García-Hortal 2007).
40
|
Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
FIGURA 22.
Detalle de elementos
de vaso de eucalipto.
(García-Hortal, 2007).
FIGURA 23.
Vasos de álamo.
Obsérvense las
punteaduras
intervasculares que
recubren una parte
longitudinal de la pared
del vaso.
(García-Hortal, 2007).
–Punteaduras radiovasculares con los radios de forma oval y agrupadas en
bandas horizontales.
Los vasos de la madera del leño temprano tienen un diámetro igual o ligeramente inferior a su longitud; en los de la madera tardía, la longitud es de 2 a 3 veces
superior a su diámetro.
Álamos
Familia: Salicaceae
Nombre científico: Populus sp.
Nombre vulgar: Álamo.
Los álamos pertenecientes al género Populus tienen una ventaja considerable
debido a su rápido crecimiento y a sus posibilidades de cultivo, pues presenta gran
facilidad para la hibridación y su madera es clara, homogénea y fácil de tratar.
Sus características identificables son: perforación simple y oblicua, apéndices
cortos o ausentes en los vasos de madera temprana y en los vasos de la madera
tardía pueden ser bien marcados, punteaduchas intervasculares areoladas, de forma oval si están aisladas, alternas. Estas punteaduras recubren en general la cuarta
parte longitudinal de la pared (Figura 22). Algunos vasos no presentan punteaduras intervasculares por encontrarse aislados en el tejido maderero (Figura 23). Las
punteaduras radiovasculares son simples, grandes, poco numerosas (Figura 23).
Las fibras son de pared delgada, lúmen amplio y con extremidades que suelen ser
agudas.
Materias primas fibrosas
|
Abedul
Familia: Betulaceae
Nombre científico: Betula sp
Nombre vulgar: Abedul.
Perteneciente al género Betula es una madera importante en la industria papelera por su gran aplicación.
En las pulpas presentan las siguientes características: vasos numerosos, con
perforaciones oblicuas, escalariforme, con un número de barras finas y frágiles de
10 a 25 (Figura 24).
Las punteaduras intervasculares son numerosas, pequeñas y apretadas, con
disposición alternas (Figura 25). Las punteaduras radiovasculares son aparentemente simples y alargadas horizontalmente. Las fibras tienen una longitud media
de 1,2 mm, con una anchura de 23 um y un espesor de pared de 3,9 um. No presenta traqueidas vasculares (García–Hortal, 2007).
Haya
Familia: Fagaceae
Nombre científico: Fagus sp.
Nombre vulgar: Haya.
Perteneciente al género Fagus su madera es blanca, dura, por ello no es apto para
la fabricación de pulpa mecánica utilizándose para la fabricación de pulpas al sulfato.
En las pulpas presenta las siguientes características: vasos de la madera temprana numerosos, con perforaciones simples, oblicuas y apéndices cortos (Figura 26).
Vasos de madera tardía estrechos y con perforaciónes escalariforme. Las punteadu-
FIGURA 24.
Vaso típico de abedul
con perforación oblicua,
escalariforme.
(García-Hortal, 2007).
FIGURA 25. Abedul.
Detalle de las punteaduras
intervasculares,
numerosas y agrupadas
en bandas longitudinales.
(García-Hortal, 2007).
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
FIGURA 26.
Haya. Vasos de
primavera. Punteaduras
intervasculares
poco numerosas y
dispersadas. Nótese la
abundancia de células
parenquimatosas.
(García-Hortal, 2007).
FIGURA 27.
Haya. Vaso de madera
tardía. (García-Hortal,
2007).
ras intervasculares son poco numerosas y dispersadas (Figura 27). Las punteaduras
radiovasculares son abundantes, ovaladas y alargadas horizontalmente.
FIBRAS NO MADERERAS
Se utiliza el término no madereras (non–wood el término en inglés), y otras
designaciones tales como plantas herbáceas, pajas, hierbas y plantas anuales, si bien
algunas, como el bambú, pueden tener turnos de corta de varios años.
Son muy diversas tanto en lo concerniente a su lugar en la clasificación botánica como en la localización, naturaleza química, dimensiones o características de sus
fibras. Una característica importante de las no madereras es la amplia variabilidad
entre las longitudes de las fibras de las diferentes especies. Como refleja la Tabla 5,
muchas de estas fibras tienen longitudes similares a las fibras cortas de frondosas;
por otra parte, otras son tan largas que deben ser acortadas para optimizar su valor
papelero. En general, los diámetros de las fibras no madereras son pequeños, su
esbeltez (relación longitud–anchura) considerable, lo que explica muchas de sus
propiedades especiales.
Pueden jugar un papel importante en la industria de pasta y papel mundial.
La mayoría de calidades de papel y cartón se puede producir mezclando fibras de
diferentes no madereras o reemplazando un componente de pasta maderera en la
composición por una pasta no maderera específica (si los precios son competitivos). Algunas fibras largas no madereras, incluyendo el abacá, linters de algodón,
lino, cáñamo y sisal, tienen propiedades superiores a las de las mejores pastas de
mercado de coníferas. En general, las fibras del tallo de gramíneas (pajas de cereales,
cañas, bagazo) son más cortas, tienen propiedades más similares a las provenientes
de maderas frondosas y se suelen usar para la fabricación de papeles y cartones comunes. Las fibras de algodón, fibras liberianas (lino, cáñamo), y las procedentes de
Materias primas fibrosas
|
Tabla 5. Dimensiones aproximadas de diversas fibras papeleras.
Fibras
Longitud
mm
Anchura
µm
Relación
Longitud/anchura
Esparto
Pajas cereales
1,1
1,5
10
13
110
115
Paja arroz
Bagazo
1,4
1,7
1,5
8
20
13
170
85
120
2,7
1,8-6,2
1,3-2,7
14
11-18
19-37
190
254
35-142
4,0
2,0
22
20
Linters algodón
Fibras de algodón
Liberianas de lino
2,0-12
15-50
10-36
20
9-23
11-20
100-600
1000-4000
Liberianas ramio
40-200
45
1100-1200
Pino
2,0-3,0
22-50
60-90
Picea
Álamo
3,1-3,5
1,5
19-50
25
70-160
60
Caña
Bambú
Abacá
Sisal
Kenaf (corticales)
Yute
hojas (sisal) se usan para papeles especiales. En este último caso, los límites de uso
son económicos, no técnicos.
Existen diversos criterios para su clasificación. Desde el punto de vista de su
identificación en un análisis microscópico de fibras se suelen agrupar en las siguientes categorías: Fibras liberianas, fibras de plantas monocotiledóneas (Gramíneas),
fibras de hojas y fibras de algodón
Fibras liberianas
Se utiliza el término fibras liberianas para designar las fibras procedentes de
tejidos distintos del xilema, ubicados en la región extracambial del tallo; específicamente corresponde a fibras del tejido floemático secundario.
Los componentes básicos del floema son:
–Elementos cribosos, quienes son los conductores del floema.
–Fibras.
–Esclereidas, y células de forma variadas.
En esta categoría de vegetales se incluyen plantas herbáceas, arbustos y árboles.
Entre las primeras, las más utilizadas son el lino, cáñamo, ramio, yute y kenaf. Entre
las de porte arbóreo, las más comunes son el kozo (morera de papel) y mitsumata,
plantas cultivadas en el Extremo Oriente.
Estas plantas contienen dos tipos de fibras:
–Fibras corticales, denominadas “liberianas” en el sector industrial, utilizadas
en la industria textil, que se caracterizan por su agrupamiento en haces, elevada
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
resistencia, sus paredes celulósicas poco lignificadas y sus dimensiones importantes (a excepción del yute y kenaf). Su longitud varía desde una fracción de
milímetro hasta aproximadamente medio metro.
–Fibras del corazón leñoso, más lignificadas y de pequeñas dimensiones (L=0,4–
1 mm).
En el floema secundario se distinguen dos tipos de lamela media cuya funciones
en la planta son diferentes; de esta manera la lamela media interna consolida y une
entre sí las fibras elementales en el haz y es de carácter esclerenquimatoso, mientras
que la lamela media externa que es de carácter parenquimatoso, une los haces de
fibras en el floema en forma de cubierta protectora flexible. Ambos tipos muestran
diferente estabilidad frente a agentes químicos y biológicos. Mediante tratamientos suaves, como el enriado microbiológico (fermentación, acción hidrolítica de
enzimas sobre los constituyentes pécticos), únicamente es atacada y destruida la
lámina media externa, lo que permite la separación y extracción de los haces de
fibras liberianas de la corteza y la porción leñosa de la planta, pero manteniendo
unidas las fibras elementales en el haz. La lámina media interna solo será atacada y
destruida si se aplican tratamientos más enérgicos (por ejemplo, cocción química),
lográndose entonces la individualización de las fibras elementales. La lamela media
esta constituida por lignina, pectina y hemicelulosas.
Las fibras liberianas de lino y cáñamo (fibras textiles) han sido muy utilizadas
en los papeles antes de la aparición de los procesos industriales a partir de la madera, tradicionalmente aprovechando los desechos y subproductos de los sectores textil y agrícola. Actualmente, la industria papelera tiende a la utilización directa de la
materia prima vegetal mediante el uso de cultivos propios. En la industria papelera
se presentan dos posibilidades de aprovechamiento que consiste primeramente en
procesar por separado los dos tipos de fibras, es decir, las liberianas y las leñosas y
una segunda posibilidad consiste en obtener un producto único a partir de la planta
integral, es decir, a través de las fibras largas corticales y demás elementos cortos,
fibrosos y no fibrosos, procedentes de las zonas extracambial y leñosa.
Hibiscus cannabinus (Kenaf)
Familia: Malvaceae
Nombre científico: Hibiscus cannabinus L.
Nombre común: Kenaf
El Kenaf es una planta fibrosa nativa del centro–este de África en donde ha
sido cultivada por varios miles de años para la producción de alimento y fibra. Es
una maleza común de las zonas tropicales y subtropicales de Asia y África. El Kenaf
es una fuente prometedora de fibras para papel y otros productos derivados de las
fibras, siendo introducida en la Segunda Guerra Mundial en China, la ex Unión
Soviética, Tailandia, Egipto, Sudáfrica, México y Cuba. El Departamento de Agri-
Materias primas fibrosas
|
cultura de los EE.UU. ha realizado en los años 50 una selección entre más de 500
especies para la producción de fibras para pulpa de papel, resultando el Kenaf la
más promisoria especie no leñosa para este propósito.
El Kenaf tiene una combinación única entre fibras largas (líber) y cortas (médula), lo cual lo hace utilizable para la producción de un amplio rango de productos
de papel y de cartón. Los resultados de su aplicación para la manufactura de papel
para periódico han sido positivos. Los periódicos hechos de fibra de Kenaf han
mostrado un color más brillante y de mejor calidad visual, que los fabricados con
pastas provenientes de madera. Además, la producción de papel para periódico
basada en la fibra de Kenaf requiere menos energía y productos químicos para su
procesamiento, lo cual le otorga ventajas económicas y ambientales. La porción
foliar superior de la planta de Kenaf no es utilizable para la producción de pulpa
de papel. Por lo tanto, la misma podría utilizarse como forraje, si el equipo para
cosechar puede ser adaptado a una cosecha dual.
Estudios realizados en el Laboratorio Nacional de Productos Forestales
(Reyes, 2004), muestran que al mezclar el kenaf con otras fibras, tales como pino
y eucalipto, la calidad de la fibra de cada uno de los componentes de la mezcla
disminuye.
Desde 1916 Cuba conjuntamente con los Estados Unidos han venido estudiando diferentes especies de cultivo fibroso para la fabricación de sacos; resultando el
Kenaf la más idónea para tal fin. En una fase posterior y en otra rama de las investigaciones llevadas a cabo con esta malvácea; se concluyó que aunque el Kenaf no
es catalogado como una planta oleaginosa, de su semilla se obtiene un aceite no
secante de buena calidad; con esta investigación se concluyó que el aceite obtenido
con la semilla del Kenaf es comestible y tiene las características necesarias para ser
utilizado como sustituto del aceite de semillas de algodón en todos sus usos.
Lino
Familia: Linaceae
Nombre científico: Linum usitatissimum L.
Nombre vulgar: Lino.
Especie originaria de Asia y que se cultiva por su semilla y su fibra. Las fibras
liberianas de lino se caracterizan morfológicamente por ser muy largas (Lm=8 a
30 mm) y poco anchas (Am=20 µm), con marcas transversales (nudos) en forma
de x, pared gruesa y lumen estrecho (Figura 25). Las fibras liberianas del cáñamo
son muy similares a las de lino. Las pulpas de lino y cáñamo se usan muy refinadas.
Las fibras elementales liberianas se fibrillan muy fácil e intensamente, alterándose
su morfología de tal modo que resultan difícilmente diferenciables entre sí. Sus dimensiones y el color rojo vinoso con el reactivo de Herzberg (cloroyoduro de zinc)
permiten su identificación en las pastas; se distinguen del algodón por la presencia
de nudos y la ausencia de convoluciones (torsiones).
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
Las fibras cortas procedentes del corazón leñoso y demás constituyentes del
vegetal de naturaleza no fibrosa, si están presentes, están más lignificados y se tiñen
con el Herzberg de color gris–azulado.
Tradicionalmente, las fibras liberianas de lino y cáñamo se han usado en calidades de alto valor añadido En lino confiere propiedades adecuadas para la fabricación de pulpa y papel, en especial para fabricación de papeles permanentes para
registro, papeles de seguridad, papel moneda, papel de cigarrillo, papel bond de
bajo gramaje, papel biblia y otros papeles especiales (Figura 28).
Cáñamo
Familia: Cannabaceae
Nombre científico: Cannabis sativa L.
Nombre vulgar: Cáñamo.
Se refiere a la planta Cannabis sativa, oriunda de Asia Central. Son plantas
herbáceas anuales, que se adapta a los diferentes tipos de climas, y sus tallos pueden
alcanzar alturas de 1–5 m y diámetros entre 5 y 10 mm.
Cuando se utilizan como fuente de fibras los residuos del macerado después
de la extracción de los haces de fibras largas (cañamiza) o el tallo entero, la pasta
contiene, además de las fibras liberianas, diferentes elementos provenientes de la
zona leñosa, en proporción variable, cortos, fibrosos y no fibrosos.
Fibra de plantas monocotiledoneas
Dentro de las monocotiledóneas, la familia más interesante desde el punto de
vista de la fabricación de papel es la de las Gramíneas (familia única dentro del orden Glumiforae). En las gramíneas, integradas por unas 4.000 especies, se incluyen
el trigo (Triticum sativum), cebada (Hordeum vulgare), centeno (Secale cereale),
FIGURA 28. (Izq.).
Fibras de lino.
(García-Hortal, 2007).
FIGURA 29. (Der.).
Cultivo de Cáñamo.
(htpp://www.tree.org/
hemp.gif).
Materias primas fibrosas
|
avena (Avena sativa), arroz (Oryza sativa), caña de azúcar (Saccharum officinarum),
caña común (Arundo donax), bambú (Bambusa spp.), maíz (Zea mais), esparto
(Stipa tenacissima), y diversas especies menos conocidas como la hierba de elefante
(Miscanthus sinensis).
La parte rica en fibras de estas plantas es el tallo (caña), salvo en el esparto que
son las hojas. Las pastas obtenidas están compuestas por elementos muy variados
y característicos:
• Fibras cortas, de dimensiones medias parecidas a las frondosas. Las de las pajas
de cereales presentan nudos y pliegues de flexión que proporcionan rigidez a
las pastas.
• Células esclerosas (misión de sostén), lignificadas, de forma variable, con frecuencia alargadas en forma de bastoncillo rígido con pequeñas punteaduras
simples.
• Células parenquimatosas (“toneles”, tejido blando con misión de almacenado). De formas redondeadas y con los extremos no perforados.
• Células epidérmicas (“peines”). Muy abundantes en las pastas de las pajas de
cereales, tienen forma rectangular con dientes laterales sobra los lados más
largos que les permiten engranarse recíprocamente. Son el elemento más indeseable de la pasta por su alto contenido en sílice.
• Vasos. Los hay de dos tipos: a) En forma de tubos cilíndricos, generalmente sin
apéndice, con perforación simple casi perpendicular al eje del vaso y pared con
abundantes punteaduras. b) Anillados o en espiral.
La abundancia o las diferencias de tamaño de las células mencionadas constituyen la principal, y a veces única, característica distintiva entre las diversas gramíneas.
Una de las grandes desventajas de las gramíneas como materia prima para la
obtención de pastas, y especialmente de las pajas, radica en la abundancia de células
de pequeñas dimensiones y su alto contenido en sílice.
Bagazo
El bagazo es el residuo del proceso de fabricación de azúcar a partir de la caña.
Estudios realizados han demostrado la viabilidad de satisfacer la demanda energétiFIGURA 30.
Elementos característicos
de una pasta de caña.
(García-Hortal, 2007).
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
FIGURA 31.
Cultivo de Bagazo.
htpp://www.portalagrario.
gob.pe/azucar.shtml
cas de los centrales azucareros, con prácticamente la mitad de su bagazo, quedando
un sobrante factible de ser empleado en más de cuarenta aplicaciones, de las cuales
las más relevantes son la producción de celulosa y papel, tableros, etanol.
Estas materias primas fibrosas deben reunir determinados requisitos técnicos
que radican en la composición química del material, su reactividad frente a los
agentes de pulpeo y sus propiedades anatómico–morfológico. Las fibras del haz
vascular son finas, de paredes delgadas y con extremos romos, mientras que las
fibras de la corteza son de mayor longitud, diámetro y paredes gruesas.
Desde el punto de vista de sus parámetros biométricos, las fibras del bagazo se
clasifican como fibras cortas, comparadas con las de maderas duras o latifoliadas.
Para la producción de celulosa y papel, el bagazo debe ser mejorado morfológicamente, separando la alta proporción de tejido parenquimatoso y elevando el
contenido de fibras del material.
Las pulpas de bagazo son usadas en todas las calidades de papel, incluyendo
sacos de papel multicapas, papeles de embalaje, impresión, escritura, tisúes, impermeables a grasas, papel para ondular, papel liner y papel soporte para estucado.
Debido a que sus fibras son cortas y tienen una resistencia al desgarro baja, no
pueden usarse en altos porcentajes en calidades para embalajes de alta resistencia,
como los sacos multicapas o papel liner.
Esparto
Se encuentran al sur de España y al norte de África. Su tallo es corto, las hojas,
que forman la parte aérea de la planta, se recolectan y son aprovechables para la
producción de pulpa. Las fibras son cortas y estrechas, cilíndricas, con extremos
afilados, los vasos son pequeños.
Las fibras de esparto son muy usadas para la producción de papeles finos de
impresión por su suavidad, elasticidad, alta opacidad, volumen específico y afinidad por la tinta. También son muy usadas mezclándose con fibras de coníferas o
algodón para la producción de papeles de impresión y escritura de lujo.
Materias primas fibrosas
|
Una ventaja de ofrece el esparto es que es fácilmente procesado.
FIBRAS PROCEDENTES DEL FRUTO DE PLANTAS DICOTOLEDÓNEAS
Fibras de algodón
Familia: Malvaceae
Nombre científico: Gossypium sp.
Nombre vulgar: Algodón.
El algodón se cultiva en las zonas cálidas de América, África, Asia e incluso
Europa.
Se presentan dos tipos de fibras en la semilla de algodón (Figura 32). Las fibras
textiles son largas pues su longitud varía de 12 a 33 mm y su diámetro de 16 a 21
µm, y un segundo tipo de fibra llamado linters que son fibras cortas que quedan
adheridas a las semillas después de la eliminación de las fibras largas textiles.
Las fibras son unidades individuales por naturaleza, por lo que para su obtención no se requieren tratamientos severos (químicos y/o mecánicos) que puedan
causar una alteración importante de sus constituyentes. Además, son las fibras celulósicas más puras, sin la presencia de polisacáridos no celulósicos y lignina.
Las pulpas de linters se pueden obtener a través de un tratamiento químico
suave.
La fibra textil de algodón tiene el aspecto de cinta aplastada que presenta
convoluciones a intervalos irregulares y no siempre en la misma dirección (Figura
33). De pared relativamente delgada, no presenta nudosidades transversales (a diferencia del lino y cáñamo). Con el reactivo Herzberg se tiñen de color rojo vinoso
característico.
Los linters blanqueados son usados en procesos donde se requieran la utilización de celulosa de alta pureza, tales como fabricación de productos de celulosa
regenerada, nitrato de celulosa, celuloide, tripas para embutidos, entre otros. De
esta manera en la industria papelera se usa en la elaboración de papeles donde se
FIGURA 32.
Representación
esquemática de la
sección de una semilla
de algodón.
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
requiere alta pureza, resistencia, suavidad, opacidad. Por su alto costo se limita su
uso en papeles especiales.
OTRAS FIBRAS VEGETALES
Abacá (Musa textilis)
Familia: Musaceae
Nombre científico: Musa textiles Née
Nombre vulgar: Abacá.
Es una planta perenne que se encuentra en Filipinas, Indonesia, América Central y del Sur.
La planta consta de 12–30 tallos, los cuales alcanzan alturas de 3–7,5 m y diámetros de 12–30 cm. La estructura de su tallo consta de un corazón central envuelto
vainas hojosas alargadas y apretadas (Figura 34). Las fibras comercialmente usadas
se encuentran en las vainas externas del tallo. La fibra posee una forma cilíndrica,
de diámetro uniforme, el cual se va afilando hacia el extremo.
Sisal (Agave sisalana)
Familia: Amaryllidaceae
FIGURA 33.
Linters de algodón.
(García-Hortal, 2007).
FIGURA 34.
Sección Transversal del
tallo de abacá (a) y hoja
de sisal (b).
(Garcia-Hortal, 1993).
Materias primas fibrosas
|
FIGURA 35.
Pasta de sisal.
(García-Hortal, 2007).
Nombre científico: Agave sisalana Perrine ex Engelm.
Nombre vulgar: sisal.
El sisal es una planta utilizada para fines comerciales es cultivada en regiones
semiáridas. Se usa principalmente la fibra de las hojas que se procesan especialmente para fabricar cuerdas, cordeles, y tapetes. Crece hasta alturas de 2 m, con
un tronco corto, grueso, de 15–23 cm de diámetro. La planta de sisal produce por
7 a 10 años y produce 200 a 250 hojas comerciales. Cada hoja tiene un promedio
de 1000 fibras. La fibra, que significa el 4% del peso de la planta, se extrae con el
proceso descorticación.
Son identificadas tres zonas dentro de cada hoja (Figura 34b) las cuales son:
Periférica, media y de tejido fundamental. La zona periférica posee dos o tres hileras
de fibras mecánicas y su sección es redonda, sus fibras en forma de cinta y comprenden una hilera en la parte central de la hoja, es decir la zona media y se extiende a lo
largo de toda la hoja y se dividen en dirección longitudinal durante los procesos de
extracción; mientras que las fibras mecánicas no se dividen y terminan su diámetro
máximo a la fibra comercial.
La zona de tejido fundamental se encuentra ubicada entre la zona media y periférica y posee una combinación de fibras mecánicas y fibras en forma de cinta.
La fibra tiene una longitud de 1 a 8 mm y un ancho de 8 a 40 µm.
FIBRAS DE ORIGEN ANIMAL
Las fibras de origen animal tienen su inicio desde la época babilónica, sin embargo, su verdadera utilización se presentó a principios de la edad de hierro, cuando
se inventaron las tijeras para el corte de lana. Se obtienen fibras aptas para tejer de
pelos de animales como la oveja (lana), pero también de la llama, la alpaca, la cabra,
el conejo de angora, la cabra de cachemira, del camello, e incluso de los caballos y
vacas (para fabricar fieltro o para usarlos en tapicería u otras aplicaciones en las que
se requiere gran duración). Las fibras de pelo de algunos animales de los que por lo
general sólo se utilizan sus pieles, como el visón y el castor, se mezclan a veces con
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
otros tejidos de pelo para fabricar hilos de lujo. También se obtienen fibras animales de secreciones, como la del bombix mori, que produce la seda.
Las fibras animales están constituidas por cadena polipeptídicas derivadas de la
condensación de diferentes alfa–aminoácidos.
Lana
La lana está constituida por una proteína que contiene azufre, es decir, la queratina, la cual es segregada por una glándula que se encuentra bajo la epidermis y
está formada por una parte viva y una parte muerta que es la fibra propiamente
dicha.
La longitud de las fibras es de 4 a 40 cm y su ancho de 10 a 70 µm para la lana y
para el pelo de 70 a 200 µm, posee forma cilíndrica y cubierta de escamas. Las fibras
de lana son insolubles en ácidos fríos
La lana es muy usada para la confección de papeles lanudos empleados para la
elaboración de rodillos de calandria en la industria papelera.
FIBRAS MINERALES
Las fibras minerales pueden ser fibras naturales (como el amianto) o provenir
de materiales hilables (como el vidrio o algunos metales). La fibra de vidrio se obtiene fácilmente del vidrio, calentándolo a la llama y estirándolo con unas pinzas
metálicas. Se emplea en la industria como aislante térmico y sonoro, para fabricar
fibras ópticas encargadas del transporte de luz e imágenes, filtros, tejas acústicas y
también para usos
Amianto o asbesto
El término amianto (castellano) o asbesto (inglés) procede del griego y significa indestructible o inextinguible, haciendo referencia a las propiedades de esta fibra
mineral. Es un mineral filamentoso que resiste poderosamente la acción del fuego.
Su uso ha sido enorme a lo largo del siglo XX debido a sus cualidades en multitud
de aplicaciones (más de 3600) en diferentes sectores de la industria y a su bajo precio. Está formado por fibras flexibles muy finas de 1 micra de diámetro.
El sector textil utilizaría el amianto en la elaboración de hilos, embalajes, trajes
ignífugos, juntas, revestimientos, mantas, entre otros. La exposición a amianto puede producir en el hombre diversas enfermedades, algunas benignas y otras de índole más grave, como la asbestosis o fibrosis pulmonar y los procesos neoplásicos.
Los amiantos son incombustibles e inatacables por ácidos, es por ello que son
muy usados para la elaboración de papeles especiales, como fibra textil y en productos que requieran resistencia al calor y a los productos químicos, tambien es usada
en la industria papelera como material de relleno.
Materias primas fibrosas
|
Fibras de vidrio
La fibra de vidrio es un material fibroso obtenido al hacer fluir vidrio fundido
a través de una pieza de agujeros muy finos y al solidificarse tiene suficiente flexibilidad para ser usado como fibra.
Sus principales propiedades son: buena estabilidad dimensional, buenas propiedades eléctricas, excelente comportamiento térmico, insensibilidad al agua y
a los disolventes, resistencia a la intemperie, buena resistencia a todos los ácidos
(exceptuando el fluohídrico y el fosfórico en caliente) y una moderada resistencia
a los álcalis. Son incombustibles pero se ablandan y funden a muy altas temperaturas (punto de fusión superior a 800ºC). Estas propiedades y el bajo precio de sus
materias primas le han dado popularidad en muchas aplicaciones industriales. Las
características del material permiten que la fibra de vidrio sea moldeable con mínimos recursos, la habilidad artesana suele ser suficiente para la autoconstrucción de
piezas de bricolaje tales como kayak, cascos de veleros, terminaciones de tablas de
surf o esculturas, etc.
En la fabricación del papel las fibras usasdas son muy finas y varían su diámetro
de 1 µm a 9 µm. Son flexibles y sedosas.
Especies cultivadas en algunos países de Iberoamérica y su disponibilidad para la
fabricación de pastas
ARGENTINA
De acuerdo al inventario satelital publicado en el 2002 por la Dirección Forestal, Secretaría de Agricultura Ganadería y Pesca (SAGPyA), y estimaciones realizadas por Braier en 2004, se tiene que Argentina cuenta con 1,1 millones de ha de
bosques cultivados (también denominados bosques implantados, forestaciones, o
plantaciones forestales).
Esta cifra se mantiene casi inalterable desde hace tres años debido a que apenas
se está reponiendo lo que se corta, lo que genera una merma en las plantaciones. Sin
duda la provincia más importante es Misiones, dado que tiene la mayor superficie
implantada y los bosques nativos con mayor actividad industrial del país. Le siguen
en importancia Corrientes, en un tercer orden estarían Entre Ríos y el Delta Buenos
Aires; todas estas provincias se ubican en el este–noreste del país.
Existen otros núcleos forestales en Santa Fe, Córdoba, Jujuy–Salta, zonas de
regadío y en la nor–patagonia, pero de menor envergadura.
En la Figura 36 se muestra la ubicación de los principales bosques productivos
en Argentina.
URUGUAY
Superficie de Bosques
ESPECIES
Total coniferas
SUPERFICIE EN HA
173.075
53
54
|
Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
FIGURA 36.
Principales bosques
productivos en la
Argentina.
1- Misiones (Pino,
Eucalipto). 2- Corrientes
(Pino, Eucalipto). 3- Entre
Ríos (Eucalipto, Pino).
4- Delta (Sauce, Álamo).
5- Centro Cba. (Pino,
Eucalipto). 6- Pampeana
Bs. As., SF (Eucalipto).
7- NOA (Eucalipto,
Pino). 8- Regadío RN,
Nq, Mz. (Álamo) . 9Andinopatagónica (Pino,
Coníferas).
FIGURA 37.
Suelos de Prioridad
Forestal en el Uruguay.
Materias primas fibrosas
Total latifoliadas
Total plantaciones
Total bosque natural
Total bosques
|
541.006
714.081
810.816
1.524.897
PORTUGAL
Tabla 6. Distribución del área de Bosques, por especie dominante.
Espécies Florestais
Área (ha)
Área (%)
Pinheiro Bravo Pinus pinaster
976069
31
Pinheiro Manso Pinus pinea
77650
3
Outras Resinosas
27358
1
Azinheira Quercus rotundifolia
461577
14
Carvalho Quercus spp.
130899
4
Castanheiro Castanea sativa
40579
1
Eucalipto Eucalyptus spp.
672149
21
Sobreiro Quercus suber
712813
22
Outras Folhosas
102037
3
Total de área florestada
3201130
100
Total do território nacional (ha)
9190600
Fuente: DGF/IFN, 2001.
CHILE
El territorio nacional chileno comprende actualmente 15.5 mill. ha de aptitud
forestal, correspondiendo al 21% de la superficie total del territorio, en las cuales se
encuentran 13.4 mill. ha con bosque nativo y 2.07 mill. ha con plantaciones.
Las plantaciones forestales corresponden mayoritariamente a Pinus radiata D.
Don (67,8%), Eucalyptus globulus y nitens (23,6%) y otros (16%) tales como Populus spp. y Pseudotsuga menziessi. (Tabla 7).
Tabla 7. Plantaciones forestales según especie a diciembre de 2004.
Especie
Superficie (ha)
Total
2.078.647
Pino radiata (Pinus radiata D. Don)
1.408.430
Eucalipto (Eucalyptus globulus y E. nitens)
489.603
Pino oregón (Pseudotsuga menziessi)
16.459
Álamo (Populus spp)
6.008
Otras
158.147
Fuente: ATCP–Chile.
El consumo de Pinus radiata D. Don. en el año 1970 alcanzaba apenas a 3.7
mill. m3 debido a que la superficie disponible no superaba las 500 mil ha, sin em-
55
56
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
2100
FIGURA 38.
Incremento de
superficie de
plantaciones. (Fuente
ATCP-Chile)
Superficie plantaciones (ha) x 1000
2050
2000
1950
1900
1850
1800
1750
1700
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
Año
bargo en el año 1974 el gobierno chileno promulga el Decreto Ley 701 de Fomento
Forestal que tiene como objetivo incentivar la forestación, hasta entonces, de Pinus
radiata y que en los años 90 se suman forestación con Eucalyptus, resultando de ello
la actual masa forestal (Figura 38) que a través de los años especialmente después
de los años 90 y apoyada por iniciativas de investigación, mejoramiento genético,
silvicultura y manejo forestal ha permitido incrementar la productividad de sitios y
localidad de materia prima y reducir la edad de cosecha.
La localización de las masas de plantaciones forestales de las dos especies mayoritarias se encuentra distribuida entre la V y la X región de Chile (LATITUDES)
obteniéndose resultados más favorables en cuanto a productividad entre las VIII y
X región.
VENEZUELA
Referente a la producción venezolana de madera, tanto de bosques como de
plantaciones fue de 1.087.926 m3 para el año 1995, de 1.465.988 m3 para 1999 y
de 1.017696 m3 en el año 2000. La producción nacional proviene en un 47% de
plantaciones forestales, las cuales ocupan el 0,07% del territorio y el resto de la
producción proviene de las reservas forestales y lotes boscosos que ocupan el 2,2%
del territorio nacional.
Las especies más sembradas en plantaciones forestales son los pinos y los eucaliptos. La inversión realizada en el sector forestal es del orden de los 400 millones
de dólares, incluidas las inversiones del sector privado. En la Tabla 8 se muestra la
superficie de plantaciones forestales acumuladas hasta el año 2001.
Materias primas fibrosas
Descripción
Plantaciones
establecidas por
empresas manejadas
Tabla 8. Superfice de plantaciones forestales acumuladas hasta el año 2001.
Ubicación
Superficie has
Objetivo
Producción para la Industria
Estados Bolívar y Barinas
973.313
Plantaciones
establecidas por el
Estados Anzoátegui Barinas,
Portuguesa Táchira, Trujillo,
568.039
Sector Público MARN
Yaracuy y Monagas
CVG Proforca
Estados
Monagas y Anzoátegui
683
Producción para la industria
mecánica y química de la
madera.
CVG Proforca
Estado Amazonas
543.018
Industrial, Investigación
Caucho Natural
Estados Aragua, Barinas, Lara,
Mérida, Portuguesa Táchira,
Trujillo, Yaracuy, Carabobo,
Cojedes
276
recreación, bienes y servicios
múltiples, agroforestales
CONARE
Guárico, Zulia y Monagas
23.473
de bosques como parte
del POMF
Otros Proyectos MEC,
Alcaldías, MARN,
ASOGABA
Estados Barinas, Anzoátegui
Monagas y Lara.
Plantaciones
establecidas por el
Estados Monagas y Anzoátegui
Sector privado
Terranova de Venezuela
Mecánica de la Madera
|
57
Especies
Teca, Melina, Puy, Samán,
Mureilo, Pardillo, Zapatero,
Caoba, Mijao, Algarrobo,
Cedro.
Producción, protección,
recuperación, investigación
Teca, Pino, Eucaliptos,
Cedro, Apamate, Caoba,
Pardillo, Aceite, Bambú,
Morichal, Pino Caribe
Producción, Protección,
589
Producción, protección,
recuperación, investigación
117.074
Producción para la Industria
Química de la Madera
(Industria de Pulpa y Papel)
Caucho
Pino Caribe, Eucaliptos,
Pino Oocarpa, Apamate,
Mijao, Cedro, Caoba,
Pardillo, Teca, Leucaena.
SMURFIT
Cartón de Venezuela
Estados Portuguesa y Lara
76.003
Producción para la Industria
Química de la Madera
(Fabricación de Cartón)
Pino Caribe
DEFORSA
Estado Cojedes
23.393
Producción
para la Industria Química de la
Madera (Industria de la Pulpa)
Pino Caribe, Eucaliptos,
Melina
Desarrollo Forestal San
4.888
Carlos
Producción para la Industria
Química de la Madera
Pino Caribe, Eucaliptos
(Industria de la Pulpa)
Forestal Orinoco
Estado Anzoátegui
1.230
Producción para la Industria
Pino Caribe, Eucaliptos
TRACFOR, C.A.
Estado Anzoátegui
4.500
Producción para la
Industria Mecánica de la
Pino Caribe, Eucaliptos
Madera
Asociación de
Aerotécnicos La
Tentación
Estado Anzoátegui
3.000
Agroforestal Anzoátegui
Estado Anzoátegui
4.060
Total
758.427
Fuente: MARN-DGB: Anuario Estadísticas Forestales, N° 7, año 2000-2001.
Producción para la
Industria Química de la Madera
Pino Caribe, Eucaliptos
Pino Caribe, Eucaliptos
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Panorama de la industria de celulosa y papel en Iberoamérica 2008
FIGURA 39.
SEFORVEN. 1993.
Cartilla N° 14:
Autoecología de la
especie Pino Caribe.
Servicio Autónomo
Forestal Venezolano.
Ministerio del Ambiente
y los Recursos
Naturales Renovables.
Caracas, Venezuela.
Agradecimiento
Se agradece a Ing. Ander Nava, Ing. Eyra Albarrán, Dr. Sari Mohali, Ing Ilvania
Gutiérrez e Ing. Antonio Aguilera por la colaboración prestada.
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