celulosa

Celulosa de un pañuelo de papel, 200 veces, aprox.600 × 800 µm
La celobiosa (un dímero de glucosa) es la unidad básica de una molécula de celulosa.
Las moléculas de celulosa (de izquierda a derecha, discontinuas: enlaces de hidrógeno ) forman estructuras muy ordenadas; Las fibras de la pulpa se crean en varios niveles organizativos.

Como pulpa (Inglés pasta química o corto de pulpa ) se conoce en la digestión química resultante de fibras vegetales masa fibrosa que consiste principalmente de celulosa consiste. Junto con la pulpa de madera , la pulpa es una materia prima importante en la producción de papel . El 90% de la pulpa producida en todo el mundo está hecha de madera. El uso de paja , bagazo , kenaf o bambú como materias primas está disminuyendo significativamente en todo el mundo.

La producción de celulosa se lleva a cabo regionalmente de manera diferente a la madera de desecho industrial o la madera de plantación . En Europa y América del Norte, por ejemplo, se utiliza madera aserrada (principalmente madera blanda ). En América del Sur, Sudáfrica y Australia, a menudo se utiliza madera de frondosas de plantaciones forestales ( eucalipto de crecimiento rápido ). La madera primero se descorteza y luego se procesa para obtener madera astillada (astillas de madera). Luego, la madera se digiere químicamente:

  • Predomina el proceso de sulfato alcalino , con el que se produce más del 95% de la producción mundial. Se pueden utilizar tanto madera dura como blanda.
  • También existe el proceso de sulfito ácido . Solo del 2% al 3% se producen mediante este proceso. La digestión de madera con alto contenido de resina , como el pino , es rara aquí. Parcialmente abeto , madera de haya se utiliza o madera de eucalipto. El proceso al sulfito tiene un nicho de mercado estable en la producción de pulpa de viscosa .

Se hace una distinción cualitativa entre pulpa de madera blanda y madera dura. La pulpa de sulfato de madera blanda tiene fibras largas y firmes con un promedio de 3,3 mm de longitud, lo que le da al papel un refuerzo . La pulpa de madera dura tiene fibras más cortas de aproximadamente 1 mm de longitud. Es adecuado para la producción de papeles lisos (papel de escritura, copia ) o tisú (papel higiénico).

historia

Al principio, el papel se fabricaba exclusivamente con trapos . En el siglo XIX, la creciente demanda de papel condujo al desarrollo de la pulpa y la pulpa de madera .

La digestión de la madera con sosa cáustica (NaOH) fue desarrollada en 1851 por H. Burgess y C. Watt en Inglaterra e introducida en los Estados Unidos en 1854. La alta demanda de sosa cáustica hizo que la evaporación, la incineración y la recaustización fueran demasiado costosas. C. Dahl en Danzig intentó agregar sulfato de sodio (Na 2 SO 4 ) directamente en el sistema de recuperación. El sulfito de sodio (Na 2 SO 3 ) producido por reducción mejoró significativamente la calidad de la fibra. En 1884, Dahl recibió una patente para la modificación del proceso. Las condiciones alcalinas dieron como resultado fibras muy fuertes que, sin embargo, eran de color marrón oscuro. Durante mucho tiempo, solo se utilizaron para la fabricación de productos de papel sin blanquear (sacos de papel, cajas de cartón ).

En 1867 se patentó la digestión con sulfito para BC Tilghman en los EE. UU. (USP 70,485). Este procedimiento utiliza una solución de bisulfito de calcio (Ca (HSO 3 ) 2 ) y dióxido de azufre libre (SO 2 ). La primera planta a gran escala se construyó en Suecia en 1874 bajo la dirección de CD Ekman, utilizaba pequeñas cocinas giratorias y bisulfito de magnesio [Mg (HSO 3 ) 2 ]. En Alemania, el proceso de sulfito de Tilghman von Mitscherlich se introdujo en 1875. Mitscherlich utilizaba cocinas reclinables, bajas temperaturas de 110 ° C y tiempos de rotación muy largos. La ebullición del sulfito ácido según Mitscherlich conduce a fibras comparativamente ligeras. Cuando se utilizan astillas de madera bien descortezada, se puede lograr un grado de blancura de casi el 70% ISO . Se usó blanqueo con cloro con cal clorada para aclarar más las fibras .

materia prima

Fuente:

Tipo de madera Eucalyptus globulus Eucalipto grandis abedul Pinos Abetos haya Acacia Álamos
Área de distribución Península Ibérica Sudamerica Hemisferio norte Hemisferio norte Hemisferio norte Hemisferio norte India , Indonesia
Rendimiento [m 3 / ha / año]
15-30
 3-8 2-10 4-10 2-9 15-25
Vida útil [años]
9-14
 25-45 75-110 60-80 100-140 6-12
Rendimiento
[m 3 madera / t pulpa]		 2.8-2.9 3.8-4.0 4.5 5 3 4.9

Fabricación

La madera está formada por una matriz de celulosa entretejida con lignina de alto peso molecular (incrustaciones).

Se requieren astillas de madera que tengan la forma más uniforme posible para la producción de pulpa . La trituración mecánica mejora la impregnación uniforme de la madera con la solución de digestión. Las astillas de madera muy gruesas no están completamente impregnadas, lo que da lugar a residuos no digeridos. Las astillas de madera demasiado finas tienen la desventaja de un fuerte acortamiento mecánico de las fibras. Los residuos de aserraderos (virutas) o la madera astillada no son adecuados. La madera se compone principalmente de lignocelulosa . Durante la digestión, las incrustaciones de lignina dentro de la matriz de celulosa se dividen y disuelven, mientras que la estructura de la celulosa se conserva en gran medida.

Proceso de sulfato

Fábrica de pasta y papel en Georgetown, Carolina del Sur
(ver artículo principal proceso de sulfato )

El proceso de sulfato (también llamado digestión o proceso de sulfato) también se llama proceso Kraft debido a las fibras más fuertes . Lleva el nombre del "compuesto químico" utilizado en el proceso, la sal de Glauber (sulfato de sodio, Na 2 SO 4 ). Los principios activos son sosa cáustica y sulfuro de sodio. La digestión se realiza principalmente en digestores continuos. También se aplican modificaciones al proceso por lotes original . Las astillas de madera se impregnan con el licor de cocción y se introducen en los reactores de pie desde arriba . A una temperatura de hasta 170 ° C, los componentes de la madera como las hemicelulosas y las ligninas se disuelven de manera alcalina. La lignina se despolimeriza mediante la escisión con éter nucleofílico de los iones sulfito (SO 3 2− ) . La degradación de las fibras de celulosa no es deseable, razón por la cual el proceso de digestión se termina antes de que toda la lignina se haya disuelto. Por tanto, la celulosa sin blanquear todavía contiene alrededor del 2% al 3% de lignina . Anualmente se producen hasta 1,3 millones de toneladas de celulosa en una línea de producción de una planta para la producción de celulosa.

En Alemania, operan dos plantas de celulosa utilizando el proceso de sulfato: Zellstoff- und Papierfabrik Rosenthal GmbH en Blankenstein / Thuringia con una capacidad anual de 360.000 toneladas, y Zellstoff Stendal GmbH cerca de Arneburg / Sajonia-Anhalt, que tiene una capacidad anual de 660.000 toneladas.

Proceso de sulfito

(ver artículo principal proceso al sulfito )

El dióxido de azufre requerido para el proceso de sulfito (también digestión o proceso de sulfito) solía ser producido por quema directa de azufre o tostado de mineral sulfídico y pasado a través de una torre de madera con calizas. Rociando con agua fría, se formó la solución requerida de bisulfito de calcio con dióxido de azufre libre adicional. Hoy en día se utiliza dióxido de azufre líquido. El proceso del sulfito ácido rompe el enlace entre la lignina y la celulosa por sulfonación y escisión con éter de la lignina. El bajo valor de pH daña la estructura de las cadenas de celulosa en los puentes de acetal entre las moléculas de azúcar. El área cristalina de la celulosa permanece estable. La resistencia de la fibra de la pulpa al sulfito es peor que la de la pulpa al sulfato. La lignina hidrófila sulfonada es fácilmente soluble en agua y puede procesarse adicionalmente en lignosulfonatos . Estos se utilizan como auxiliares para tintes dispersos .

La fabricación de papel casi siempre requiere el blanqueo de la pulpa , que disuelve los residuos de lignina por oxidación . En el proceso de sulfito, las hemicelulosas también son disueltas por el blanqueador alcalino.

Los rendimientos por masa seca de madera son del 40% al 45% para el proceso al sulfato y del 45% al ​​50% para el proceso al sulfito. La carga de aguas residuales se correlaciona directamente con la cantidad de sustancia disuelta.

Otros procedimientos

Otros métodos, como el sosa - (Na 2 CO 3 · 10H 2 O) y el proceso sosa / antraquinona ( proceso Sosa / AQ ), en los que la antraquinona como catalizador para una mejor deslignificación no desempeña ningún papel industrialmente.

También cabe mencionar la digestión con sulfito alcalino con adición de antraquinona y metanol (proceso ASAM) o el proceso Acetocell con digestión con ácido peroxiacético . Estos procesos se han probado en plantas piloto, pero no son económicos. El proceso Organocell con solución de hidróxido de sodio y metanol (CH 3 OH) tampoco resultó competitivo. Una planta a gran escala basada en este principio en Kelheim se puso en funcionamiento en 1992 con una financiación gubernamental considerable, pero se cerró en 1993 debido a problemas de calidad.

La digestión experimental con ácido fórmico y acético es un enfoque respetuoso con el medio ambiente.

Recuperación química

En el proceso clásico de Mitscherlich, el licor residual de la digestión con sulfito de calcio se eliminó a través del agua receptora . Así, la mitad de la masa de madera utilizada contaminó las aguas residuales y los cuerpos de agua. Las plantas de pulpa modernas recuperan los productos químicos de la pulpa. Debido a la formación de depósitos de sulfato de calcio ( yeso ), solo el proceso ácido de sulfito de magnesio se usa en Europa Central, con algunas excepciones. Después de "hervir", la pulpa se lava y el agua residual se evapora. Se obtiene el " licor negro " ácido . Cuando se "queman", el sulfito de magnesio se divide térmicamente en óxido de magnesio (MgO) y dióxido de azufre. El MgO se deposita en filtros electrostáticos y se convierte nuevamente en bisulfito de magnesio [Mg (HSO 3 ) 2 ] con el SO 2 contenido en el gas de combustión en los reactores Venturi .

Cuando el " licor negro " (el negro no se refiere al color, sino a la baja pureza) se quema con un acceso reducido al aire, se forma una fusión de carbonato de sodio (Na 2 CO 3 ) y sulfuro de sodio (Na 2 S) . El " licor verde " se obtiene disolviéndolo en agua . El carbonato de sodio se caustifica con hidróxido de calcio [cal apagada, Ca (OH) 2 ] para formar una solución de hidróxido de sodio . La filtración crea el " licor blanco ". Esto se usa nuevamente en el proceso. El carbonato de calcio filtrado se vuelve a quemar para convertirlo en óxido de calcio (cal viva, CaO) en un horno rotatorio .

Esta recuperación no solo alivia el agua receptora, sino que la energía de proceso requerida también se obtiene del licor residual. Los sistemas modernos generan un excedente de energía eléctrica. El exceso de vapor se puede utilizar para el secado de papel en la producción integrada de pulpa y papel.

Las plantas de pulpa pequeñas no suelen tener una planta de recuperación. La fuerte contaminación ambiental causada por el alto contenido de lignina y hemicelulosas en las aguas residuales está provocando cada vez más el cierre. Solo en China, el gobierno ha cerrado en los últimos diez años más de 10.000 plantas de pulpa de paja con una producción anual de menos de 5.000 toneladas debido a la contaminación de ríos y lagos. El esfuerzo para la recuperación de los productos químicos es demasiado alto en plantas pequeñas.

Calidad de la pulpa

La resistencia de la fibra de celulosa es crucial para la fabricación de algunos tipos de papel. La pulpa para mejorar la resistencia del papel se conoce como pulpa de refuerzo. Tiene fibras largas y delgadas. La madera blanda de regiones con inviernos fríos pero veranos cálidos tiene estas propiedades. Esta pulpa se utiliza en la producción de papel que contiene madera (revista, papel de catálogo). En regiones con una temporada de crecimiento larga , se producen fibras de madera blanda que son largas y relativamente gruesas. Estas fibras gruesas son ideales para hacer bolsas de papel resistentes o para filtros de café .

Las fibras cortas de la madera dura permiten una superficie de papel lisa y uniforme. El papel de alta calidad solo se puede fabricar a partir de pulpa de madera dura en máquinas de papel . Se requieren mezclas de fibras largas y más cortas para máquinas más antiguas.

El proceso de fabricación de pulpa tiene un impacto significativo en la calidad de la fibra. La pérdida de calidad se debe al acortamiento de las fibras de las astillas de madera, a una digestión demasiado intensa o al blanqueo de la pulpa. Los valores de calidad de las pruebas de resistencia mecánica son la longitud de rotura o la resistencia al desgarro . Además, existe la relación entre el grado de polimerización de la celulosa y la resistencia de la fibra. El análisis de la viscosidad de una muestra de fibra disuelta proporciona información sobre el grado de daño de la fibra.

La pulpa se produce en diferentes calidades. La pulpa de sulfato de fibra larga blanqueada del norte, generalmente llamada pulpa NBSK o NBSK (abreviatura de kraft de madera blanda blanqueada del norte ), se utiliza en la fabricación de varios tipos de papel. La guata de celulosa ( pulpa esponjosa ) está hecha de madera blanda, tiene una alta capacidad de retención de agua y se utiliza principalmente para productos de higiene como pañales . La pulpa química ( pulpa que se disuelve ) tiene un color bajo, una distribución uniforme de la masa molar y no se utiliza para la producción de papel, sino para el procesamiento químico posterior; Se utilizan maderas duras con un alto contenido de celulosa para aumentar la calidad del producto final.

Comercio de celulosa

Producción mundial de pulpa de 1990 a 2005 utilizando el método de blanqueo.
Verde: blanqueado con cloro elemental (Cl 2 )
Azul: ECF ( libre de cloro elemental ), d. H. blanqueado con dióxido de cloro o clorito
Gris: TCF ( totalmente libre de cloro ), d. H. blanqueado con ozono o peróxido de hidrógeno

La pulpa se comercializa principalmente blanqueada. Para 2004, la producción mundial de pasta blanqueada se estimó en 80 millones de toneladas. Hoy en día, los grados de blanqueado ECF (sin cloro elemental) con una blancura de 88% a 90% ISO para pulpa de madera blanda y más del 90% ISO para pulpa de madera dura son líderes. Para producir papel fotográfico se utilizan pastas de madera dura de color blanco brillante con una blancura de más del 92% ISO.

Otra característica de calidad es la estabilidad frente al amarilleo. Esto puede ser bajo con la pulpa de madera dura blanqueada TCF (Totally Chlorine Free).

usar

De pulpa química productos :

Aspectos ambientales

→ ver papel: aspectos medioambientales y reciclaje

Ver también

enlaces web

Wikcionario: pulp  - explicaciones de significados, orígenes de palabras, sinónimos, traducciones

Evidencia individual

  1. ↑ a b c d e f H. Sixta, Manual de pulpa, 2006, ISBN 3-527-30999-3 .
  2. ↑ ENCE : Manejo forestal sostenible y eucalipto (PDF), 2009, p. 32.
  3. ↑ Requisito de madera seca en m 3 para la producción de 1 tonelada de pulpa secada al aire
  4. ↑ Hans-Ludwig Schubert: problemas de implementación de nuevas tecnologías en la práctica industrial, ejemplificado por A lkalischen S ulfitverfahrens con etanol A Q y M - ASAM. (PDF) En: Lenzinger Reports, 86 (2006) 24-31. 2006, archivado desde el original el 21 de mayo de 2013 ; consultado el 26 de abril de 2018 .
  5. ^ Léxico de papel, Deutscher Betriebswirte-Verlag, Gernsbach 1999, Vol. 1, 41, ISBN 3-88640-080-8 .
  6. ^ Léxico de papel, Deutscher Betriebswirte-Verlag, Gernsbach 1999, Vol. 2, 379, ISBN 3-88640-080-8 .
  7. ↑ Jan Beringer: Pulpa de paja de trigo: Obtención por procesos de digestión con ácido fórmico y acético, así como estudios de estructura e idoneidad de la pulpa como pulpa de papel y química. En: Logos Verlag Berlin, 2005, ISBN 978-3-8325-0797-8 .
  8. ^ H. Holik, Manual de papel y cartón, VCH-Wiley, Weinheim 2006 ISBN 3-527-30997-7 .
  9. ↑ Christopher J. Biermann: 3 . En: Handbook of Pulping and Papermaking , 2a edición de 1996, ISBN 978-0-12-097362-0 , págs. 72-73.
  10. ↑ FC Aldred: Calidad de la pulpa en especies cultivadas en plantaciones . En: The Commonwealth Forestry Review . 46, núm. 4, diciembre de 1967, págs. 270-277.
  11. ↑ Palabra clave "blanqueamiento". En: Enciclopedia de Química Industrial de Ullmann 7ª edición 2007 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA edición en línea.