1 PULPA Y PAPEL I. MONOCOTILEDÓNEAS ('No leñosas', 'non-wood') Anatomía, química y usos papeleros por Carlos Eduardo Núñez Texto libre y gratis para usos no lucrativos nombrando la fuente. www.cenunez.com.ar (Imágenes propias salvo que se indique lo contrario). GENERALIDADES En la Figura Nº 1 se muestra un diagrama simplificado del reino vegetal. en él están de color marrón los taxones que tienen interés como materias prima papelera. Las dos líneas oblicuas indican que falta una parte de la clasificación, que para el caso no es relevante. Se ve que las plantas con semillas se pueden dividir en dos grupos que son las gimnospermas y las angiospermas. Las gimnospermas tienen a las coníferas de amplio uso papelero y especies que no alcanzan envergadura de árboles. Las angiospermas, a su vez, se dividen en monocotiledóneas y dicotiledóneas, división que seguramente muchos aprendieron en la escuela cuando nos hacías germinar un grano de maíz que quedaba enterito y una semilla de poroto que se dividía en dos mitades, siendo cada una un cotiledón. Las gimnospermas son evolutivamente anteriores a las angiospermas, son plantas más sencillas, con menos especies, tejidos más simples y requieren condiciones especiales de suelos. Las angiospermas son las últimas plantas en evolucionar, poseen mucha diversidad de especies que crecen en toda clase de suelos. Figura Nº 1 Taxonomía simplificada del reino vegetal Gymnospermas Coníferas Otras Reino vegetal Plantas con semillas Angiospermas Monocotiledóneas Dicotiledóneas En la figura Nº 2 se describe la clasificación de las angiospermas monocotiledóneas. Se indican en marrón los géneros o especies que se utilizan para pulpa de papel y en violeta las de algún uso ocasional o que se pueden usar en un futuro próximo. Como se indica en la figura tanto el bagazo como el bambú se utilizan de manera industrial, el bambú en los países de lejano oriente y el bagazo particularmente en Sudamérica, en donde es un subproducto de la industria sacaroquímica.
2 Figura Nº 2. Clasificación de las monocotiledóneas de interés papelero Gramíneas (Poáceas) Bambúseas (Cañas) Sorgos (Sorghum) Maíz (Zea) Caña de azúcar (Saccharum) Bambúes (Bambusa etc.) Tacuaras (Guadua) Otras (cereales, etc.) Monocotiledóneas Otras (Palmeras, etc.) Se va a describir este último material que en Argentina cuenta por lo menos con tres fábricas papeleras que lo utilizan, una de ellas de manera excluyente para su producción de papeles de escritura. Bagazo de la caña de azúcar Dice el diccionario RAE con respecto al bagazo en la acepción que interesa: 'Residuo de una materia de la que se ha extraído el jugo'. En este caso es el de la caña de azúcar. Originariamente se quemaba en los ingenios para producir energía, y aún en la actualidad dependiendo de los precios relativos de los combustible fósiles esta posibilidad no está descartada del todo. La caña de azúcar es un tallo macizo con nudos a intervalos regulares de donde salen las hojas, Figura Nº 3. Se planta en todo el norte argentino; Misiones, Chaco, Formosa y Corrientes, aunque la principal zona productora se encuentra en el piedemonte de las sierras de Tucumán y Jujuy, y en Figura Nº 3. Caña de azúcar pelada. menor medida el de Salta. Lo generan los ingenios azucareros luego de fraccionar los tallos y extraer en el trapiche el jugo rico en sacarosa. En la figura Nº 4 se ve un corte transversal de una caña antes de ser procesada y en la Nº 5 caña recién cortada en la que se observa que es maciza, a diferencia de la tacuara (Guadua sp,) que es hueca, Figura Nº 5. Figura Nº 4. Caña recién cortada. Tomado de Dreamstime.com Figura Nº 5. Tacuara de Misiones.
Para utilizar el bagazo como materia prima fibrosa papelera hay que molerlo parcialmente y extraerle gran parte de un tejido de células Figura Nº 6. Corte transversal de caña parenquimáticas, que no son fibrosas, que son las que de azúcar. Tomado de Gettyimages contuvieron la solución azucarada y que se llama médula. En la Figura Nº 6 se muestra un corte transversal de caña de azúcar (los colores son teñidos artificiales). Se puede ver que principalmente consta de células parenquimáticas, médula, de paredes finas que rodean sectores subcirculares que se llaman haces vasculares o haces fibrosos, Los haces fibrosos son más abundantes hacia el borde de la caña que se llama 'córtex'. Los orificios grandes son los vasos por donde circulan los nutrientes a lo largo de la caña. En la operación de 'desmedulado' que se realiza antes de entrar al proceso de pulpado, se separan los haces fibrosos de la médula que los rodea. El contenido en peso de la médula oscila entre 35 y 40%. En la Figura Nº 7 se pueden observar en estado seco los haces fibrosos a la izquierda y la médula a la derecha. El sentido de la operación de desmedulado es la de extraer la mayor parte de las células parenquimáticas que la componen que no son fibrosas, Ver figura Nº 8, y obstruirían las mallas y tamices del proceso sin dar mayor resistencia a la hoja. El bagazo así preparado se carga en los digestores para realizar el pulpado. 3 Morfología de los elementos del bagazo. Figura Nº 7. Materiales después de la operación de desmedulado. A la izquierda haces fibrosos y a la derecha la médula. Los materiales fibrosos para pulpa y papel se dividen en los de 'fibra larga' que son las coníferas y los de fibra corta que son las latifoliadas. Las fibras largas poseen longitudes del orden de 2 a 3,5 mm y las de fibras cortas entre 0,7 y 1,5 mm. Como se ha dicho reiteradas veces no hay una relación entre calidad y longitud. Ante la pregunta: cual es mejor, la respuesta va a ser siempre la misma: depende del producto que se quiera hacer, de la disponibilidad, del costo y de otros factores circunstanciales. En los extremos para hacer un papel muy fuerte como el de las bolsas de cemento, necesariamente habrá que hacerlo con fibra larga, y si se quiere un papel suave y liso como el de tocador o los buenos papeles de impresión habrá que hacerlo indefectiblemente con fibra corta. Sin embargo en toda la gama intermedia se utilizará lo que más convenga, lo más accesible o lo que de el mejor costo - beneficio. Se dice todo esto como introducción a la morfología de los elementos del bagazo, porque esta materia prima tiene tanto fibras cortas como fibras largas. Las fibras cortas están en los haces fibrosos que se encuentran en el interior de la caña y las fibras largas en el córtex. Las primeras son del orden del mm de longitud como las de las latifoliadas y las del córtex alcanzan de 2 a 4 mm, es decir en el orden de las longitudes de las traqueidas de coníferas. Por lo tanto, desde este punto de vista el bagazo es tanto una materia prima de fibra corta como larga, si bien la primera es la más relevante.
En la Figura Nº 8, que es de un disgregado de laboratorio de bagazo, se pueden ver los elementos constitutivos. El disgregado consiste en una separación química controlada de las células, de manera similar pero más cuidada de lo que se hace en el pulpado químico industrial. 4 Figura Nº 8. Disgregado de bagazo sin desmedular Se pueden observar diferentes elementos. 'FX' es una fibra corta propia de los haces fibrosos. 'FC' es una fibra larga del córtex. 'P' son células parenquimáticas, también llamadas 'parénquima' en su conjunto. Obsérvese la considerable proporción en peso en el total del material 'A' es un anillo separado de los vasos anillados, ver figura Nº 9, que es un indicador cualitativo de la existencia de monocotiledóneas en una pulpa o papel. Existen otros elementos pequeños que no están indicados con letras que son otra clase de células parenquimáticas que no participan en el almacenamiento de sacarosa. Figura Nº 9. Vaso anillado y vaso espiralado En la Figura Nº 9 se pueden ver dos tipos de vasos propios de las monocotiledóneas. Arriba un vaso con ensanchamientos en forma de anillos que se llama 'vaso anillado' y abajo otro con ensanchamientos en forma de espiral, 'vaso espiralado Los vasos anillados se desarman en los procesos y quedan como anillos sueltos, Figura Nº 8 indicado con 'A'. Con los vasos espiralados sucede lo mismo, pero quedan como espirales sueltos o como madejas o "galletas" FiguraNº 10. Vaso espiralado desenrollado en papel 'Autor' de Ledesma. que son indicadores de la existencia de monocotiledóneas en las pulpas o papeles Figura Nº 10. Composición química Los materiales fibrosos lignocelulósicos, es decir tanto el bagazo como la madera, están formados de una sustancia polimérica llamada 'celulosa' que es la que conforma el entramado de la pared celular. La celulosa está asociada íntimamente a otro polímero que es el que le confiere la rigidez y en cierta medida la estabilidad quí-
mica a la madera, que es la 'lignina'. La lignina, a su vez está asociada a otros polímeros denominados genéricamente 'hemicelulosas', formando lo que se llama el 'complejo hemicelulosas - lignina. Estos tres polímeros naturales conforman entre un 85 y un 95% del material. El resto lo conforman sustancias que no son poliméricas, es decir moléculas de pequeño tamaño de muy diversa índole entre los que se encuentran azúcares, taninos, esteroles, ácidos grasos, sales, etc. Los que se pueden extraer con solventes se llaman 'extractivos', quedando una pequeña fracción denominada 'inorgánicos', entre los que destacan los carbonatos, oxalatos y sílice. Etimología: El término 'celulosa' proviene de que es la sustancia principal de las células vegetales. 'Lignina' proviene del latín 'lignus', de donde se deriva 'leño', que quiere decir madera. La lignina es propia de los materiales leñosos, es decir rígidos, a diferencia de los tallos y hojas de plantas blandas que están poco o nada lignificados. El término 'hemicelulosas' proviene de un error inicial de los primeros investigadores que observaron moléculas de polisacáridos de menos tamaño que las de celulosa y pensaron que eran moléculas de celulosa en formación. En realidad, si bien son polisacáridos, las hemicelulosas poseen diferente composición. Si bien los extractivos se encuentran en pequeña cantidad, son importantes en la elaboración de pulpa y papel por los inconvenientes que pueden acarrear como pegajosidad, oscurecimiento, espuma, dificultades de cocción, etc. Se determinan por medio de dos extracciones con solventes diferentes. Una con agua. el agua disuelve los compuestos llamados 'polares' por los químicos, que son los azúcares, los ácidos, etc. y el resto 'no polares', son solubles en solventes como los hidrocarburos, alcoholes etc. Los compuestos no polares son los aceites, las resinas, los taninos de alto peso molecular, etc. Es por eso que en la tabla de composición química se indican los extractivos como suma de solubles en alcohol - benceno y en agua caliente. Tabla Nº 1. Composición química tipo del bagazo comparada con la de Eucalyptus grandis. Determinación Bagazo(1) Eucal. grandis(2) Extractivos (Alcohol-benceno + agua caliente) 4,8 2,9-3,9 Cenizas a 525º C 1,5 <1 Lignina total 21,3 27-30 Carbohidratos totales 70,2 65-73 Celulosa 43,1 42-48 Hemicelulosas 27,1 22-25 (1) Datos del PROCYP. (2) Datos promedios del PROCYP de once árboles de diferentes orígenes de la Mesopotamia Argentina. Se puede observar en la Tabla Nº 1 que la composición química cuantitativa del bagazo no es demasiado diferente a la de la principal especie de latifoliada papelera del país, con la salvedad de que posee menos lignina y en contrapartida más hemicelulosas. Pero el hecho principal no es el bajo contenido de lignina sino su composición que es mucho más reactiva y por ende de más fácil extracción que la del Eucalyptus grandis. En la práctica las cocciones son mucho más rápidas y requieren menos reactivos para llegar al mismo nivel de deslignificación. Otro hecho a tener en cuenta es el contenido de inorgánicos, que en análisis aparecen como cenizas. Si bien en este dato puntual de la tabla es solamente de 1,5%, puede llegar al 3%, compuesto principalmente de sílice material muy corrosivo. 5