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1. ¿Qué es la resistencia en húmedo?
La resistencia en húmedo se refiere a la capacidad del papel para conservar su resistencia al exponerse a la humedad. Se evalúa en dos etapas clave:
- Resistencia inicial en húmedo: la resistencia de la banda de papel antes del secado, importante para el funcionamiento de la máquina.
- Resistencia en húmedo rehumedecido: resistencia en húmedo del papel terminado durante procesos como el recubrimiento o la impresión, y en el uso final (por ejemplo, pañuelos de papel, embalajes).
Debido a que estos dos tipos cumplen propósitos diferentes (con requisitos de rendimiento distintos), deben optimizarse de manera diferente.
2. Resistencia inicial en húmedo
Con menos del 30 % de sólidos (es decir, >70 % de humedad), el papel retiene solo entre el 15 % y el 20 % de su resistencia en seco. La resistencia inicial en húmedo se ve afectada por:
- Composición de la pulpa, nivel de refinación y sequedad de la banda
- Condiciones del proceso y aditivos químicos del extremo húmedo
Las máquinas de papel de alta velocidad utilizan sistemas avanzados de soporte de banda húmeda para minimizar la tensión y mantener la estabilidad, lo que permite utilizar papeles de menor gramaje y ahorrar costos.
Un modelo cuantitativo (Page, 1993) relaciona la resistencia en húmedo con la tensión superficial (γ), el área de la película de agua (A), el radio de curvatura (r), la fricción (µ) y la rugosidad de la fibra (C).
3. Rehumedecer la resistencia en húmedo
La resistencia en húmedo rehumedecido se refiere a la resistencia que conserva un papel seco después de volver a humedecerse. Con un tratamiento adecuado para la resistencia en húmedo, el papel suele conservar entre el 20 % y el 40 % (incluso hasta el 50 %) de su resistencia en seco en condiciones de humedad, un requisito clave para muchos usos finales.
4. Cómo funcionan los agentes de resistencia a la humedad
El agua altera los enlaces de hidrógeno entre las fibras, debilitando el papel. Los agentes de resistencia a la humedad contrarrestan este efecto mediante dos mecanismos:
- Protección: Creación de una red rígida y reticulada alrededor de las fibras para evitar la hinchazón.
- Refuerzo: Formación de nuevos enlaces químicos insensibles al agua que fortalecen la estructura.
En función de su química de unión, los agentes de resistencia en húmedo pueden ser:
- Temporal: Forman enlaces (por ejemplo, hemiacetales) que se rompen al volver a humedecerse (por ejemplo, PAM glioxilado).
- Permanente: Crea enlaces covalentes resistentes al agua (por ejemplo, PAE, UF, MF).
5. Agentes comunes de resistencia a la humedad
Urea-formaldehído (UF)
- Resina reactiva más antigua; forma redes reticuladas hidrófobas a pH 4-5.
- Generalmente se utiliza en dosis de 0.5 a 3 %, aplicado cerca de la bomba de mezcla.
- Debe coincidir con el pH del sistema y evitar la interacción con el tamaño de alumbre-colofonia para prevenir residuos.
Melamina-formaldehído (MF)
- Resina soluble en agua utilizada en papeles especiales.
- Se carga positivamente a un pH bajo y se adhiere a las fibras, mejorando la unión.
- Se aplica en dosis de 0.1 a 3 % con una dosificación cuidadosa para evitar la formación de manchas de almidón y resina.
- Requiere curado posterior al secado: la máxima resistencia en húmedo se desarrolla aproximadamente 10 días después.
Poliamida-epiclorhidrina (PAE)
- Diseñado para sistemas neutros/alcalinos, ampliamente utilizado en papel tisú y de embalaje.
- Ofrece una alta eficiencia de resistencia a la humedad en un amplio rango de pH (4-8).
- Forma enlaces cruzados covalentes a través de anillos epóxido; dosis ~0.25–1%.
- La eficiencia se ve afectada por el tipo de fibra, el refinado, el pH, la retención, la concentración de Ca²⁺ y el orden de adición de productos químicos.
6. Consideraciones ambientales y regulatorias
Los principales subproductos en el proceso de producción de resina PAE incluyen: DCP = 1,3-dicloro-2-propano MCPD = 3-cloro-1,2-propilenglicol EPI = epiclorhidrina Los tres compuestos orgánicos de moléculas pequeñas que contienen cloro anteriores son los principales subproductos de la resina PAE definidos como haluros orgánicos adsorbibles (AOX), que se producen por la hidrólisis de la epiclorhidrina, como se muestra en la Figura 2.
Actualmente, el reglamento REACH de la UE ha identificado claramente la toxicidad y carcinogenicidad de los subproductos AOX en las resinas PAE. Entre ellos, el 1,3-dicloro-2-propano DCP se identifica como un posible carcinógeno H 350 (cat. 1B), mientras que el 3-cloro-1,2-propanodiol MCPD se identifica como un carcinógeno sospechoso H 351 (cat. 2). Además, según las disposiciones de BfR XXXVI, para productos de papel para contacto con alimentos, después de que la muestra se extraiga en agua, el límite superior de la cantidad residual de 1,3-dicloro-2-propano DCP es de 2 μg/l, y el límite superior de la cantidad residual de 3-cloro-1,2-propanodiol MCPD es de 12 μg/l. Esto, sin duda, impone mayores requisitos en la protección ambiental y la limpieza de la resina de resistencia en húmedo utilizada.
En el vertido de aguas residuales de las fábricas de papel, dado que el agente de resistencia en húmedo PAE es la principal fuente de AOX, desde mediados de la década de 1980, con el fin de reducir la contaminación ambiental causada por AOX, se han introducido sucesivamente la segunda y tercera generación de resinas PAE de resistencia en húmedo respetuosas con el medio ambiente. En comparación con la primera generación de resinas PAE, las PAE de segunda y tercera generación han reducido considerablemente el contenido de epiclorhidrina residual y la cantidad residual de sus productos de hidrólisis, DCP y MCPD.
| Indicador | Primera generación | Segunda generación | Tercera generación |
|---|---|---|---|
| Tipo de Producto | Agente de resistencia a la humedad industrial | Agente de resistencia en húmedo estándar | Agente de resistencia en húmedo de grado alimenticio |
| Contenido de sólidos (%) | 12.5 ± 1 | 15 ± 3 | 18 ± 2 |
| pH | 4 ± 1.5 | 4 ± 1.5 | 4 ± 1.5 |
| Viscosidad (cps) | ≤ 110 | ≤ 110 | ≤ 110 |
| DCP (ppm) | * (no controlado) | ≤ 100 | ≤ 10 |
| MCPD (ppm) | * (no controlado) | ≤ 100 | ≤ 10 |
| Ventajas | Bajo costo con buen rendimiento de resistencia en húmedo | Bajo contenido de cloro residual, conforme con los estándares de envasado de alimentos y de la UE. | Completamente libre de cloro; adecuado para la producción a largo plazo de papel en contacto con alimentos. |
| Desventajas | Contiene alto nivel de cloro residual, potencialmente perjudicial para la salud humana. | Precio ligeramente superior al de la primera generación, requiere una dosis un 15 % mayor | Alto costo; rendimiento de resistencia en húmedo relativamente menor, requiere aproximadamente un 5 % más de dosis que la segunda generación |
7. Mejores prácticas para el uso en húmedo
- Dosis de control (0.25–1%) para alcanzar el potencial zeta óptimo.
- Adición de secuencia para evitar incompatibilidad con aditivos aniónicos.
- Asegure la retención combinando con coadyuvantes de retención y controlando los niveles de Ca²⁺.
- Aplicar curado (por ejemplo, 80 °C durante 30 minutos) después de la adición.
- Mezcle agentes de resistencia húmeda con aditivos de resistencia seca para aumentar la resistencia y retención de la banda.
8. Conclusión y perspectivas futuras
Los agentes de resistencia a la humedad son indispensables en la fabricación moderna de papel, ya que mejoran la durabilidad del papel en condiciones de humedad y permiten diversas aplicaciones. Con el aumento de la velocidad de las máquinas y la demanda de productos, estos agentes garantizan el rendimiento y la eficiencia del proceso. La I+D continua se centra en soluciones sostenibles y eficaces para la resistencia a la humedad, como los policarboxilatos, el quitosano y las alternativas ecológicas a las resinas tradicionales.
