LAS ARCILLAS MODIFICADAS UTILIZADAS EN PERGAMINOS SANTA ROSA

LAS ARCILLAS MODIFICADAS UTILIZADAS EN LOS PERGAMINOS SANTA ROSA. . Escrito por los ingenieros químicos Carlos Manuel Gómez Odio y Ana Catalina Soto Araya para PAPELERA SANTA ROSA. & nbsp; RESUMEN. La aplicación de cargas en la producción de pergamidos modificados, a partir de las fibras vegetales transformadas en pergaminos de origen vegetal con componentes animales, y de minerales transformados del grupo caolín y bentonitas. Se trata, de utilizar una arcosa o arena caolínifera, granito caolinitizado, el cual es necesario procesar para enriquecer en minerales que se van a utilizar, en el cuerpo laminado de los pergaminos. I.O –CLASIFICACIÓN DE LAS ARCILLAS Y SUS PROPIEDADES. &nbs p; 1.0-Un caolín es una roca que contiene una cierta proporción de minerales del grupo de caolín, como las tierras de batán. Los ingleses lo usan para denominar a las arcillas constituidas fundamentalmente por montmorillonita con Ca como catión de cambio, mientras que los americanos se lo dan a arcillas paligorskíticas. Es silicato de aluminio hidratado formado por la descomposición de feldespato y otros silicatos de aluminio. Esta descomposición se debe a los efectos prolongados de la erosión. La formación del caolín se debe a la descomposición del feldespatopor la acción del aguay del dióxido de carbono.

Está formado por pequeñas capas hexagonales de superficie plana. En su estructura cristalina se distinguen dos láminas, una formada por tetraedros, en cuyos vértices se situarían los átomos de oxígeno y el centro estaría ocupado por el átomo de silicio, y otra formada por octaedro, en cuyos vértices se situarían los átomos del grupo hidrógeno y el oxígeno, y en el centro el átomo de aluminio.

. &nb sp; 2.0-La arcilla caolinífera es también un caolín en sentido amplio. Igualmente, se trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del caolín. Esta no se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcentajes en minerales del grupo del caolín son más altos que en el caolín (>50%). Cuando el caolín se usa para cerámica blanca recibe la denominación de China Clay. 3.0-La halloysita que, a veces no llega al 20 %, además suele tener cuarzo, feldesla caolinita patos, micas. Químicamente es un aluminosilicato hidroxilado. El material está constituido por aluminio(20,90%), silicio(21,76%) e hidrógeno (1,56%).

Las dos variedades siguientes han sido aceptadas por la IMA como dos minerales distintos:

3.o· Halloysita-7Å: anihidro, de fórmula Al2Si2O5(OH)4

4.0· Halloysita-10Å: hidratado, de fórmula Al2Si2O5(OH)4. 2H2O

&nb sp; &nb sp; 4.0-4.1-La caolinita. es una arcilla blanca muy pura que se utiliza para la fabricación de porcelanas y de aprestos para almidonar. También es utilizada en ciertos medicamentos y como agente adsorbente. Cuando la materia no es muy pura, se utiliza en fabricación de papel. Conserva su color blanco durante la cocción &n bsp; 5.0- ball-clays, o arcillas caoliníferas plásticas y dispersables en agua, que son grises o negras pero que cuecen blanco. Son los materiales más interesantes para la fabricación de cerámica blanca de gran calidad. Las fire-clays o arcillas refractarias propiamente dichas, suelen tener óxidos de hierro, lo que hace que no cuezan blanco. ; 6.0-Las flint-clays o arcillas caoliníferas duras, carentes de plasticidad se utilizan fundamentalmente para la fabricación de refractarios silicoaluminosos. ; 7.0- las Tonsteins (Underclays), son muy similares a las flint-clays, son niveles volcánicos. Una bentonita es una roca compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas tonstein : r. arcillosa en series westfalienses del Carbonífero productivo.

1. claystone [ign] : (térm obs)roca de arcilla [ign]: roca dura con feldespato muy alterada.

2. claystone [sed] :PERLITA-LUTITA-ARGILITA[sed], roca dura de arcilla

Tonsteins are a distinctive type of rock, composed largely of the mineral kaolin. Tonsteins occur in association with coals in the CARBONÍFERO.

; 8.0- tipos de bentonitas en función de su capacidad de hinchamiento en agua:

* Bentonitas altamente hinchables o sódicas
* Bentonitas poco hinchables o cálcicas
* Bentonitas moderadamente hinchables o intermedias . – –

LAS ARCILLAS MODIFICADAS. TRANSFORMACIONES EN EL GRUPO CAOLÍN Y BENTONITAS.

La arcilla caolinífera es también un caolín en sentido amplio. Igualmente, se trata de una arcilla compuesta, fundamentalmente, de minerales del grupo del caolín. Esta no se procesa, se usa tal cual, e inicialmente los porcentajes en minerales del grupo del caolín son más altos que en el caolín (>50%). Cuando el caolín se usa para cerámica blanca recibe la denominación de China Clay.

El caolín, tal como se obtiene en una explotación mineral (caolín bruto/todo uno) posee un contenido variable de caolinita y/o halloysita que, a veces no llega al 20 %, además suele tener cuarzo, feldespatos, micas, y, dependiendo de la roca madre otro tipo de minerales accesorios. Para concentrar el mineral es preciso someterlo a diferentes procesos que eleven el contenido en filosilicatos por encima del 80 %. El producto final, generalmente, recibe el nombre de caolín lavado.

Como la caolinita tiene un tamaño de partícula muy pequeño, el lavado de las fracciones groseras conduce a un material con alto contenido en caolinita. Es evidente que cuanto mayor sea el contenido en fracciones finas del caolín bruto, mayor será también el porcentaje en caolinita. Un caolín comercial de alta calidad a penas deberá tener partículas superiores a las 20mm, lo que garantizaría una riqueza en caolinita superior al 80%. Dentro de este grupo pueden incluirse las denominadas ball-clays, o arcillas caoliníferas plásticas y dispersables en agua, que son grises o negras pero que cuecen blanco. Son los materiales más interesantes para la fabricación de cerámica blanca de gran calidad. Las fire-clays o arcillas refractarias propiamente dichas, suelen tener óxidos de hierro, lo que hace que no cuezan blanco. Las flint-clays o arcillas caoliníferas duras, carentes de plasticidad se utilizan fundamentalmente para la fabricación de refractarios silicoaluminosos. Por último las Tonsteins (Underclays), son muy similares a las flint-clays, son niveles volcánicos. Una bentonita es una roca compuesta esencialmente por minerales del grupo de las esmectitas, independientemente de cualquier connotación genética.

2.0- Los criterios de clasificación utilizados por la industria se basan en su comportamiento y propiedades fisico-químicas; así la clasificación industrial más aceptada establece tipos de bentonitas en función de su capacidad de hinchamiento en agua:

* Bentonitas altamente hinchables o sódicas
* Bentonitas poco hinchables o cálcicas
* Bentonitas moderadamente hinchables o intermedias

El término fuller’earth, también conocidas en español como tierras de batán. A las bentonitas cálcicas que los ingleses denominan fuller’earth los americanos las llaman bentonitas no hinchables

Tratamientos destinados a mejorar la calidad de las bentonitas:

En ocasiones se procede a someter a las bentonitas a procesos físicos y químicos que tienen por objeto potenciar algunas de sus propiedades para determinadas aplicaciones industriales. Desde el punto de vista industrial tienen gran importancia los procesos destinados bien a modificar las propiedades de superficie del mineral mediante tratamientos de distinta natualeza (tratamiento ácido, térmico, o de pilarización) o bien a modificar el quimismo del espacio interlaminar. El tratamiento ácido produce la destrucción del mineral por disolución de la capa octaédrica, generando silice amorfa procedente de la capa tetraédrica lo cuan conlleva un considerable incremento de la superficie específica. Así mismo, aumentan la capacidad de intercambio iónico y la actividad catalítica. Las variaciones en el tipo de arcilla (granulometría y mineralogía) y en el tipo y grado de acidulación (tipo de ácido, temperatura, tiempo de contacto, proporción de arcilla, etc.) darán lugar a diferentes productos con diversas propiedades.

Igualmente, se puede efectuar una activación sódica, sobre bentonitas cálcicas, tratándolas con carbonato cálcico, para obtener bentonitas sódicas.

Norteamérica, Europa y Japón son los principales productores de bentonitas activadas.

Si los cationes de cambio inorgánicos de una esmectita son sustituidos por cationes orgánicos de cadena larga tipo compuestos tetraamonio o alkilamina, a esta arcilla se la denomina arcilla organofílica. Las arcillas naturales son organofóbicas; sin embargo, cuando son modificadas orgánicamente presentan afinidad por las moléculas orgánicas; por ello tienen importantes aplicaciones como adsorbentes de residuos orgánicos. Además son hidrofóbicas, adecuadas para su empleo en la fabricación de pinturas, como gelificantes de líquidos orgánicos, en lubricantes, etc.

El uso de la hectorita como base para las arcillas organofílicas está muy extendido, ya que esta esmectita da un producto de alto poder gelificante en sistemas altamente polarizados.

En 1970 comenzó a funcionar por primera vez en Houston (Texas) una planta de fabricación de montmorillonita sintética. Se trata, en realidadde un interestratificado al azar ilita/montmorillonita. El material se vende para catálisis en cracking, hidrogenación/deshidrogenación, y como componente en catalizadores hidrotratantes. Posee un área superficial de 110-160 m2/g, y una capacidad de cambio entre 150 y 160 meg/g.

También se fabrica hectorita sintética en el Reino Unido, que se comercializa con el nombre de Laponita. Es, evidentemente, más pura que el material natural y se destina a los mismos usos que la bentonita sintética

  • Paligorskita-Sepiolita

Las sepiolitas y paligorskitas son arcillas con un contenido en dichos minerales superior al 50 %. Son minerales con hábito fibroso con una enorme área superficial debida tanto al pequeño tamaño de partícula como la porosidad estructural que presenta su estructura. La superficie específica teórica se calcula alrededor de los 900 m2/g, aunque la superficie accesible es muy inferior.

Su peculiar estructura les confiere una serie de propiedades, entre ellas las de formar suspensiones poco afectadas por la concentración iónica y una enorme capacidad sorcitiva, por lo que son poderosos decolorantes y absorbentes. También tienen propiedades reológicas, son capaces de formar geles y suspensiones estables de alta viscosidad a bajas concentraciones de sólido. Al igual que las esmectitas, son susceptibles de ser activadas mediante tratamientos térmicos y ácidos.

  • Otros tipos de arcillas especiales y sus características físico-químicas.

También pueden considerarse arcillas especiales las halloysitas, compuestas fundamentalmente por halloysita, mineral del grupo del caolín y las hectoritas, compuestas por hectorita (una esmectita), Las arcillas halloysiticas también pueden considerarse caolines, y las hectoritas un tipo de bentonitas. Ambos tipos son muy escasos en el mundo.

Recientemente el termino arcilla especial ha sido restringido aún más por algunos autores y lo reservan para arcillas raras como la sepiolita o hectorita, poco abundantes, o como la paligorskita y bentonitas blancas. También lo usan para arcillas modificadas químicamente como las bentonitas activas. La capacidad de intercambio catiónico (CEC) se puede definir como la suma de todos los cationes de cambio que un mineral puede adsorber a un determinado pH. Es equivalente a la medida del total de cargas negativas del mineral. Estas cargas negativas pueden ser generadas de tres formas diferentes:

* Sustituciones isomórficas dentro de la estructura.
* Enlaces insaturados en los bordes y superficies externas.
* Disociación de los grupos hidroxilos accesiblesadas con tratamientos ácidos o organofílicas, quedando fuera de la denominación de arcillas especiales los caolines, bentonitas y, por supuesto las arcillas comunes. capacidad de intercambio catiónico (en meq/100 g):

Caolinita: 3-5
Halloisita: 10-40
Illita: 10-50
Clorita: 10-50
Vermiculita: 100-200
Montmorillonita: 80-200
Sepiolita-paligorskita: 20-35.

La capacidad de absorción está directamente relacionada con las características texturales (superficie específica y porosidad) y se puede hablar de dos tipos de procesos que difícilmente se dan de forma aislada: absorción (cuando se trata fundamentalmente de procesos físicos como la retención por capilaridad) y adsorción (cuando existe una interacción de tipo químico entre el adsorbente, en este caso la arcilla, y el líquido o gas adsorbido, denominado adsorbato).

La capacidad de adsorción se expresa en porcentaje de absorbato con respecto a la masa y depende, para una misma arcilla, de la sustancia de que se trate. La absorción de agua de arcillas absorbentes es mayor del 100% con respecto al pesel grado de hidratación sí está ligado a la naturaleza del catión interlaminar y a la carga de la lámina.

La absorción de agua en el espacio interlaminar tiene como consecuencia la separación de las láminas dando lugar al hinchamiento. Este proceso depende del balance entre la atracción electrostática catión-lámina y la energía de hidratación del catión. A medida que se intercalan capas de agua y la separación entre las láminas aumenta, las fuerzas que predominan son de repulsión electrostática entre láminas, lo que contribuye a que el proceso de hinchamiento pueda llegar a disociar completamente unas láminas de otras. Cuando el catión interlaminar es el sodio, las esmectitas tienen una gran capacidad de hinchamiento, pudiendo llegar a producirse la completa disociación de cristales individuales de esmectita, teniendo como resultado un alto grado de dispersión y un máximo desarrollo de propiedades coloidales. Si por el contrario, tienen Ca o Mg como cationes de cambio su capacidad de hinchamiento será mucho más reducido. Las arcillas son eminentemente plásticas. Esta propiedad se debe a que el agua forma una envuelta sobre las partículas laminares produciendo un efecto lubricante que facilita el deslizamiento de unas partículas sobre otras cuando se ejerce un esfuerzo sobre ellas. sta plasticidad puede ser cuantificada mediante la determinación de los índices de Atterberg (Límite Líquido, Límite Plástico y Límite de Retracción). Estos límites marcan una separación arbitraria entre los cuatro estados o modos de comportamiento de un suelo sólido, semisólido, plástico y semilíquido o viscoso La relación existente entre el límite líquido y el índice de plasticidad ofrece una gran información sobre la composición granulométrica, comportamiento, naturaleza y calidad de la arcilla. Existe una gran variación entre los límites de Atterberg de diferentes minerales de la arcilla, e incluso para un mismo mineral arcilloso, en función del catión de cambio. En gran parte, esta variación se debe a la diferencia en el tamaño de partícula y al grado de perfección del cristal. En general, cuanto más pequeñas son las partículas y más imperfecta su estructura, más plástico es el material. La tixotropía se define como el fenómeno consistente en la pérdida de resistencia de un coloide, al amasarlo, y su posterior recuperación con el tiempo. Las arcillas tixotrópicas cuando son amasadas se convierten en un verdadero líquido. Si, a continuación, se las deja en reposo recuperan la cohesión, así como el comportamiento sólido. Para que una arcilla tixotrópica muestre este especial comportamiento deberá poseer un contenido en agua próximo a su límite líquido. Por el contrario, en torno a su límite plástico no existe posibilidad de comportamiento tixotrópico. APLICACIONES ARCILLAS EN EL ENCOLADO INTERNO DE LA LAMINACIÓN DEL PERGAMINO VEGETAL MODIFICADO.

El papel de base para formar el pergamino vegetal, es una delgada hoja elaborada con pasta de fibra vegetal que son molidas, blanqueadas, diluidas en agua, secadas, y posteriormente endurecidas; a la pulpa de celulosa, normalmente, se le añaden sustancias como el polipropileno o el polietileno con el fin de proporcionar diversas características. Las fibras están aglutinadas mediante enlaces por puente de hidrógeno. También se denomina papel, hoja, o folio, a su forma más común como lámina delgada

El papel encolado parta formar el pergamino vegetal
Se llaman papeles encolados a aquellos que en su elaboración reciben el agregado de sustancias que lo hacen parcialmente repelentes al agua. Mientras que un papel común absorverá fácilmente el 50 % de su peso en agua, uno encolado lo hará únicamente en la cara expuesta a una velocidad mucho menor. Se comercializan distintos grados. Existe una sencilla técnica estandarizada para la medición del grado de encolado de papeles y cartones que consiste en poner el papel a examinar al contacto con agua y posteriormente pesar la cantidad de agua absorvida.
El encolado ácido
Para lograr el objetivo descripto se deberá buscar una sustancia con propiedades tales que permita sus incorporación a la estructura de la hoja de papel, que se fabrica en medio acuoso, y posteriormente sea repelente al agua.
Por muchos años se usó resina colofonia, obtenida de la savia de pino, saponificada para hacerla soluble en agua. Este jabón de resina permite que se lo incorpore a la pasta de papel durante la elaboración de la misma y con los cuidados adecuados se logra una buena dispersión de las partículas. Cuando la pasta está por ser alimentada a la máquina de papel se le agrega un acidulante suave, generalmente sulfato de aluminio, cuya finalidad es romper la molécula de jabón y lograr la regeneración de la resina. Como la resina colofonia es repelente al agua el papel obtenido también deberá serlo.
El grado de encolado que se logre dependerá de la cantidad de resina utilizada inicialmente, de la tasa de reconversión de la resina a su estado original, de la cantidad retenida sobre la tela formadora y de algunas características de la pasta base de papel. LA ACocina

Es un proceso aparte del de fabricación del papel en el que se elaboran los productos para ser aplicados a la superficie del papel para modificar aspectos del producto final. Después continúa otra serie más de prensas para terminar el secado.
Este producto aplicado en la máquina de papel es llamado preestucado. Luego el papel puede ser llevado a la máquina estucadora para serle aplicado el estucado que junto con una aplicación de presión y calor da brillo al papel.
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El encolado alcalino
La resina fué muy bien aceptada en la industria por ser de implementación relativamente sencilla, tanto que muchas fábricas de papel saponificaban in situ su propia resina. El problema que siempre existió es que es incompatible con el carbonato de calcio, siempre presente en la elaboración de papel, sea como componente ineludible del agua de proceso o bien como carga para lograr blancura y opacidad. El calcio desplaza a la resina de la molécula de jabón produciendo pequeñas gotas de resina y el carbonato neutraliza la acidez del sulfato. Cuando desde los años ’70 se comienza a imponer el uso de carbonatos artificiales, muy baratos y muy blancos, se produce una fuerte presión sobre los proveedores de la industria para el desarrollo de una tecnología que reemplace la resina.
Aparecieron durante los ’80 y se afinaron en los ’90 dos tecnologías basadas en aceites y ceras respectivamente y se conocen como “encolado alcalino” por su independencia del sulfato de aluminio. Se basan en lograr una emulsión de la sustancia encolante, finamente dividida, la que se agrega a la pasta de papel inmediatamente antes de la formación de la hoja. El proceso de formación y el posterior secado de la hoja, destruye la emulsión y logra que la sustancia base “cure” obteniendo un papel repelente al agua, siempre dependiendo de la cantidad agregada, etc, etc.
Los encolantes alcalinos tienen muy baja retención en tela formadora, lo que obliga, casi ineludiblemente, al uso de agentes químicos de retención. El uso de estos actúa sobre el encolante y también sobre la fibra de papel lo que redunda en un beneficio accesorio. No es inusual que los proveedores de encolantes los agreguen en sus formulaciones. Es un proceso aparte del de fabricación del papel en el que se elaboran los productos para ser aplicados a la superficie del papel para modificar aspectos del producto final. Después continúa otra serie más de prensas para terminar el secado.
Este producto aplicado en la máquina de papel es llamado preestucado. Luego el papel puede ser llevado a la máquina estucadora para serle aplicado el estucado que junto con una aplicación de presión y calor da brillo al papel
Tratamientos superficiales:
Estos tienen lugar después de la primera sequería, el tratamiento superficial mas corriente sice-press es un tratamiento simple, consiste en aplicar una pequeña tapa de ligante en la superficie con el fin de evitar problemas de impresión conocidos como resistencia al arrancado, las sice-press la forma dos prensas que presionan el papel después de haber atravesado un baño de solución ligantes (este baño es compuesto por almidones), si solo se emplea ligante obtendremos un papel denominado OBSET, si además del ligante existe un cierto porcentaje existe un papel pigmentado, la capa que se aplica al papel soporte para el OBSET es de 1 a 2gr/m2 y para el pigmentado de 4 a 5gr/m2. La sice-press forma parte de la máquina del papel, y se sitúa entre dos secciones de la sequería, mejora la imprimibilidad del papel y su estabilidad dimensional en algunas ocasiones actúa de pre-estucado. Actualmente existe una sice-press mejorada llamada gate-roll, la salsa en este caso es que transfiere a los rodillos aplicadores a través de un rodillo intermedio se suele emplear para los llamados papeles estucados de máquina lo que permite depositar una ligera capa de estuco entre 8 y 10gr/m2 y cara. 1.1.0 –Tratamientos superficiales:El estucado:

Consiste en aplicar al papel una serie de pintura llamada salsa para ennoblecer el acabado, la realización de la salsa tiene lugar en una sección de la fábrica llamada cocina, la salsa está formada por unos pigmentos de gran finura y calidad, junto con ligantes como almidones, proteínas, latex, etc…También hay aditivos como blanqueantes ópticos, lubricantes, espumantes y micro-obicidas.

La preparación de la salsa en la cocina se dispone de un depósito donde se cuece el ligante, un agitador tipo turmis para dispersar los pigmentos y donde se omogeinizan los componentes, luego pasa por un filtro o tamiz para depurar el fluido y unas bimbas para el trasiego.

Mezcla de componentes:

Sobre los pigmentos se añaden los ligantes solubles por medio de agitación; antiespomantes y aditivos y al final se ajusta el ph.

La estucadora:

Máquina que aplica la salsa al soporte previamente fabricado, existen distintas formas de aplicar la salsa:

-Mediante el estucado de rasqueta: Es el sistema mas común se aplica el fluido al papel mediante una rasqueta de acero, forma una capa de estuco que puede ser dependiendo de la rasqueta de 12 a 13gr/m2. La velocidad media es de 600 a 700m/min., aunque hay estucadoras que alcanzan los 1200m/min.

-El estucado del labio soplador: La aplicación se hace mediante un rodillo que elimina el acceso de salsa con aire a presión, permite depositar capas de 20 a 40gr/m2 su velocidad se limita por 360m/min. Suele ser utilizado para papeles de arte.

-El estucado de alto brillo: Se denomina internacional como castcoated, el tipo de estucado es diferente y sujeto a dos patentes americanas:

  • Sistema warren, utiliza el labio de soplado una vez aplicado el estuco pasa por un presecado de rayos infrarrojos y a continuación el secado definitivo se realiza en un cilindro cromado a 180º C que le proporciona un gran brillo.
  • Sistema champion, el papel pasa directamente al cilindro cromado sin secado previo, en ambos casos el estucado se realiza por una sola cara, los papeles de alto brillo de dos caras se fabrican contracolando dos caras (pegamos dos caras) con brillo. PARA MAYORES DETALLES ESCRIBA A PAPELERA SANTA ROSA EN WWW.SANTAROSAPAPELBANANO.JIMDO.COM . SEA CONSCIENTE, CONSUMA RACIONALMENTE.
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