Espesor, Desidad y Peso Base del Papel

Espesor y Densidad de Papel 

DESCRIPCION

El espesor, llamado también calibre, se define como la distancia perpendicular que existe entre las dos caras del papel, bajo condiciones específicas.  Su valor se expresa en mm, micras y puntos, que son milésimas de pulgada.

Normalmente se determina el espesor del papel para comprobar si corresponde al valor solicitado al comprarlo, sin embargo resulta mucho más interesante comprobar la uniformidad del espesor en diferentes puntos de una hoja y de una hoja a otra de una misma partida.  Si se tiene en cuenta la manera en que se forma la hoja de papel durante su fabricación, se puede comprender que su superficie no es perfectamente plana y que puede presentar irregularidades que afectan directamente al espesor.

La uniformidad del espesor varía según el tipo y el grado de acabado del papel, por ejemplo los papeles marquilla, que se emplean para dibujo y tienen la superficie áspera, tienen una uniformidad más bien deficiente en su espesor de un punto a otro, o bien entre diferentes hojas;  conforme van siendo más lisos los papeles, la uniformidad de su calibre va siendo mayor hasta llegar a los papeles supercalandrados y los recubiertos en los que la uniformidad del espesor debe ser alta.

*Al hablar de papel, se debe entender papel y cartón.

El espesor del papel depende de su peso base, sin embargo, papeles del mismo gramaje pueden tener diferente espesor, dependiendo de su composición fibrosa, la refinación que se le haya dado a la pasta, la compresión a la que haya sido sometida la hoja durante el proceso de fabricación, tanto en el prensado como en el calandrado y la porosidad.  El contenido de humedad de la hoja, también puede afectar su espesor.  Esta variación en el espesor para un peso base dado, corresponde a una variación en la densidad aparente de la hoja de papel, que es una de sus propiedades fundamentales más importantes.

IMPORTANCIA

El espesor es una propiedad muy importante desde el punto de vista de la transformación y el uso final del papel.  Su importancia se debe a que al variar el espesor, el manejo del papel en algunas máquinas se dificulta; además se ven afectadas casi todas las propiedades físicas, ópticas y eléctricas del papel, pudiendo provocar problemas en su uso, las variaciones altas del espesor. Es especialmente importante su uniformidad en papeles para impresión, cajas plegadizas para ser llenadas en máquinas automáticas, tarjetas para índices y folders entre otros.

En el caso de los papeles para impresión, las variaciones de espesor en la hoja, tienen como consecuencia diferencias de intensidad en el color de la tinta impresa, debidas a una presión irregular en el momento de la transferencia.  Lógicamente, si el punto de himpresión está regulado a una presión determinada, las zonas de papel que tienen mayor espesor sufrirán una mayor presión, en cambio las de menor espesor sufrirán una menor presión, cosa que hará que el espesor de la película de tinta transmitida varie de acuerdo con dicha presión.  Además, la mayor presión existente en las zonas de mayor espesor, provocará una mayor penetración del vehículo de la tinta en el cuerpo del papel, con lo que puede disminuir la opacidad en esas áreas.

DETERMINACION 

Se hace por medio de micrómetros, que son aparatos en los que se coloca la muestra, entre dos caras circulares, planas y paralelas entre sí, una de las cuales se encuentra fija y la otra tiene movimiento en dirección perpendicular a la primera, bajo condiciones controladas de presión y velocidad.  El área mínima de las caras no debe ser menor de 160 mm2 (15mm de diámetro).  Al poner la muestra entre estas caras, la distancia que las separa, es igual al espesor de la muestra, que queda indicado en la carátula del micrómetro.  Normalmente se reporta en milímetros, micras o puntos. El procedimiento se describe con todo detalle en el método estándar TAPPI T 411.

FACTORES DE CONVERSION DE UNIDADES

Puntos x 0.0254 = mm   

Puntos x 25.4 = micras

Puntos x 0.001 = pulgadas

mm x 39.37 = puntos

mm x 0.039 = pulgadas

mm x 1000 = micras

DENSIDAD APARENTE Y BULK

La densidad del papel es probablemente la propiedad fundamental más importante, esta propiedad nos proporciona información sobre la estructura de la hoja y está relacionada con la mayoría de las propiedades del papel, especialmente: porosidad, rigidez, dureza y resistencias, aunque de hecho influye en todas las propiedades ópticas y físicas, excepto el peso base, también afecta la absorción y la facilidad para ser impreso. 

El Volumen específico o bulk, es la recíproca de la densidad, o sea, el volumen en cm3 de 1 gramo de papel.  En algunos casos se acostumbra utilizar bulk, cuando se trata de papeles voluminosos, pero puede considerarse un equivalente de la densidad aparente y lo que influye en una, se aplica también a la otra.  Esta propiedad es importante para los fabricantes de libros, ya que si hay variaciones de consideración, tendrán diferente grueso los libros, causando problemas en su encuadernación.  También es una propiedad importante en papeles absorbentes y crepados.

La Densidad aparente del papel se ve afectada por muchos factores, que se pueden dividir en tres grupos:

1) los factores que afectan el número de uniones entre fibras, entre estos son importantes el diámetro y la flexibilidad de las fibras, el grado de refinación, el prensado a la hoja húmeda y la cantidad de hemicelulosas.

2) la presencia de materiales que llenan los vacíos en la hoja, los principales son: cargas, encolantes y almidón. 

3) el calandrado.

En las gráficas 1 y 2 se presenta la tendencia de la porosidad en la 1 y de las resistencias en la 2, al aumentar la densidad aparente en hojas de pulpa de abeto al sulfito.

La Densidad del papel o cartón es su peso por unidad de volumen, se calcula dividiendo el peso base en g/m2 entre el espesor en micras.  Es más correcto utilizar el término densidad aparente, debido a que se incluye en el volumen el aire que existe en el papel, atrapado entre las fibras.

Algunos valores normales de densidad aparente del papel en g/cm3 van de 0.5 en papeles voluminosos hasta 0.75 para papeles con alto número de uniones (más comprimidos), como el bond.  Algunos papeles como el couché y el glassine, tienen densidades de 1.0 g/cm3 o mayores.  La celulosa tiene una densidad de 1.5, lo que indica que la mayoría de los papeles no recubiertos, contienen más del 50% de aire.

FORMULAS PARA SU CALCULO:

1.- Densidad aparente g/cm3 es igual al Peso base g/m2 (dividido entre) Espesor micras

2.- Bulk cm3/g es igual al Espesor micras (dividido entre) Peso Base g/m2

3.- Densidad aparente g/cm3 es igual a 1 (dividido entre) Bulk

4.- Bulk cm3/g es igual a 1 (dividido entre) Densidad 

 

Gráfica 1. Relación entre la porosidad y la variación de la densidad aparente en pulpa de abeto al sulfito.

  Gráfica 2. Efecto de la densidad aparente, obtenida por prensado en húmedo, en las resistencias de papel formado con pulpa de abeto al sulfito sin refinar.

PESO BASE (GRAMAJE)

En la fabricación y conversión del papel y el cartón, existen dos características de gran importancia: el peso (más propiamente, masa) y el área.  Esto se debe a que la mayor parte del papel se compra y se vende de acuerdo con su peso por unidad de área.  El fabricante de papel maneja su producción en toneladas y vende el papel unas veces por peso (bobinas o rollos) y otras con base en el área (hojas).

Se llama peso base al peso en gramos de un metro cuadrado de papel, (también se acostumbra llamarle gramaje).  En la mayoría de las veces se emplea para definir un papel en las operaciones de compra venta, aunque en muchos cartoncillos, se emplea el espesor ó calibre.

El peso afecta todas las propiedades físicas del papel y muchas de las ópticas y eléctricas, por lo que es indispensable llevar un control cuidadoso de esta característica durante la fabricación de cualquier tipo de papel, para asegurar su uniformidad.  La mayoría de los equipos pueden ajustarse para utilizar papel de varios pesos.  Sin embargo, cuando hay variaciones de una hoja a la siguiente, no es posible hacer ajustes entre las hojas durante un trabajo y se pueden tener problemas.

Es imposible mantener el peso del papel exactamente en el gramaje especificado.  La práctica tradicional permite una variación de +/- 5% del peso base, que se sobre entiende al comprar un papel, a menos que se especifique otra tolerancia al hacer el pedido. El efecto de esta variación en los costos del papel, depende de si es vendido en rollos o en hojas.

A continuación se muestra gráficamente cómo afecta algunas propiedades el cambio en el peso base de un papel determinado.  En la gráfica 1, se puede apreciar que la porosidad, (mejor llamada permeabilidad al paso del aire), disminuye al aumentar el peso base. 

  En las gráficas 2 y 3, se ve el efecto de la variación del peso base en las resistencias al rasgado y a la explosión (Mullen).  En ambos casos la resistencia aumenta al incrementar el peso base del papel.

     

   

 

Por último, en la gráfica 4, se puede observar que el grado de opacidad sube al aumentar el peso base.

Gráfica 4  

Cuando se trata de papel cubierto, el peso del recubrimiento afecta de una manera especial al gramaje del papel, sin que un aumento en dicho gramaje tenga una relación tan directa con otras propiedades como la porosidad o el espesor, como en los papeles sin recubrir.

DETERMINACIÓN DEL PESO BASE

En el método estándar TAPPI T410, se encuentra el procedimiento detallado para la determinación del peso base, que consiste en pasar varias hojas de dimensiones conocidas y calcular su peso en gramos por metro cuadrado.  Para realizar esta medición se emplean basculinas o balanzas.

Son muy importantes tanto la calibración del instrumento para pesar, como la exactitud en las dimensiones de las muestras de prueba.

MANEJO DEL PESO BASE DEL PAPEL EN MÉXICO

Comercialmente en México, la forma usual de expresar el peso base del papel, sobre todo cuando se vende en rollos, es en g/m2.  Sin embargo, cuando se vende en hojas es común expresar el peso base en kilogramos por millar de hojas de un determinado tamaño.  En la tabla 1, se presentan algunas medidas de papel en hojas que se encuentran en el mercado, con su peso en kg y el peso base corresponde en g/m2.

 Tabla 1: Ejemplos de medidas y pesos acostumbrados en México.

En el caso de los tamaños carta y oficio, se acostumbra dar el peso en Kg por millar, del tamaño extendido del cual se corta a estas medidas.

Fórmulas para la conversión: 

 Ejemplos

  

RELACIÓN DEL MANEJO DEL PESO BASE EN MÉXICO CON LO ACOSTUMBRADO EN ESTADOS UNIDOS

En los Estados Unidos se maneja el peso base como la masa en libras de una resma de un tamaño y número de hojas conocidos (generalmente son de 500 hojas) aunque ocasionalmente pueden ser de 480.  Actualmente se está generalizando el uso de las unidades del sistema internacional (SI), que utiliza los g/m2.  Para convertir el peso base manejado en esta forma a g/m2 (que se maneja fácilmente en México) existe en TAPPI, una tabla con factores de conversión para diferentes tipos de papeles, que incluimos en la tabla 2.

Para aplicar estos factores, se emplean las siguientes fórmulas:

3.- G = P x BW

4.- BW = Q x G

Donde:

BW = Peso base (Basis Wieght) lb. G = Peso por unidad de área, (gramaje), g/m2 P y Q = Factores de conversión dados en la tabla 2.

Tabla 2. Factores de conversión para peso base 

Ejemplos:

3.- Para obtener los g/m2 de un papel para escritura de 20 lb. y tamaño 17 x 22-500, se aplica la fórmula 3:

G = P x BW

en la que: P=3.760 y BW=20

G = 3.760 x 20 = 75 g/m2

4.- Para obtener el peso de un papel periódico de 49 g/m2 y tamaño 24 x 36-500, se aplica la fórmula 4:

BW = Q x G

en la que: Q=0.614 y G=49

BW =0.614 x 49 = 30 lb.

Otra forma rápida y sencilla para convertir de un peso expresado en libras a un peso en gramos por metro cuadrado, es aplicando la siguiente fórmula: 

Para poder determinar la medida base, es necesario saber a que se refiere el peso:

	Medidas base
Writing (Escritura)	17" x 22"
Text (Texto)	25" x 38"
Cover (Cartulinas)	20" x 26".

   

Tio 14 The Best