Resistencia de la Superficie,polveo y Humedad del papel.

 Resistencia de la Superficie,polveo

 DEFINICIÓN

Es la resistencia que la superficie del papel opone a ser levantada o arrancada por una fuerza de tensión que tira de ella perpendicularmente, como la tinta al ser impresa.  Esto es la resistencia a la tensión en dirección z.  La dirección z, es la tercera dimensión del papel, lo que es lo mismo que su espesor.

IMPORTANCIA

Es una propiedad muy importante en los papeles para impresión, debido a que, en el proceso de separar la placa de impresión o la mantilla, del papel que ha sido impreso, la capa de tinta se divide en dos y da un tirón que ejerce una fuerza de tensión perpendicular sobre la superficie del papel; esta fuerza depende de la mordencia de la tinta, la velocidad de la prensa y el ángulo de separación, entre otros factores.  Es muy importante que las fibras que forman la superficie del papel (o el recubrimiento), estén fuertemente unidas al cuerpo del papel, para que no se levanten o arranquen durante este proceso de separación de la mantilla o la placa de impresión, causando los problemas conocidos como: polveo, pelusa y lunares o piojos, que son manchas blancas en la superficie del papel donde debía haber tinta.  Tiene una importancia especial esta resistencia en la impresión multicolor, ya que el papel hará contacto con la tinta en varias ocasiones, aproximadamente en la misma área.

En las condiciones actuales de competencia internacional hay defectos que son inadmisibles; si bien hay recursos en prensa para hacer posible la utilización del papel de baja calidad, éstos generalmente ocasionan otros problemas colaterales igualmente nocivos. Es por esto que nuestra recomendación cuando se reciba un lote de papel cuya resistencia al desprendimiento es muy baja, es preferible rechazar dicho lote y exigir al proveedor de papel suministrar el material con las resistencias apropiadas para su uso en prensas libre de problemas.

FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA DE LA SUPERFICIE

En general el lado fieltro del papel tiene menor resistencia de la superficie que el lado tela.  En el caso de los papeles recubiertos, puede ser que se arranque parte del recubrimiento separándose del papel, o bien, incluyendo parte del papel base junto con el recubrimiento.

Existen varios factores que se deben cuidar durante la fabricación del papel, para lograr que la resistencia de la superficie sea buena, lo que es lo mismo que evitar que se debiliten las uniones entre la superficie y el cuerpo de la hoja de papel.  Entre los factores que tienen influencia sobre esta resistencia podemos mencionar: la composición del papel, siendo mayor la resistencia de la superficie a medida que se aumenta la proporción de fibra larga, debido a que será mayor el número de uniones entre las fibras, para las mismas condiciones de refinación. Al aumentar la refinación existe una fibrilación, que hace que aumente el número de uniones, por lo que  aunque disminuya algo la longitud de las fibras, aumenta la resistencia de la superficie de la hoja y disminuyen los problemas de arrancado.  El encolado del papel favorece la resistencia de su superficie, al actuar como un adhesivo entre las fibras, dandole una mayor cohesión.  Al aumentar las cargas en el papel, disminuye la resistencia de la superficie, debido a que las cargas hacen disminuír las uniones entre fibras y evitan parcialmente la adhesividad entre las fibras.

DESCRIPCIÓN 

Cuando está baja esta resistencia, se presentan problemas que producen algunos defectos en los impresos, que se denominan arrancado o levantamiento de la superficie del papel, de la cual se levantan o arrancan pedacitos al recibir el tirón de la tinta.  Este defecto se presenta en diferentes grados, desde el arrancado de algunas fibras o pequeños puntos del papel, hasta una delaminación que produce arrancado de grandes dimensiones, pasando por todos los tamaños intermedios.  En la impresión offset, al ser expuesta al agua la hoja de papel, se debilitará la resistencia de su superficie, por lo que se requiere de papeles con una buena resistencia de la superficie al arrancado o levantamirento, para prevenir el efecto de la humedad extra que toma la hoja en la prensa.

Cuando se presenta el arrancado de la superficie del papel, en un impreso, se presenta un daño en dicha superficie, en forma de mancha muy notoria, ya que la parte arrancada, queda sin tinta; a las señales que quedan se les suele llamar lunares o piojos y son de diversos tipos, como se verá adelante. Además de este defecto, que llega a hacer inadmisible un trabajo de impresión, las partículas de papel arrancadas, se van acumulando sobre la mantilla en las máquinas de offset, estas partículas de papel absorben agua, pudiendo ser causa de mala transmisión de la tinta y provocando otro tipo de defectos en la impresión, que se suelen llamar ojos de gato o donas.  Cuando se presentan estos defectos durante la impresión, el impresor se ve obligado a parar la prensa y actuar inmediatamente.  Cuando sólo se arrancan unas pocas fibras o una pequeña cantidad de polvo de la superficie del papel, no se nota al principio, pero al paso del tiempo se van acumulando en la mantilla y llegan a deteriorar considerablemente la imagen impresa.

ANÁLISIS DE LOS LUNARES ATRIBUIBLES AL PAPEL

Es conveniente tener presente que esta hoja técnica se refiere al comportamiento derivado de la resistencia de la superficie del papel, sin embargo, no siempre los defectos que se van a mencionar a continuación son ocasionados por baja calidad del papel, sino que muchas veces son producidos por otros factores, entre los que podemos mencionar: la operación de la prensa, los rodillos desgastados o quebrados, la falta de mantenimiento, la formación de costras de la tinta en la fuente, la acumulación de tinta en los extremos de los rodillos, el exceso de mordencia de la tinta o los polvos antioffset.  En general se puede decir que los lunares atribuibles al papel son el resultado de: polvo suelto, arrancado de la superficie o repelado y pelusa o fibras débiles en la superficie del papel.

Polvo suelto. Generalmente se produce durante la operación de la cortadora o de la guillotina.  El polvo producido por la cortadora es un problema que tiene su origen en la fabricación del papel, sin embargo, no es este el tipo de polvo que generalmente causa los lunares, debido a que hay medios para eliminarlo durante el proceso de fabricación.  Para determinar si hay polvo en las hojas al recibirlas, el método más simple es quitar las primeras hojas de una tarima y frotar un pedacito de terciopelo negro sobre la superficie de la siguiente hoja; si se notan partículas en la tela negra, indica la presencia de polvo suelto.  El polvo causado por la guillotina suele ser un problema que tiene su origen dentro del mismo taller de impresión, y es este el tipo de polvo que más problemas causa en el taller de offset.

Para evitar la acumulación de polvo sobre la superficie de la hoja, se pueden instalar boquillas al vacío en las cortadoras, para eliminar: fibras, polvo y otras partículas sueltas.  Si se trata de polvo producido en la guillotina, se puede hacer un doble corte de las hojas; esto significa que se cortan las hojas en la guillotina, se voltean y se vuelven a guillotinar, utilizando el dorso de la cuchilla.  Esto se hace sobre todo con los papeles recubiertos de alto brillo (cast coated), los papeles pesados y los recubiertos por una cara.  Cuando la guillotina tiene un buen mantenimiento y las cuchillas están en buen estado y bien ajustadas, no se presenta este problema.  En el caso de las guillotinas, también se pueden instalar boquillas al  vacío para limpiar las partículas sueltas de la superficie del papel, antes de enviarlo a la prensa.  En casos de emergencia, se puede quitar el polvo pasando el papel por la prensa, sin imprimirlo y sin aplicar solución en la fuente.

Para distinguir entre el polvo suelto y las partículas arrancadas de la superficie del papel, hay que identificar y analizar la hoja en la que los lunares hayan aparecido por primera vez.  Se examina el lunar con una lupa, si es polvo suelto, no se notará ningún daño en la superficie del papel; En cambio, si las partículas que ocasionaron el lunar fueron arrancadas del papel, se podrán observar rupturas en la superficie de la hoja.

Repelado.   Esto ocurre cuando las fibras de la superficie o el recubrimiento del papel no están adheridos firmemente a la hoja, por lo que no pueden resistir la tensión de la tinta o de la mantilla al ser separada del papel y las partes relativamente pequeñas que se arrancan de la superficie, se adhieren a la mantilla o a la placa de impresión, provocando los lunares en el impreso; lo más común es que este arrancado de la superficie o repelado, se deba a falta de resistencia del papel o a mordencia excesiva de la tinta. 

Hendiduras o rupturas en la superficie de la hoja.  En este caso, son arrancadas áreas bastante grandes  de la superficie del papel, las cuales se adhieren a la mantilla.  Generalmente cuando ocurren este tipo de problemas, se inician en el área de una impresión sólida, es decir, totalmente cubierta por la tinta, en casos extremos la ruptura puede arrancar partes no sólo de la superficie, sino de la hoja completa.  En la Figura 5 se presenta la fotografía de una ruptura en forma de "V", que llegó de una cara hasta la otra del papel; pudo ser causada por mordencia excesiva de la tinta o por la superficie del papel débil.  En general para resolver este tipo de problema, se aplican los mismos métodos que en el caso del repelado: reducir la mordencia de la tinta y la pegajosidad de la mantilla, reducir la velocidad de la prensa, aumentar la cantidad de tinta, reducir la presión del cilindro de impresión o aumentar la cantidad de solución humedecedora sobre la placa.  Sin embargo, cualquiera de estos cambios debe hacerse con mucha precaución, ya que pueden afectar negativamente la calidad de la impresión.

Pelusa. Este problema se presenta en los papeles sin recubrir, su causa son fibras de la superficie que no se adhirieron correctamente al cuerpo del papel, por lo que se desprenden fácilmente.  Es diferente del repelado, pudiendo darse el caso de que el papel tenga una resistencia de la superficie adecuada por lo que no habrá repelado y que al mismo tiempo contenga fibras cuya unión a la hoja no es fuerte, por lo que son facilmente arrancadas y se pegan a la mantilla.  En estos casos el problema se presenta cuando se han acumulado bastantes fibras al paso de un número alto de hojas de papel.  Cuando es excesivo el número de fibras sueltas, llegan a contaminar no sólo la mantilla, sino la placa y la fuente de la prensa; cuando se llega a esta condición, la única solución es parar la prensa y lavar completamente.

El problema de la pelusa suele ser más grave en el lado fieltro de la hoja.  Cuando se trata de impresiones en prensas multicolor, puede suceder que no se presente el problema en la primera unidad, sino que ocurra en la segunda, tercera o cuarta unidades, debido a que el encolado del papel retrasa la penetración del agua en el papel, manteniendo la resistencia de la superficie, pero al pasar algún tiempo humedecido, penetra el agua en el papel, haciéndose más agudo el problema.  

Cuando los lunares son causados por la pelusa, los puntos blancos en la impresión, se verán en forma de fibras e irán aumentando con el tiempo.  En la Figura 6, se muestra una microfotografía de una hoja de papel con problema de pelusa.  Para corregir este problema se puede recurrir a reducir la mordencia de la tinta, cambiar la mantilla por una menos pegajosa.  En casos de emergencia, se puede aplicar encolado en la superficie del papel, cosa que puede hacerse aplicando una capa de hidrato de aluminio con una plancha sin grabar y sin solución en la fuente; después se dejan secar las hojas antes de comenzar la tirada.

 Fig. 5. Hoja con ruptura en forma de "V" 

 

 Fig. 6.  Microfotografía de hoja con pelusa 

A continuación se presenta en el Cuadro 1, un análisis de los defectos que se suelen denominar lunares en los impresos y que podrían ser ocasionados por el papel, que se acaban de mencionar por separado.

 

Cuadro 1  Análisis de los lunares atribuibles al papel
Problema	Causa	Corrección del problema
* Polvo Suelto	Cortadora Guillotina	1.Instalar boquillas al vacio.
		2.Hacer pasar el papel por la prensa sin imprimirlo.
		3.Consultar con el fabricante de papel.
		4.Exclusivo guillotina: doble corte de las hojas.
* Repelado * Hendiduras	Falta de resistencia de la superficie: fibras o recubrimiento. Mordencia excesiva de la tinta. Velocidad excesiva.	1.Reducir Mordencia.
		2.Reemplazar mantilla con una que sea menos pegajosa.
		3.Cantidad más grande de tinta.
		4.Aumentar solución humecedora.
		5.Reducir presión entre plancha y mantilla; reducir presión del cilindro de impresión.
* Lunares en forma de fibras * Acumulación de fibras en la plancha, la mantilla o los rodillos	Pelusa, causada por unión deficiente entre fibras de la superficie y el cuerpo de la hoja.	1.Aplicar encolado antes de hacer la tirada.
		2.Reducir mordencia de la tinta.
		3.Reemplazar mantilla con una que sea menos pegajosa.

 

DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE LA SUPERFICIE

Existen varios métodos para determinar esta resistencia, los más utilizados son: la prueba de arrancado por las ceras, conocido como prueba de las Ceras Dennison y la prueba por simulación de impresión.  Estas pruebas tratan de reproducir el momento de la separación de la mantilla del papel durante la impresión, ejerciendo sobre la superficie del papel una fuerza de tensión en dirección perpendicular a la superficie del papel.

Prueba de las Ceras Dennison. Esta prueba se realiza utilizando una serie de ceras de resina no aceitosa, con diferente grado de adhesividad, moldeadas en forma de barras y numeradas del 2A al 26A, cada una de las cuales va siendo más adhesiva que la del número inmediato inferior.

El método consiste en colocar la muestra de papel sobre la superficie de una mesa de madera, cubierta con una hoja de cartoncillo, se toman varias de las ceras, de números diferentes y cercanos al valor que se suponga que puede tener la muestra, se limpia el extremo de cada una de las barras, se calienta en una llama baja, se pone verticalmente sobre la superficie del papel ejerciendo una presión firme.  Se deja enfríar la cera durante 15 minutos, se sujeta el papel por medio de una tablita con un agujero por el que sale la barra de cera y se jala la barra de cera hacia arriba con un movimiento rápido y perpendicular a la superficie del papel, de manera que se arranque la cera de la muestra.  Se examinan tanto la superficie del papel como la punta de la cera, deberá existir una indicación definitiva de levantamiento o arranque de fibras o recubrimiento, para considerar un arrancado.  Se registra la cera con el número más alto, que no maltrató la superficie del papel.  Se realizan por lo menos 5 determinaciones por cada una de las caras del  papel, se calcula el promedio y se reporta, en números enteros, para cada una de las caras por separado.Esta determinación no se puede aplicar a papeles recubiertos que contengan resinas termoplásticas, debido a que este tipo de resinas forman una mezcla con las ceras Dennison fundidas, que tiene una adherencia superior a la correspondiente al número de la cera, obteniéndose resultados más bajos que los valores reales del papel.  (TAPPI T 459 om-93).

Prueba por simulación de impresión.  Existen varios aparatos de laboratorio que se utilizan para la simulación del proceso de impresión, uno de los más conocidos es el medidor de impresión IGT.  En este instrumento, se utiliza el factor velocidad para la determinación de la resistencia de la superficie.  Se empieza la prueba con velocidad cero y se acelera hasta un máximo.  A medida que aumenta la velocidad de impresión, la fuerza de tensión que ejerce la tinta sobre el papel se va incrementando y en una velocidad determinada, se produce el arrancado de la superficie, inicialmente se ve en forma de puntos o fibras separadas del papel, llegando finalmente a un arrancado total de la superficie.  Se saca la muestra y se observa bajo luz fluorescente que incida sobre la superficie con un ángulo aproximado de 15° y se marca el punto de la muestra en donde el arrancado empieza a ser contínuo, ignorando las pequeñas áreas de arrancado, anteriores a este punto; se mide la distancia del punto señalado, con la regla del aparato que da la relación velocidad-distancia y se reporta el promedio de 10 determinaciones teniendo en cuenta: la velocidad  en el punto señalado, la viscosidad del aceite utilizado en la prueba y el tipo de papel.   Se recomienda utilizar el visor de IGT para facilitar el examen.  La prueba se debe hacer por las dos caras del papel y en sus dos sentidos, de fabricación y transversal.  El rango de posibilidades de esta prueba se puede aumentar utilizando aceites de diferente viscosidad.  En la Figura 7, se puede ver un esquema de esta prueba.  (Ref- TAPPI:  T 514 cm-92 para cartoncillo y UM 591 para papel).

Resistencia a la tensión en dirección z. Las pruebas anteriores fueron diseñadas para medir la resistencia de la superficie del papel a ser levantada o arrancada, sin embargo algunos papeles requieren no sólo una superficie resistente, sino que haya uniones fuertes a todo el espesor de la hoja de papel. Los cartoncillos o cartulinas multicapa, deberán tener buenas uniones internas para tener un comportamiento satisfactorio.  Se han desarrollado algunos métodos para determinar la fuerza requerida para delaminar una hoja de papel, como el de TAPPI (T 541 om-89), que consiste en aplicar cinta con adhesivo por los dos lados, en ambas caras de la muestra y colocarla entre las dos placas de un probador de tensión y compresión en dirección z, cuyo ciclo es dar un toque de compresión, un tiempo para lograr una buena adherencia y una fuerza de tensión para separar las placas y delaminar la muestra.  Se toma la lectura máxima en el manómetro del aparato

Contenido de Humeadad

DESCRIPCIÓN E IMPORTANCIA

* Al referirnos a papel, debe entenderse papel o cartón.

El contenido de humedad es la cantidad de agua que contiene un papel, expresada como porcentaje de su peso.  El papel puede contener humedad entre las fibras o dentro de ellas.

Existe una interacción entre el agua y el papel, debido a que las fibras de celulosa, que componen el papel, son muy higroscópicas (que tienen la propiedad de absorber o liberar la humedad); lo anterior hace que el papel tome o ceda humedad hasta llegar al equilibrio con el ambiente que lo rodea. De acuerdo con lo anterior, el contenido de humedad de una hoja de papel, depende de la humedad relativa de la atmósfera que lo rodea y en igual forma al estar en contacto con el agua, la absorbe.

La cantidad de agua que puede absorber un papel, depende de los tipos de fibras que lo constituyen, el proceso de fabricación y los ingredientes no fibrosos como las cargas y los encolantes.  El agua puede ser absorbida por el papel a nivel físico en dos formas:  una es por efecto capilar, penetrando entre las fibras y fibrillas, en este caso, podría llegar hasta un 25% del peso del papel; la otra sucede al alojarse agua en los huecos o poros grandes que existen entre las fibras, saturando todos los espacios disponibles, en este caso puede llegar a constituír hasta un 300% del peso del papel, en papeles muy absorbentes.  Para regular la absorción de agua del papel, se aplica el encolado en diversos grados dependiendo el uso para el cual se destina.

Es conveniente que el papel contenga un pequeño porcentaje de humedad, para darle flexibilidad, ya que si es muy bajo su contenido de humedad, se vuelve quebradizo e inestable.

Normalmente sale de la máquina con una humedad de alrededor del 5%, base peso seco a la estufa, aunque suele variar dependiendo del tipo de papel y los materiales utilizados en su fabricación.  En papeles para impresión, se recomienda, de acuerdo con el tipo de papel y el proceso de impresión, que el contenido de humedad del papel se mantenga entre el 6 y el 10%. 

En los papeles para Offset, es muy importante tener un control adecuado del contenido de humedad.  Lo ideal es conservar en equilibrio el contendido de humedad del papel con la humedad relativa de la atmósfera en la cual se va a imprimir para evitar problemas durante la impresión.

El contenido de humedad de un papel, afecta sus propiedades, principalmente el peso base, las resistencias, la planicidad, la estabilidad dimensional y la acumulación de electricidad estática.  Debido a esto, se debe mantener un control adecuado para muchos de los procesos de transformación del papel, especialmente: impresión, recubrimiento e impregnación.

Al absorber agua el papel, las fibras de celulosa se hinchan (a lo ancho unas 15 o 20 veces más que a lo largo), ocasionando los cambios de dimensiones que ocurren en el papel al ambientarse, que son mayores en el sentido transversal que en el sentido de fabricación del papel, y que resultan en diversos problemas durante la impresión, por ejemplo: falta de registro, ondulaciones y arrugas.

Debido a esta característica del papel, cuando va a ser impreso en hojas, se debe cortar con el sentido de fabricación o grano, en el lado largo de la hoja, quedando del lado más corto de la hoja la mayor expansión o encogimiento del papel al tomar o ceder humedad del ambiente.  En esta forma, el papel al ser alimentado a la prensa tiene su dirección más estable paralela al eje del rodillo impresor y las variaciones que sufre el papel en su otro sentido quedan alrededor del rodillo, pudiendo compensarlas el prensista cambiando empaques. 

DETERMINACIÓN

Existen diversos métodos para determinar el contenido de humedad del papel, los más utilizados se mencionan a continuación.

1.- Secado en Estufa.  Es el método más utilizado, consiste en colocar una muestra del papel, pesada previamente, en una estufa a 105°C, hasta peso constante; el peso que perdió el papel durante el secado, es su contenido de humedad, del cual se calcula el porcentaje sobre el peso de la muestra original.

2.- Destilación.   Se coloca una muestra de papel pesada en tolueno que tiene un punto de ebullición más elevado que el agua, además de que no se mezcla con ella; se destila a 105°C, de manera que el agua se transforma en vapor, que inmediatamente se condensa y recoge.  El peso del agua condensada se relaciona con el peso de la muestra original de papel para calcular su contenido de humedad.

3.- Conductividad Eléctrica.   Este método se basa en que a mayor contenido de humedad en el papel, también será mayor su conductividad eléctrica; esto significa que proporciona una medida indirecta del contenido de humedad, ya que se infiere a partir del nivel de conductividad.  Para realizar esta prueba se coloca una muestra de papel entre los dos electrodos de un circuito para la medición de resistencia eléctrica, obteniéndose una lectura rápida de la conductividad que se relaciona con el contenido de agua, para lo cual se deberá hacer una escala para cada tipo y espesor de papel, relacionando la conductividad con el contenido de humedad, cosa que se hace utilizando el método de secado en estufa de muestras con diferentes conductividades.

4.- Radiación Infrarroja.   Este método es parecido al de secado en estufa, pero la evaporación del agua del papel, se realiza por calentamiento con radiación infrarroja en el platillo de la balanza en que se mide la pérdida de peso.  En esta prueba, se coloca la muestra de papel en la balanza y se anota su peso cada minuto hasta que entre un valor y el del siguiente minuto, la diferencia sea inferior al 0.1% del peso de la muestra original.  De los pesos iniciales y final de la muestra, se calcula el contenido de humedad en porciento. 

5.- Absorción de Ondas Electromagnéticas.   El grado de absorción de ondas electromagnéticas por parte del papel al recibir una señal, es directamente proporcional a su contenido de agua.  Existen aparatos que permiten su realización sin gran dificultad.

Precauciones generales

Como se mencionó anteriormente, el papel es un material muy higroscópico, por lo que cuando no se encuentra en equilibrio con la atmósfera que lo rodea, toma o pierde humedad hasta llegar al equilibrio.  Debido a esta característica, al tomar una muestra de papel para determinar su contenido de humedad, se debe guardar en bolsas de polietileno inmediatamente y hasta que se va a realizar la prueba, para evitar cambios durante su traslado, ya que si no se hace así, los resultados de la prueba de humedad se verán afectados, bajando la precisión de cualquier método.

Al calcular el contenido de humedad, es importante tener en cuenta que se expresa como porcentaje sobre el peso de la muestra original y no sobre el peso de la muestra seca a la estufa.

Cuando un papel contiene materiales volátiles, el secado en estufa o por infrarrojos no es adecuado, debido a que estos materiales afectarán directamente el resultado.

Los métodos de medición por instrumentos, como conductividad eléctrica y ondas electromagnéticas, proporcionan medidas indirectas o relativas del contenido de humedad del papel, ya que éste es inferido a partir del nivel de otra propiedad.  Por lo tanto, los instrumentos de medición de humedad se deben calibrar contra alguno de los de medición absoluta, como el secado en estufa.  Estos métodos tienen la ventaja de ser muy rápidos por lo que resultan muy prácticos para mediciones en planta.

BIBLIOGRAFIA:

Casey J.P.  "Pulp and Paper Chemistry and Chemical Technology". 3ª Ed.  John Wiley & Sons. New York. 1980.

Scott W.E. "Properties of Paper: An Introduction".  TAPPI Press.  Atlanta, GA. 1989.

Casals Ricard. "Características del Papel" Howson Algraphy, S.A.  Barcelona.

Tio 14 The Best