thumb|300px|right|Una máquina de Fourdrinier para producir papel
Una máquina de producir papel (o máquina para fabricar papel) es un dispositivo mecánico que se utiliza en la industria papelera para generar papel a alta velocidad y en grandes cantidades. Las modernas máquinas de fabricación de papel se basan en los principios de la máquina de Fourdrinier, que utiliza un tamiz tejido en movimiento para crear una lámina continua de papel al filtrar las fibras contenidas en la pasta de papel y producir una tira que la propia máquina somete a secado para producir una banda de papel resistente.
El proceso básico es una versión industrializada del proceso histórico de fabricación manual de papel, que no podía satisfacer las demandas de la sociedad moderna en desarrollo de grandes cantidades de papel para la impresión y la escritura. La primera máquina de papel moderna fue inventada por Louis-Nicolas Robert en Francia en 1799, y Henry y Sealy Fourdrinier patentaron una versión mejorada en Gran Bretaña en 1806.
El mismo proceso se usa para producir cartón en máquinas adaptadas para este propósito.
Secciones del proceso de fabricación
Las máquinas de fabricar papel suelen tener al menos cinco secciones operativas distintas:
Sección de formación, comúnmente llamado extremo húmedo, donde se encuentra una malla de alambre giratoria continua que elimina el agua del papel succionándola de la suspensión mediante vacío. Sección de prensado, donde la tela de fibra húmeda pasa entre grandes rollos cargados a alta presión para exprimir la mayor cantidad de agua posible. Sección de secado, donde la hoja prensada pasa parcialmente alrededor, en forma de serpentina, una serie de cilindros de secado calentados por vapor. El secado elimina el contenido de agua hasta un nivel de alrededor del 6%, donde permanecerá en las condiciones atmosféricas interiores típicas. Los secadores de infrarrojos también se utilizan para complementar el secado de cilindros donde sea necesario. Sección de lustrado, donde al papel semiseco se le aplica una capa delgada de almidón y/u otros productos químicos para mejorar varias propiedades del papel, reducir la formación de polvo, reducir la permeabilidad al aire, y aumentar la rigidez y la resistencia a la rotura. Sección de alisado, donde el papel seco se alisa bajo alta carga y presión. Solo se necesita un "punto de contacto" (donde la hoja se presiona entre dos rollos) para sujetar la hoja, que se contrae a través de la sección de secado y se mantiene en tensión entre la sección de prensa (o la pila de trituradores, si se usa) y la calandra. Los pellizcos adicionales dan más suavidad, pero a expensas de la resistencia del papel. Sección de enrollado, donde el papel que sale de la máquina se enrolla en bobinas individuales para su posterior procesamiento. También puede haber una sección de revestimiento para modificar las características de la superficie con tratamientos superficiales como el caolín.
Historia Antes de la invención de la fabricación de papel continua, el papel se fabricaba en hojas individuales removiendo un recipiente de pulpa y vertiéndola en un tamiz de tela llamado molde de hojas o sumergiendo y levantando el molde de hojas de la tina. Mientras todavía estaba la pulpa de papel sobre la tela del molde de láminas, el material húmedo era prensado para eliminar el exceso de agua. A continuación, se separaba del molde la hoja prensada para colgarla de una cuerda o varilla de madera con el fin de que se secara al aire.
Máquina de Fourdrinier thumb|Una antigua máquina de Fourdrinier de producción continua de papel conservada en los talleres de Frogmore Paper Mill
En 1799, Louis-Nicolas Robert de Corbeil-Essonnes, Francia, recibió una patente para una máquina de fabricación de papel continuo. En ese momento, Robert trabajaba para Saint-Léger Didot, lo que causó el inicio de un pleito por la propiedad del invento. Didot creía que Inglaterra era un lugar mejor para desarrollar la máquina, pero debido a las turbulencias de la revolución francesa no podía viajar allí, por lo que envió en su lugar a su cuñado, John Gamble, un inglés que vivía en París. A través de una cadena de conocidos, Gamble se puso en contacto con los hermanos Sealy y Henry Fourdrinier, que tenían un negocio de papelería en Londres, quienes aceptaron financiar el proyecto. A Gamble se le otorgó la patente británica 2487 el 20 de octubre de 1801. La máquina de Fourdrinier usaba una tela especialmente tejida dispuesta en un tamiz sobre una cinta transportadora (conocida como "alambre", ya que al principio estaba formada por una malla de finos alambres de bronce) en la sección de formación, donde una suspensión de fibra (generalmente madera u otras fibras vegetales) se drenaba para crear una lámina continua de papel. La sección de tamizado original de Fourdrinier utilizaba un área de drenaje horizontal, denominada mesa de drenaje.
Con la ayuda de Bryan Donkin, un mecánico hábil e ingenioso, en 1803 se instaló una versión mejorada del original de Robert en los talleres de Frogmore Paper Mill, Apsley (Hertfordshire), seguida de otra en 1804, y de una tercera máquina en el propio molino de Fourdrinier en Two Waters. Los Fourdrinier también compraron un molino en Saint Neots con la intención de instalar dos máquinas allí, y el proceso y las máquinas continuaron desarrollándose.
A Thomas Gilpin se le atribuye con mayor frecuencia la creación de la primera máquina de fabricación de papel tipo cilindro de los Estados Unidos en Brandywine Creek, Delaware en 1817. Esta máquina también se desarrolló en Inglaterra, pero era una máquina de moldes de cilindros. La máquina de Fourdrinier no se introdujo en Estados Unidos hasta 1827.Hills, Richard, "Papermaking in Britain 1488–1988", Athlone Press, 1988.
Diseños similares Los registros muestran que Charles Kinsey de Paterson (Nueva Jersey) ya había patentado una máquina de fabricación de papel de proceso continuo en 1807. La máquina de Kinsey fue construida localmente por Daniel Sawn, y ya en 1809 la máquina de Kinsey estaba fabricando papel con éxito en Essex Mill, en Paterson. Las tensiones financieras y las oportunidades potenciales creadas por el Embargo de 1807 finalmente persuadieron a Kinsey y a sus patrocinadores de que debían cambiar el enfoque de la fábrica de papel para dedicarla a la producción de hilaturas de algodón y los primeros éxitos de Kinsey en la fabricación de papel pronto fueron pasados por alto y olvidados.
La patente de Gilpin de 1817 era similar a la de Kinsey, al igual que la patente de John Ames de 1822. De hecho, la patente de Ames fue impugnada por sus competidores, afirmando que Kinsey era el inventor original y que Ames había estado robando las ideas de otras personas, siendo la evidencia de esta acusación que había empleado a Daniel Sawn para trabajar en su máquina.
Invenciones relacionadas El método de producción continua introducido por la máquina de papel influyó en el desarrollo del laminado continuo del hierro y luego del acero y de otros procesos industriales.
Tipos de pulpa y sus preparaciones
Las fibras vegetales utilizadas para preparar la pulpa se componen principalmente de celulosa y hemicelulosa, que tienen tendencia a formar enlaces moleculares entre las fibras en presencia de agua. Después de que el agua se evapora, las fibras permanecen unidas. No es necesario agregar aglutinantes adicionales para la mayoría de los grados de papel, aunque se pueden agregar aditivos tanto en húmedo como en seco para incrementar su resistencia.
Los trapos de algodón y lino eran la principal fuente de pulpa para papel antes que se generalizara el uso de la pulpa de madera. Hoy casi toda la pulpa es de fibra de madera. La fibra de algodón se usa en calidades especiales, generalmente en papel de impresión para documentos importantes o papel moneda.
En general, el origen de los trapos era el subproducto de otras manufacturas, como fragmentos de mezclilla o cortes de guantes. Las fibras de la ropa de algodón provenían de los capullos de las flores de la planta del algodón, cuyas fibras pueden variar de 3 a 7 cm de longitud. La lejía y otros productos químicos eliminan el color de los trozos de tela en un proceso de cocción, generalmente con vapor. Los fragmentos de tela se desmenuzan mecánicamente para liberar sus fibras, y las fibras se acortan a una longitud apropiada para fabricar papel con un proceso de corte. Los trapos y el agua se vierten en un canal que forma un circuito cerrado. Un cilindro con bordes cortantes, o cuchillas, y un lecho de cuchillas forman parte del bucle. El cilindro giratorio empuja el contenido del canal repetidamente. A medida que desciende lentamente durante un período de horas, rompe los trapos en fibras y corta las fibras a la longitud deseada. El proceso de corte termina cuando la mezcla ha pasado suficientes veces por el cilindro en el espacio libre final entre las cuchillas del cilindro y del soporte.
Otra fuente de fibra de algodón proviene del proceso del desmotado de las semillas, que están rodeadas de fibras (conocidas como hilas por su corta longitud y semejanza a la pelusa) demasiado cortas para su uso en las hilaturas. La borra extraída de las semillas de algodón necesitan tan solo un primer y segundo proceso de corte, que son más largos.
Las dos clasificaciones principales de la pulpa de celulosa son pulpa química y pulpa mecánica. Las pulpas químicas empleaban anteriormente un proceso de sulfito, pero ahora predomina el proceso Kraft. La pulpa Kraft tiene una resistencia superior a las pulpas mecánicas y a las generadas con sulfito, y los productos químicos usados son más fáciles de recuperar y regenerar. Tanto las pulpas químicas como las pulpas mecánicas se pueden blanquear hasta obtener un alto brillo.
El pulpado químico disuelve la lignina que une las fibras entre sí y une al núcleo de la fibra las fibrillas externas que componen las fibras individuales. La lignina, como la mayoría de las otras sustancias que pueden separar las fibras entre sí, actúa como un agente desligante, lo que reduce la resistencia. La fuerza también depende de mantener largas cadenas de moléculas de celulosa. El proceso Kraft, debido a los compuestos alcalinos y sulfurosos utilizados, tiende a minimizar el ataque a la celulosa y a la hemicelulosa no cristalina, lo que favorece la unión, al tiempo que disuelve la lignina. Los procesos de pulpado ácido acortan las cadenas de celulosa.
La pulpa Kraft produce cartón de revestimiento de superior calidad y excelentes papeles para impresión y escritura.
La madera molida (serrín), el principal ingrediente utilizado en el papel prensa y un componente principal de los papeles de revistas (publicaciones estucadas), es literalmente madera molida producida por un molino. Por lo tanto, contiene mucha lignina, lo que reduce su resistencia. La molienda produce fibras muy cortas que drenan lentamente.
Por su parte, la pulpa termomecánica (TMP) es una variación de la madera molida en la que las fibras se separan mecánicamente a temperaturas lo suficientemente altas como para ablandar la lignina.
Entre las pulpas químicas y mecánicas existen pulpas semiquímicas que utilizan un tratamiento químico suave seguido de refinado. La pulpa semiquímica se usa a menudo para el papel corrugado del interior de los cartones.
Los fardos de papel reciclado (normalmente cartonajes corrugados viejos) para materiales de embalaje sin blanquear (marrones) pueden simplemente despulparse, tamizarse y limpiarse. El reciclaje para hacer papeles blancos generalmente se realiza en una planta de destintado, que emplea cribado, limpieza, lavado, blanqueo y flotación. Esta pulpa se utiliza en papeles para imprimir y escribir y en tisúes, servilletas y papel absorbente. A menudo se mezcla con pulpa virgen.