Angel Lanchas Hervalejo

En este tercer artículo dedicado al Blanqueo de la Madera vamos a hablar de los aditivos que se emplean, queriendo hacer hincapié en los conceptos generales, su clasificación y terminar con las propiedades y acciones de estas soluciones en este tipo de tratamiento.

Introducción

Bajo un concepto extensivo, se conoce con el nombre de aditivos las sustancias que colaboran en el tratamiento de blanqueo de la madera mediante la acción de todo producto capaz de eliminar una sustancia extraña de otra materia, en virtud de un proceso, que por extensión, recibe el nombre de detergencia.

Es evidente, que en este sentido, el significado de la detergencia es extraordinariamente amplio, pues abarca la eliminación de partículas extrañas de los sólidos y líquidos.

Prácticamente, y en un sentido más limitado, nos referiremos al hablar de procesos detergentes, a todo aquel que da origen a la eliminación de las impurezas y colores que suelen acompañar a los cuerpos sólidos, que en nuestro caso es la madera, y si hablamos aún en un sentido más restrictivo y desde un punto de vista de tratamiento de la madera, nos referiremos a los procesos que tienen por misión la eliminación de las impurezas que suelen acompañar a las fibras celulositas de la madera, bien como congénitas a la fibra por naturaleza, o adicionadas posteriormente por el hombre para facilitar su naturaleza.

Preliminar

El estudio de las características moleculares, propiedades y comportamiento de las disoluciones acuosas de tensoactivos requiere el conocimiento preliminar de una serie de conceptos especializados que exponemos en la figura siguiente.

Para que un compuesto se considere tensoactivo es preciso:

  1. Que posea una longitud de cadena hidrófoba de ocho o más átomos de carbono, es decir, una hidrofibicidad mínima. Esta aumenta con el número de enlaces etilénicos o con la formación de ciclos.
  2. Una polaridad mínima, dependiente de las características del grupo o grupos polares, compensada adecuadamente por el resto hidrófobo. Es decir, una relación hidrófila /hidrófoba adecuada en su molécula.
  3. Posibilidad de formar agregados micelares.

De ahí que no todos los compuestos puedan considerarse como tensoactivos. Así, el alcohol etílico es un compuesto anfifilico, pero no un tensoactivo, pues aunque posea un grupo hidrófilo y un hidrófobo, no es capaz de formar micelas.

Cuando el tensoactivo está adsorbido en la superficie, tiene lugar una orientación molecular, formándose una película monomolecular en la mayoría de los casos. Todos los tensoactivos pueden considerarse compuestos anfifilicos, aunque no todos los compuestos anfifilicos pueden ser tensoactivos. En el cuadro siguiente se definen los conceptos de la tensión superficial.

 

Concepto Definición
Actividad de superficie Acción de una sustancia que modifica las propiedades físicas de una superficie o de una interfase, reduciendo la tensión superficial o interfacial.
Tensión superficial Tensión en la capa  superficial de un líquido, dirigido hacia su interior, debida a las atracciones entre las moléculas situadas en la superficie y las existentes debajo de dicha superficie.
Compuesto anfifilico Sustancia química que contiene en su molécula, a la vez, uno o varios compuestos polares y uno o varios radicales no-polares
Tensión interfacial Tensión en la interface entre dos líquidos o entre un liquido y un sólido.
Poder  solubilizante Grado de aptitud de un agente de superficie en disolución para conferir a un producto poco soluble en el disolvente puro una solubilidad aparente gracias a la formación de micelas.
Poder dispersante Capacidad de una sustancia para promover la formación de un sistema de dos o más fases, de las cuales una es continua y, por lo memos, otra está finamente dividida.
Poder emulsionante Capacidad de un compuesto para facilitar la formación de un sistema heterogéneo constituido por la dispersión de pequeños glóbulos de un líquido en otro líquido que forma una fase continua.
Poder espumante Capacidad para formar espuma, que puede definirse como un conjunto de celdas gaseosas, separadas por láminas delgadas de líquido, formado por la superposición de burbujas originadas por una dispersión de un gas en un liquido.
Poder humectante Capacidad de una sustancia para mojar una superficie.

La Tensión superficial.

Desde un punto de vista físico-químico, la tensión superficial de un líquido puede definirse como el trabajo necesario para aumentar en una unidad, de modo isotérmico y reversible la superficie libre del líquido.

Las moléculas de la superficie de un líquido no están completamente rodeadas por otras moléculas del mismo líquido, por lo que estan sujetas a una atracción perpendicular desde la superficie hasta el interior del líquido.

En un líquido puro las moléculas situadas en el interior del mismo están sometidas a fuerzas de atracción en todas las direcciones, lo que hace que estas fuerzas se contrarresten mutuamente. En cambio, las moléculas situadas en la superficie de contacto con el aire ( fase gaseosa ) se ven preferentemente atraídas hacia el interior del liquido.

Este desequilibrio de fuerzas se manifiesta por una tensión llamada tensión superficial, que tiende a reducir al mínimo la superficie de contacto líquido/gas.

La Humectabilidad

La humectabilidad es el efecto humedecer, que etimológicamente viene de la raíz latina humectare / humere que significa estar mojado.

El mojado constituye un mecanismo fundamental que interviene más o menos, en la mayor parte de las aplicaciones de los agentes tensoactivos.

El mejoramiento del poder de mojado de un liquido por los agentes tensoactivos, es decir, el aumento de la facultad de extensión del líquido sobre un substrato dado, o de su poder de penetración en los poros. Es una característica que depende esencialmente de las propiedades superficiales.

Un humectante es un producto muy afín al agua que estabiliza el por ciento de la misma en el cuerpo al que se le aplica, a pesar de las fluctuaciones posibles del medio ambiente. Científicamente se les da el nombre de agentes humectantes a las sustancias que desplazan los materiales adherentes, disminuyendo las tensiones interfaciales por adsorción preferente, permitiendo así que se humedezca la superficie por un líquido.

La espumación.

La formación de espuma es igualmente otro de los efectos que depende de las propiedades superficiales de las disoluciones de los agentes tensoactivos.

Sin embargo, el fenómeno no es simplemente función de la tensión superficial, aunque no existe todavía una explicación satisfactoria para exponer todos los fenómenos relativos a las espumas, se admite generalmente que una burbuja de aire, introducida en una disolución de agente tensoactivo, se rodea inmediatamente de una capa monomolecular.

Cuando la burbuja rompe la superficie, consigue formar una película superficial monomolecular y de esta forma se encuentra compuesta de una lámina formada por dos capas monomoleculares de agentes tensoactivos, separadas por una película de agua.

Los agentes tensoactivos

Se denominan agentes tensoactivos a aquellas sustancias que modifican la actividad superficial de las soluciones acuosas, originando marcada reducción de la tensión superficial del agua, permitiendo una rápida humectación de los líquidos y sólidos, a la vez que un mejoramiento de las propiedades de emulsionantes y dispersantes de las soluciones acuosas.

Todas estas acciones originan un notable incremento en el poder limpiante de las mismas , que se traduce en una mayor facilidad para eliminar las impurezas que suelen acompañar a las maderas y en un mejoramiento de las condiciones de lavado anterior o posterior al blanqueo.

Las acciones desarrolladas por los agentes tensoactivos, han tenido gran variedad de aplicaciones, que han ensanchado considerablemente su campo de acción a otras especialidades distintas a la del textil como es el caso de la madera, en donde han mejorado notablemente los procedimientos con la creación de técnicas operatorias más seguras y rápidas en su ejecución

Clasificación de los agentes tensoactivos.

Los tensoactivos pueden ser clasificados por la carga iónica de la parte superficialmente activa de la molécula. Existen cuatro grandes grupos de agentes tensoactivos: aniónicos, cationicos, no iónicos y anfotéricos.

Agentes aniónicos

Compuestos que poseen uno o varios grupos funcionales que se ionizan en disolución acuosa originando iones orgánicos con carga negativa y responsables de la actividad superficial.

Los tensoactivos aniónicos contienen generalmente uno de cuatro grupos polares solubles – carboxilato, sulfonato, sulfato o fosfato – combinado con una cadena hidrocarbonada hidrófoba. Si esa cadena es corta son muy hidrosolubles, y en caso contrario tendrán baja hidrosolubilidad

Agentes cationicos

Compuesto químico con uno o varios grupos funcionales que se ionizan en disolución acuosa, originando iones orgánicos cargados positivamente y responsables de la actividad superficial

Los tensoactivos catiónicos están compuestos por una molécula lipofílica y otra hidrofílica, consistente de uno o varios grupos amonios terciarios o cuaternarios. Las sales de cadenas larga de amonio  terciarias, obtenidas por neutralización de las aminas con ácidos orgánicos o inorgánicos, son raramente usadas en detergencia y preparaciones para limpieza.

Agentes no iónicos

Compuestos que en disolución acuosa no origina iones. Su solubilidad en agua se debe a la presencia en s molécula de grupos funcionales con una elevada afinidad para el agua.

En contraste a sus contrapartes iónicas, los tensoactivos no iónicos no se disocian en iones hidratados en medios acuosos. Las propiedades hidrofílicas son provistas por hidratación de grupos amido, amino, eter o hidroxilo. Cuando existe un número suficiente de estos grupos la solubilidad acuosa es comparable con la de los tensoactivos iónicos.

Agentes anfotéricos

Poseen en su estructura molecular uno o más grupos funcionales que pueden ionizarse en disolución acuosa, confiriendo al compuesto el carácter de tensoactivo aniónico o catiónico, según las condiciones del medio.

La producción industrial de este conjunto de compuestos tensoactivos puede contemplarse de acuerdo con los siguientes porcentajes.

Tensoactivos  aniónicos………..70%

Tensoactivos  no  iónicos………23%

Tensoactivos  cationicos………..6%

Tensoactivos  anfotéricos……….1%

El proceso de limpieza de impurezas de la madera

Como se ha indicado anteriormente todo proceso que da lugar a la eliminación de una impureza se define como detergencia, sin embargo, en el campo de la aplicación del blanqueo de la madera, se conocen como tales aquellos en los que intervienen en la eliminación agentes tensoactivos, que ayudan a la eliminación de las impurezas.

Hay que diferenciar entre un proceso de lavado y otro de blanqueo, ya que si bien en este último se elimina una impureza en forma de color pigmentario que acompaña a la fibra celulósica de la madera, no puede considerarse como un proceso detergente, por cuanto que dan origen a dicha eliminación, no son del tipo tensoactivo.

Para poder estudiar adecuadamente un proceso de limpieza de la madera previo al blanqueo, es necesario que se analice el tipo de madera a blanquear a fin de saber cuales son las impurezas más importantes a eliminar y ver el tipo de dureza y densidad de la madera.

Estas consideraciones nos llevan a establecer como necesario el conocer el tipo de blanqueo que queremos realizar, si es un blanqueo superficial o en profundidad, dado que para el segundo caso necesitaremos hacer un lavado muy intenso para poder eliminar el mayor número de impurezas.

Impurezas a eliminar.

Las sustancias que hemos de eliminar de las fibras de la madera, a fin de que estas se presenten con sus verdaderas propiedades y nos faciliten las posteriores operaciones de blanqueo y un posterior tintado, tienen dos origenes distintos. Unas son producidas como consecuencia del ciclo biológico del arbol y las otras como consecuencia de una contaminación en el procesado de la madera.

A continuación de exponen las impurezas de la madera y su posible eliminación.

Substancias orgánicas e inorgánicas solubles en agua.

Son fácilmente eliminables por medio del agua , si bien la introducción de agentes tensoactivos, puede acelerar el proceso de lavado, al aumentar la capacidad de humectación del agua. Durante su eliminación no presentan tendencia a redepositarse, siempre que los aclarados se efectúen convenientemente. La temperatura con la que efectuemos el lavado influye en la rapidez y eficacia del mismo. Impurezas de este tipo las encontramos en forma de sales sódicas, potásicas, magnésicas acetatos, axalatos.

Substancias inorgánicas insolubles en agua.

Dentro de esta clasificación se encuentran los compuestos cálcicos, magnésicos, férricos, cúpricos y alumínicos que bien pueden acompañar a la fibra de madera como impureza natural, en cantidades que no merecen consideración, o bien se presentan a consecuencia de procesos o manchas adicionales.

Si se trabaja con aguas excesivamente calcáreas, existirá un problema de deposición de carbonato sódico sobre la fibra de la madera; y por otra parte, también es conocida la frecuencia con que aparecen manchas de hierro o de cobre cuando las instalaciones de blanqueo no reúnen las debidas condiciones.

La eliminación de estas impurezas reviste a veces gran dificultad, ya que para transformarlas en cuerpos solubles, es necesario recurrir a procedimientos químicos enérgicos, que a veces perjudican las propiedades de las fibras de la madera

Substancias orgánicas inertes e insolubles en agua.

Comprende este grupo una gran cantidad de compuestos que deben ser eliminados en el proceso de lavado y que se caracterizan por no reaccionar con los tensoactivos y detergentes. Se encuentran estas substancias, tanto acompañando a las fibras naturales como por ejemplo los alcoholes y grasas existentes en la celulosa, como adicionadas posteriormente durante los procesos de manufacturado de la madera en proceso de contacto con la maquinaria, como son el manchado con aceites y grasas.

La eliminación de estas impurezas suele efectuarse en virtud de las propiedades de absorción, emulsionamiento, dispersión y estabilización de las soluciones detergentes, necesitando la ayuda de una acción física o mecánica para su separación que en nuestro caso podría ser la acción mecánica de una brocha o en caso de un blanqueo por inmersión hacer recircular el baño a una velocidad adecuada. En algunos casos, principalmente cuando se trata de eliminar parafinas, el poder detergente de las soluciones sebe incrementarse mediante la ayuda de disolventes para que la eliminación sea completa.

Blanqueadores ópticos

Cuando se efectúa el blanqueo sobre la madera, por muy esmerado que este sea, la fibra de la madera no queda nunca con un blanco perfecto, sino que siempre existe un matiz residual amarillento, que disminuye considerablemente el efecto de blanco. Este inconveniente se ha venido contrarrestando depositando sobre la fibra un pigmento azul, que como color complementario del amarillo, anulaba la acción de este y producia una sensación de blanco superior; la operación se conoce con el nombre de azulado o “ dar azulete” y su generalización abarca tanto al blanqueo industrial como al doméstico.

Dado a que esta deposición de pigmento era por acción meramente mecánica, su aplicación entrañaba algunos inconvenientes y la persistencia del efecto del azulado era más bien deficiente, por cuanto que era eliminado en las primeras manipulaciones. Para obtener unos efectos más permanentes, las empresas de materias colorantes han lanzado al mercado unos productos denominados “ blanqueadores ópticos ”que permites obtener “ grados de blanco superiores a los logrados con el clásico azulado y cuya persistencia es mayor.

Los denominados “blanqueadores ópticos” son por lo general cuerpos incoloros o ligeramente coloreados, que poseen la propiedad de absorber la luz ultravioleta invisible y emitirla como luz visible de una longitud de honda determinada y que en muchos casos corresponde a la banda espectral del azul, con lo que se obtiene un aumento de la cantidad de luz azul emitida por el cuerpo, con el consiguiente incremento de la sensación de blanco. Basan  pues su acción en el principio de la fluorescencia.

Clasificación de blanqueadores ópticos:

1º  Cumarínicos

2º  Estilbénicos

3º  Benzimidazólicos

4º  De núcleo heterocíclico

5º  Derivados de ácidos naftaleno sulfónicos

Proveedores y nombre de blanqueantes ópticos.

CIB UVITEX
CIBA TINOPAL
BAYER BLANCOFOR
CLARIANT LEUCOFOR
BASF TRILON

La absorción de estos blanqueadores ópticos con afinidad por las fibras celulósicas de la madera, pueden regularse mediante la presencia de sulfato o cloruro sódico. Debe tenerse presente que la solubilidad de la mayoría de estos compuestos s muy pequeña ( 0,015 % – 5 % ), si bien ello no representa grave inconveniente por cuanto que las cantidades que de ellos se aplican son muy pequeñas.

Su aplicación se efectúa normalmente en baños de relación 1:20 esto es 1 Kilogramo de madera por 20 de solución de agua, con adición de cloruro sódico, desarrollando su máxima afinidad por la fibra de la madera entre 30 y 40ºC. Su rendimiento es elevado, y adiciones de 0,01% sobre el peso de madera al baño de blanqueo, son suficientes para producir efectos notorios.

En el próximo número se hablará de los Procesos de Tratamiento en el blanqueo de la madera

Bibliografía.

KIRK, OTHMER. Enciclopedia de tecnología química. 1997

SPITZ, LUIS. Technology of Soaps and Detergents. 1997

Jose Cegarra Sanchez 1976

J.J. Garcia Domínguez 1986