EL BLANQUEO DE LA MADERA: Compuestos de Cloro (Parte 1ª)

 

Por Angel lanchas Hervalejo

 

Introducción:

El blanqueo de la madera ha sido una técnica que se ha venido empleando desde hace muchos años. Con el presente artículo y los que sucesivamente se van a publicar  se va a pretender dar una visión general de cómo se blanquea la madera, la chapa de madera, los productos químicos y sus procesos de tratamiento.

Iniciamos aquí una serie de 5 capítulos monográficos los cuales van a tratar de los siguientes temas:

1ª parte:  El blanqueo de la madera con compuestos de cloro.

2ª parte:  El blanqueo de la madera con peróxidos

3ª parte:  Aditivos de blanqueo de la madera

4ª parte:  Procesos de tratamiento

5ª parte:  Perdida de características mecánicas de la chapa de madera blanqueada

Composición de la madera

La composición química de la madera seca es muy variable, se puede representar, por ejemplo, con las siguientes cifras.

Otros compuestos orgánicos e inorgánicos se encuentran en la madera. Los componentes orgánicos son responsables de las características de madera tales como color, olor, gusto, densidad, higroscopicidad, e inflamabilidad. Están formados por taninos, compuestos polifenólicos, colorantes, aceites esenciales, grasas, resinas, ceras, y otros.

Estos componentes inorgánicos constituyen generalmente el 0,2% al 1,0% en peso de la madera. El calcio, el potasio, y el magnesio son los componentes elementales más abundantes. Cantidades traza ( menos de 100 ppm o partes por millón) de fósforo, sodio, hierro, silicio, manganeso, cobre, cinc, y quizás algunos otros elementos están generalmente presentes.

Acción de los oxidantes sobre los compuestos de la madera

Reciben el nombre de oxicelulosas aquellos compuestos, que se obtienen por ataque de la celulosa por los agentes oxidantes y que aún conservan la forma fibrosa. Durante estas reacciones hay ruptura de la cadena molecular, casi siempre, siendo las oxicelulosas un complejo heterogéneo de celulosa muy oxidada, ligeramente oxidada, y sin oxidar, degradación que es máxima en la superficie de la fibra.

En reacciones de oxidación muy fuertes la celulosa se convierte en última instancia en dióxido de carbono y agua, por lo que las oxicelulosas representan la primera fase de un proceso oxidativo.

Oxidación de la Celulosa

Esta  puede efectuarse por varios puntos, formándose los compuestos siguientes:

A ) Ataque a los carbonos 2 y 3 , oxidando estos alcoholes secundarios a cetonas, sin romper el anillo.

B ) Oxidación de los carbonos 2 y 3 con formación de aldehídos y ruptura simultanea del anillo.

C ) Oxidación del grupo alcohol primario del C6 a aldehido.

D ) Posterior oxidación de los grupos aldehídicos de los carbonos 2 y 3 a grupos carboxílicos.

A toda esta gama de oxicelulosas se puede llegar mediante la acción de agentes oxidantes tales como los halógenos, hipocloritos, permanganatos, ácido crómico, ácido periódico y dióxido de nitrógeno.

La formación de un tipo u otro de oxicelulosa depende del empleo del oxidante empleado en la solución de blanqueo, y del pH del medio, siendo este último factor mucho más importante que el primero.

Química del blanqueo de la madera.

En el blanqueo de la madera, se emplean preferentemente dos tipos de soluciones:

1º. Soluciones acuosas de compuestos que contienen cloro en su constitución: entre ellas tenemos compuestos inorgánicos tales como el ácido hipocloroso, los hipocloritos, los cloritos y los compuestos orgánicos tales como el activin, el paractivin.

2º . Soluciones acuosas de compuestos oxidantes que no contienen cloro en su molécula, y que principalmente estan representados por los peróxidos, permanganatos, perboratos, ozono y  ácido paracético.

En este artículo que lo hemos dividido en dos partes vamos a hablar solamente de compuestos de cloro y peróxidos como blanqueantes de la madera.

Compuestos de Cloro:

El más empleado es el hipoclorito de sodio. Las soluciones empleadas están constituidas por el CLONa y algunas sales tampones para regular la descomposición del hipoclorito pudiéndose citar entre ellas, el CO3  Na2,  la Na (OH ), PO4Na3,  etc.; la composición de las sales tampones, dependen en parte del procedimiento seguido en la fabricación del hipoclorito sódico.

La acción blanqueante de estos compuestos puede presentarse por la siguiente ecuación.

CLO Na + H2O                Na (OH) + CLOH  > CLH + O

Este oxígeno es el que efectúa el blanqueo de la fibra de madera, por lo que se puede afirmar que el hipoclorito es el medio de que nos valemos para transportar el oxigeno sobre la madera a blanquear.

Como reacciones importantes de los hipocloritos, que se pueden considerar  como básicas para la interpretación de los procesos de blanqueo, tenemos:

Hidrólisis.

El hipoclorito sódico, se hidroliza en determinado grado cuando se ponen en contacto con el agua, liberando ácido hipocloroso y formando el correspondiente hidróxido; la reacción es reversible:

 

CLONa + H2O    >  <   CLOH + Na (OH )

CLOH     >  CLH + O

CLH + Na (OH) >  CLNa + Na

Según estas ecuaciones, al favorecer el desplazamiento de la ecuación hacia la izquierda por la descomposición del ácido hipocloroso y neutralización subsiguiente del hidróxido, las las soluciones acuosas de los hipocloritos tienen tendencia a descomponerse perdiendo poder oxidante.

Para evitar este inconveniente, es necesario el que se pueda detener la hidrólisis, mediante la adición de hidróxidos que nos regulen la reacción en la forma que deseamos.

Acción de los ácidos con el cloro.

Los ácidos fuertes, tales como el SO4H2 y el CLH , pueden liberar ácido hipocloroso o cloro de una solución de hipoclorito, según la cantidad usada. Cuando se usan pequeñas cantidades, el principal producto liberado es el ácido hipocloroso.

Na (OH) + HCL  =  CLNa +  HOCL

Cuando se añade más ácido del requerido en esta ecuación, el ácido hipocloroso se descompone.

2 HOCL + 2 HCL = 2 H2O + 2 CL2

La primera reacción tiene una extraordinaria importancia en la etapa del proceso de blanqueo industrial, ya que el HOCL formado se descompone con desprendimiento de HCL y O, el cual actúa sobre la madera blanqueándola. La segunda reacción no es conveniente por cuanto que el CL2 formado no actúa tan rápidamente y se pierde en la atmósfera.

La acción del ácido carbónico, en su forma de CO2 existente en la atmosfera es bastante importante, ya que actua sobre la NaOH, produciendo su neutralización.

CO2 + 2 Na (OH)                        CO3Na2 + H2O

Esta neutralización afecta el equilibrio de las reacciones anteriores, favoreciendo el desplazamiento hacia la derecha y por consiguiente la descomposición del hipoclorito. Las soluciones de hipoclorito pierden poder blanqueante cuando se dejan expuestas varios días a la acción atmosferica, sobre todo si no tienen un exceso de compuesto alcalino.

Acción de los álcalis con el cloro.

La acción de los álcalis sobre los hipocloritos es exactamente opuesta a la de los ácidos, o sea desplaza el equilibrio de las ecuaciones hacia la izquierda y por consiguiente retardan o anulan la descomposición del hipoclorito.

Acción de las sales.

Cuando a una solución de hipoclorito se la añade CL2Ca  ó  CLNa, se produce inmediatamente desprendimiento de cloro naciente. La interpretación de este resultado, se indica a continuación.

2 Na (OH) + CL2    ><  CLNa + CLONa + H2O

Y en virtud de la reversibilidad:

Na (OH) + 2 CL  >< CLOH + CLNa

Es  pues conveniente el evitar la presencia excesiva de cloruros en las aguas empleadas para la preparación de los hipocloritos para el blanqueo, a fin de evitar las consiguientes perdidas de cloro activo.

Influencia de otras variables.

Toda solución de blanqueo de madera debe suministrar a la misma una blancura permanente, cumpliéndose los siguientes requisitos.

1. Hacerlo en el tiempo más breve.
2. Con el menor consumo de materias
3. Con la máxima conservación superficial de la madera
4. Posibilidad de poder aplicar tintes y barnices posteriormente

Para alcanzar todos estos fines es necesario tener en cuenta la composición, concentración y temperatura de las soluciones de blanqueo, la duración del mismo y la clase de madera a tratar.

Influencia del pH.

En la composición de los productos de blanqueo es de vital importancia la exacta alcalinidad o acidez de las soluciones de hipocloritos.

Las soluciones de hipocloritos nuevas tienen en las concentraciones usuales de blanqueo, un pH que oscila de 9,5 a 10,5, mientras que cuando se trabaja con soluciones regeneradas a base de lejias nuevas, los productos ácidos, que lleva la solución usada de hipoclorito, se van acumulando en la solución y tienden a hacerla neutra o ácida ( pH 6 a 5,5 ). Una solución de hipoclorito recién preparada para blanquear no debe tener un pH superior a 11,5.

La velocidad máxima de blanqueo se presenta en el punto neutro, siendo en este caso unas diez veces superior  que con soluciones similares  de pH 9 o a pH 4,6.

La activación de las soluciones blanqueantes de hipoclorito se realizan de una manera indirecta por los productos ácidos que van resultando de la acción del blanqueo y que no marchan de la solución. Si esta eliminación es retardada, la solución es apta para entrar en la región pH = 7 y causar pérdidas de resistencia en la madera, por lo que es muy importante tener un control severo y constante del pH de las soluciones de blanqueo.

Concentración

Referente a la concentración de los baños de blanqueo se puede decir que existe una tendencia al empleo de baños débiles, ya que se ha observado que a concentraciones elevadas disminuye la estabilidad del baño. La velocidad de blanqueo es independiente, dentro de ciertos límitas, de la concentración, y el desgaste de las fibras de la madera es más acentuado a concentraciones elevadas.

Temperatura:

La temperatura influye en el sentido de aumentar la velocidad de blanqueo siendo este aumento de 2 ½  veces por cada 10º C de aumento, o sea que podría reducirse a la mitad de tiempo de blanqueo si disponemos de la temperatura adecuada. El problema en este caso es que existe un problema de formaciñon rápida de oxicelulosas.

Se puede trabajar con soluciones de blanqueo cuyo contenido no sea superior a 1gr/Cl activo/l, a temperaturas de 30º C – 40º C, siendo este el sistema empleado en el banqueo, mediante el cual se logran las siguientes ventajas:

A ) Soluciones débiles blanquean más adecuadamente que las fuertes a temperatura normal.

B ) El tiempo de blanqueo es reducido.

C ) Existe menos peligro a un sobre-blanqueo ( formación de oxicelulosa )

D ) La solución caliente de blanqueo penetra en la madera más facilmente que una fria

E ) En el caso de trabajar con soluciones de hipoclorito cálcico, existe menos peligro de deposición de carbonato cálcico en la madera superficial

En el próximo número de hablará del blanqueo de la madera con Peróxidos

Bibliografia:

S.W. Gibbia

José Cegarra Sánchez

Joaquin Gacen Guillen

Manuel Riquelme Sanchez