Introduzione alla fabbricazione della carta

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1 Introduzione alla fabbricazione della carta Paolo Zaninelli responsabile didattico attività cartarie

2 L industria cartaria italiana produzione Italia ed altri paesi europei

3 L industria cartaria italiana imprese e addetti

4 Produzione e consumo

5 Import/export

6 Struttura della carta La carta è un feltro di fibre vegetali ottenuto da una sospensione in acqua che per drenaggio, pressatura, essiccamento si disidrata lasciando le fibre irregolarmente disposte e spontaneamente cementate

7 Il feltro fibroso

8 La fibra vegetale È un piccolo tubetto di lunghezza compresa tra 0,5 e 2 mm È costituito principalmente da cellulosa raccolta in fibrille Da resistenza meccanica al tronco e conduce i liquidi

9 Ponti idrogeno

10 Il feltro fibroso

11 Come si regola la quadratura della carta La differenza di velocità tra tela e getto determina il grado di quadratura o di orientamento del foglio

12 La speratura o formazione La carta vista in trasparenza deve risultare uniforme con assenza di macchie scure (addensamenti fibrosi) o macchie chiare (mancanza di impasto). La mancanza di uniformità determina una assorbenza non uniforme

13 Il doppio viso La carta, essendo ottenuta per drenaggio sulla tela, ha una faccia (lato tela) più povera di materiale fino e l altra faccia (lato feltro) molto più ricca

14 Classificazione delle carte

15 Classificazione dal punto di vista costruttivo FINITURA SUPERFICIALE Patinata - Cast coated - Gloss - Satin - Matt Naturale - Calandrata - Lisciata - Naturale - Marcata - Goffrata - Crespata - Filigranata

16 Carta naturale Carta patinata

17 Classificazione dal punto di vista costruttivo STRUTTURA INTERNA Materiali - Con o senza legno - ECF, TCF - Con o senza macero - Monogetto, accoppiate Caratteristiche funzionali - Grammatura - Spessore - Rigidità - Assorbenza - Comprimibilità - Porosità - Res. meccaniche

18 Grammatura La grammatura è il peso in grammi di un metro quadrato di carta dopo il condizionamento a 22 C e U.R. 55% La grammatura è un termine commerciale importante in quanto la carta si acquista per peso. Tipologia Grammatura Tipica Tipologia Grammatura Tipica Carta igienica TISSUE 14 g/m² Carta per copertine riviste g/m² Carta da sigarette 24 g/m² Fabriano F2 110 g/m² Carta per quotidiani g/m² Fabriano F4 220 g/m² Carta per settimanali g/m² Cartoncini per copertine g/m² Carta per fotocopie 80 g/m² Cartoncini per packaging g/m² Carta patinata pieghevoli g/m² Cartoncini grigi a spessore1000 g/m² ed oltre

19 Spessore Lo spessore è dato dalla distanza tra le due facce del foglio e si esprime in micron (millesimi di millimetro) È una delle caratteristiche tecniche più importanti in quanto determina: - Lo spessore di un libro - Il numero massimo di pagine che posso cucire con un punto metallico - La rigidità di una pagina, di un flayer, di una copertina, - Il numero massimo di pieghe che possono essere effettuate su un foglio - L impostazione di una fustella per realizzare un astuccio (scatola)

20 Carta patinata e cartoncino patinato a confronto Nella produzione di una carta patinata si deve garantire il miglior aspetto superficiale possibile (in funzione della categoria di prezzo). Nella produzione di cartoncino si deve garantire la massima rigidità (in funzione della categoria di prezzo). Patina top 15 g/m 2 Pre-patina 15 g/m 2 Pre-patina 15 g/m 2 Supporto 160 g/m 2 Pre-patina 15 g/m 2 Pre-patina 15 g/m 2 Patina top 15 g/m 2 Patina top 10 g/m 2 Pre-patina 10 g/m 2 Copertina 40 g/m 2 Sottocopertina 20 g/m 2 Intermedio 125 g/m 2 Retro 40 g/m 2 Trattamento 5 g/m 2 Carta patinata 250 g/m 2 Cartoncino patinato 250 g/m 2

21 Mano o Volume apparente Mano = spessore (micron) / grammatura Indica lo sviluppo di spessore in funzione della grammatura della carta Nelle carte patinate la mano è compresa tra 0,8 e 1,3 Nelle carte naturali tra 1,1 e 2,2

22 Le due fasi principali Estrazione del materiale fibroso Materia prima Balle di fibra vergine Fabbricazione della carta Carta

23 Le materie prime

24 Conifere Pino, Abete, Larice Legno tenero di facile estrazione Fibra lunga (tracheidi) 2-3 mm Danno resistenza meccanica alla carta Cattiva formazione del foglio Carta molto porosa

25 Latifoglie Betulla, Eucalitto, Faggio, Castano,Pioppo Fibra corta (circa 1 mm) Migliorano l opacità, la formazione della carta e la stampabilità Non danno grande resistenza meccanica

26 Piante annuali Paglia di grano, lino, steli di granturco, tabacco bagasso, sparto, kenaf Basso costo Basso contenuto di fibre Difficile estrazione Nel caso del cotone ottime resistenze meccaniche della carta

27 Il legno

28 Costituzione di alcuni legnami Conifera Latifoglia Paglia Cellulosa 45-55% 40-52% 33-47% Emicellulosa 15-22% 21-27% 22-30% Lignina 26-30% 18-23% 13-19% Ceneri 0,2-0,6% 0,3-1,2% 3,8% Estrattivi 2-6% 0,7-1,9% 2,5%

29 La cellulosa polisaccaride 1-4 β glucosio C 2 C 2 C C C C C C C C C C C C C C C 6 C 2 n polisaccaride 1-4 β glucosio

30 2 C -C C Me 2 C 2 C C --C S 3 - S 3 - Me C C 2 C C C 2 C C 2 C C 2 -C C C C C Me Me Me 2 C C C 2 C C C S 3 - Me C C C 2 Modello strutturale della lignina

31 Lume Struttura della fibra Parete primaria Strato esterno Strato intermedio Strato interno Lamella mediana

32 Struttura della fibra P=Parete S=Spessore C=Lume L=Lunghezza

33 Indice di feltrabilità = L/S Indica la capacità di fare feltro e determina la resistenza alla lacerazione A B

34 Indice di Runkel= 2P/C Determina la capacita della fibra a trasformarsi da tubo a nastro. Capacità di collassare A B

35 Paste per carta

36 Paste per carta Materia prima legno Pasta chimica Pasta Kraft BSK - BK Resa 45% Pasta al solfito BSS - BS Resa 45% Pasta semichimica Paste ad alta resa ChemiTermoMecc. CTMP Resa 75% ChemiMecc. CMP Resa 85% Pasta meccanica Resa 95% Da Raffinatore RW Da Mola SGW

37 Tondelli e scortecciatura

38 Fasi preliminari Taglio Parco legno Scortecciatura

39 Fasi preliminari Chippatura Stoccaggio chip

40 Chips

41 Estrazione della pasta chimica

42 Pasta chimica Scopo: ottenere mediante agenti chimici una perdita di compattezza in modo che le fibre si separino senza danni alla loro integrità Attaccare quindi i componenti chimici che cementano le fibre le una alle altre Resa: minore del 50%

43 Fibre di cellulosa al microscopio

44 Pasta chimica fasi operative 1.Scortecciatura 2.Sminuzzatura del legno 3.Cottura nel bollitore 4.Lavaggio 5.Epurazione Chips Liscivio Pasta chimica

45 Schema del processo kraft parco legno cottura 1 a epurazione scortecciatura liscivio LB lavaggio forno a cortecce cippatura produzione vapore produzione elettricità caustificazione in forno a calce LV caldaia a recupero concentrazione LN riposo imbianchimento 2 a epurazione pressapaste impaccatura

46 Caratteristiche del processo Vantaggi: qualsiasi tipo di legno, cottura in continuo, recupero dei chimici, recupero dei sottoprodotti, caratteristiche meccaniche elevate Svantaggi: la pasta greggia risulta molto scura

47 Estrazione della pasta legno

48 Pasta meccanica caratteristiche del processo Scopo: dividere le fibre mediante abrasione contro una mola in pietra Resa: 95% circa Tempi: Sfibratura in continuo Temperature: 85 C Variabili: abrasività della mola, pressione, stagionatura del legno

49 Lo sfibratore a mola Pressione Variabili: pressione, temperatura, tipo di legno e stagionatura, finitura superficiale della mola Pasta meccanica Acqua

50 Sfibratori continui

51 Sfibratore per PGW

52 Misurazioni sul prodotto finito Grado di scolantezza Distribuzione dimensionale (classificatore) Grado di bianco Scheggiosità Pulizia

53 Fibra corta di pioppo Pasta chimica Pasta meccanica

54 Fibra lunga di abete Pasta chimica Pasta meccanica

55 Paste ad alta resa

56 Paste ad alta resa SGW (stone ground wood) PL da mola PGW (Pressured ground wood) Termo meccanica RW (Refiner wood) PL da raffinatore TMP Pasta Termo meccanica CMP Pasta Chemi Meccanica CTMP Pasta Chemi Termo Meccanica

57 Il processo Chemi-Meccanico Parziale solubilizzazione della lignina e leggero imbianchimento su chip a temperatura spontanea di processo (50 C circa) Successivamente di sfibra il tutto con raffinatori a pressione atmosferica. Infine si procede ad una eventuale ulteriore sbianca

58 Imbianchimento

59 Imbianchimento Le paste, sia chimiche che meccaniche, contengono ancora lignina in quantità differente. La lignina oltre a ridurre il grado di bianco ingiallisce con il tempo. Fare imbianchimento significa: togliere la lignina residua o decolorarla attraverso alcuni reattivi introdotti in vasche di reazione

60 Imbianchimento con cloro Il cloro, nelle sue varie forme trasforma la lignina in clorolignina e la rende asportabile in un successivo trattamento alcalino. Ciò comporta un inevitabile riduzione della resa di processo. L imbianchimento con cloro si applica quindi solo alle cellulose

61 Il cloro e i problemi legati all inquinamento All interno della lignina sono presenti dei gruppi benzenici. Durante la fase di clorurazione si possono formare tracce di tetraclorodibenzendiossina (TCDD) La sua presenza in quantità ridotta non e tossica, ma considerando i 60 milioni ton/anno la quantità diventa considerevole

62 Paste ECF TCF Si definiscono ECF (Elemental Chlorine Free) le paste contenenti un valore di AX (alogeni organici assorbibili) minori di 0.8 Kg per ton Si definiscono TCF (Totally Chlorine Free) (da TCL composti cloro-organici totali) le paste contenenti un valore di AX minore di 0.2 kg/ton