LA CARTA. Programma di formazione per lavoratori interessati al settore cartaceo. 1. Materie prime fibrose pag.

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1 LA CARTA Programma di formazione per lavoratori interessati al settore cartaceo 1. Materie prime fibrose pag Produzione della Pasta meccanica fibrosa pag Sostanze non fibrose pag Produzione della carta pag Tipi di carta e loro usi pag Proprietà della carta pag. 16 1

2 Programma di formazione per lavoratori interessati al settore cartaceo Definizione: la carta è un preparato composto essenzialmente da fibre di cellulosa di origine naturale, fra loro feltrate e intrecciate. Per la fabbricazione di carta vengono utilizzati due tipi di materie prime: Materie prime fibrose Materie prime non fibrose 1. Materie prime fibrose Le materie prime usate per ottenere fibre derivano principalmente da legni di varia specie. I composti principali delle fibre naturali sono la cellulosa (presente soprattutto nel cotone) e le sostanze cellulosiche. Fibre usate per la fabbricazione di carta Fibre di legno dolce Fibre di legno duro Stracci Canna da zucchero Bambù Paglia 2

3 Fibre di legno dolce Affinché la fibra possa essere utilizzata per produrre carta, essa deve essere isolata dalla struttura legnosa o mediante rimozione chimica dei costituenti estranei, o con la distruzione meccanizzata della struttura della pianta. La materia prima principale per produrre carta è rappresentata dalle fibre del legno dolce, situate nella zona del tronco detta cambio. Ogni fibra è costituita da quattro strati. Le fibre di legno dolce sono relativamente uniformi e ordinate al loro interno Fibre di legno duro Le fibre di legno duro hanno una struttura meno ordinata rispetto a quelle di legno dolce, sono più differenziate e contengono al loro interno grandi cellule vasali a parete sottile per il trasporto dell acqua. L acqua, penetrando nella struttura della fibra, produce un suo rigonfiamento, rendendola così più adatta a unirsi alle altre fibre. Stracci Con questo termine. Si intendono scarti tessili di cotone o lino, provenienti dall industria tessile e dell abbigliamento. Le fibre vengono cotte in lisciviatori rotanti con una soluzione di calce, soda o soda caustica; in seguito vengono lavate e decolorate con ipocloriti. Gli stracci vengono utilizzati per la produzione di carta di alta qualità. 3

4 Canna da zucchero La canna da zucchero è lo scarto di fabbricazione dello zucchero e contiene il 65 % di materia fibrosa. Le fibre sono relativamente lunghe ed esili e sono usate per la fabbricazione di carta di alta qualità. E essenziale, prima della cottura, staccare il midollo della canna, presente all interno di essa. Bambù Il bambù viene usato largamente nei paesi dell Asia sud-orientale. E una pianta che cresce rapidamente e, tramite il procedimento di bollitura Kraft, produce una pasta a fibre lunghe Paglia La paglia viene usata nei paesi dove sono abbondanti gli scarti agricoli. Viene utilizzata sia per la produzione di carta greggia da involucri che come additivo alla carta da stampa 4

5 2. Produzione della Pasta meccanica fibrosa Prima di iniziare il ciclo di produzione della carta, le fibre devono essere prima unite in una pasta meccanica, dalla quale in seguito si produrrà il foglio propriamente detto. Esistono due metodi per preparare la pasta fibrosa: Metodo Keller Metodo tradizionale o Keller Metodo di raffinazione a dischi Questo metodo consiste nel frantumare i tronchi di legno premendoli contro una pietra cilindrica rotante. I granuli della pietra provocano il distacco delle fibre dalla superficie del legno. L intero ciclo si svolge in presenza di acqua che, raggiungendo un alta temperatura grazie alla trasformazione dell energia meccanica in energia termica, ammorbidisce il legno e favorisce l isolamento delle fibre. La pasta fibrosa risultante contiene tutti i costituenti del legno. A causa del loro trattamento disordinato, le fibre hanno forme molto varie, hanno una bassa capacità legante e dunque, la carta da esse prodotta risulta poco resistente, molto porosa ed opaca. Metodo di raffinazione a dischi Il metodo di raffinazione a dischi consta di una fase preliminare, consistente nel ridurre il tronco dell albero a scaglie di legno. Queste, impregnate d acqua, vengono poste tra i dischi che, per mezzo dell azione meccanica del raffinatore, frantumano e sminuzzano le scaglie finché le fibre non si separano l una dall altra. Questa tecnica ammorbidisce notevolmente con il calore le scaglie di legno ma impiega un energia maggiore rispetto al procedimento tradizionale. Il suo vantaggio però è quello di poter impiegare anche legni di piccolo diametro e rami, inadeguati per il metodo keller. 5

6 3. Sostanze non fibrose Oltre alle materie prime fibrose, l industria utilizza per la fabbricazione della carta, forti quantitativi di prodotti non fibrosi. Gli additivi sono impiegati per quattro scopi principali: Aumentare la resistenza della carta, in base alla quale vengono usati vari amidi o carboidrati del tipo mannogalattanico Modificarne le capacità ottiche(brillantezza, opacità), per cui vengono aggiunti pigmenti con un alto indice di rifrazione come il caolino, il talco o il carbonato di calcio Produrre un determinato effetto sulle proprietà assorbenti, per cui si usano resine urea-formaldeide e melammina-formaldeide,che formano un sistema di coesione meno sensibile all acqua Eliminare alcuni problemi che si incontrano nella fabbricazione della carta, per risolvere i quali occorrono diversi agenti di ritenzione, di flocculazione o di prosciugamento Questi additivi possono essere aggiunti in tre modi: Aggiungere i vari ingredienti alla pasta fibrosa prima di farla passare alla fase successiva (metodo più usato) Utilizzare una pressa per collatura (pressa collante) per applicare una soluzione di additivi su entrambe le facce del foglio Aggiungere le sostanze non fibrose in procedimento separato, cioè per patinatura, impregnazione, laminazione ecc. 6

7 4. Produzione della carta Il ciclo di produzione della carta è articolato in tre fasi: Preparazione della sospensione fibrosa Lavorazione alla macchina continua(drenaggio, pressatura, essiccazione) Trattamento del foglio(finitura della superficie, taglio, arrotolamento) Preparazione della sospensione fibrosa Le fibre della pasta prodotta chimicamente, non hanno ancora esplicato del tutto la loro capacità di formare legami idrogeno, dunque non possono essere utilizzate subito. La pasta viene disgregata in acqua e sottoposta a un processo di raffinazione che rende le fibre adatte alla produzione di una certa qualità di carta. Quando la pasta passa tra le barre dei raffinatori continui, viene sottoposta a forti tagli che causano delle variazioni nello stato fisico della fibra: infatti avviene un rigonfiamento e un rilassamento della struttura della parete fibrosa. Avendo ora un ampia superficie esterna, le fibre sono in grado di aderire l una all altra tramite legami a idrogeno. Lavorazione alla macchina continua La sospensione(o pasta) fibrosa entra nella macchina continua tramite la cassa di afflusso che la distribuisce uniformemente sulla tela metallica, livellando le irregolarità e facendola scorrere alla velocità necessaria Drenaggio(dewatering) Prima di tutto, la sospensione passa sui cilindri sgocciolatori, che fanno sgocciolare l acqua da questa, lasciando un impasto fibroso umido; in seguito si porta sulle casse aspiranti di essiccazione che, utilizzando una forza di aspirazione di KPa circa, ne aumentano la seccatura. 7

8 Infine il foglio raggiunge il cilindro aspirante, dove viene praticato un vuoto di KPa, acquistando la resistenza necessaria per scorrere sotto le presse. Pressatura Il processo della pressatura viene svolto da due o più presse, che possono essere aspiranti, piane o dotate di un profilo per facilitare il drenaggio dell acqua. Il foglio viene trasportato nel cilindro, dove l acqua scorre via da esso, mentre le fibre vengono pressate, per consolidarle maggiormente tra loro, creando le condizioni adatte per far avvenire legami a idrogeno. Essiccazione Nel processo dell essiccazione il nastro umido viene prosciugato su cilindri riscaldati a vapore; l acqua evaporata viene a sua volta essiccata da altri dispositivi di essiccazione. La sezione di essiccazione può contenere fino a ottanta cilindri, suddivisi in diversi gruppi. Ogni gruppo ha una sua temperatura di superficie, per evitare un evaporazione troppo rapida del nastro, che causerebbe contrazioni e sollecitazioni al foglio. La seccheria inoltre può avere dispositivi(calandre) per rendere liscio e compatto il foglio. Nella fase finale della macchina continua il foglio passa attraverso una serie di cilindri in acciaio che compiono la lisciatura della carta; Infine il nastro viene avvolto su una bobina. Trattamento del foglio La carta così ultimata non è sempre un prodotto finito e in alcuni casi deve subire diversi trattamenti. Certe carte da stampa, che richiedono un grado di levigatezza e di lucentezza maggiori, vengono sottoposte a un ulteriore calandratura in una satinatrice: in 8

9 essa la carta inumidita è sottoposta a pressione e ad un trattamento di frizione. La patina o colore di ricoprimento è una miscela formata da un pigmento minerale bianco(il caolino soprattutto) e da un legante a base d acqua costituito da adesivi solubili di tipo emulsione(caseina). La patinatura è realizzata in una macchina, con diversi tipi di cilindri spalmatori che distribuiscono una quantità dosata di patina su ciascun lato del foglio(la quantità di patina può arrivare fino a 10 g/m2) Una gran quantità di carta e cartone è trattata con cera o con paraffina per renderla resistente all acqua(idrorepellente). 9

10 5. Tipi di carta e loro usi Esistono molte qualità di carta, ognuna con dei propri requisiti per il suo utilizzo specifico: Carta da stampa Carta da scrivere Carta da involti o da imballaggio Carta velina Carte tecniche Cartoni Carte sintetiche Carta da stampa Prerogativa essenziale di questa carta è l uniformità delle sue caratteristiche. La carta Manifold(MF), usata per giornali di largo consumo, è composta per l 80 % da pasta meccanica e per il 20 % da pasta chimica non sbiancata. La sua grammatura è di 52 g/m2. I suoi requisiti sono: Levigatezza della superficie Compressibilità 10

11 Assorbimento dell inchiostro Opacità Resistenza sufficiente a scorrere su macchine da stampa Essa viene usata per la stampa di giornali in caratteri tipografici, in offset e in rotocalco. Per la stampa di pubblicazioni pregiate sono usate carte cellulosiche sbiancate Carta da scrivere Carta di altissima qualità impiegata in dattilografia, nelle macchine commerciali, per macchina da scrivere, per biglietti di banca e per registri. E importante che essa abbia una stabilità dimensionale e una superficie levigata. La sua grammatura varia dai 17 ai 25 g/m2. Carta da involti o da imballaggio 11

12 Sono presenti numerosi tipi di carta da involti La carta Kraft, usata per sacchi di cemento, di mangimi e sacchi per rifiuti viene preparata con pasta al solfato in grammature dai 70 ai 90 g/m2. E molto resistente e porosa. Nell imballaggio sono usate carte filate, gommate, intrecciate e metallizzate. Le carte usate per avvolgere grassi sono rese resistenti all untuosità attraverso la raffinazione estensiva della pasta al solfito(ricca in emicellulose). Carta velina La carta velina è un foglio sottile, morbido e assorbente. Essa viene preparata con miscele di paste chimiche sbiancate di legno duro e di legno dolce, cotto a bassa resa. Sono utilizzate a uno o più strati per la produzione di asciugamani, carta igienica, fazzoletti, tovaglioli e veline per togliere il trucco. Carte tecniche Esistono diverse carte speciali. 12

13 La velina per condensatori è una carta molto sottile, a struttura compatta, prodotta da pasta pregiata al solfato non sbiancata ad alto grado di purezza. La sua grammatura varia dai 4 ai 6 g/m2. La carta Kraft assorbente, impregnata di resine melamminiche e fenoliche, viene usata per la laminazione e la modellatura sotto l effetto del calore e della pressione. Inoltre esistono le carte pure, usate come supporto alle carte fotografiche, e la carta per sigarette, preparata da stracci, o da mescola di pastastraccio e pasta chimica che viene usata largamente per la produzione di sigarette. Cartone Trattasi di una carta di grammatura elevata. E costituito da parecchi strati accoppiati o incollati assieme. Suoi requisiti essenziali sono la rigidezza e il notevole spessore. Come principale materiale di imballaggio viene usato il cartone ondulato che è 13

14 formato dall onda, uno strato ondulato costituito da carta di grossa grammatura fatta passare attraverso un ondulatore(dispositivo dotato di due cilindri riscaldati) che conferisce alla carta la giusta scanalatura, e dalla copertina, uno strato di rivestimento prodotto da pasta vergine al solfato, molto resistente. Carte sintetiche Le carte sintetiche sono materiali simili alla carta, ma più solidi e resistenti agli agenti atmosferici, usati per produrre cartelli stradali e carte nautiche, e si distinguono in: Carta prodotta con fibre sintetiche Pellicola di un polimero sintetico Carta di fibre sintetiche Essa è fabbricata con un procedimento simile a quello della carta naturale a parte il fatto che non può instaurarsi il legame idrogeno, a causa della natura delle fibre. Per la fabbricazione dunque, si usano leganti sintetici insieme a fibre termoplastiche fusibili 14

15 Questa fibre impartiscono al prodotto finale una resistenza alla lacerazione e alle piegature. Pellicola di polimero sintetico Questa pellicola non è considerata una vera e propria carta ma il suo impiego è simile. Di per sé sono fogli trasparenti, dunque devono essere opacizzati con l aggiunta di cariche. Rispetto alle carte naturali sono meno rigide. 15

16 6. Proprietà della carta La carta non può presentare le costanti di un materiale ben definito sia per la proprietà igroscopica delle fibre cellulosiche, sia per il carattere di viscoelasticità del materiale. Inoltre la distribuzione della massa non è uniforme, perciò i risultati delle prove condotte in laboratorio possono variare tra loro fino al %. Queste proprietà sono divise in: Proprietà fisiche Proprietà chimiche Proprietà fisiche La caratteristica principale del foglio di carta è la grammatura, espressa in grammi su metro quadro (g/m2). Lo spessore e la densità del foglio dipendono dalla pressione, in quanto rappresentano rispettivamente la distanza tra due lastre separate da un foglio di carta e il rapporto tra la grammatura della carta e il suo spessore. La resistenza è caratterizzata da quattro valori: resistenza alla trazione, allo scoppio, alla lacerazione e alla piegatura. La porosità della carta è valutata misurando la permeabilità all aria, comparando cioè la velocità di flusso di quest ultima tra una superficie di riferimento e la superficie del foglio. Le misurazioni ottiche quali la brillantezza e la luminescenza sono effettuate con riflettometri. Proprietà chimiche Esse riguardano la composizione della carta, le sue componenti fibrose, il 16

17 contenuto in cariche minerali e la quantità dei vari additivi usati nella fabbricazione. Per le misurazioni di questi, vengono usati i metodi analitici della chimica, a parte per l analisi delle fibre, svolta con metodi microscopici. 17