La carta


La carta è un feltro, ossia un agglomerato di fibre disposte casualmente, tra le quali sono presenti dei legami chimici che gli conferiscono una certa resistenza. E' certamente il più importante supporto di stampa.

I costituenti della carta

Fibra

La parte fibrosa che costituisce la carta è di origine vegetale. Una fibra è un filamento con forma grossomodo di tubicino appiattito, di lunghezza grossomodo tra i 0,5 e i 2 mm. La cavità interna è detta lume.



La parete della fibra può essere costituita da:
Formula di struttura di un monomero del glucosio, che costituisce un anello di una molecola di cellulosa

Dalla superficie della fibra possono dipartirsi dei filamenti più sottili, della stessa materia, detti fibrille.

La fibra è estratta da specie arboree (conifere e latifoglie), da specie annuali, dal macero della carta riciclata:

Acqua

L'acqua ha un importantissima funzione nella creazione dei legami che portano alla formazione del feltro. Tali legami sono del tipo legame idrogeno.

La formazione del feltro avviene con la graduale e progressiva eliminazione dell'acqua, partendo da una sospensione acquosa (l'impasto fibroso), in cui le fibre sono disperse, fino alla quasi completa eliminazione dell'acqua.

Fin tanto che l'acqua è presente ancora in grande quantità, sono presenti dei deboli legami di natura elettrica (dovute al fatto che gli atomi di ossigeno sono carichi negativamente e quelli di idrogeno sono carichi positivamente) tra le fibre di cellulosa (o emicellulosa o lignina), e le molecole di acqua: sono i legami responsabili della tensione superficiale dell'acqua.

Ma man mano che l'acqua viene eliminata, questi legami si sostituiscono a dei legami diretti tra fibra e fibra: sono i legami idrogeno, più resistenti dei legami responsabili della tensione superficiale. Tali legami si instaurano dove le fibre vengono a contatto tra loro. Si capisce allora che quanti più sono i punti di contatto tra fibra e fibra, quanto maggiore sarà la resistenza della carta. La presenza poi delle fibrille, aumentando il numero dei punti di contatto, aumenta conseguentemente la forza necessaria a separare le fibre.

L'acqua, durante la fase di fabbricazione della carta, deve venire eliminata gradualmente, poiché inizialmente il contesto fibroso è estremamente delicato. Si possono distinguere 3 fasi dell'eliminazione dell'acqua:
  1. per gravità (e successivamente, eventualmente, per scuotimento). Viene eliminata attraverso le maglie di una tela su cui viene depositato l'impasto fibroso;
  2. per pressatura (attraverso lo schiacciamento mediante delle presse, e l'assorbimento dell'acqua su dei feltri assorbenti);
  3. per evaporazione (attraverso il riscaldamento).
Bagnando la carta verranno meno i legami idrogeno e la carta diventerà di nuovo poco resistente.

Sostanze di carica

Le sostanze di carica sono quelle sostanze che vengono aggiunte all'impasto fibroso durante la fabbricazione della carta. Sono sostanze di natura inorganica e di origine minerale o sintetica che hanno la funzione di conferire alla carta bianchezza, opacità (nel senso di non-trasparenza), liscio, e altre catteristiche fisiche desiderate.
Le più importanti sostanze di carica sono:
Tra le sostane di carica possono considersi i pigmenti colorati. A volte invece vengono classificati a parte.

Collatura

La collatura ha la funzione di conferire alla carta resistenza alla penetrazione dei liquidi. A volte con collatura della carta si intende anche proprio la caratteristica stessa di resistenza alla penetrabilità da parte dei liquidi. Attenzione: non ha affatto la funzione di tenere unite le fibre! Le più importanti sostanze di collatura ("size", in inglese) sono:
Non tutte le carte sono collate.

Altre sostanze

Possono essere presenti poi altre sostanze, come la patina, che vengono aggiunte dopo che il foglio è stato formato.

Concetti importanti relativi alla carta

Carta quadrata

Si intende un tipo di carta in cui le fibre non seguono un orientamento preferenziale. Le carte prodotte industrialmente non sono mai del tutto quadrate (ossia vi è sempre un certo grado di orientamento delle fibre). E' detta anche isotropa (iso= stessa; tropia=direzione).

Carta orientata

Si intende un tipo di carta in cui le fibre seguono un orientamento preferenziale. E' dovuto al fatto che la carta viene prodotta industrialmente, come si vedrà, facendo scendere un impasto fibroso su di una tela in movimento. Le fibre tendono ad orientarsi nel senso del movimento della tela. Carte prodotte ad alta velocità tendono ad essere maggiormente orientate. Le carte prodotte industrialmente hanno sempre un certo orientamento (non sono cioè mai quadrate). L'orientamento della fibra, che è sempre nella direzione del senso di fabbricazione, prende il nome di senso di fibra.

 
Carta quadrata e carta orientata. Nel foglio di destra è evidente il senso di fibra prevalente

Senso di fibra

E', come si è detto, l'orientamento prevalente delle fibre in una carta. E' tecnologicamente di estrema importanza.

La carta è un materiale fortemente igroscopico (tende cioè ad assorbire acqua se si trova in un'atmosfera umida, o a rilasciarla se si trova in un'atmosfera più asciutta).

Assorbendo acqua le fibre tendono a gonfiarsi, per cui la carta aumenta, anche notevolmente, la propria dimensione in direzione perpendicolare al senso di fibra.

Molti prodotti devono essere attentamente realizzati in relazione al senso di fibra: ad esempio un libro deve essere realizzato ponendo la fibra parallelamente al dorso. In questo modo le pagine del libro, assorbendo umidità dall'ambiente, saranno in grado di dilatarsi liberamente in direzione perpendicolarmete al dorso. In caso contrario le pagine del libro, assorbendo umidità dall'ambiente, saranno trattenute dalla rilegatura del dorso, e il libro tenderà a imbarcarsi.

Un foglio tagliato in formato rettangolare si dirà, in gergo tecnico, tagliato in fibra, quando il senso di fibra è parallelo al lato maggiore. Si dirà tagliato in controfibra, quando il senso di fibra è parallelo al lato minore.



Il senso di fibra di un foglio e la direzione di dilatazione prevalente (perpendicolare al senso di fibra).



La carta allestita in bobina ha senso di fibra sempre orientato nel senso di svolgimento della stessa.


Speratura

Si intende la "nuvolosità" della carta, visibile controluce.

Doppio viso

Si intende la caratteristica della carta di essere differente sui due lati, e ciò è dovuto al fatto che in fase di fabbricazione l'impasto viene fatto scendere su una tela. La parte della carta a contatto con la tela risulta più povera di pigmenti e di sostanze di carica (e anche delle fibre più piccole). Si parla allora di :

A volte questa differenza è pressoché indistinguibile. A volte invece, come nelle carte colorate in impasto, il lato tela risultando più povero di sostanze coloranti, la differenza diventa ben visibile e a volte indesiderata.

Caratteristiche fisiche e geometriche della carta

Grammatura

Rappresenta il peso, espresso in grammi, di un foglio di carta dalla superficie di un metro quadrato (utilizzando il S.I. delle unità di misura sarebbe più corretto parlare di massa e non di peso ma ci adeguiamo qui alla consuetudine generale del gergo tecnico), e si esprime quindi in g/m2.

Si parla di:
Un normale foglio per fotocopie, o la carta di un normale quaderno, ha in genere una grammatura di circa 80 g/m2.

Spesso l'unità di misura non viene neanche indicata e la si dà per sottintesa.
Da sola la grammatura non dà tutte le informazioni sullo spessore della carta.

Spessore

E' ovviamente la distanza tra le due facce del foglio.

Si può indicare in micron (µm, ossia millesimi di millimetro), o in millimetri (mm).

Mano, o resa di spessore (o volume apparente)

Rappresenta il rapporto tra lo spessore, espresso in micron, e la grammatura, espressa in grammi al metro quadrato.

Può pertanto essere espressa in µm/(g/m2), ma in genere la si espirime (impropriamente) come se fosse un semplice numero puro.

Dimensionalmente è anche un volume specifico, ossia l'inverso di un peso specifico, in quanto la sua unità di misura può essere espressa anche come dm3/kg, che è esattamente lo stesso.

Una carta con una mano elevata è una carta con un minor peso specifico. E' detta anche una carta "spessorata".

La carta usomano, che non subisce trattamenti particolari dopo la formazione del foglio, è una carta abbastanza porosa, che contiene parecchia aria, e ha pertanto una mano abbastanza elevata (circa 1,5)

La carta patinata, alla quale è aggiunta, dopo la formazione del foglio, appunto la patina, sostanza che ne diminuisce la porosità e la rende più compatta, è una carta invece con una mano più bassa (da 1 a 1,3).

Formato della carta


La carta tagliata in fogli viene venduta in diversi formati, a volte standardizzati, a seconda dell'uso che ne viene fatto.

I più importanti formati per la carta da stampa in fogli sono le serie:
Dimezzando man mano il lato lungo si hanno anche i formati derivati:
denominazione
 lato corto [cm]
 lato lungo [cm]
doppio elefante
 100
 140
elefante
 70
 100
mezzo elefante
 50
 70
quarto elefante
 35
 50


denominazione
 lato corto [cm]
 lato lungo [cm]
doppio protocollo
 88
 128
protocollo
 64
 88
mezzo protocollo
 44
 64
quarto protocollo
 32
 44

I più importanti formati dei prodotti finiti sono la serie A (definita da norme ISO) e la serie B.

Entrambi questi formati (ISO A e ISO B) hanno la caratteristica di avere i lati in rapporto 1:√2. In questo modo, tagliando o piegando il foglio in due parti uguali, dimezzando il lato lungo, i nuovi lati che ne risulteranno saranno sempre in rapporto 1:√2.

La serie ISO A prende origine dal formato A0 che ha superficie pari a 1m2, e che quindi misura 84,1cm x 118,9cm.
dimezzando man mano il lato lungo si hanno:

denominazione
 lato corto [cm]
 lato lungo [cm]
A0
 84,1
 118,9
A1
 59,4
 84,1
A2
 42,0
 59,4
A3
 29,7
 42,0
A4
 21,0
 29,7
A5
 14,8
 21,0

La serie ISO B prende origine dal formato B0 che ha lato minore pari a 1m, e che quindi misura 100,0cm x 141,4cm.
dimezzando ogni volta il lato lungo si hanno:

denominazione
 lato corto [cm]
 lato lungo [cm]
B0
 100,0
 141,4
B1
 70,7
 100,0
B2
 50
 70,7
B3
 35,3
 50

Come si vede la serie ISO B non si discosta molto dalla serie elefante, e viene a volte usata per i formati da stampa.


Calcolo dello spessore della carta, del peso della carta, del quantitativo di carta (lunghezza del nastro) contenuto in una bobina

Per le formule di calcolo si veda il prontuario di definizioni, concetti e formule.


Caratteristiche meccaniche della carta

Provino

Per provino, in tecnologia cartaria, si intende un foglio di carta tagliato nella opportuna forma e dimensioni necessarie per effettuare delle prove di resistenza meccanica della carta.

Resistenza a trazione

Applicando due forze uguali e opposte a un provino di carta, giacenti nel piano stesso del provino, questo, superato un certo valore della forza, ovviamente cede e si rompe.

Tale forza, misurata con un dinamometro, dipende ovviamente dalle caratteristiche della carta su cui viene effettuata tale prova, dalla direzione del senso di fibra (rispetto alla direzione in cui sono applicate le forze), e anche dalla larghezza del foglio (che, poiché viene utilizzato per effettuare una prova, viene chiamato "provino").

E' una caratteristica molto importante da conoscere per la carta da stampa a bobina, in quanto la sollecitazione a trazione è la sollecitazione più importante che la carta deve subire durante la fase di stampa con macchine a bobina.

Poiché la forza necessaria a rompere una striscia di carta dipende, ovviamente, dalla larghezza della striscia stessa (una striscia A realizzata con la stessa carta di una striscia B, ma larga il doppio, avrà bisogno di una forza doppia per essere rotta) non ha molto senso esprimere la resistenza della carta attraverso il valore della forza, ma è più logico esprimerla attraverso il rapporto tra la forza e la larghezza del provino. 

Tale rapporto è detto carico di rottura a trazione RT il rapporto:

RT = FT / L

dove:

che si misura in N/m e dipende dal tipo di carta (della quale deve essere specificata la grammatura). È maggiore se le forze sono applicate parallelamente al senso di fibra rispetto al senso perpendicolare.

Per cui avrà senso affermare, ad esempio, quanto vale RT per una carta di un certo tipo e di una certa grammatura.


Si vede che, se la carta è uguale, la forza necessaria a rompere a trazione il provino è proporzionale alla larghezza del provino stesso. Il rapporto tra forza e larghezza è dunque costante per un certo tipo di carta.
Si vede anche che la resistenza a trazione è maggiore nel senso di fibra

Poiché evidentemente per due carte uguali per caratteristiche di fabbricazione, ma non per grammatura, quella con grammatura maggiore ha una maggior resistenza a trazione (avendo maggiore spessore), si utilizza a volte il concetto di lunghezza di rottura a trazione che è indipendente anche dalla grammatura.

La lunghezza di rottura a trazione per una certa carta è pari alla lunghezza di una striscia di quella carta, di qualsivoglia larghezza e di qualsivoglia grammatura che appesa a un'estremità si rompe per il suo proprio peso. 

Per una carta per giornali la lunghezza di rottura a trazione è nell'ordine dei 1500 m, ovviamente indipendentemente dalla sua grammatura.

Ovviamente non si ricava sperimentalmente, che sarebbe assai poco agevole, ma attraverso il calcolo a partire dal carico di rottura a trazione. La relazione è:

lunghezza di rottura a trazione [m] = carico di rottura a trazione [N/m] / grammatura [g/m2] ·9,8 / 1000

Se, ad esempio una carta ha lunghezza di rottura a trazione pari a 1000 m, se quella carta è fabbricata:

cioè raddoppiando la grammatura raddoppia, per lo stesso tipo di carta, anche il carico di rottura a trazione.

Resistenza alla lacerazione (o allo strappo)

Applicando due forze uguali e opposte a un provino di carta, perpendicolarmente al piano del provino, superato un certo valore della forza, questo ovviamente si rompe per lacerazione.

Tale forza dipende ovviamente dalle caratteristiche della carta su cui viene effettuata tale prova, ma non dipende dalla larghezza del provino.

La resistenza alla lacerazione si misura con un apposito apparecchio (apparecchio di Elmendorf), e si esprime in N (newton).

Anche la resistenza alla lacerazione dipende dal senso di fibra, ed è in genere maggiore quando porta alla lacerazione della carta in senso trasversale alla fibra.

Resistenza allo scoppio

Rappresenta la capacità di una carta di resistere a una pressione che cerca di sfondarla.

Si misura con un apparecchio detto scoppiometro, in cui un provino di carta di forma circolare viene fissato lungo la sua circonferenza, e premuto tra due membrane di gomma. Su una delle due membrane si applica una certa pressione mediante aria o olio: la mebrana si gonfierà fino a sfondare il provino. La pressione necessaria a sfondare il provino ne indica la resistenza allo scoppio.

La sollecitazione a scoppio può essere vista come una sollecitazione a trazione che avviene contemporaneamente in tutte le direzioni (quindi sia in fibra, sia in controfibra, sia obliquamente), e coincide con il valore della pressione che la sfonda. Si esprime in N/m2 (detti anche Pa), o più comodamente nel suo multiplo, il bar (1 bar = 100˙000 Pa).

Conoscere la resistenza allo scoppio è fondamentale per la carta per sacchi e sacchetti.

Rigidità

La rigidità della carta è la proprietà della carta di resistere a una forza che cerca di farla flettere.

Resistenza alle doppie pieghe (o semplicemente "doppie pieghe")

E' la capacità di una carta di resistere, prima di tranciarsi, a un numero di pieghe alternativamente in un senso e nell'altro.

E' fondamentale per la carta per legatoria, per i cartoncini per astucci, carta per banconote, carta per mappe escursionistiche e stradali.

Altre caratteristiche fisiche

Stabilità dimensionale

Rappresenta la capacità di mantenere inalterate le proprie dimensioni al variare dell'umidità, della temperatura, delle forze applicate.
Come abbiamo a stabilità dimensionale è sempre assai maggiore in senso di fibra rispetto al senso di controfibra.

Assorbenza

Rappresenta la capacità di assorbire i liquidi. È il contrario della collatura, per il modtivo che le sostanze di collatura servono a impedire l'assorbimento dei liquidi.

Porosità all'aria

Rappresenta la capacità della di farsi attraversare dall'aria. Importante per la carta che deve essere piegata nelle piegatrici (in quanto una carta poco porosa quando piegata tende a trattenere al suo interno l'aria gonfiando le sue superfici)

Caratteristiche ottiche

Grado di bianco

Rappresenta la capacità della carta di avvicinarsi al bianco ideale. Lo studio della colorimetria permetterà di possedere gli strumenti necessari a determinare quantitativamente il grado di bianco. Per ora accontentiamoci di dire che è strettamente legato al concetto di riflettanza:

R = luceriflessa / luce incidente

o, se si preferisce, R% = (luce riflessa / luce incidente)·100

L'utilizzo, tra le sostanze di carica, degli sbiancanti ottici, sostanze fluorescenti che assorbono la radiazione IR e UV, rilasciandola nel campo del visibile, permette di avere riflettenze anche superiori al 100%.

L'aggiunta di sostanze "azzurranti", permette di percepire la carta, quando osservata alla luce artificiale, come più bianca (anche se in realtà non lo è)

Opacità

Si intende la capacità della carta a non lasciar passare la luce. E' l'inverso della trasparenza. Attenzione che in italiano il termine è ambiguo, e può confondersi con quello che si preferisce indicare col termine inglese di matt.

Matt

Rappresenta l'inverso della lucidità. La caratteristica per cui, se un raggio di luce viene fatto incidere su una superficie, esso viene diffuso in tutte le direzioni Il diffusore perfetto si chiama diffusore lambertiano.

Gloss

Rappresenta la lucidità. Se una superficie ha asperità di dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda della luce (380 nm) appre come lucida. Se su uno specchio, superficie perfettamente lucida, facciamo incidere un raggio luminoso, questo verrà riflesso col medesimo angolo. E' ovvio che una carta lucida avrà anche un certo, limitato, grado di diffusione

Colore

Le carte possono essere colorate, ma anche avere delle tenui sfumature (o nuance), che le faranno apprire più "calde" (tendendti al giallo-rosso) o più "fredde" (tendenti al blu) pur restando, fondamentalmente bianche. Spesso tale carattristica, visivamente, è rilevabile solo tramite confronto tra due diverse carte.

Una prima, assai semplificata, classificazione della carta


La produzione della carta

Le fasi sono:

Gli impasti possono essere:

Per resa di un impasto si intende il rapporto tra la quantità di impasto ottenuto e la quantità di materia prima di partenza. Gli impasti meccanici hanno ovviamente maggior resa degli impasti chimici. Le cellulose ad alta resa hanno una resa intermedia tra le due.

Abbattimento e taglio della materia prima

È una fase comune a tutti i tipi di procedimento (procedimenti chimici, meccanici...).

L'abbattimento degli arbusti deve tenere conto di quanto il bosco/foresta produce: un rapporto abbattimento/crescita 1:1 comporta che per ogni metrocubo/annuo di legname che viene tagliato il bosco sia in grado di produrre un metrocubo/anno.

Scortecciatura

I tronchi vegono inseriti nei tamburi scortecciatori: grandi tamburi ad asse orizzontale in cui vengono adagiati i tronchi immersi in acqua. La lenta rotazione, in senso alternato dei tamburi comporta il distacco della corteccia, facilitato dall'acqua.

Preparazione dell'impasto

Produzione degli impasti meccanici, detti anche "pastalegno"

Il trattamento di estrazione della fibra è interamente meccanico. Questi impasti contengono tutta la cellulosa e la lignina presente nella materia prima. Per questo hanno un'elevata resa.

Fenditura

I tronchi vengono ridotti mediante la fenditrice in tronchetti di piccola pezzatura.

Sfibratura

È la fase centrale del trattamento, quella in cui viene estratta la fibra.

I tronchetti vengono inseriti nella sfibratrice, pressati contro una mola (un cilindro abrasivo rotante) sul quale viene inviata acqua in pressione. Il senso di fibra dei tronchetti viene tenuto parallelo all'asse di rotazione della mola. L'acqua ha la duplice funzione di favorire il distacco della fibra e di raffreddare i tronchetti. Dalla sfibratrice esce una sospensione di acqua, fibra e impurità varie.


Schema di sfibratrice

Epurazione/assortimento

La sospensione fibrosa subisce una serie di passaggi di epurazione, in cui, mediante filtratura, centrifugatura e vibro-vagliatura le impurità e i nodi vengono eliminati sfruttndo le diverse dimensioni rispetto alla fibra (nella filtratura) e il diverso peso specifico (nella centrifugatura e vibro-vagliatura, fasi queste dette anche di "assortimento").

Disidratazione


La sopensione fibrosa, epurata dalle impurità, a questo punto subisce delle lavorazioni che dipendono da dove è posta la cartiera rispetto all'impianto di estrazione della fibra.

Se la cartiera è adiacente all'impianto di estrazione della fibra la sopensione fibrosa viene pompata attraverso delle condotte alla cartiera stessa.

Se viceversa la cartiera è collocata in altro sito, alla sospensione fibrosa dovrà essere eliminata l'acqua e ridotta in "balle", allo scopo di renderla idonea al trasporto.

La sospensione fibrosa può anche essere disidratata e pressata allo scopo di ottenere cartoni di "imbottitura" per imballaggio.

Produzione degli impasti chimici, detti anche "cellulose"


Il trattamento di estrazione della fibra è di tipo chimico.

Questi impasti sono anche detti "cellulose" in quanto contengono quasi esclusivamente cellulosa (con vario grado di purezza). La resa è ridotta rispetto agli impasti meccanici in quanto la lignina viene eliminata completamente.

Sminuzzatura (o sminuzzolatura)

I tronchi vengono ridotti in minuzzoli, in pratica delle grosse schegge di pezzatura di alcuni millimetri per alcuni centimetri.

Cottura

È la fase centrale del trattamento, quella in cui viene estratta la fibra.

I minuzzoli vengono inseriti in grandi recipienti, detti (impropriamente) bollitori. I bollitori sono delle "autoclavi", ossia dei recipienti che possono essere portati a un elevata pressione interna.

I minuzzoli all'interno del bollitori vengono immersi nel liscivio, soluzione acquosa di composti chimici che svolge la funzione di solvente della lignina, e mantenuti alcune ore a temperatura (130 ÷ 180 °C) e pressione elevata (5 ÷ 10 bar) (si ricordi che la normale pressione atmosferica è, all'incirca 1 bar).

In realtà il liscivio, nonostante l'alta temperatura, non bolle, a causa dell'elevata pressione, non arriva mai a bollire (ecco perché il termine "bollitore" è improprio)

A seconda della composizione del liscivio si hanno diversi tipi di processo chimico:

Il liscivio è una soluzione acquosa contenente solfato di sodio (Na2SO4) e idrossido di sodio (NaOH).

È un trattamento più blando nei confronti della cellulosa, che non viene degradata, quindi permette di ottenere carte più resistenti.

La cellulosa da conifere non bianchita viene utilizzata per carte ad alta resistenza dette "kraft" (carte robusta per imballi  e per sacchi).
nonostante il nome il liscivio contiene in realtà bisolfito di calcio ( Ca(HSO3)2 ) e anidride solforosa (SO2).

È un trattamento più aggrssivo nei confronti della cellulosa, che permette di ottenere una impasto più puro (dal punto di vista dell'eliminazione della lignina) ma anche una cellulosa che tende a essere più "degradata".

Non viene mai usato con provenienza esclusivamente da latifoglie, ma sempre da conifere, o da conifere e latifoglie. Permette di ottenere carte con una speratura regolare.
Al termine della fase di cottura la massa liquida (si presenta come una massa bruna) viene scaricata dal bollitore e separata dal liscivio esausto (detto "liscivio nero") che verrà depurato per essere recuperato. Una piccola parte di liscivio nero viene introdotto com'é nei bollitori in quanto svolge una funzione di catalizzatore della reazione chimica.

Epurazione/assortimento

La massa fibrosa liquida subisce una serie di passaggi di epurazione, in cui, mediante filtratura, centrifugatura e vibro-vagliatura (detti anche assortitori) le impurità e i nodi  e i cosiddetti "incotti" vengono eliminati.

La massa subisce una serie di fasi di lavaggio per passare alla successiva fase.

Imbianchitura (o sbianca)

In questa fase vengono elimianate le sostanze coloranti presenti (i tannini).

La massa fibrosa liquida viene immessa nelle "torri di imbianchimento" dove subisce il trattamento mediante composti derivati del cloro (cloro gassoso o ipoclorito - la "candeggina") o mediante perossido di idrogeno (l'"acqua ossigenata").

I trattamenti con cloro sono decisamente più inquinanti, e tendono a essere utilizzati sempre meno. Le carte s"Chlorine free" sono sempre più diffuse, e sono classificate come ECF (Elemental Chlorine Free), e TCF (Totally Chlorine Free).

Disidratazione

Anche in questo caso la sopensione fibrosa subisce delle lavorazioni che dipendono da dove è posta la cartiera rispetto all'impianto di produzione della cellulosa.

Se la cartiera è adiacente all'impianto di produzione della cellulosa la sopensione fibrosa viene pompata attraverso delle condotte alla cartiera stessa.

Se viceversa la cartiera è collocata in altro sito, alla sospensione fibrosa dovrà essere eliminata l'acqua e ridotta in "balle", allo scopo di renderla idonea al trasporto.

Raffinazione dell'impasto


Se l'impasto arriva in cartiera in forma di "balle", la fase di raffinazione deve essere preceduta da una fase di reidrtatazione della massa fibrosa, mediante idroapertura.

Idroapertura

Le balle, immerse in acqua, vengono messe negli idroapritori o "hydropulper": dei grandi recipienti sul cui fondo sono presenti delle eliche poste in rotazione. Al loro interno le fibre verranno nuovamene separate e si tornerà ad avere una sospensione fibrosa.

Scopo della raffinazione


La raffinazione ha la funzione di produrre la "sfibrillatura" delle fibre, ossia il favorire la formazione, sulla superficie delle fibre, delle cosidette fibrille, con il conseguente aumento dei punti di contatto tra fibra e fibra.

La raffinazione avviene mediante un frizionamento dell'impasto e ha anche una sorta di effetto collaterale: il taglio, ossia l'accorciamento delle fibre.

La fase di sfibrillatura prevale nella fase iniziale della raffinazione, mentre il taglio, pur presente fin dall'inizio, tende a prevalere nella fase finale.

È pertanto importante che la raffinazione venga condotta nel giusto grado, a seconda delle caratteristiche che si vorranno ottenere nell'impasto, e nella carta che si otterrà.

La raffinazione si ottiene in una macchina detta raffinatore, che può essere di diverso tipo.


Oramai non più praticamente usato, è costituito da una vasca ovale divisa quasi interamente da una parete, per cui al suo interno è presente una sorta di "circuito" costituito da due canali paralleli, collegati agli estremi. In una dei due canali del circuito è posto il cilindro raffinatore, ad asse orizzontale, munito di coltelli. La rotazione del cilindro forza l'impasto a passare sotto di esso, tra il cilindro stesso e il fondo della vasca. Qui l'azione dei coltelli, e l'attrito che si produce, effettua la raffinazione.

Per variare il grado di raffinazione dell'impasto sarà necessario mantenere l'impasto più a lungo nel raffinatore in funzione.

L'olandese non permette un funzionamento "in continuo": l'impasto deve essere caricato e scaricato. Al giorno d'oggi sono pertanto utilizzati i raffinatori di tipo continuo, in cui l'impasto entra in un flusso contouno ed esce raffinato.

È costituito da un elemento conico (rotore) che può avere alcuni metri di diametro e alcuni metri di lunghezza inserito in una cassa fissa (statore) avente forma conica cava. Su entrambe le superfici, esterna del rotore e interna dello statore, sono posti i coltelli.

L'impasto esce dalla parte più stretta, percorre lo spazio tra le due superfici, ed esce dall'altra. Aumentando (o diminuendo) l'inserimento del rotore nello statore si riduce (o si aumenta) lo spazio compreso tra le due superfici, variando con questo il grado di raffinazione: a maggior inserimento corrsiponde uno spazio più esiguo, e quindi un passaggio più lento dell'impasto, con conseguente maggior permanenza dello stesso nella zona in cui avviene la raffinazione e aumento del grado di raffinazione (e viceversa).


È costituito da due dischi che possono avere alcuni metri di diametro affacciati tra loro sulle cui superfici che si affacciano sono posti i coltelli, inseriti all'interno di una cassa.

Dal centro di uno dei due dischi (rotore) entra l'impasto che si muove, per forza centrifuga verso la circonferenza esterna da cui, mediante una condotta, esce.

Percorrendo lo spazio tra le due superfici, l'impasto subisce la raffinazione. Avvicinando (allontanando) i due dischi si riduce (o si aumenta) lo spazio compreso tra le due superfici, variando con questo il grado di raffinazione: a maggior avvicinamento corrsiponde uno spazio più esiguo, e quindi un passaggio più lento dell'impasto, con conseguente maggior permanenza dello stesso nella zona in cui avviene la raffinazione e aumento del grado di raffinazione (e viceversa).


Effetti della raffinazione


All'auemntare del grado di raffinazione la resistenza a trazione tende prima ad aumentare, e poi, raggiunto un massimo, a diminuire

All'auemntare del grado di raffinazione la resistenza allo scoppio tende prima ad aumentare, e poi, raggiunto un massimo, a diminuire

All'auemntare del grado di raffinazione la resistenza alla lacerazione tende inizialmete a diminuire abbastanza poco e poi, gradualmente, tende a diminuire sempre più.

Per "scolantezza" si intende l'attitudine dell'impasto a perdere acqua. Un impasto molto scolante permette una più elevata produttività della macchina continua (la macchina in cui avviene la vera e propria produzione della carta, si veda più avanti). Un impasto molto scolante è detto, in gergo cartario, anche "magro". Un impasto poco scolante è detto "grasso".

GRAFICI

Fabbricazione della carta

La vera e propria fabbricazione della carta può a questo punto iniziare. Essa avviene nella macchina continua, enorme macchina che costituisce il "cuore" della cartiera).


La cartiera Burgo di Mantova, la "Fabbrica sospesa", capolavoro dell'architettura novecentesca realizzata nel 1964 su progetto di Pierluigi Nervi.
Da : http://www.lombardiabeniculturali.it/architetture900/schede/p3010-00163/
In questo caso questo straordinario edificio costituisce "l'involucro" della macchina continua, con il vincolo, per il progettista, anche prevedendo futuri ampliamenti, di evitare sostegni lungo le facciate per un tratto superiore ai 150 m, da cui la scelta del sostegno "a catenaria".

Una moderna macchina continua. In primo piano si vede la tavola piana. Sullo sfondo la sezione presse e più oltre si intravedono le seccherie


Nella macchina continua avviene, gradualmente, la perdita di acqua che dall'impasto cartario porta al "foglio" di carta vero e proprio. Si parla qui di foglio di carta, ma la macchina continua, lavorando appunto "in continuo", produce in realtà un nastro di carta che viene avvolto a formare una grande bobina.

Le moderne macchine continue hanno una luce (ossia la larghezza di foglio che possono produrre) anche di 10 m, e possono produrre anche 60 km di carta all'ora.

Le più diffuse macchine continue sono dette del tipo "a tavola piana", ed è questo il tipo che qui studieremo.

Il processo di perdita dell'acqua avviene inizialmente per gravità e per scuotimento, poi per pressione e assorbimento, infine per evaporazione.

La macchina a tavola piana può avere una lunghezza nell'ordine del centinaio di metri.

Viene qui descritta, in modo abbastanza semplificato, una tipica macchina continua a tavola piana, tenendo comunque presente che vi possono essere diverse varianti allo schema qui proposto.



Schema di macchina continua a tavola piana

La cassa d'afflusso

Qui viene immesso l'impasto raffinato, unitamente alle sostanze di carica e, eventualmente, alle sostanze di collatura (nel caso della collatura in impasto).

Dalla cassa d'afflusso l'impasto viene fatto scendere sulla tela di macchina attraverso la bocca (o becco) d'afflusso, fessura di altezza regolabile larga quanto il nastro di carta che si deve produrre.

Il contenuto di acqua è nell'ordine del 99%.

La tavola piana

È costituita dalla tela di macchina, un anello chiuso, realizzato in tessuto di filo in bronzo o in materiale sintetico, teso tra due cilindri detti cilindro capotela e cilindro aspirante, quest'ultimo avente la funzione di trascinare la tela nella sua rotazione.

Scendendo sulla tavola piana l'impasto viene tagliato lateralmente da due "lame d'acqua" che ne determinano l'esatta larghezza formando quelle che saranno le due cimose (i lembi laterali del nastro).

La velocità di scorrimento della tela rispetto alla velocità di efflusso dell'impasto determina il maggior o minor orientamento delle fibre.

Nella parte iniziale del percorso sulla tavola piana l'impasto perde acqua semplicemente per gravità.

L'acqua, raccolta nelle casse di raccolta, contiene anche un certo quantitativo di fibra e di sostanze di carica, e viene ri-inviato alla cassa di afflusso.

La perdita di acqua è successivamente favorita dalle cassette aspiranti che aspirano l'acqua attraverso la tela e dai rulli scuotitela, dotati di movimento oscillatorio.

Sulla tavola piana può essere abbassato un cilindro filigranatore, che poggia delicatamente sul contesto fibroso, la cui superficie è costituita da una tela metallica su cui sono riportati elementi decorativi in metallo che producono una diversa agglomerazione delle fibre che porta al noto effetto della filigrana (immagini e decorazioni visibili in trasparenza).

Alla fine della tavola piana il "contesto fibroso" (non si può più parlare di "impasto", in quanto si comincia ad avere una certa consistenza, ma è ancora troppo presto per parlare di "carta") ha un contenuto di acqua nell'ordine del 70%.

La sezione presse

Comprende, appunto, le presse, cilindri che hanno la funzione di schiacciare il nastro in formazione. Il nastro non viene direttamente a contatto con le presse ma scorre adagiato tra due feltri che hanno la funzione di sostenerlo e di assorbire l'acqua. Le ultime presse sono aspiranti, per favorire l'eliminazione dell'acqua.
Con la sezione presse finisce la cosiddetta parte umida della macchina continua.

Il contesto fibroso, all'uscita della sezione presse ha un contenuto di acqua nell'ordine del 50%.

La prima seccheria

Dalla sezione presse il contesto fibroso entra nella prima seccheria. Questa comprende dei cilindri essiccatori riscaldati (mediante il passaggio, al loro interno, di vapore) sui quali passa il nastro, sempre sostenuto da feltri. Nella prima seccheria la temperatura dei cilindri essiccatori è via via crescente.

Il contenuto di acqua è nell'ordine del 15%, il contesto fibroso ora ha una coesione che gli permette di autosotenersi.

La pressa collante (o size press)

Ha la funzione di collare la carta in superficie (qualora sia necessario compiere questa operazione): la collatura viene spalmata sulle due superfici del nastro mediante due rulli.

La seconda seccheria

È simile alla prima, ma da un certo punto in avanti la temperatura dei cilindri essiccatori è decrescente, fino agli ultimi che sono invece raffreddanti. La carta (ora si può propriamente parlare di "carta") ha un contenuto di acqua nell'ordine del 5%.

La liscia di macchina

È costituita da una serie di cilindri che hanno la funzione di pressare la carta appena formata allo scopo di eliminarne le asperità.

L'arrotolatore

Qui viene formata la grande bobina di carta. Gli arrotolatori sono in grado, quando una bobina è completa, di passare automaticamente ad arrotolare la successiva senza arrestare la macchina.

La patinatura della carta


La patinatura consiste nello stendere sul nastro di carta una sostanza, detta patina, composta da un pigmento, di origine minerale (caolino, carbonato di calcio, biossido di titanio, solfato di bario...) e da un legante, di origine vegetale, animale o sintetico (amido, caseina, lattici sintetici).

La patina penetra nei pori della carta rendendola microporosa, migliorandone il liscio e l'ancorabilità dell'inchiostro.

Le carte patinate, pur essendo in generale di maggior pregio (e costo) delle carte non patinate, hanno anche dei difetti: sono più pesanti e delicate, meno resistenti alla luce e all'invecchiamento.

La patinatura viene effettuata  con la patinatrice, macchina che provvede a effettuare la spalmatura della patina, a seconda dei casi, mediante:
  • lama di acciaio;
  • lama d'aria;
  • film press (a rulli).
La patinatura può essere effettuata:
  • in linea, immediatamente all'uscita della seconda seccheria, saltando il passaggio nella liscia;

oppure:

  • fuori linea, con una patinatrice separata dalla macchina continua: in questo caso la patinatrice viene alimentata con la bobina proveniente dall'arrotolatrice della macchina continua.

Con la patinatura fuori linea si evita che, in caso di arresto della continua si debba arrestare anche la patinatrice e viceversa.

La carte patinate possono essere:
  • matt (superficie opaca);
  • gloss (superficie lucida), facendo passare la carta patinata nella calandratrice (vd. più avanti).

Le carte patinate inoltre possono essere classificate in:
  • LCW (low wight coated), dette anche "patinatini", con basso contenuto di patina, molto utilizzate per la stampa di riviste stampate in offset o in rotocalco;
  • patinate moderne, a medio contenuto di patina;
  • patinate classiche, ad alto contenuto di patina, sempre patinate "fuori linea".

L'allestimento della carta

La calandratura

Consiste in un'operazione di lucidatura della carta, mediante il passaggio nella calandratrice, costituita da una serie di cilindri sovrapposti, detti anche calandre, in numero pari (8÷12) alternativamente con superficie dura (cilindri in ghisa) e con superficie morbida (cilindri detti "carta", rivestiti in realtà in cotone, o in cellulosa). A metà percorso ci sono due cilindri "carta" sovrapposti, che hanno la funzione di far sì che la lucidatura avvenga allo stesso modo sui due lati del foglio.

La calandratura effettuata sulla carta non lisciata e non patinata ha sì l'effetto di rendere la superficie della carta lucida, ma anche quello di renderla più grigia e più trasparente.

La calandratura effettuata sulla carta patinata ha l'effetto di ottenere la carta patinata lucida, ideale per la realizzazione di stampati con elevato contenuto di immagini.

Il condizionamento

Condizionare la carta significa portarla a un prefissato contenuto di acqua in tutta la sua superficie. Si deve portare la carta, poiché è fortemente igroscopica, a una temperatura di 24±2°C in un ambiente avente il 50±2% di umidità relativa. In queste condizioni la carta ha un contenuto di acqua attorno al 5% del peso totale.

Ci si riferisce sempre a queste condizioni quando si esprime la grammatura della carta.

La carta a questo punto può venire imballata in fogli di PET per il trasporto.

Nel reparto stampa la carta dovrà trovare le medesime condizioni ambientali. Per questo è necessario lasciarla ambientare per un certo tempo.

Una carta troppo "secca" può dare problemi di eccessiva fragilità, mancata presa da parte delle ventose del mettifoglio, elettricità statica. Una carta troppo umida può dare problemi di "foglio doppio" al mettifoglio.

Una variazione troppo rapida della temperatura dell'ambiente in cui è posta la carta può variarne il contenuto di umidità nella parte esterna più rapidamente che nella parte interna (della bobina o della pila) con conseguente imbarcamento.

La bobinatura

Il rotolo di carta proveniente dalla macchina continua può avere anche 10m di larghezza. Dovrà essere tagliato longitudinalmente mediante coltelli circolari e ribobinato in bobine più piccole di larghezza (detta, di solito, "altezza": si pensi alla bobina messa in piedi), di dimensioni commerciali.

Si veda nel prontuario per il calcolo della lunghezze e del peso della bobina

Il taglio in formato

Il nastro di carta proveniente dalla macchina continua può essere anche tagliato in fogli di formato rettangolare standardizzato. Per i relativi calcoli (peso, altezza della pila o della mazzetta) si veda il prontuario.

Livio Colombo
Alcuni diritti riservati:
Licenza Creative Commons
Quest'opera è distribuita con Licenza Creative Commons Attribuzione - Non commerciale - Non opere derivate 3.0 Italia.