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| la lettera della contessa Adelaide (o lettera di Adelaisa) il primo documento in Europa redatto su carta (1109) |
OBIETTIVI DI QUESTA LEZIONE
Conoscere la carta
Conoscere il ciclo di produzione e i diversi tipi di carta
Imparare nuove parole e nuovi termini specifici
COSA DEVI RICORDARE?
La differenza tra risorsa, materia prima e materiale
La differenza tra materiali naturali e materiali artificiali
Cosa è il ciclo produttivo
La differenza tra prodotto e semilavorato
INDICELa differenza tra risorsa, materia prima e materiale
La differenza tra materiali naturali e materiali artificiali
Cosa è il ciclo produttivo
La differenza tra prodotto e semilavorato
1. COSAÈ LA CARTA
Scoperte
archeologiche recenti hanno dimostrato che la carta era già usata in Cina a
partire dal II sec. a. C. Nei
tempi più antichi i Cinesi scrivevano su canne di bambù o, più raramente, su teli di seta, ma , le prime erano molto scomode da trasportare e i secondi eccessivamente costosi; l’introduzione della carta permise di ovviare a questi inconvenienti.
La
conoscenza dei processi di fabbricazione –che prevedevano l’uso di fibre
tessili di scarto insieme a materie prime vegetali come gelso, canapa, bambù e
riso- passò in Corea nel 7° sec. d.C. e di qui in Giappone, estendendosi nel
secolo seguente in tutto l’Oriente. Nel 751 i musulmani conquistarono
Samarcanda, un importante centro sulla via della seta, facendo prigionieri
alcuni cinesi fabbricanti di carta che rivelarono ai conquistatori il segreto
della fabbricazione. Da Samarcanda, che divenne il primo grande centro di
produzione della carta nel medio-oriente, gli Arabi diffusero la tecnica di
produzione in Africa settentrionale, in Spagna e in Sicilia, da cui proviene il
primo documento europeo su carta: la lettera della contessa Adelaide del 1109.
In Italia si ha notizia di una cartiera che funzionava presso Bologna, sul
Reno, prima del 1200, per opera del maestro Polese da Fabriano, città che, dalla seconda metà del 13° secolo, divenne e restò a lungo il primo centro della
produzione cartaria italiana.
1.COSA È LA CARTA
La carta è un materiale artificiale ottenuto dalla lavorazione di materie prime fibrose di diversa origine, ma principalmente vegetali, che vengono macerate, ridotte in una pasta umida e quindi in fogli più o meno sottili e flessibili per diversi usi, specialmente per scrivere, stampare o avvolgere. Il principale componente delle fibre vegetali è la cellulosa, sostanza che si forma durante il processo della fotosintesi clorofilliana. Altri elementi fondamentali sono le sostanze di carica (che rendono la carta liscia e bianca) e le sostanze collanti (che rendono la carta impermeabile agli inchiostri). A volte possono essere utilizzati anche dei coloranti. |
| La carta |
2.LE MATERIE PRIME
Le
materie prime che si impiegano nella fabbricazione della carta possono essere
suddivise in quattro grandi gruppi: materie prime fibrose, che costituiscono la
sostanza principale ed indispensabile per la carta; materie collanti, usate per
dare alla carta un determinato grado di impermeabilità secondo l'uso al quale è
destinata; materie di carica, impiegate per ottenere determinate proprietà
della carta, in particolare per le carte destinate alla stampa; materie
coloranti, usate per correggere il fondo delle carte e per la fabbricazione
delle carte colorate.
Le
materie fibrose sono quelle che formano la struttura di fibre intrecciate che
dà origine alla carta e sono costituite in primo luogo dalle cosiddette paste
di legno ottenute per lavorazione industriale di fibre vegetali allo scopo di separare la
cellulosa (il componente principale delle fibre) dalla lignina (il collante
naturale che le tiene insieme).
Le fibre vegetali provengono per la maggior parte da
piantagioni a rapida crescita, destinate specificatamente alla produzione di cellulosa e dove gli alberi tagliati ogni anno sono immediatamente sostituiti
da un numero uguale di piante nuove, ma vengono impiegati anche:
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| immagine di un foglio di carta al microscopio (254 ingrandimenti) |
a) scarti
di segheria e scarti provenienti dalla lavorazione del legno (cioè dalle
fabbriche di imballaggi o mobili);
b) tronchi
di piccola dimensione non utilizzabili per altre lavorazioni;
c) sottoprodotti
della foresta, vale a dire parti degli alberi non adatte ad essere segate come
i rami o le radici
Il
diverso modo di eliminare industrialmente la lignina ci permette di distinguere tra
a) paste
chimiche: il legname e le altre fibre vegetali vengono trattati con sostanze
chimiche molto aggressive e inquinanti che separano la lignina dalla cellulosa;
la pasta così ottenuta, detta pasta di cellulosa, è composta da cellulosa quasi
pura e le carte prodotte con questo tipo di pasta sono sono ottime dal punto di vista qualitativo, sia come resistenza meccanica che come grado di purezza e di bianco. Le carte di pura cellulosa sono quasi illimitatamente durevoli nel tempo e, non contenendo lignina, ingialliscono in modo trascurabile.
Questa pasta si utilizza anche per la produzione di fazzoletti di carta,
tovaglioli e ogni tipo di carta assorbente. La resa in fibra delle cellulose è del 40-45% (da 100 Kg di legno secco otteniamo 40-45 Kg di pasta di cellulosa).
b) paste
meccaniche: il legname e le altre fibre vegetali vengono sfibrati, cioè
triturati, per via meccanica. Il ciclo produttivo non è molto diverso da
quello descritto per la produzione di pasta di cellulosa, la differenza fondamentale sta
nel fatto che la lignina e le sostanze incrostanti non vengono completamente
sciolte; la resa si aggira sul 60% (da 100 Kg di legno secco ottengo 60 Kg i di pasta di legno).
La pasta
ottenuta è meno pura e molto più grossolana in quanto la cellulosa non riesce a
separarsi completamente dalla lignina. Le paste meccaniche trovano il loro
impiego nella produzione di carta da giornale, da stampa, nel cartone ondulato,
ecc.
c) paste
semi-chimiche: hanno caratteristiche qualitative intermedie fra quelle delle paste di cellulosa (paste chimiche) e quelle delle paste di
legno (paste meccaniche), visti gli alti costi gli alti costi di produzione e
di depurazione si sta gradualmente abbandonando questo metodo produttivo.
Dopo il
trattamento, meccanico o chimico, avviene lo sbiancamento delle paste, fatto
tradizionalmente con il cloro, che è un elemento inquinante. Attualmente in
Europa la maggior parte di produttori di paste e di carta si sono spostati
verso sostanze di sbiancamento alternative, meno inquinanti. Le paste dette
ECF (Elemental Chlorine Free cioè prive di cloro elementare) hanno sostituito
largamente quelle prodotte con il cloro, soprattutto nelle carte da scrivere e
da stampa.
Le
materie prime fibrose diverse dalle paste di legno sono costituite
da:
a)
stracci di cotone, lino, canapa, iuta ecc.; prima dell’impiego questi stracci vengono
selezionati, poi vengono ritagliati in piccoli pezzi, quindi cotti in
autoclave in particolari soluzioni di calce e soda che agiscono da
sgrassanti e da decoloranti. Il prodotto della cottura viene quindi sfilacciato in modo da dare una sospensione di fibre (cioè una
miscela dove un materiale finemente suddiviso è disperso in un altro materiale
in modo tale da non sedimentare, cioè preciptare sul fondo, in tempo breve);
b) carta
di recupero (carta riciclata), costituita da ritagli, carta da macero ecc.;
anche in questo caso si procede a un trattamento in autoclave, per eliminare la
sporcizia, la colla, l’inchiostro ecc., e il prodotto viene poi sfibrato ed
eventualmente ulteriormente decolorato.3.IL PROCESSO PRODUTTIVO
3.1 LA PRODUZIONE PRE-INDUSTRIALE
I primi
supporti cartacei, in Italia, vedono la luce nella prima metà del XIII secolo
ed il lavoro dei primi cartai meglio assomigliava al lavoro di un cuoco. Gli stracci, la materia prima basilare, venivano raccolti, separati per tipo e lavati prima di essere tagliati e sfilacciati, in
acqua mediante un’azione meccanica di battitura nelle pile a martelli.
Con la pasta ottenuta dalla sospensione di stracci si riempivano dei tini dai quali il cartaio fa depositare sulla forma, un setaccio a maglie molto fini, uno spessore regolare di fibre che poi prelevava , sotto forma di foglio, per compattarlo ed asciugarlo prima pressandolo sotto un torchio e, successivamente, stendendolo all’aria. Una importante innovazione nella lavorazione degli stracci si ebbe con l’introduzione della tina olandese, che sostituiva le vecchie pile. Lo scopo era sempre quello di tagliare e sfilacciare la pasta di straccio, ma con una potenza maggiore.
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| vasca di macerazione degli stracci |
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| la pila a martelli per la riduzione degli stracci in poltiglia |
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| la sospensione di stracci raccolta nei tini |
Con la pasta ottenuta dalla sospensione di stracci si riempivano dei tini dai quali il cartaio fa depositare sulla forma, un setaccio a maglie molto fini, uno spessore regolare di fibre che poi prelevava , sotto forma di foglio, per compattarlo ed asciugarlo prima pressandolo sotto un torchio e, successivamente, stendendolo all’aria. Una importante innovazione nella lavorazione degli stracci si ebbe con l’introduzione della tina olandese, che sostituiva le vecchie pile. Lo scopo era sempre quello di tagliare e sfilacciare la pasta di straccio, ma con una potenza maggiore.
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| la forma raccoglie la polpa in sospensione per formare il foglio |
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| la pressa per eliminare l'acqua in eccesso dai fogli |
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| lo stenditoio per l'asciugatura dei fogli |
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| la tina olandese che consentiva, allo stesso tempo, di macerare e ridurre in poltiglia gli stracci |
Osserva questo VIDEO sulla produzione artigianale della carta
3.2 LA
PRODUZIONE INDUSTRIALE
Suddividendo, in modo molto schematico, tutto il ciclo produttivo della carta possiamo
considerare quattro fasi:
–
preparazione della massa fibrosa o impasto
–
formazione del supporto di base
–
trattamento della superficie con patinatura
–
finitura e allestimento.
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| Il processo produttivo industriale della carta |
A loro volta, ciascuna di queste fasi comprende un insieme di lavorazioni. Le varie fasi della produzione rimangono però separate sino all'invenzione nel 1797, da parte del francese Nicolas Louis Robert, della macchina continua (o macchina piana) capace di produrre un foglio continuo di carta della lunghezza di 60 cm. La macchina continua fu poi perfezionata da Fourdrinier e Donkin e segnò l’inizio della fase industriale nella produzione della carta.
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| schema di funzionamento della macchina piana |
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| la "tamburella" uno dei primi esemplari di macchina piana |
osserva in questo VIDEO il processo di produzione industriale della carta
PREPARAZIONE
DELL’IMPASTO
A
seconda del tipo di carta che si vuole produrre, tanto le formulazioni quanto le
materie prime differiscono tra loro. I vari tipi di paste giungono allo
stabilimento sotto forma di balle essiccate che vengono periodicamente
prelevate e inviate al reparto per la preparazione e quindi convogliate verso
lo spappolatore detto comunemente pulper.
Il
pulper è costituito da un cilindro con la parte inferiore tronco-conica. Sul
fondo si trova una girante munita di denti e di pale con profilo particolare
per imprimere all’acqua, contenuta nel cilindro, un moto vorticoso in grado di
trascinare il materiale sminuzzato e imbevuto d’acqua verso il fondo. Terminata
la fase dello spappolamento, la sospensione viene prima filtrata per trattenere
eventuali inquinanti e, infine, scaricata e stoccata in appositi contenitori.
Per avere la certezza di una massa fibrosa omogenea, l’impasto spappolato,
viene sottoposto a un ulteriore trattamento per la separazione delle fibre in
macchine dette depastigliatori, perché nel gergo cartario, i nodi che legano le
fibre sono chiamati “pastiglie”.
Le fibre
di cellulosa ottenute non sono ancora idonee per la produzione di un buon
foglio di carta e si rende necessaria un’ulteriore lavorazione: la raffinazione, che consiste
nel sottoporre le fibre a un trattamento meccanico, in presenza d’acqua, generato dalla rotazione di due piastre, dette rotore e statore,
munite di lame e poste l’una di fronte all’altra. Le lame del rotore procedono
a pochissima distanza da quelle dello statore, senza però toccarle e
costringono le fibre a ripetute sollecitazioni che ne modificano la
struttura fisica; in questo modo la fibra perde la sua rigidità e diventa più
flessibile e meglio conformabile, favorendo la creazione di quei legami che consentiranno la formazione di un foglio omogeneo e
consistente.
La
sospensione fibrosa, ora diluita, passa all’epurazione, il cui scopo è quello
di separare le impurità più pesanti, sfruttando l’azione centrifuga.
Dopo
questo ulteriore trattamento, la sospensione viene inviata nel tino
miscelatore, dove vengono aggiunte sostanze che conferiscono al prodotto finito
le caratteristiche desiderate: sostanze collanti per dare una certa resistenza
alla bagnatura o per regolare un assorbimento eccessivo di inchiostro
impedendone il trapasso e la sbavatura; sostanze di carica per conferire alla
carta opacità, levigatura, e migliore stampabilità ed eventualmente sostanze
coloranti.
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| schema di produzione nella macchina piana |
L’alimentazione
della macchina continua, deve essere quanto più uniforme possibile, con un
flusso costante e omogeneo. La funzione della cassa di afflusso è, quindi, quella
di alimentare la macchina rilasciando la sospensione fibrosa lungo tutto il profilo della tela, una
rete di fili di nylon intrecciati che gira a nastro continuo. Schematicamente,
la cassa è un contenitore a forma di parallelepipedo, chiusa e pressurizzata,
posta in orizzontale immediatamente prima della tela di macchina; l’impasto
viene fatto uscire da una apertura posta nella parte inferiore regolabile per
compensare le variazioni di grammatura lungo il profilo stesso.
LA
FORMAZIONE DEL SUPPORTO
Le
condizioni che danno origine alla formazione del foglio, sono molto complesse. Fondamentalmente si tratta di rilasciare sulla tela la
sospensione, le cui fibre danno luogo al fenomeno della feltratura: s’intrecciano
e si sovrappongono saldandosi tra loro per formare primo sottile strato di feltro che aumenta via via dando origine al foglio, mentre l’acqua gocciola via attraverso le maglie della tela stessa.
Inizialmente
l'eliminazione dell'acqua avviene, appunto, per gocciolatura, successivamente si rende indispensabile l’applicazione di presse per ottenere un’ulteriore eliminazione dell’acqua dallo strato fibroso.
ASCIUGATURA
DELLA CARTA
Dopo il
passaggio del nastro nella sezione delle presse il foglio contiene
ancora una certa quantità di acqua. Questa umidità residua, che può variare tra il 50 e il 60%, non può più
essere rimossa con mezzi meccanici, a causa dell'intimo legame dell'acqua con le fibre, ma solamente per evaporazione. Il foglio viene, pertanto, posto a contatto con la superficie di cilindri rotanti riscaldati
internamente con il vapore. Affinché il nastro possa aderire perfettamente ai
cilindri, esso viene pressato contro di essi con l’aiuto di feltri o tele.
LA
SECCHERIA
La
seccheria è un insieme di cilindri essiccatori suddivisi in gruppi detti batterie.
È
importante ricordare che durante l’asciugamento, il nastro di carta subisce un
certo restringimento. Per rimediare a questo inconveniente è necessario
suddividere le batterie in modo tale da poter controllare l’entità del
restringimento evitando possibili rotture o grinzature del nastro.
Durante
l’asciugatura della carta, avvengono due processi fisici fondamentali: il
primo è il trasferimento del calore dai cilindri alla carta; il secondo è l’evaporazione
dell’acqua, per effetto del valore dei cilindri, e il suo passaggio all’ambiente esterno.
Per questo è necessaria una adeguata ventilazione in maniera tale da evitare che il vapore acqueo saturi l'aria impedendo un ottimale e completa asciugatura della carta.
FINITURA
Con la
parola finitura s’intende l’ultimo trattamento superficiale a cui la carta
viene sottoposta: la calandratura, che dà alla superficie cartacea l’effetto di
lucido desiderato.
La
calandra è costituita da un insieme di cilindri con superficie rigida, posti a
diretto contatto con altri con superficie comprimibile e disposti tra loro in
modo alternato. Il grado di finitura della carta può essere variato aumentando
o diminuendo il numero dei cilindri da impiegare per l’operazione, oppure
riducendo o aumentando la pressione tra i vari cilindri. I risultati che si
ottengono con questo procedimento sono un elevato grado di lucido, un liscio
maggiore della superficie e una migliore stampabilità.
ALLESTIMENTO
Con il
termine allestimento si intendono tutte quelle operazioni cui viene
sottoposto il nastro di carta, dopo aver lasciato la calandratrice, fino alla
spedizione. Il rotolo di carta è inviato al reparto di allestimento per essere
trasformato in bobine e/o in fogli stesi.
La
differenza tra rotolo e bobina consiste nel fatto che quando il nastro di carta
è avvolto sulle anime di metallo (tamburo), è detto “rotolo”, mentre quando
invece è avvolto su anime di cartone forma una “bobina”.
Le
operazioni relative all’allestimento sono:
–
riavvolgimento
– taglio
con lame circolari (trimmer) e bobinatura
– taglio
in fogli
–
imballaggio ed etichettatura.
La
funzione di un nuovo avvolgimento della carta sulla macchina per il taglio in
bobine, ha lo scopo di eliminare parti di nastro difettose o non corrispondenti
alle normative qualitative e di provvedere, con giunte, alla eliminazione di
possibili rotture verificatesi durante la produzione.
4.LA CLASSIFICAZIONE DELLA CARTE
La classificazione delle carte non è semplice visto che, gli usi a cui
è destinata, sono molteplici, i prodotti cartari si possono però suddividere in
6 grandi categorie:
a) carte da stampa: che vengono usate generalmente per giornali e
guide telefoniche, per stampa in offset che siano essi depliant, volumi
pubblicitari, per rotocalco e anche per carte speciali (carte geografiche,
carta moneta e per assegni);
b) carte da scrivere e per ufficio: sotto questa voce generalmente
possiamo trovare la carta per buste, carta per quaderni, carta per disegno,
carta per fotocopie, carta per fax, carta termica, carta carbone e
autocopiante;
c) carte da imballaggio (possiamo racchiudere qui generalmente la
carta crespata e per sacchetti, carta per alimenti, carte catramate,
siliconate, accoppiate con plastica);
d) cartoni e cartoncini (cartoni a un getto, cartoni a più strati,
cartoni ondulati, carta da onda, cartoni pressati);
e) articoli igienico-sanitari (carta igienica, fazzoletti,
tovaglioli e tovaglie, asciugamani, carte per uso medico);
f) carta per uso industriale e varie: carte per cavi elettrici,
carta per sigarette, carta per fotografia, carta da filtro, carta adesiva,
carta decorativa, carta da parati.
5.PROPRIETA’ DELLA CARTA
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| proprietà meccaniche della carta: 1.resistenza a trazione, 2.resistenza a compressione, 3. e 4.resistenza a flessione, 5. 6.7.8. e 9.effetti della sagomatura sulla resistenza a flessione |
La carta
ha una struttura porosa, costituita essenzialmente da particelle fibrose intrecciate
fra loro fino a costituire uno strato compatto. Di seguito sono evidenziate le
principali caratteristiche e proprietà della carta.
-Proprietà
fisiche
La carta è infiammabile, colorabile, incollabile, tagliabile; igroscopica e assorbente (assorbe l'acqua, e i liquidi in generale, dal'aria e dall'ambiente .
Peso
specifico: la carta pesa come l’acqua distillata cioè 1 kg/dm³
-Proprietà
meccaniche
La carta
ha un’ottima resistenza alla trazione, finché la superfice sollecitata non
viene torta o deformata. Una striscia di carta larga un centimetro, caricata a
pura trazione può reggere alcuni kg (vedi fig.1).
La carta non dimostra grosse proprietà di resistenza alla flessione (vedi fig. 3 e 4), se però la superficie viene
anche solo leggermente curvata in senso trasversale e mantenuta curva, la
resistenza cresce subito di molto (resistenza di forma). Lo stesso effetto di
irrobustimento si ottiene con una sagoma trasversale ad “L” dove la paretina
verticale introduce la necessaria resistenza (vedi fig. 5, 6, 7, 8 e 9).
Flessibilità:
è la capacità di curvarsi e poi assumere di nuovo la forma originaria. Il libro
e il quaderno possono essere sfogliati tante volte ma conservano sempre la
superficie piana.
Piegatura:
è la capacità di ricevere e di mantenere la piega.
Dalla
somma della flessibilità e della piegatura deriva la possibilità di avvolgere e
incartare altri oggetti.
-Proprietà
tecnologiche
Stampabilità:
è la capacità di ricevere l’inchiostro in modo netto, senza lasciare aloni.
Riciclabilità
6.IL RICICLO DELLA CARTA
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| Il riciclo della carta |
Da
alcuni anni si parla molto di carta riciclata. Il motivo di questo interesse è
legato sia all’aspetto ecologico che a quello economico. Infatti l’uso delle
materie seconde (cioè le materie prime ricavate da prodotti non più
utilizzabili) limita l’uso delle materie prime e contemporaneamente riduce la
quantità di materiali destinati alle discariche (rifiuti).
Le fasi
del processo produttivo delle carte riciclate sono simili a quelle di altre per
le quali vengono impiegate materie prime vergini, fatta eccezione per la parte
iniziale della preparazione dell’impasto. In questa fase è fondamentale
togliere dai maceri i materiali estranei, chiamati contaminanti, come plastica,
vetro, ferro, colle, inchiostri, ecc. la cui presenza crea problemi alla
produzione e condiziona la qualità. La pasta dopo la spappolatura passa quindi attraverso una serie di epuratori studiati appositamente per carte da macero.
Il procedimento avviene in più fasi in modo da togliere inizialmente le parti
più grossolane e via via le più piccole. Più il sistema di epurazione è
sofisticato e più la qualità del prodotto finito si avvicina a quello di fibra
vergine. Una volta terminato il processo di epurazione la pasta viene immessa sulla
tavola piana della macchina continua e prodotta con la stessa tecnica delle
altre carte. Per produrre carte con un sufficiente grado di bianco, partendo da
materie prime meno costose, si ricorre alla disinchiostrazione, con la quale è
possibile togliere l’inchiostro presente nei maceri.
La
produzione di carta riciclata non inquina purché le cartiere abbiano
attrezzature adeguate per il trattamento sia delle carte da macero che delle
acque di scarico e dei residui di lavorazione.