La carta è un materiale igroscopico composto prevalentemente da fibre vegetali che si ottiene da una sospensione acquosa di tali fibre per filtrazione e successiva essiccazione. Esistono più di 250 tipi di carte diverse che possono essere classificati sulla base dell’utilizzo finale oppure della grammatura.
Produzione di carta e cellulosa nel mondo
Classificazione della carta
| Classificazione per utilizzo | Classificazione per grammatura |
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La carta viene impiegata nella produzione di numerose tipologie di prodotti finiti destinati a settori molto diversi fra loro come la carta tissue per uso igenico-sanitario, il cartone ondulato per la produzione di imballaggi, le carte da stampa per riviste e giornali etc.
È importante sottolineare che a seconda della destinazione d’uso la carta può avere proprietà fisiche, meccaniche, ottiche e chimiche differenti.
Costituenti principali della carta
La carta è costituita da:
- Materiale fibroso: Fibre di origine vegetale ottenute da coltivazioni forestali oppure fibre riciclate provenienti dalla raccolta differenziata detto “macero”
- Cariche minerali: utilizzate per migliorare la stampabilità e modificare il grado di liscio, la brillante e l’opacità della carta
- Additivi di processo: utilizzati per agevolare il processo produttivo
- Additivi di prodotto: utilizzati per modificare le proprietà finali del prodotto in carta
Materiale fibroso
Il materiale fibroso è costituito da fibre vegetali le cui caratteristiche fisiche sono strettamente legate alla fonte vegetale da cui provengono e alla funzione svolta all’interno della pianta. Nel settore cartario si possono distinguere due tipologie di fibre vegetali; fibra lunga e fibra corta. Con fibra lunga si fa riferimento a fibre provenienti da conifere aventi lunghezze comprese fra 1,5 e 4 mm, con fibre corte si fa riferimento a fibre provenienti da latifoglie aventi lunghezze comprese fra 0,5 e 1,5mm. Le fibre cellulosiche aventi lunghezze inferiori a 0,5mm vengono classificate come fini e vengono trattenute con difficolta dal foglio di carta in formazione.
Le fibre vegetali possono essere classificate anche in base al processo estrattivo con il quale vengono ottenute:
- Paste legno: paste ottenute da processi di lavorazione meccanici o termo-meccanici
- Paste chimiche o semi-chimiche: paste ottenute da processi di estrazione chimica o termo-chimica
- Paste bianchite: paste sottoposte a processo di sbianca
Dal punto di vista chimico il materiale fibroso è costituito da cellulosa, emicellulosa e lignina in rapporti diversi a seconda della sua origine e del processo di estrazione subito.
L’emicellulosa è un polisaccaride ramificato scarsamente solubile, formato da molecole di zuccheri differenti (come l’arabinosio, lo xilosio, il glucosio, il mannosio e il galattosio)
La lignina è un polimero organico complesso costituito prevalentemente da composti fenolici. Questo componente del legno riverse le fibre vegetali e ne conferisce rigidità.
Le fibre riciciclate provenienti dalla raccolta differenziata, “macero”, oltre agli elementi sopra descritti possono contenere numerosi contaminanti di varia natura come colle, pigmenti, materiale organico, materie plastiche, contaminanti metallici.
Il macero viene valutato e classificato in base alla norma EN 643 e le tipologie di macero riportate differiscono per:
- omogeneità
- grado di pulizia dai vari contaminanti presenti
- caratteristiche di resistenza meccanica dell’impasto ottenuto
- caratteristiche ottiche
- provenienza ( es. raccolta differenziata urbana, raccolta di scarti di stamperie, raccolta imballaggi della GDO, raccolta scarti delle aziende di imballaggi)
Cariche minerali
Le cariche minerali riempiono gli spazi compresi tra le fibre consentendo di ottenere una superficie più chiusa. A seconda della tipologia di carta desiderata possono essere impiegati minerali di tipo diverso come carbonati, ossidi e silicati naturali.
A titolo di esempio si riportano in tabella le cariche minerali più comunemente impiegate per tipologia di carta:
| Tipi di carta | Tipi di carica | Percentuale di utilizzo |
| Carta da giornale | Talco, Pigmenti, Caolini | 0-10% |
| Carta per riviste (non patinata) | Talco, Caolini, Bentoniti | 20-30% |
| Fine paper (carta per uso grafico) | TiO2, Talco, Caolini CaCO3 | 0-25% |
| Carta crespata | TiO2, Talco, Caolini CaCO3 | 0-10% |
Additivi di processo
Per ottimizzare e gestire il processo produttivo cartario vengono comunemente impiegati diversi additivi chimici:
- Additivi anti peci – Agenti sequestranti cationici a base di poliacriloammidi cationiche a basso peso molecolare
- Ausiliari chimici di ritenzione e drenaggio – utilizzati per migliorare la ritenzioni di fini così da trascinarli assieme al foglio in formazione
- Sistemi biocida
- Trattamenti di coating, utilizzati per favorire l’adesione e il successivo distacco del foglio di carta dal monolucido nella sezione di asciugatura della carta tissue
Additivi di prodotto
È possibile aumentare e migliorare le prestazioni fisico-meccaniche dei prodotti in carta attraverso l’utilizzo di alcuni trattamenti chimici:
- Amidi naturali o modificati – Utilizzati per migliorare le resistenze meccaniche a secco
- Resine umido resistenti – Utilizzate per migliorare le resistenze meccaniche ad umido
- Cariche minerali – Utilizzate per aumentare il grado di liscio e la stampabilità
- Collatura superficiale – Mirata ad aumentare la resistenza superficiale alla penetrazione di liquidi
Processo produttivo
Il processo produttivo varia a seconda della tipologia di carta prodotta ma può essere sinteticamente illustrato seguendo 4 stadi principali:
- Preparazione dell’impasto fibroso
- Formazione del foglio e essiccamento
- Finiture superficiali
1. Preparazione dell’impasto fibroso
Il materiale fibroso arriva in cartiera sotto forma di balle di fogli di pasta cellulosica grezza essiccati o balle di fibra riciclata “macero”.
Le balle di cellulosa o di macero vengono caricate su nastri trasportatori che le introducono nello spappolatore. In questa fase le fibre vengono disperse con l’ausilio di grandi quantitativi di acqua ottenendo un impasto con una consistenza del 5-7%. L’impasto così ottenuto passa attraverso degli epuratori che hanno lo scopo di eliminare gli eventuali contaminanti presenti.
Negli impianti in cui vengono lavorate fibre riciclate gli stadi di epurazione sono costituti da più epuratori in sequenza in modo da garantire l’eliminazione di contaminati leggeri e pesanti.
L’impasto epurato viene quindi raffinato facendolo passare attraverso raffinatori dotati di dischi in grado di modificare le caratteristiche superficiali delle fibre per azione meccanica. Al termine di questa fase le fibre si idratano più facilmente e risultano più flessibili agevolando la formazione del foglio di carta.
Le fibre raffinate vengono miscelate e diluite in grandi contenitori agitati detti “Tine”. A questo punto del processo è possibile aggiungere additivi chimici in massa per conferire e migliorare le prestazioni del foglio di carta.
Generalmente a questo si introducono additivi di prodotto quali amidi per aumentare la resistenza meccanica a secco o resine umido-resistenti per aumentare la resistenza meccanica ad umido.
2. Formazione del foglio
L’impasto ottenuto viene ulteriormente diluito fino a raggiungere una consistenza dello 0,1% e introdotto in un unico grande impianto detto “macchina continua”.
La macchina continua consente di trasformare l’impasto in carta attraverso processi di filtrazione, drenaggio ed essiccazione che avvengono in punti ben distinti dell’impianto.
Durante queste operazioni è possibile conferire al foglio di carta le caratteristiche fondamentali: grammatura, spessore, orientamento delle fibre e speratura. La macchina continua può essere suddivisa in 5 sezioni:
Il circuito di testa macchina è la sezione nella quale avviene l’ultima diluizione dell’impasto, a questo punto del processo possono essere aggiunti gli additivi chimici per ottimizzare la ritenzione e il drenaggio che avvengono nelle fasi successive.
Dal circuito di testa l’impasto viene introdotto nella cassa d’afflusso che costituisce l’inizio della sezione di formazione. La cassa d’afflusso consente di distribuire l’impasto sulla tela di formazione garantendo una elevata miscelazione dell’impasto.
La tela è costituita da una rete di materiale plastico con maglie molto fini che consentono di trattenere le fibre e drenare parte dell’acqua contenuta nell’impasto portando alla formazione di un pannello di carta.
Il pannello di carta ancora molto ricco di acqua viene ceduto ad un feltro che continua il processo di filtrazione fino a un contenuto di secco compreso fra 15-20%.
Il foglio di carta ancora umido accompagnato dal feltro viene fatto passare da una serie di cilindri detti “presse” che per azione meccanica consentono un ulteriore drenaggio dell’acqua. All’uscita dalla zona delle presse il foglio di carta raggiunge un contenuto di secco compreso fra 45-50% ed è pronto per entrare nella sezione di asciugatura.
La sezione di asciugatura per carte tissue a basse grammature è costituita da un unico cilindro riscaldato internamente con vapore detto “Monolucido” e sormontato da cappe aspiranti che asportano l’aria umida e apportano aria calda e secca. Il foglio di carta in questo caso viene fatto passare sulla superficie del monolucido così da arrivare ad un contenuto di secco finale superiore al 95%.
Per carte ad alte grammature la zona di asciugatura detta anche “seccheria” è costituita da batterie di rulli caldi in grado di proseguire il processo di asciugatura del foglio.
Il foglio così ottenuto viene avvolto da appositi avvolgitori in bobine dette “bobine madri”.
3. Finiture superficiali
Nello stadio di finitura superficiale è possibile conferire alla carta caratteristiche tecniche superficiali per migliorarne l’estetica e facilitare la trasformazione nel prodotto finito.
I principali processi di finitura superficiale sono:
- Collatura, operazione effettuata durante la fabbricazione del foglio con un’apposita sezione nella macchina continua. Questo processo consente di distribuire sulla superficie del foglio prodotti chimici in grado di rendere la superficie della carta più resistente alla penetrazione dell’acqua.
- Lisciatura, operazione effettuata durante la fabbricazione del foglio facendo passare il foglio di carta fra due rulli che lo comprimo con un elevata pressione aumentandone il grado di liscio superficiale.
- Patinatura, processo che prevede la spalmatura di uno più strati di patina sulla superficie del foglio, la patina è costituita da una miscela di cariche minerali e leganti.
- Calandratura, Processo che consente di aumentare la lucidità superficiale del foglio di carta.
- Goffratura, Processo in grado di imprimere sulla carta un motivo tridimensionale.
Critiche all’industria della carta
L’industria della pasta e della carta ha ricevuto molte critiche da tutto il mondo, in particolare dai gruppi ambientalisti. La raccolta del legname per l’industria della carta è stata collegata all’aumento della deforestazione nelle foreste del mondo. Inoltre le industrie cartarie scaricano nell’ambiente elevate quantità di materiale organico.
Elisa Bertolucci e Valter Ballantini
Ultimo aggiornamento 31 ottobre 2020
Foto in alto da Sahand Hoseini on Unsplash