La carta – Le materie prime

Scritto da il 23 novembre 2011 in Corso di tecniche di stampa - Nessun commento
Legno, materia prima della carta

Tratto dal volume inedito La Carta

Il testo presentato in questa serie di capitoli,
fu elaborato negli anni 2007-2008 da Aldo Faliani, esperto di carta e inchiostri, quale aggiornamento e ampliamento di un suo precedente volume edito dalla Associazione Culturale Progresso Grafico di Torino, e riveduto da Marco Picasso, allora direttore della rivista Graphicus.

Le materie prime nel processo produttivo

Il legno
La carta è costituita da una struttura compatta di fibre – ottenute generalmente per estrazione da piante arboree sia con processi chimici (cellulosa), sia con processi meccanici (pasta legno) – depositate su una tela in sospensione acquosa. L’elemento carta, così come inteso, si può considerare costituito da un insieme di fibre, formate da fasci di molecole cellulosiche separati, in più punti, da interstizi colmi d’acqua fino a quando la fibra è nella fase di saturazione. Giovandosi del principio della feltrazione, vale a dire riduzione della quantità d’acqua, si favorisce l’insorgere di legami chimici tra le molecole dell’acqua e quelle della cellulosa dando luogo alla formazione del contesto fibroso.
Le fibre di cellulosa sono la materia prima essenziale per produzione di un supporto cartaceo e sono presenti in natura in particolare nel legno costituendone il tessuto. Per supporti, ai quali non siano richieste particolari resistenze, sono disponibili altri tipi di fibre vegetali come linters, cotone, cortecce ecc. Tutte le piante legnose, a fusto persistente e crescita annuale, hanno un incremento del tronco in senso radiale, e le loro cellule hanno la proprietà di riprodursi autonomamente per accrescimento e divisione.
Gli elementi cellulari dell’albero, vasi, tracheidi e fibre, sono intimamente uniti da una sostanza cementante, la lignina, e disposti parallelamente all’asse della pianta per consentirne la crescita, da cui gli anelli che indicano i cicli annuali della crescita, e di conseguenza, l’età dell’albero.
La zona più chiara della pianta è il “legno primaticcio o primaverile”, formato da quelle cellule che si formano per prime, quando la pianta, terminato il suo letargo invernale, dà luogo a una nuova vegetazione. Quelle invece che si depositano successivamente, costituiscono il “legno tardivo o estivo”, con la caratteristica, rispetto alle prime, di un ispessimento maggiore delle aree parietali delle fibre e quindi più scure.
Il legno è un materiale igroscopico a causa della cellulosa contenuta nella membrana secondaria delle cellule legnose, i cui gruppi ossidrilici, -OH, presenti al suo interno sono responsabili dell’igroscopicità. L’acqua di costituzione è presente, con la cellulosa, nelle pareti cellulari delle cellule legnose.
Il legno contiene, allo stato verde, acqua all’interno dei condotti cellulari (acqua libera), all’interno delle pareti cellulari (acqua legata), e l’acqua di costituzione presente nella composizione chimica del legno. L’eliminazione dal tessuto legnoso dell’acqua libera non crea alcuna modifica nel tessuto se non un evidente calo di peso; l’eliminazione dell’acqua legata alle pareti cellulari (essiccazione del legname o stagionatura) crea delle deformazioni e ritiri del legno, mentre l’acqua di costituzione non è possibile eliminarla se non bruciando il tessuto legnoso. L’umidità del legno si indica, contrariamente agli altri utilizzi delle percentuali, rapportando la quantità di acqua contenuta nel tessuto legnoso al tessuto legnoso stesso. Avremo quindi un elemento A rapportato all’elemento B, i quali assieme danno luogo al componente C (tessuto legnoso). L’umidità percentuale riferita al legno secco si misura con la formula:
Pu/Pe dove Pu = peso umido (allo stato fresco) e Pe = peso essiccato (0 %).
Calcolando invece il rapporto tra peso secco e volume allo stato verde si ottiene l’indice relativo alla densità basale della pianta, i cui valori sono pi˙ bassi nelle conifere e più alti nelle latifoglie.

Le piante si suddividono in conifere e le latifoglie. Le fibre, ottenibili da questi due diversi tipi di pianta sono considerevolmente diverse le une dalle altre e i supporti cartacei, rispettivamente ottenuti, non potranno che avere proprietà e resistenze meccaniche dissimili tra loro.
Le conifere sono il genere di pianta più antica nell’evoluzione arborea, con un contesto legnoso a struttura semplice.
Le latifoglie sono evolutivamente più recenti e sono caratterizzate da una struttura pi˙ complessa da cui dipendono sia il sostegno che la resistenza alle condizioni ambientali, nonché il trasferimento della linfa da una cellula all’altra.
Si deve tener conto di un particolare aspetto che differenzia i due tipi di piante di primaria importanza nella fabbricazione della carta: la lunghezza della fibra.
La lunghezza media delle fibre di conifera, varia da 2 a 5 mm circa, mentre quelle di latifoglia difficilmente raggiungono i 2 mm. In seguito potremo valutare quale importanza assumono questi valori per ottenere un supporto con determinate caratteristiche meccaniche.
Se osserviamo le fibre al microscopio con un forte ingrandimento, possiamo riscontrare che sono a loro volta costituite da una serie di fibrille, allungate e sottili e tutte parallele tra loro, orientate, in modo più o meno regolare, nella stessa direzione del fulcro fibroso (questo orientamento è importante nella fabbricazione della carta perché si conserva una ‘memoria’ al momento della distribuzione delle fibre in soluzione acquosa sul telo (v. più avanti). Se le osserviamo con ingrandimento ancora superiore, possiamo constatare che queste fibrille sono formate da una quantità di sottilissime microfibrille, composte da un insieme di molecole, che sono le aree ove avvengono le reazioni chimico-fisiche della molecola cellulosica.
Dal punto di vista chimico il legno è un elemento formato da più polimeri organici e in quantità diverse tra una specie e l’altra, a seconda della natura del suolo e delle condizioni climatiche.
I principali elementi chimici del legno sono: la cellulosa, le emicellulose e la lignina.  A queste si aggiungono quantità meno importanti di tannini, gomme, coloranti e materie inorganiche. In genere, la proporzione tra questi tre elementi, varia a seconda della specie della pianta e del luogo di crescita.
In linea generale si può affermare che le latifoglie contengono una quantità inferiore di lignina, ma superiore di emicellulose con irrilevanti valori di composti complementari quali acidi resinici, tannini, materie inorganiche, ecc.

La cellulosa
La cellulosa è la struttura di base delle fibre estratte dai vegetali, strettamente associata alla lignina e alle emicellulose. È un carboidrato, un composto cioè di carbonio, idrogeno e ossigeno. La molecola contiene monomeri di glucosio che determinano il grado di polimerizzazione, il quale può variare in modo considerevole a seconda della natura del vegetale e del processo di estrazione della fibra utilizzato. Il grado di polimerizzazione ha un’importanza non indifferente poiché è riconducibile a valori di resistenze meccaniche, ad attacchi microbiologici, alle temperature e ai composti chimici. è quindi direttamente correlabile ai valori di resistenza meccanica riscontrabili sul foglio prodotto con la relativa fibra. I legami molecolari si estendono e si coordinano con quelli limitrofi permettendo l’accrescimento elevato di forze associative: i legami d’idrogeno.

Le emicellulose
Per emicellulosa s’intende quella parte di componenti del tessuto legnoso, solubili in soluzioni alcaline, in grado di idrolizzare in zuccheri semplici, molto più rapidamente della cellulosa. La parte del legno definita come emicellulosa è composta da un insieme di sostanze più che un composto specifico, come è la cellulosa. Costituisce uno dei componenti essenziali delle pareti delle cellule vegetali e serve alle piante come materiale di riserva. Le emicellulose delle piante arboree, sono costituite da un certo numero di carboidrati polimerici, presenti nella totalità delle fibre.
Le emicellulose hanno una notevole influenza sulle caratteristiche cartarie della cellulosa perché in grado di far aumentare il rigonfiamento delle fibre e, conseguentemente, facilitarne la raffinazione e la feltratura.

Lignina
La lignina è un gruppo di composti chimici appartenente al gruppo dei fenolici e sono per quantità i secondi biopolimeri sintetizzati sulla terra dopo la cellulosa. La biomassa formata tra cellulose e le lignine rappresenta circa il 70% della biomassa totale.
È composta da una struttura polimerica di unità fenilpropaniche. Quindi anche la lignina al pari della cellulosa e delle emicellulose, è un polimero la cui molecola, molto complessa e a struttura tridimensionale, è formata da una sola unità, il fenilpropano, ripetuta numerosissime volte.
Essa svolge in tutti i vegetali la funzione di legare e cementare tra loro le fibre per conferire ed esaltare la compattezza e la resistenza della pianta.
La lignina è anche conosciuta come materiale incrostante, poiché ricopre le fibre. Pertanto, i procedimenti di estrazione della cellulosa da un vegetale richiedono un attacco della lignina per disgregarne la molecola e allontanarne i frammenti mediante dissoluzione.
La molecola della lignina ha un elevato peso molecolare, che si ottiene dalla unione di differenti acidi e alcooli fenilpropilici (cumarilico, coniferilico e sinapilico). L’accoppiamento casuale di questi radicali dà origine a una struttura tridimensionale caratteristica della lignina.
La lignina è il polimero naturale più complesso in relazione alla sua struttura ed etereogenicità. Per questa ragione non è possibile descrivere una struttura definita della lignina, anche se sono stati proposti numerosi modelli per rappresentare una approssimazione di questa struttura.
La lignina non è utilizzata nella fabbricazione della carta da stampa di qualità, in quanto responsabile della sua colorazione giallastra dopo l’esposizione al sole.

La struttura delle fibre
Se osserviamo al microscopio la sezione di una fibra ci possiamo rendere conto di quanto sia ben definita la sua struttura costitutiva. Essa è composta da una quantità di strati, ciascuno dei quali è costituito da fibrille, lignina ed emicellulose. La formazione di questi strati è determinata dalla deposizione di questi tre componenti durante la fase di accrescimento della cellula.
Esaminando la fibra dall’esterno verso l’interno, si può constatare la presenza di uno strato intermedio totalmente amorfo, comunemente chiamato lamella mediana, che separa le due fibre adiacenti. Questo strato è per la massima parte costituito da lignina e ha la funzione cementante delle fibre dando al contesto legnoso una struttura molto rigida e resistente.
Proseguendo l’esame si riscontra la parte vera e propria della fibra, a sua volta scindibile in parete primaria e parete secondaria. Successivamente si giunge al lume, cioè alla cavità vera e propria della fibra.

Struttura delle fibre
La distribuzione dei composti chimici primari della fibra presenta una considerevole variabilità procedendo dall’esterno verso la parte interna della parete cellulare. La lignina, massimamente presente nella lamella centrale, inizia a decrescere in modo significativo man mano che si procede verso il superamento della parete primaria, riducendosi ulteriormente all’interno della parete secondaria per annullarsi poi in prossimità del lume.
Il comportamento della cellulosa è invece opposto a quello della lignina, cosÌ da avere una sua massima concentrazione dove scarsa è la quantità di lignina e viceversa. Invece, la concentrazione delle emicellulose nei vari strati interni della fibra decresce lentamente e in modo lineare a partire dalla parete esterna verso l’interno fino al raggiungimento di una quantità minima del 15% di polisaccaridi, rispetto al 50% presenti nella parte esterna della fibra.

Proprietà delle fibre cellulosiche
Le specifiche proprietà delle fibre cellulosiche, che le rendono particolarmente adatte per la formazione di un foglio di carta, sono:
– la flessibilità, la resistenza alla trazione, l’elasticità, la deformazione all’acqua e agli agenti chimici, nonché la proprietà da fissaggio di collanti e resine.
Ciò senza sottovalutare le proprie capacità nella creazione di quei legami con le fibre adiacenti, grazie all’attrazione polare che si viene a determinare tra le molecole dell’acqua e i gruppi ossidrilici di cui è ricca la superficie della fibra. Mano a mano che l’acqua viene fatta evaporare queste superfici si avvicinano sempre pi˙ dando luogo alla formazione di quei legami d’idrogeno dei quali abbiamo già parlato. Ne deriva che certe proprietà della carta sono largamente dipendenti dalla qualità delle fibre che la compongono.
Le caratteristiche più importanti sono ovviamente la lunghezza della fibra e il suo spessore parietale.
La lunghezza della fibra influisce principalmente per il maggior numero di contatti interfibrali i quali, intersecandosi maggiormente tra loro, determinano una maggior robustezza della struttura interna del foglio.
L’attenzione che viene rivolta allo spessore parietale della fibra è dovuta alla natura di questo genere di fibra poiché, fibre con elevato spessore, presentano una notevole rigidità, da cui scaturisce la difficoltà nell’ottenere un elevato numero di contatti interfibrali nel contesto fibroso. Ciò avviene perché, sia durante la prima fase di pressatura con la doppia tela (come vedremo nel capitolo dedicato alla formazione del nastro), sia nel passaggio nel primo cilindro di drenaggio (shoe press), la resistenza alla compressione di queste fibre è di impedimento per una più vasta superficie nel punto di contatto. Queste aree risulteranno invece più ampie utilizzando fibre meno rigide, con parete meno spessa e con lume di ampie dimensioni.
Le fibre con parete cellulare di spessore maggiore sono quelle originate da legni ad alta densità basale, mentre quelli con valori inferiori danno luogo a fibre con una parete cellulare minuta. Il foglio a cui daranno origine le prime, avrà alto volume, alta opacità e buona resistenza alla lacerazione, ma scarsa resistenza alla trazione; per le seconde, il foglio ottenuto sarà più legato, meno poroso e più trasparente, dotato di una maggior resistenza alla trazione, alla torsione e allo scoppio.

Pasta chimica, meccanica e semichimica
L’utilizzo di reattivi chimici per l’estrazione della fibra dal contesto legnoso è il metodo più utilizzato poiché permette di agire in modo selettivo nei confronti di tutti i componenti il legno, in modo particolare la lignina, presente in tutte le aree cementanti delle fibre.
L’azione selettiva di questi reattivi consente una marcata diminuzione della compattezza iniziale del legno, permettendo alle fibre di separarsi senza alcuna modificazione nella loro integrità fisica. Il contesto fibroso così ottenuto è definito normalmente come pasta chimica, in considerazione del processo di estrazione, o cellulosa, poiché la fibra ottenuta altro non è che la cellula originaria della pianta.
I reattivi portano sì alla dissoluzione della lignina presente nella fibra, ma portano, anche, a consistenti perdite di cellulosa. Con questi processi chimici, la resa di cellulosa ottenibile risulta del 50% del legno secco di partenza. Per limitare al massimo questa perdita, il processo di riduzione della lignina non viene portato fino alla sua totale dissoluzione, lasciando al processo d’imbianchimento il compito della totale eliminazione della lignina, poiché questo processo consente un trattamento molto più blando, con il risultato di limitare il degrado delle fibre pur mantenendo inalterata la resa.

Preparazione delle fibre
Le fibre di cellulosa si ottengono mediante la cottura del legno in appositi bollitori contenenti liscivi acidi o alcalini. I tempi di permanenza, la temperatura e la pressione d’esercizio sono fattori attentamente controllati per evitare un eccesso di aggressività nei confronti delle fibre e, nel contempo, il grado di dissoluzione programmato della lignina.
Prima di procedere a questa operazione, la pianta viene ridotta prima al solo tronco e poi scortecciata per mezzo del naturale sbattimento dei tronchi all’interno di un cilindro rotante. Ottenuta la pulizia, i tronchi sono introdotti in un particolare impianto capace di ridurli in schegge con una superficie di circa 6 cm2, con uno spessore di circa 5 mm, detti “chips“. Questi vengono accumulati all’esterno fino a formare una considerevole altura, dove sono lasciati in ambiente naturale per un certo periodo di tempo. In questo frangente i chips rilasciano una buona parte di sostanze inquinanti (dal punto di vista cartaceo), presenti originariamente nella pianta, principalmente olî naturali e resine.
Dopo un periodo più o meno lungo, i chips vengono prelevati e immessi nei bollitori dove, successivamente, saranno introdotti i liscivi stabiliti portati a temperatura da vapore diretto o indiretto a seconda della procedura da seguire. Completata questa operazione, sia il liscivio esausto, sia le fibre sono scaricate e introdotte in un diffusore che ne favorisce la parziale separazione. Scaricato il liscivio, le fibre grezze vengono ripetutamente lavate e inviate all’interno di macchine (separa nodi) la cui funzione è quella di asportare le fibre più grossolane non completamente cotte. Prima di essere inviate all’impianto di sbianca, la massa fibrosa viene immessa in capienti depuratori che provvedono alla possibile eliminazione di sabbia e altre impurità che potrebbero ancora essere presenti tra le fibre.

Processo di estrazione
I processi chimici per l’estrazione delle fibre si suddividono in due gruppi: processo acido e processo alcalino. Lo scopo essenziale di questo processo sta nella possibilità di trasformare la lignina da polissaccaride reticolato insolubile a solubile. Questo avviene perché l’anidride solforosa, reagendo con la lignina, la trasforma in acido lignisolfonico e subito neutralizzato dalla base presente nel reattivo. Il sale che si forma diventa poi solubile per l’acidità del liscivio di cottura.
I tentativi di estrarre la cellulosa dal legno furono intrapresi nella prima metà dell’Ottocento utilizzando acido nitrico. A causa della impossibilità, in quegli anni, di usare materiali resistenti all’azione corrosiva dei reattivi, il procedimento fu ben presto abbandonato. Successivamente, l’inglese James Watt (1736-1819) estrasse la cellulosa in modo industriale, utilizzando un liscivio a base di soda caustica. A causa della scarsa resa, nonché per le difficoltà di recupero del reattivo, anche questo procedimento non ebbe lunga durata.
Nel 1864 l’americano Ingram Tilghman ebbe modo di osservare che l’acido solforoso intaccava il legno e ne brevettò il sistema. Fu, comunque, attorno al 1870 che lo svedese Carl Daniel Ekman (1845 – 1904), rifacendosi all’esperimento di Tighman utilizzò una soluzione di anidride solforosa parzialmente neutralizzata da una base di calcio, magnesio o sodio, avviando in modo definitivo il processo per l’estrazione chimica della cellulosa. Non a caso il nome dato dalla allora Leykam Murztaler alla cellulosa di propria produzione era Magnefite (solfito di magnesio).
Come sempre avviene in natura, questo processo di estrazione porta con sé vantaggi e svantaggi. Tra i primi possiamo elencare l’ottenimento di paste chiare facilmente raffinabili, di paste altamente resistenti e di derivati della cellulosa.
A questi aspetti favorevoli si contrappongono svantaggi non del tutto trascurabili come la non idoneità al trattamento di alcuni tipi di conifera ad alto contenuto di resina. O, nel caso delle latifoglie, l’impossibilità di ottenere paste caratterizzate da una soddisfacente resistenza. Oltre a ciò, si deve tener in giusta considerazione la difficoltà di recupero del reattivo e i tempi di cottura molto lunghi. A causa di queste caratteristiche il processo è stato mano a mano sostituito con quello al solfato sodico (alcalino), sebbene ancor oggi un residuo numero di vecchi impianti continui a utilizzare il primo procedimento produttivo.

Il processo al solfato
Nella seconda metà dell’Ottocento il polacco Dahl, dedicandosi alla ricerca di un reattivo più economico della soda caustica per cotture alcaline, ebbe modo di osservare che usando il solfato sodico al posto del carbonato sodico si riducevano i costi e si aveva nel contempo un miglioramento qualitativo delle fibre.
Il processo al solfato, derivato, come si è detto, da quello alla soda (idrossido di sodio in soluzione), viene cosÌ chiamato per la perdita di alcali durante il trattamento del legno, compensata dall’aggiunta di solfato sodico. Come il processo alla soda, questo al solfato ha il vantaggio di poter trattare qualsiasi tipo di legno e in particolare, il pino per il quale, con il processo al bisolfito, si hanno difficoltà di cottura.
Il processo, brevettato da Dahl viene comunemente chiamato Kraft, che nelle lingue del nord Europa significa “forza”. Con questa definizione, o “al solfato” s’intendono quindi tutte quelle carte con elevate resistenze meccaniche (carta kraft). Inoltre, rispetto al processo al solfito, quello di Dahl ha il grande vantaggio di essere impiegato per tutte le piante arboree senza alcuna controindicazione e ottenere fibre di buona qualità anche con le latifoglie. Potendo poi utilizzare temperature di cottura molto più alte (180/190°C) si ha il vantaggio di ridurre i tempi dei cicli produttivi.
Altro fattore di grande importanza di questo processo è la facilità di recupero dei reattivi di cottura e di alcuni sottoprodotti pregiati come la trementina.
Recentemente, un altro procedimento ha incontrato il favore dei produttori di cellulosa: quello al monosolfito di sodio. Questo processo impiega, come reattivo, il solfito neutro di sodio Na2SO3 il cui l’interesse è forse scaturito dal fatto che questo è un sottoprodotto nella produzione del fenolo.

Le paste meccaniche
Questo tipo di fibre vergini si ottiene, generalmente, con l’impiego esclusivo dell’energia meccanica, ma talvolta in abbinamento anche con l’energia termica. Dal processo scaturisce la denominazione di paste meccaniche, più comunemente dette pasta legno.
Le rese che si ottengono da questo processo sono prossime al 100%, in quanto ben poco viene scartato dalla pianta trattata e, ovviamente, anche le caratteristiche chimiche di queste paste non potranno che essere totalmente analoghe a quelle della pianta originale.
Contrariamente a quanto avviene nel processo chimico, dove l’azione dei reattivi è mirata su certi composti chimici del legno, in questo caso l’energia meccanica esplica la sua azione su tutte le parti e strati del contesto legnoso con una lacerazione delle pareti fibrose. Ne consegue che il tipo di pasta che si ottiene non potrà certamente essere costituita da fibre omogenee sia quanto a lunghezza sia a integrità, in funzione della naturale diversità dei componenti il tessuto legnoso della pianta.
Il sistema di produzione delle paste meccaniche è ancora quello brevettato in Germania nella prima metà dell’Ottocento, quello cioè che utilizza lo sfibratore a mola. Il processo di produzione consiste nel tagliare tronchi precedentemente scortecciati in segmenti di circa un metro, e pressati contro una mola abradente ruotante ad alta velocità e nel contempo, sottoposti a un intenso getto d’acqua, la quale svolge la duplice funzione di facilitare la sfibratura attraverso il rammollimento delle fibre, ed evitare il surriscaldamento del legno.
La superficie della mola, resa molto abradente per la presenza di grossi grani, sottopone le fibre a una duplice azione, di compressione e decompressione, mitigando, in tal modo i legami esistenti tra le fibre. Contemporaneamente, sia per il surriscaldamento generato dall’attrito tra mola e legno, sia per l’imbibizione dell’acqua, si ha l’ammorbidimento della lignina e delle emicellulose, vale a dire la sostanza intercellulare, facilitando la sfibratura del legno.
La mola è poi solcata da una serie di incisioni il cui scopo è quello di facilitare lo scarico delle fibre abrase nell’apposito contenitore. L’operazione è facilitata da un forte getto d’acqua il quale, oltre che a raffreddare la mola stessa, provvede alla pulizia della sua superficie. Inizialmente queste mole erano costituite da pietra arenaria, ma l’evoluzione ha fatto sÌ che oggi siano costituite da granuli di carburo di silicio con altri materiali in opportune percentuali.
Successivamente la massa delle fibre viene fatta passare attraverso dei filtri per allontanare quelle pi˙ grossolane le quali, verranno successivamente trattate con raffinatori a disco, e utilizzate insieme alle altre.
Al termine di questo ciclo, la massa fibrosa è pronta per la sua utilizzazione.
La qualità delle fibre ottenute dipende dalla natura del legno utilizzato, per cui le caratteristiche che la pianta dovrebbe avere sono:
– un colore chiaro, perché in tal modo eviteremmo l’operazione di sbianca
– una densità basale molto bassa, cosÌ da ottenere delle fibre e non segatura che sarebbe poi inutilizzabile
– che il legno sia ancora nello stato vegetativo, perché pi˙ morbido per facilitarne l’abrasione
– che il legno sia di fibra lunga in modo tale da ottenere carte con sufficienti resistenze meccaniche.
Il processo meccanico non modifica la composizione chimica del legno, per cui la natura della fibra ottenuta non differisce dalle caratteristiche della pianta originale.
La superficie della fibra sarà ricoperta dalla lignina e quindi non adatta a creare quei legami chimici con le superfici fibrose adiacenti come invece avviene per la cellulosa. Inoltre, le fibre mantengono la loro rigidità originaria, sempre per la presenza della lignina, per cui non sono nella migliore condizione per creare e stabilire tra loro ampie aree di contatto e, di conseguenza, scarsi valori nelle resistenze meccaniche.
Un’altro aspetto negativo della pasta meccanica lo si deve ancora una volta alla presenza massiccia della lignina, responsabile di un facile ingiallimento e di un rapido deterioramento. Pertanto non ne fanno il prodotto utile per la produzione di carte destinate a durare nel tempo.
A questi fattori negativi se ne contrappongono altri, positivi: il più importante è quello di ottenere fogli con un volume specifico più alto, caratterizzato da alta opacità, stabilità dimensionale elevata, porosità sufficiente a rendere il foglio molto assorbente. Sono proprietà che contribuiscono a dare particolari caratteristiche di stampabilità alla carta: valide ragioni per cui questo genere di fibre viene utilizzato per la produzione di carta patinata di bassa grammatura LWC, detta impropriamente “patinatino”.
Sebbene questa carta sia disponibile e utilizzabile per tutti i sistemi di stampa offset, trova la sua specificità nella stampa su rotativa con forno (web heatset). Il suo impiego è per tutti quei lavori in cui non siano discriminanti il punto del bianco – non molto elevato e non stabile nel tempo – e una scarsa resistenza meccanica.
Altro aspetto negativo nella produzione di paste meccaniche con sfibratura a mola (SGV) è l’alto costo energetico, sebbene variabile a seconda della durezza dei legni trattati. Nel tentativo di ridurre questi costi e di migliorare, nel contempo, le resistenze meccaniche delle fibre, sono state apportate da tempo modifiche al processo con l’introduzione di altre tecniche di sfibratura con raffinatori a dischi metallici (RMP), con processo termomeccanico (TMP), chemimeccanico (CMP) e chemitermomeccanico (CTMP). Questi tipi di paste alternative sono, ormai da anni, largamente affermate nella produzione cartaria superando di gran lunga il 50% della produzione globale.

Le paste semichimiche
Per spiegare la produzione di queste paste semichimiche, è necessario tornare sull’argomento iniziale per l’estrazione della cellulosa.
Supponiamo che durante il processo di bollitura, l’azione del reattivo non venga spinta fino al completamento del processo per scindere la massima quantità dei legami esistenti tra le fibre del legno, e rendere più idrofila la lignina: la separazione verrà completata facendo ricorso al processo meccanico.
Il vantaggio è che si riesce ad avere un equilibrio tra le caratteristiche positive delle paste meccaniche: opacità, volume specifico e stabilità dimensionale, ma scarse proprietà meccaniche, come quelle ottimali delle paste chimiche, il cui naturale risultato è proprio l’innalzamento di questi valori.
A questo tipo di trattamento chimico, condotto in modo più o meno spinto, deve sempre obbligatoriamente far seguito il processo meccanico che completi l’azione iniziata dal reattivo chimico. La resa, e anche le caratteristiche delle fibre ottenute con questi due processi, è funzione della aggressività del processo chimico utilizzato e dei tempi di cottura impiegati.
In genere le proporzioni sono comprese tra 60 e 90%.
Nel primo caso definiremo “semichimiche” le paste ottenute con un trattamento chimico più aggressivo, mentre saranno definite “chemimeccaniche” quelle sottoposte a un trattamento chimico più blando. In genere, i reattivi impiegati in questo sistema sono gli stessi per l’estrazione chimica della cellulosa.
Il trattamento maggiormente utilizzato è quello con il solfito sodico addizionato con carbonato sodico per ottenere un pH leggermente alcalino. Questo procedimento è definito come “semichimico al solfito neutro” (NSSC).
I tipi di legno che più si adattano a questo processo sono quelli di latifoglia, ma non le conifere per il loro alto contenuto di lignina. In considerazione del duplice processo di trattamento, è chiaro che le fibre che si otterranno non potranno non avere proprietà cartarie intermedie tra quelle delle paste semichimiche e delle paste meccaniche.

segue: SBIANCA E MATERIALI DI PROCESSO

Collegarsi qui per il capitolo sulla Carta da riciclo

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