Modifica dei prodotti di collatura in massa

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XXI corso di Tecnologia per Tecnici Cartari
edizione 2014/2015
Modifica dei prodotti
di collatura in massa:
passaggio dalla
colofonia al dimero
dell’alchilchetene
di Tabasso Stefania
Scuola Interregionale
di tecnologia per tecnici Cartari
Istituto Salesiano «San Zeno» - Via Don Minzoni, 50 - 37138 Verona
www.sanzeno.org - [email protected]
INDICE
1. INTRODUZIONE ..............................................................................................................3
1.1 Collatura ..........................................................................................................................3
1.2 Dinamica della penetrazione dell’acqua .........................................................................3
1.3 Tipi di collatura: in massa ed in superficie .....................................................................4
1.4 I collanti...........................................................................................................................5
2. COLLANTI NATURALI ..................................................................................................6
2.1 La colofonia.....................................................................................................................6
2.2 Azione del collante ..........................................................................................................7
2.3 Produzione.......................................................................................................................8
2.4 Caratteristiche del prodotto utilizzato .............................................................................9
3 I COLLANTI SINTETICI ...............................................................................................11
3.1 Dimero dell’alchilchetene (AKD) .................................................................................11
3.1.1 Azione del collante..................................................................................................11
3.1.2 Produzione ..............................................................................................................13
3.1.3 Caratteristiche del prodotto utilizzato .....................................................................18
3.2 Anidride alchenilsuccinica (ASA) ................................................................................18
4 LE PROVE DI LABORATORIO....................................................................................19
4.1 Prove di determinazione del grado di collatura ............................................................19
4.1.1 Metodo di Cobb ......................................................................................................19
4.1.2 Prova del tratto di penna .........................................................................................20
4.1.3 Prova di galleggiamento..........................................................................................20
5 IL SITO PRODUTTIVO ..................................................................................................21
5.1 Descrizione della produzione del supporto: la preparazione impasti ...........................21
5.2 Descrizione della produzione del supporto: la macchina continua 2 ............................22
6 LE PROVE DI FABBRICAZIONE ................................................................................25
6.1 Prova 1: supporto leggero con collatura AKD e successiva patinatura cast coated .....25
6.1.1 La fabbricazione ......................................................................................................25
6.1.2 Patinatura del supporto............................................................................................26
6.1.3 Prove di stampa della carta cast coated...................................................................27
Tabasso Stefania – Modifica dei prodotti di collatura in massa: dalla colofonia all’AKD - 1
6.2 Prova 2: supporto pesante con collatura AKD e successiva patinatura cast coated .....28
6.2.2 Patinatura della carta ...............................................................................................30
6.3 Prova 3: supporto leggero e pesante per patinatura metallizzata con lama d’aria ........30
6.3.2 Patinatura del supporto............................................................................................31
7 CONCLUSIONI ................................................................................................................32
Bibliografia.............................................................................................................................33
1. INTRODUZIONE
1.1 Collatura
La carta è un intreccio fibroso di cellulosa contenente numerose sostanze aggiunte in fase di
preparazione dell’impasto o di patinatura superficiale con lo scopo di conferire particolari
proprietà chimico - fisiche.
La cellulosa, componente principale della carta, è un polisaccaride il cui monomero è la
molecola di glucosio legata per mezzo di legami β-glucosidici. La cellulosa, seppur
insolubile in acqua, può essere considerata leggermente idrofilica per la presenza di ossidrili
superficiali che possono formare ponti idrogeno con le molecole d’acqua.
Questa caratteristica però risulta dannosa per alcune tipi di carte, tra cui la carta da scrivere:
per questo motivo può essere aggiunta una sostanza che riduca l’affinità della cellulosa nei
riguardi dell’acqua e quindi limiti la penetrazione dei liquidi acquosi, quali per esempio
inchiostri per scrivere o alcuni inchiostri da stampa (es. stampa offset e stampa
flessografica). Questa proprietà è detta in ambiente cartario collatura, nome derivante dalla
sostanza utilizzata in epoca medioevale per rendere il foglio idoneo alla scrittura: la colla di
gelatina animale.
Bisogna però precisare che la carta collata è assai differente da una carta impermeabilizzata:
nel primo caso l’acqua riesce in parte a penetrare nella carta, mentre nel secondo caso la
carta viene trattata superficialmente in modo che non avvenga in alcun modo l’assorbimento
della soluzione acquosa.
Prima della scoperta fabrianese della collatura, l’operazione che conferiva una leggera
idrorepellenza alla carta, formando una barriera contro la penetrazione dei liquidi, era
l’impregnazione di questa carta in una soluzione di amido: quest’operazione rendeva però la
carta velocemente deteriorabile e inutilizzabile per documenti pubblici duraturi.
Non è necessario che tutte le carte siano collate, poiché alcune di esse hanno l’esigenza di
assorbire facilmente soluzioni acquose: esempi di carte non collate sono carta per tovaglioli,
carta per usi sanitari o carta per impregnazione.
1.2 Dinamica della penetrazione dell’acqua
La carta finita è molto sensibile all’acqua. Nel caso di ambienti umidi o processi di
bagnatura della carta (quali processi di patinatura, applicazioni di stampa o incollaggio), le
molecole d’acqua penetrano nella struttura capillare della carta espandendo le fibre: la
molecola d’acqua si interpone tra i ponti idrogeno della fibra creando essa stessa delle
interazioni idrogeno. In assenza di sostanze adatte che riducano questa caratteristica, la carta
verrebbe velocemente saturata d’acqua in un breve tempo di contatto. Impiegando invece un
agente collante idrorepellente che si interpone tra gli ossidrili della fibra, si ottiene una carta
collata, la cui impermeabilizzazione dipende dalla quantità di composto aggiunto.
La collatura di una carta può essere misurata mettendo a contatto una goccia di acqua con la
superficie della carta e valutando l’angolo di contatto che si crea tra essi (esempio in figura
1.1). L’angolo di contatto maggiore corrisponde ad una carta più difficilmente bagnabile, e
quindi più collata.
Figura 1.1: Angolo di contatto (θSL) di un liquido su un solido. Quando θ<90° il liquido bagna più facilmente la
superficie, mentre con θ>90° l’acqua bagna difficilmente la carta.
1.3 Tipi di collatura: in massa ed in superficie
La collatura può essere eseguita in massa o in superficie: nel primo caso l’agente collante
aggiunto all’impasto si interpone tra gli ossidrili della cellulosa in modo da rendere la fibra
maggiormente idrofoba. Nel secondo caso la collatura viene eseguita in superficie sulla
carta parzialmente umida già formata
La collatura in massa viene effettuata aggiungendo piccole quantità di colofonia o prodotti
sintetici nella sospensione composta principalmente da acqua e fibre. Questa operazione
consente di ridurre la bagnabilità delle fibre su tutto lo spessore del foglio, ma senza
impedirla completamente.
La collatura in superficie viene effettuata con una soluzione di amido per mezzo di una size
press al fondo macchina. Questa operazione ha un effetto confinato sugli strati superficiali e
consente di aumentare le resistenze meccaniche. La quantità di collante superficiale
applicato dipende dalla viscosità della salda d’amido, dal tipo di rivestimenti dei cilindri e
dalla pressione che essi imprimono al foglio di carta.
Molto spesso le carte collate in superficie sono già parzialmente collate in impasto in modo
da regolare quantità e penetrazione del trattamento superficiale.
1.4 I collanti
I collanti per il trattamento in massa vengono suddivisi in naturali o sintetici.
Del primo gruppo fanno parte i collanti a base di resina naturale, la cui azione necessita
l’utilizzo di sali di alluminio come agente ritentivo (sistema bifasico). Questi prodotti
presero piede all’inizio del XIX secolo ma producevano un impasto talmente acido da
generare una carta avente pH finale basso.
Del secondo gruppo fanno parte i collanti sintetici, sviluppati a partire dagli anni 1960 al
fine di ridurre i problemi derivanti dall’utilizzo dei precedenti collanti: in base a studi è stato
dimostrato che le carte prodotte con una collatura acida si degradano più facilmente. I
collanti sintetici si possono ulteriormente suddividere in collanti sintetici reattivi e non: i
primi si fissano sulle fibre per mezzo di un legame chimico, mentre i collanti non reattivi si
fissano fisicamente sulle fibre mediante un meccanismo elettrocinetico. Diversamente dal
collante naturale, quelli sintetici vengono aggiunti all’impasto senza l’utilizzo di un
coadiuvante.
Le carte in cui si preferisce una colla naturale sono cartoncino per scatole, carta monolucida
e supporti da patinare, mentre quelle in cui si privilegia l’utilizzo di colle sintetiche sono
carta da fotocopie, cartone da macero e carta per riviste.
2. COLLANTI NATURALI
2.1 La colofonia
La colofonia (in inglese Rosin) è una resina di conifere vegetale gialla e solida (figura 2.1)
già nota nell’antica Grecia come pece greca. Il colore della resina definisce il suo pregio:
più la resina è chiara e meno impurezze sono in essa disciolte.
Figura 2.1: Aspetto della colofonia solida
Se riscaldata fonde a basse temperature (punto di rammollimento compreso tra 75° e 95°C)
ed è insolubile in acqua.
È costituita da acidi resinici, principalmente acido abietico (terpene contenete tre siti
reattivi: un gruppo carbossilico e due doppi legami).
B
A
Figura 2.2: Acido abietico in cui si mettono in evidenza i siti reattivi A e B.
La molecola può con il tempo ossidarsi nelle due posizioni più reattive (A gruppo
carbossilico e B doppi legami): questa reazione è molto lenta ed è uno delle cause
dell’ingiallimento della carta.
Dalla struttura chimica della colofonia con i suoi tre anelli ciclici altamente apolari, si può
comprendere come essa conferisca una minore bagnabilità della carta: durante l’essicamento
della carta le molecole presenti si fondono e si espandono sulle fibre creando una pellicola
idrorepellente.
L’utilizzo della colofonia nel processo cartario fu sviluppato nel 1807 da Moritz Friedrich
Illing in Germania e da allora divenne il collante tradizionale fino allo sviluppo negli anni
1970 dei collanti sintetici a collatura neutra più blanda.
2.2 Azione del collante
L’utilizzo tradizionale consisteva in un primo trattamento a caldo di saponificazione, in
modo da disperdere la colofonia solida in una soluzione acquosa facilmente utilizzabile.
Questo trattamento veniva eseguito in presenza di soda caustica o carbonato sodico
ottenendo una pasta gelatinosa detta sapone di resina o resinato, secondo la seguente
reazione:
Figura 2.3: Reazione di saponificazione della colofonia con soda caustica.
La soluzione ottenuta avente un secco di circa il 50% poteva essere addizionata tal quale
all’impasto. La collatura era efficacie in presenza di un’agente precipitante e ritentivo quale
solfato di alluminio (molecola presente nel minerale denominato nel passato allume del
cartaio). In soluzione acquosa, l’allume si scinde nei suoi ioni costituenti: Al3+ e SO42-.
Aggiungendo resinato ad un impasto contenente allume, si formavano delle interazioni
elettrostatiche tra i siti reattivi della colofonia e gli ossidrili della fibra rese possibili dalla
presenza dello ione alluminato: la carica positiva dell’alluminio si interpone tra la superficie
parzialmente negativa della fibra e la carica negativa del gruppo carbossilico (figura 2.4).
Successivamente il meccanismo di collatura si completa in seccheria: in questa sezione la
temperatura raggiunta dai cilindri consente la fusione delle particelle parzialmente legate
alle fibre creando delle placche idrofobe e chiudendo parzialmente gli spazi liberi
naturalmente presenti tra una fibra e l’altra (pori o capillari).
Figura 2.4: Meccanismo di collatura tra la fibra e la colofonia (caratterizzata nella figura dal gruppo R).
A causa della sua idrolisi acida, l’allume provoca un abbassamento del pH dell’impasto e di
conseguenza anche della carta finita: questo fattore è stato uno dei motivi di degradazione
della carta prodotta in quel periodo. Attualmente l’allume del cartaio è stato sostituito da
soluzioni di policloruro di alluminio (acronimo PAC), meno invasivo dal punto di vista
dell’acidità finale ma ugualmente efficiente.
Possono essere aggiunti reagenti paraffinici aventi punto di fusione compresi tra 50 - 60°C
che conferiscono alla dispersione collante una maggiore resistenza ai liquidi acquosi. I
collanti additivati con paraffina possono presentare fenomeni di idrorepellenza verso alcuni
inchiostri.
Per aumentare la resa di collatura può essere prodotta la resina detta rinforzata, le cui
reazioni sono rappresentate in figura 2.5: tramite la reazione tra colofonia e anidride maleica
o acido fumarico si ottiene un prodotto di reazione (denominato addotto) avente tre gruppi
carbossilici invece del singolo gruppo presente nell’acido abietico. Gli addotti formati
hanno una reattività maggiore tale da permettere una miglior interazione tra ioni alluminio
fissati sulle fibre e agente collante.
Figura 2.5: Reazione di isomerizzazione dell’acido abietico e successiva reazione con anidride maleica o acido
fumarico per ottenere l’addotto maggiormente reattivo rispetto al reagente di partenza.
2.3 Produzione
La colofonia può essere ricavata dalla distillazione di resine naturali (dette trementine)
derivanti da conifere quali pino e larice. La distillazione porta ad una frazione densa ad alto
punto di ebollizione (circa 155°C) coincidente con l’essenza di trementina o acqua ragia ed
una frazione leggera bassobollente (circa 70 - 130°C) corrispondente alla colofonia. Le
resine naturali possono provenire dalle gemme di conifera o dal legno dei grandi ceppi. Nel
primo caso la resina viene estratta dalle gemme per mezzo di incisioni sulla pianta viva; nel
secondo caso il prodotto da distillare si ricava dall’estrazione dei ceppi e delle radici. Il
primo metodo è quello che genera un prodotto più puro e quindi più efficace per il
trattamento di collatura della carta.
Il terzo metodo di ottenimento della colofonia deriva dall’estrazione del tall oil, liquido
denso composto da acidi grassi e resine saponificate. Questo prodotto, denominato liscivio
esausto, deriva dalla cottura della polpa di legno di conifera in una miscela di soda caustica
e solfuro di sodio (processo Kraft o al solfato). In questo trattamento termico si ottengono
due frazioni: quella solida che viene avviata al processo di formazione della pasta chimica
imbianchita, e quella liquida denominata black liquor. Parte di tale prodotto viene
recuperato nel ciclo mentre parte viene inviata agli impianti di rettifica che separano il tall
oil nei suoi componenti principali (la percentuale di ogni frazione dipende dal tipo di legno
trattato):

la colofonia,

alcuni acidi grassi insaturi bassobollenti aventi una catena compresa dai C18 a C20,

la frazione del tall oil con punto di ebollizione di circa 80°C,

la frazione peciosa del tall oil.
La colofonia così ottenuta in passato veniva utilizzata, previa dissoluzione, come agente
collante.
Ad oggi la colofonia può essere venduta sotto forma di emulsione lattiginosa miscibile in
acqua: per ottenere questo preparato la colofonia solida (prodotta principalmente in Cina ed
Indonesia secondo uno dei tre metodi visti in precedenza) viene riscaldata a temperature di
circa 250°C in modo da ottenere un liquido molto denso (per lo spostamento si sfrutta il
movimento di una vite senza fine).
Questa pasta può essere inviata ad un reattore per la reazione di fortificazione della
colofonia e parziale saponificazione (reazione vista in figura 2.5). Successivamente la resina
in soluzione viene inviata ad una pompa miscelatrice e ad un omogeneizzatore ad alta
pressione: in questa posizione la dispersione acquosa composta da goccioline fini di
colofonia viene stabilizzata per mezzo di colloidi protettori (quali caseina).
In questo modo si ottiene una dispersione di resina avente un diametro particellare
d<0,5µm. Queste dispersioni contengono fino al 85 - 90% di resina libera mentre il restante
è parzialmente saponificato.
È importante valutare nelle dispersioni il pH dell’emulsione e la dimensione delle particelle.
2.4 Caratteristiche del prodotto utilizzato
Nello stabilimento viene utilizzata una dispersione cationica di colofonia fortificata al 35%.
Questo prodotto deve essere stoccato per un tempo massimo di 3 mesi poiché per periodi
maggiori si rischia che l’emulsione si separi in due differenti fasi liquide e il prodotto
diventi inutilizzabile. Per questo motivo è importante stoccare il prodotto a temperature
comprese tra 5°C e 35°C e lontano da irraggiamento diretto.
Il pH dell’emulsione è acido: è stato misurato un pH di 2,5. Seppur questo prodotto abbiamo
un pH basso, l’impasto che si ottiene è debolmente acido: il pH in cassa d’afflusso si aggira
intorno ai 6,5.
Il vantaggio della colofonia, rispetto alla colla reattiva, è che il grado di collatura registrato a
fondo macchina sia simile a quello misurato dopo alcuni giorni dalla produzione (la
maturazione è immediata). La colofonia consente di ottenere una carta già completamente
collata, poiché la reazione di collatura si esplica nella fase umida ed in seccheria.
A differenza dei collanti sintetici, il sistema di collatura con colofonia necessita dell’utilizzo
di un ritentivo (come allume del cartaio e PAC). Il sistema prevede quindi l’uso di composti
contenenti alluminio, che sono però dannosi nelle acque poiché lo ione alluminato viene
facilmente assorbito dal metabolismo umano.
Molti studi, connessi all’esperienza quotidiana, hanno dimostrato che l’aumento della
quantità della colofonia in impasto (insieme al PAC) genera un aumento lineare del grado di
collatura, valutabile secondo i metodi descritti al capitolo 4.
3. I COLLANTI SINTETICI
Il dimero dell’alchilchetene (AKD) e l’anidrice alchenilsuccinica (ASA) sono prodotti di
sintesi chimica. Entrambi sono detti collanti reattivi poiché reagiscono con la fibra creando
un legame chimico di tipo covalente. Questi prodotti sono stati immessi sul mercato verso la
fine degli anni 1970 per ovviare ad alcuni inconvenienti derivanti dall’utilizzo della
colofonia in condizioni acide: come detto in precedenza, l’eccessiva acidità dell’impasto e
l’utilizzo del solfato di alluminio generava una carta a basso pH, facilmente degradabile nel
tempo.
3.1 DIMERO DELL’ALCHILCHETENE (AKD)
Il dimero dell’alchilchetene o comunemente detto AKD dal suo acronimo inglese, è un
collante sintetico reattivo a base di derivati di acidi grassi. E’ una sostanza cerosa insolubile
in acqua che fonde a circa 50°C.
L’AKD è un agente collante largamente impiegato nella produzione della carta. Esso è
altamente reattivo grazie alla presenza di un doppio legame (zona evidenziata in verde) e di
un gruppo chetonico (zona evidenziata in rosso).
3.1.1 Azione del collante
L’AKD possiede un gruppo chetonico altamente reattivo che interagisce con gli ossidrili
secondo le reazioni rappresentate nella pagina successiva.
Figura 3.1: Due cammini di reazione dell’AKD: il cammino di reazione A rappresenta la reazione dell’AKD con gli
ossidrili della fibra, mentre il B descrive la reazione di idrolisi.
L’AKD è una sostanza molto reattiva e può interagire in due differenti modi all’interno
dell’impasto (figura 3.1):

Caso A: reazione di formazione del legame covalente tra l’ossidrile superficiale della
fibra cellulosidica ed il chetene. Questa reazione, che comporta l’apertura dell’anello
lattone, è resa possibile dall’interazione chimica tra particelle di collante e fibra
durante la fase umida e successivamente dalla formazione di uno strato
monomolecolare che si crea durante la fase di essicamento. Il cammino di reazione
descritto genera una superficie idrofobica a lenta maturazione (la reazione A ha una
cinetica assai lenta per cui la collatura è completa solo dopo alcuni giorni).

Caso B: idrolisi dell’AKD (reazione con acqua) che porta all’apertura dell’anello con
formazione di un gruppo chetonico ed una molecola di CO2. Questa reazione riduce
l’efficienza di collatura, poiché rende inattiva la molecola verso le reazioni con la
fibra.
È stato stimato che a fondo macchina circa il 70% dell’AKD aggiunto non reagisce, il 25%
dell’AKD si idrolizza e solamente 5% reagisce secondo il cammino di reazione A. Dopo 2
settimane la collatura è completa ed il 30% circa di AKD reagisce con gli ossidrili della
cellulosa: la reazione tra AKD e fibra è lenta a temperatura ambiente. Per questo motivo
risulta difficoltoso ed errato valutare il grado di collatura della carta dopo alcuni minuti
dalla fabbricazione. Al fine di ottenere risultati corretti e riproducibili, alcuni studiosi hanno
messo a punto una tecnica per la determinazione immediata di tale parametro basata sulla
maturazione forzata della carta in stufa a 105°C (la temperatura elevata favorisce la reazione
di collatura).
Si può infine notare che, a differenza della colofonia, l’AKD agisce come componente unico
reattivo nei confronti della fibra. Non è perciò necessario aggiungere un agente coadiuvante
alla collatura.
3.1.2 Produzione
Il dimero dell’alchilchetene deriva dalla reazione di clorurazione di due acidi grassi saturi:
l’acido palmitico (catena alchilica lineare avente 16 atomi di carbonio) e l’acido stearico
(catena alchilica lineare avente 18 atomi di carbonio). La reazione di clorurazione avviene
in presenza di fosgene (Cl2C=O), gas tossico, secondo la seguente reazione:
Figura 3.2: Clorurazione dell’acido palmitico.
Figura 3.3: Clorurazione dell’acido stearico.
Successivamente la miscela dei due acidi clorurati reagisce in presenza di trietilammina
formando il dimero dell’alchilchetene secondo la reazione rappresentata in figura 3.4. I sali
amminici cloridrati (sottoprodotti di reazione) vengono separati dalla miscela di interesse
costituita da AKD.
Figura 3.4: Reazione di formazione dell’AKD. È stato rappresentato a titolo di esempio la reazione tra acido palmitico
(rappresentato dal gruppo sostituente R1 della catena alchilica C16) e acido stearico (rappresentato dal gruppo
sostituente R2 della catena alchilica C18).
Bisogna notare che nella miscela sono presenti entrambi gli acidi (acido stearico e acido
palmitico) che possono reagire tra loro indifferentemente. I prodotti di reazione che si
possono ottenere sono quindi differenti, in base ai reagenti:
 R1 può coincidere con R2 nel caso in cui si combinino tra due molecole uguali. Si
produce AKD derivato solamente dall’acido palmitico (prodotto a basso peso
molecolare e basso punto di fusione) o AKD prodotto unicamente da acido stearico
(prodotto ad alto peso molecolare ed alti punti di fusione);
 R1 differisce da R2 nel caso reagiscano tra loro una molecola di acido palmitico e una
di acido stearico: l’AKD risultante avrà un peso molecolare ed un punto di fusione
intermedio ai precedenti.
Esistono due differenti miscele di AKD commercializzate:
 AKD detto a basso peso molecolare, avente come gruppi funzionali R il 60% derivante
dall’acido palmitico ed il 40% derivante dall’acido stearico. Questa miscela possiede un
punto di fusione compreso tra 52 e 55°C e il suo cromatogramma viene di seguito
riportato:
Dal cromatogramma ottenuto mediante gascromatografia si evince che circa il 50% è
costituito dal dimero formato da entrambi i gruppi funzionali (denominato C16/C18). Il
restante si suddivide come 25% di dimero costituito dal solo acido palmitico (denominato
C16) e 25% di dimero formato unicamente dall’acido stearico (chiamato C18).

AKD detto ad alto peso molecolare, avente come gruppi funzionali R il 10% derivante
dall’acido palmitico ed il 90% derivante dall’acido stearico. Questa miscela ha un punto
di fusione compreso tra i 60 e 62°C ed il suo cromatogramma viene riportato nella
figura sottostante:
Dal cromatogramma si può osservare che l’85% del prodotto è costituito dal dimero in cui i
gruppi funzionali derivano unicamente dall’acido stearico, mentre solamente 1% - 3% è
formato da gruppi funzionali derivanti dall’acido palmitico. Il restante 12% deriva dal
dimero costituito da entrambi i gruppi funzionali C16/C18.
Nella produzione dell’emulsione di AKD è importante valutare la struttura del dimero e
dalla sua eventuale idrolisi secondo la seguente reazione:
Struttura A
Struttura B
Figura 3.5: Reazione di idrolisi dell’AKD
Risulta quindi importante analizzare la miscela di AKD in ingresso in modo da stimare
quale sia la percentuale di miscela non attiva (AKD idrolizzata). Le tecniche di analisi che
possono essere utilizzate sono GC, HPLC e spettroscopia IR.
Di seguito viene riportato lo spettro IR (figura 3.6) di due miscele: nello spettro 1 si può
osservare la presenza del gruppo lattone che possiede una frequenza di assorbimento a circa
1850 cm-1 (struttura A della molecola rappresentata in figura 3.5). Nello spettro 2 si può
notare la perdita del picco a 1850 cm-1 e la comparsa del gruppo carbonilico, la cui
frequenza di assorbimento è presente a circa 1705 cm-1: questo spettro rappresenta la
molecola dell’AKD idrolizzata (struttura B della figura 3.5).
1
2
Figura 3.6: Spettro IR dove l’asse x rappresenta la trasmittanza % e l’asse y la lunghezza d’onda espressa in cm-1. Lo
spettro superiore 1 rappresenta l’AKD con l’anello lattone chiuso, mentre lo spettro inferiore 2 riproduce uno spettro
dell’AKD idrolizzato.
La produzione dell’AKD viene effettuata in Cina, mentre esistono alcuni stabilimenti in
Europa che producono l’emulsione di AKD (quest’ultimo rappresenta il prodotto utilizzato
in cartiera poiché compatibile con il sistema acquoso).
Per ottenere l’emulsione di AKD, si solubilizza in acqua tiepida il colloide protettivo
(amido) e l’emulsionante. Dopo aver raggiunto una temperatura stabile di circa 70°C 80°C, si aggiunge AKD solido alla soluzione. Successivamente la miscela ancora instabile
viene inviata ad un omogeneizzatore ad alta pressione (pressione di esercizio compresa tra
200 - 250 bar): questa è la fase critica della produzione poiché si devono produrre particelle
di dimensioni tali da formare un emulsione stabile nel tempo (il diametro particellare non
deve essere maggiore di 3µm). L’emulsione ottenuta deve avere pH bassi (compresi tra 3 4) in modo da ridurre la reazione di idrolisi dell’AKD.
3.1.3 Caratteristiche del prodotto utilizzato
L’AKD utilizzata è un emulsione di prodotto attivo (AKD) stabilizzata dalla presenza di
amido cationico e polimero cationico.
Seppur il pH dell’emulsione è circa 3,7, l’impasto finale è neutro/alcalino poichè questo
prodotto è efficace a tali pH: è importante valutare l’alcalinità dell’impasto poiché a pH
troppo elevati, AKD è soggetta ad idrolisi. Durante la prova di collatura si sono registrati
valori di pH dell’impasto in cassa d’afflusso compresi tra 7,5 e 8.
Inoltre è importante valutare la temperatura dell’impasto: per temperature maggiori di 60°C
l’AKD rischia di generare depositi nei condotti ed in macchina. La temperatura dell’impasto
misurata in cassa d’afflusso si aggira intorno ai 25°C.
L’emulsione è stabile per un massimo di 3 mesi, oltre i quali l’emulsione si destabilizza e i
componenti presenti si separano in due fasi liquide. Per ridurre la decomposizione del
prodotto è fondamentale lasciare la cisterna in ambiente chiuso lontano dalla luce diretta e a
temperatura ambiente.
3.2 Anidride alchenilsuccinica (ASA)
L’anidride alchenilsuccinica, il cui acronimo è ASA, è una cera che fonde a circa 50°C.
Esso è un collante molto più reattivo dell’AKD (reagisce velocemente con le fibra, ma è
altrettanto reattivo anche con l’acqua, reazione secondaria dannosa). Per questo motivo il
prodotto non può essere commercializzato in emulsione, ma deve essere prodotto in loco
mediante apposita strumentazione. Grazie alla sua elevata reattività, il grado di collatura può
essere stimato già a fondo macchina, senza dover attendere la maturazione della carta.
Inoltre è importante applicare nei primi cilindri della seccheria temperature leggermente
superiori alla media, in modo da rimuovere l’acqua più velocemente riducendo l’idrolisi.
Anche questo collante necessita di valori di pH e di temperatura dell’impasto controllati: il
pH deve essere neutro/alcalino (preferibilmente si utilizzano pH di 7 in modo da evitare
fenomeni di idrolisi), mentre si mantengono temperature relativamente basse (non superiori
di 45°C).
Rispetto all’AKD, l’anidiride alchenilsuccinica è poco utilizzata nelle aziende cartarie come
collante reattivo.
4. LE PROVE DI LABORATORIO
4.1 PROVE DI DETERMINAZIONE DEL GRADO DI COLLATURA
La collatura di una carta può essere valutata per mezzo di alcune prove di laboratorio.
Vengono di seguito elencate le principali:
1. Prova Cobb
2. Prova visiva del tratto di penna
3. Prova di galleggiamento
Le tre prove differiscono tra loro per le condizioni di prova e la natura del liquido usato:
nella prima prova si usa l’acqua, mentre nella seconda e terza si impiega un inchiostro
acquoso.
4.1.1 Metodo di Cobb
E’ un metodo molto utilizzato nelle cartiere e consiste nel determinare la quantità d’acqua
assorbita dalla superficie a contatto con l’acqua in un tempo fissato.
Questo metodo consta di un anello di metallo che poggia su una base quadrata di metallo su
cui è posato un foglio di gomma: su quest’ultima superficie morbida si colloca il campione
di carta. La provetta è tenuta aderente tra la gomma e il cilindro per mezzo di una traversa
metallica e di due chiusure a vite. Il cilindro ha dimensioni tali da avere un’area di contatto
carta - acqua pari a 100 cm2 ed un battente di 1 cm (volume di acqua da versare è quindi
pari a 100ml).
Per l’esecuzione della prova si pesa il campione prima della prova, si posizione il provino
nell’apparecchio rappresentato in figura 4.1 e si aggiunge un volume noto di acqua per un
tempo stabilito (da 30 secondi, tipico di carte poco collate, ad un massimo di 300 secondi).
Circa 10 secondi prima della fine della prova si versa l’acqua, si recupera il campione e si
pesa. Utilizzando le dovute precauzioni, il metodo consente di ottenere risultati riproducibili
e attendibili.
Figura 4.1: Apparecchiatura per l’esecuzione del metodo di Cobb.
Il risultato derivante dalla prova di Cobb è dato come differenza di peso tra provetta bagnata
e quella asciutta riferita all’area utile.
Lo svantaggio di tale prova è che il metodo è poco sensibile a carte molto collate: in questi
casi si ottengono valori molto simili tra loro.
4.1.2 Prova del tratto di penna
Prova assai semplice e veloce ma soggettiva e poco riproducibile. La prova consiste nel
tracciare con un pennino d’acciaio intinto nell’inchiostro due righe incrociate sul campione
di carta. Il grado di collatura è stabilito dall’operatore osservando la presenza di
spandimento, sbavature e trapelamento dell’inchiostro: questa prova consente di ottenere
informazioni utili sull’interazione carta - inchiostro per la scrittura: si comprende quindi
velocemente la scrivibilità del campione.
4.1.3 Prova di galleggiamento
La prova di galleggiamento consiste nel far galleggiare su inchiostro un provino di carta di
dimensioni standard. Il grado di collatura viene valutato in base al tempo necessario perché
l’inchiostro colori in modo netto la carta. Per carte ben collate è possibile eseguire l’analisi
di galleggiamento in un tempo prefissato. In questo caso il grado di collatura si stima
confrontando la provetta analizzata (opportunamente asciugata) con altre provette
appartenenti a carte aventi comportamento noto (ognuna si distingue dalla colorazione
assunta).
Parte sperimentale
5. IL SITO PRODUTTIVO
Favini S.r.l. produce carte e cartoncini colorati, feltromarcati, carte ecologiche, carte cast
coated, carte industriali per la produzione di finta pelle e carte grafiche. L’azienda è
composta da due stabilimenti produttivi: il primo a Rossano Veneto dove si ha anche la sede
legale ed amministrativa e il secondo a Crusinallo (frazione di Omegna).
Lo stabilimento di Crusinallo produce due differenti linee di produzioni di carte speciali:

Carte industriali per la produzione di finta pelle. In base al tipo di agente distaccante,
sono prodotte due distinte linee di carta release che prendono il nome di: carte
siliconiche e carte cromosteariche. Entrambe possono essere goffrate in modo da
impreziosire la carta con particolari disegni oppure calandrate per aumentare il liscio.
Queste carte trovano applicazioni in diversi settori quali: abbigliamento, arredamento,
calzature, accessori di pelletterie e automobilismo.

Carte grafiche patinate per il packaging di lusso. Nello Stabilimento vengono prodotti
le seguenti linee di carte grafiche: carta cast coated, carte metallizzate e carte con
patina opaca.
5.1 DESCRIZIONE DELLA PRODUZIONE DEL SUPPORTO:
LA PREPARAZIONE IMPASTI
L’impasto utilizzato deriva completamente da balle di fibre di cellulose di acquisto
suddivise in fibra corta mista, fibra corta di eucalipto e fibra lunga: i rapporti di queste tre
differenti fibre variano in base all’utilizzo finale della carta. A questi si possono aggiungere
alcuni prodotti standard ed altri specifici per particolari produzioni per ottenere una carta
con le caratteristiche desiderate.
Per lo spappolamento delle fibre vergini viene utilizzato un pulper discontinuo ad alta
consistenza (circa 12,5%). In uscita da questa fase è possibile aggiungere coloranti e
sbiancanti ottici.
All’interno del reparto preparazione impasti sono presenti due raffinatori Beloit a dischi che
lavorano in parallelo. A monte dei raffinatori è collocato un vaschino di livello che consente
di mantenere una portata costante in ingresso ai raffinatori. La potenza assorbita durante il
trattamento di fibrillazione varia da 340 kW a 420 kW.
L’ultima fase del reparto di raffinazione consiste nella miscelazione dell’impasto con alcuni
prodotti che conferiscono un aumento di ritenzione e resistenza meccanica (amido
cationico), una maggiore opacità e un maggiore grado di bianco (dispersione di carbonato e
di caolino), una buona resistenza all’umido (prodotto a base di poliammide epicloridrinica
utilizzato per carte a bassa grammatura): questa fase avviene nella tina di macchina. In
questa tina viene inoltre aggiunta una percentuale variabile di impasto derivante dal
recupero dei fogliacci e dal ritorno delle vasche sottomacchina.
Figura 5.1: Schema della preparazione impasti.
Il circuito di testa macchina consta di un vaschino a livello costante, fan pump, quattro stadi
di cleaners a cascata e uno screen a cestello con fori da 2 mm per l’epurazione e
l’eliminazione della componente grossolana. In questa stadio vengono aggiunti il
policloruro di alluminio, la colofonia e la silice colloidale in modo da ottenere un impasto
omogeneo in cui si creano fiocchi ben flocculati tra loro.
5.2 DESCRIZIONE DELLA PRODUZIONE DEL SUPPORTO:
LA MACCHINA CONTINUA 2
Nella macchina continua 2 è presente una cassa d’afflusso chiusa in pressione con tre rulli
forati che lavora con un impasto a consistenza di 0,8-1,2%. L’altezza del labbro viene
posizionata in funzione della grammatura della carta da produrre. La pressione interna viene
regolata in modo da mantenere una portata costante in uscita e quindi una distribuzione
omogenea dell’impasto sulla tela di formazione. La tavola piana con forming board
possiede una luce complessiva di 2,5m. Per favorire il drenaggio dell’acqua sono presenti i
seguenti elementi drenanti: 1 forming board, 7 foils e 2 vacuum foils. Successivamente si
trovano 3 casse aspiranti prima del ballerino e 4 dietro. A fondo tela sono presenti due
spruzzi mobili alimentati con acqua fresca per la gestione del formato (variabile per un
formato al pope compreso tra 1,35m e 2,2m). Sotto la tavola piana sono collocate delle
vasca di raccolta delle acque (prima del ballerino) e una vasca di raccolta dei rifili alla fine
della tela (rifili facilmente gestibili poiché ad alto contenuto di acqua). La tela viene
mantenuta in movimento da uno scuotitore che consente di ottenere una distribuzione
omogenea delle fibre (diversamente si potrebbero creare dei tragitti preferenziali di
drenaggio dell’acqua che causerebbero una cattiva speratura). In questa fase si può misurare
la ritenzione, definita come quantità di solidi che rimango sulla tela e non vengono persi
nelle acque prime: il valore di ritenzione calcolato è di circa 0,9%. Il drenaggio sulla tela è
graduale su tutta la tavola piana.
Nella fermata estiva del corrente anno è stata prevista l’installazione della tavola piana con
struttura portante cantilever per facilitare e ridurre i tempi nella fase di sostituzione della
tela di formazione.
La sezione descritta in precedenza è quella in cui viene drenata molta acqua (detta acqua
libera perché non interagisce con le fibre). Nelle fasi successive l’acqua che viene persa è
quantitativamente inferiore alla precedente ma rappresenta quella percentuale d’acqua legata
alla fibra all’interno della sezione del foglio di carta (quindi più difficilmente eliminabile).
Nella sezione presse, il cui schema è rappresentato nella figura 5.2, la carta viene pressata
meccanicamente per mezzo di 3 feltri umidi (due feltri inferiori e uno superiore). Il primo
nip è tra due feltri. Il nip successivo, tra la seconda pressa inferiore e la prima superiore
(non feltrata), genera un carico di circa 45 kN/m.
La carta in uscita possiede un secco di circa 45%.
Figura 5.2: sezione feltri umidi. I cilindri colorati di rosso sono quelli che hanno una superficie liscia.
Nella seccheria la carta viene asciugata per mezzo di cilindri riscaldanti in serie e con flussi
di aria calda. Questa è la fase più energivora e quindi più costosa di tutta la produzione.
L’essicamento viene gestito impostando le pressioni del vapore nei cilindri essiccatori in
modo da ottenere un incremento progressivo della temperatura (la curva di temperatura
passa dai 60°C nei primi cilindri fino a 110 - 120°C nell’ultima batteria) ed una carta in
uscita dalla seccheria con un secco del 95% circa. La seccheria della MC2 è a cilindri
riscaldanti a sifone fisso raggruppati in 3 batterie a due livelli (figura 5.3). Il gruppo di
cilindri essiccatori è chiuso da una cappa con portelloni apribili in caso di avviamento o di
manutenzione.
Figura 5.3: Rappresentazione schematica della seccheria della MC2.
A fondo macchina si trova un sistema di spalmatura tipo size-press in cui la carta viene
trattata su una o entrambe le superfici con una soluzione di amido (fase di collatura
superficiale). Per l’essicazione della patina d’amido si utilizza una batteria di cilindri
essiccatori.
Infine la carta viene lisciata tramite liscia di macchina a pressioni regolabili e prima di
essere avvolta al pope, si controllano tramite strumento a scansione lo spessore, la
grammatura, l’umidità ed eventuali difetti superficiali.
Le bobine prodotte dalla macchina continua vengono completamente utilizzate all’interno
dello stabilimento. Parte viene utilizzata per la produzione di carta cast coated, parte
impiegata come supporto per la spalmatura di una o più patine release e parte per la
patinatura di carte dette grafiche dall’effetto metallizzato o opaco.
Modifica effettuata durante la prova: variazione del punto di dosaggio della colla AKD
Poiché l’impianto montato per la colla AKD è temporaneo, la colla è stata aggiunta in tina
di macchina, seppur l’aggiunta in questa posizione non sia ottimale. Nelle prove future verrà
previsto un attacco vicino al vaschino di livello costante, in modo da massimizzare l’azione
del collante e da avere una buona formazione dei fiocchi, riducendo l’idrolisi dell’AKD.
6. LE PROVE DI FABBRICAZIONE
6.1 PROVA 1:
SUPPORTO LEGGERO CON COLLATURA AKD
E SUCCESSIVA PATINATURA CAST COATED
Nella prima prova è stato valutato se il supporto leggero prodotto con la colla AKD poteva
essere patinato mediante metodo cast coated dopo poche ore dalla fabbricazione. Per
controllare la bontà della carta prodotta, l’altra metà della bobina è stata patinata dopo 9
giorni di maturazione. Su entrambe le carte sono state effettuate delle prove di stampa.
6.1.1 La fabbricazione
Nelle tabelle successive vengono confrontate due carte aventi uguale grammatura ma
differente modalità di collatura: la carta standard rappresenta la carta normalmente
fabbricata in stabilimento con la collatura naturale a base di colofonia, mentre la carta
prodotta con AKD rappresenta la prova di fabbricazione da testare.
Supporto: Carta leggera per la produzione di carta cast coated
CARTA
CARTA
PRODOTTA
STANDARD
CON AKD
Grammatura
Produzione
Dosaggio colofonia
Dosaggio PAC
Dosaggio AKD
g/m2
t/h
ppm
ppm
ppm
105
3,79
11873,4
11081,8
-
105
3,79
2636,7
6855,5
Come rilevabile dalla precedente tabella, a parità di grammatura si utilizza una quantità di
colla inferiore: nella carta standard si devono aggiungere circa 12000 ppm di colofonia
mentre per ottenere una collatura simile si devono immettere circa 7000 ppm di AKD.
Anche il dosaggio del PAC è notevolmente più basso (si può stimare una riduzione del
75%): infatti nella carta standard il PAC serve per coadiuvare il fissaggio della colofonia,
mentre nella prova con AKD il PAC è stato inserito come precauzione al fine di migliorare
la formazione della carta.
I dati di macchina registrati sono in linea con quelli riportati per la fabbricazione dello
stesso tipo di supporto: il supporto finale ha un umidità relativa di circa 4,5% (indice di una
buona evaporazione dell’acqua), la velocità di macchina è rispettata e si osserva una buona
formazione della carta che genera una buona speratura.
Nella sezione umida si è misurato il valore di ritenzione tra cassa d’afflusso e acque prime
in modo da controllare il drenaggio e valutare la perdita di fini e di altre sostanze attraverso
la tela di formazione. La ritenzione ottenuta è risultata in linea con la fabbricazione standard
(valore compreso tra 86% e 90%).
Di seguito vengono riportati i dati di laboratorio relativi alla prova Cobb per la carta
standard e per la carta prodotta in questa prova.
CARTA
CARTA
PRODOTTA
STANDARD
CON AKD
Prova Cobb120 TQ
g
26 - 28
27 - 29
Prova Cobb120 inv.
g
-
28 - 29
Prova Cobb120 24 h g
-
27 - 28
Legenda:
- Prova Cobb tal quale
- Prova Cobb invecchiata con maturazione
artificiale
- Prova Cobb misurata dopo 24 h dalla
produzione
Dalle prove di laboratorio si osserva che la carta prodotta con AKD possiede valori di
collatura simili alla carta standard. Da notare che nella carta prodotta con AKD non si
notano elevate variazioni tra Cobb tal quale e quello invecchiato: questo fatto può essere
spiegato con l’elevata collatura della carta. La prova Cobb è infatti particolarmente sensibile
per carte molto scollate, mentre non si osservano forti scostamenti su carte molto collate.
6.1.2 Patinatura del supporto
Il supporto prodotto è stato patinato off line per la produzione di carta cast coated, la cui
peculiarità è l’elevato lucido. La produzione di questo tipo di carta consta nel passaggio del
supporto in un cilindro applicatore che cede una quantità fissa di patina e successivo
passaggio del sistema carta - patina in una soluzione acida. Al fondo del processo, la patina
viene fissata alla carta grazie ad un particolare processo di asciugatura tramite cilindro
cromato riscaldato a vapore ed un contro cilindro di caucciù. Per la patinatura risulta quindi
importante la collatura della carta, al fine di evitare l’assorbimento eccessivo sia dell’acqua,
sia delle componenti facenti parte della patina. Inoltre una carta troppo scollata non
riuscirebbe a far aderire totalmente la patina in superficie: in questo caso eseguendo la prova
IGT sulla superficie patinata si andrebbero ad esaltare le zone non completamente fissate
dove la patina si stacca.
Il supporto prodotto è stato patinato in parte dopo 4 ore e in parte dopo 9 giorni dalla
fabbricazione: tramite le prove di laboratorio di routine si può affermare che entrambe le
carte prodotte con la colla AKD sono in linea con gli standard di produzione. Dai risultati di
laboratorio esposti in precedenza riguardanti il supporto, si comprende che seppur la carta
dopo 4 ore dalla fabbricazione non ha sviluppato una maturazione completa della collatura,
possiede già i requisiti per una buona patinatura (la carta tal quale possiede già valori di
Cobb entro il range predefinito dalle specifiche tecniche).
6.1.3 Prove di stampa della carta cast coated
Sulla carta prodotta sono state eseguite delle prove di stampa offset confrontando le due
carte patinate cast coated con una carta cast coated a collatura tradizionale.
La macchina da stampa utilizzata è stata Heidelberg speedmaster a 5 elementi (sequenza
inchiostri: ciano, magenta, giallo e nero).
Sono stati valutati alcuni parametri della carta e della stampa, che vengono di seguito
riportati:
Unità di
misura
BK Cover
standard
BK Cover
Collatura
AKD 4h
BK Cover
Collatura
AKD 9
giorni
Parametri
Grammatura
Caratteristica
della carta
g/m2
118
123
123
Spessore
Caratteristica
della carta
µm
141
151
151
Mano
Caratteristica
della carta
0,8
0,8
0,8
ml/min
10 - 30
10 - 20
10 - 20
Retro
ml/min
600-700
600-700
650-750
Lato patinato
Analisi visiva
media
buona
buona
Lato patinato
%
34
28
27
Liscio patinato
Liscio retro
Planarità
Lucido 20°
Lato patinato
Prova di
Retro
galleggiamento
Analisi visiva
L'inchiostro non
trapassa verso il
lato patinato
L'inchiostro non
trapassa verso il
lato patinato
L'inchiostro non
trapassa verso il
lato patinato
IGT
Lato patinato
Analisi visiva
Buono - assenza
di picking
Buono - assenza
di picking
Buono - assenza
di picking
Micro contour
Lato patinato
test
Analisi visiva
6
6
6
Porometrico
Registro
Lato patinato
Analisi visiva
6
6
6
Lato patinato
Analisi visiva
Marezzatura
Analisi carta
stampata
Val. visiva
Buono
Buona
uniformità
dell'inchiostro
Buono
Buona
uniformità
dell'inchiostro
Buono
Buona
uniformità
dell'inchiostro
Durante la prova non sono stati riscontrati problemi di stampa: si può quindi affermare che
la macchinabilità della carta prodotta con AKD e patinata cast coated è buona. Come già
confermato dalla prova IGT, non sono stati osservati sporchi o capperi sull’immagine
stampata causati dal picking (o distacco) della patina sul cilindro di caucciù.
Durante questa prova è risultato importante valutare l’uniformità delle zone stampate a
fondo pieno e la controstampa: la prima proprietà definisce un assorbimento omogeneo
dell’acqua depositata nelle zone non stampate in modo che l’acqua non interferisca con il
trasferimento dell’inchiostro negli elementi di stampa successivi. La seconda caratteristica
consente di comprendere la velocità di assorbimento dell’inchiostro. Nei fondi pieni il
colore è omogeneo mentre non si sono osservate tracce di inchiostro trasferito dal lato
bianca sul lato volta del foglio sovrastante (detto controstampa).
Il liscio acquisito tramite lisciometro Bendtsen è simile ad uno derivante dalla misura di una
carta standard a pari grammatura. Questo parametro è molto basso rispetto a quello che si
può misurare su una carta non patinata (liscio del retro): l’alto liscio insieme ad una buona
planarità della carta cast coated (analisi visiva e micro-contour test) consente di
massimizzare il contatto tra il “caucciù” e la carta, evitando zone di stampa non uniformi.
Poiché la ricettività dell’inchiostro su una carta patinata dipende dalla struttura superficiale
e dalla grandezza e dal numero di pori è stata valutata visivamente la porosità di una patina
tramite analisi porometrica: la patina contiene molti micropori, presupposti di una buona
resa di stampa.
Dalla macchinabilità e dalla valutazione della carta stampata lato bianca si può affermare
che la qualità di stampa è buona.
6.2 PROVA 2:
SUPPORTO PESANTE CON COLLATURA AKD
E SUCCESSIVA PATINATURA CAST COATED
Nella seconda prova la carta pesante prodotta utilizzando l’AKD è stata patinata mediante
metodo cast coated dopo alcune ore dalla fabbricazione della bobina. I risultati sono
riportati di seguito.
Anche in questo caso i dati acquisiti durante tale prova vengono messi a confronto con
quelli che si possono registrare con una fabbricazione standard.
Supporto: carta pesante per la produzione di carta cast coated
200 g/m2
235 g/m2
CARTA
CARTA
CARTA
CARTA
PRODOTTA
PRODOTTA
STANDARD
STANDARD
CON AKD
CON AKD
Grammatura
Produzione
Dosaggio colofonia
Dosaggio PAC
Dosaggio AKD
200
200
235
235
t/h
4,5 - 5
4,5 - 5
4,5 - 5,2
4,5 - 5,2
ppm 9000 - 10000
8600 - 10000
ppm 8400 - 9000 2500 - 2800 8000 - 94000
2700
ppm
8000 - 9000
7800 - 8600
g/m2
Dalle prove effettuate sul supporto pesante (200 e 235 g/m2) si può notare che a parità di
grammatura la quantità di colla introdotta è simile, mentre il dosaggio di PAC è stato
notevolmente ridotto (diminuzione di circa 65%).
I dati di macchina registrati durante la prova sono simili a quelli raggiunti con una carta
standard dello stesso tipo: l’umidità è nell’intervallo stabilito dalla produzione (4 - 5%), la
velocità raggiunta è identica alla carta prodotta con colofonia ed è stata osservata una buona
formazione.
La ritenzione è simile a quella misurata nelle normali condizioni di macchina (la ritenzione
è compresa tra 92% e 95%).
Vengono di seguito riportati i valori di Cobb:
200 g/m2
235 g/m2
CARTA
CARTA
CARTA
CARTA
PRODOTTA
PRODOTTA
STANDARD
STANDARD
CON AKD
CON AKD
Prova Cobb120 TQ
g
33 - 39
73 - 86
33 - 39
69 - 93
Prova Cobb120 inv.
g
-
46 - 52
-
40 - 46
Prova Cobb120 24 h
g
-
37 - 39
-
38 - 42
Dalle prove di laboratorio risulta evidente che a differenza del supporto leggero analizzato
nella prova 1, sulla carta pesante si osservano dei valori di Cobb tal quale e invecchiati
molto differenti. La carta tal quale prodotta con AKD possiede valori di Cobb sopra
specifica, ma lasciandola maturare in stufa (quindi accelerando la cinetica di reazione) i
valori si avvicinano a quelli fissati per la carta standard. Inoltre si può osservare che dopo
24 ore dalla fabbricazione della carta si ottengono valori Cobb leggermente inferiori rispetto
a quelli misurati con l’invecchiamento artificiale.
6.2.2 Patinatura della carta
La carta prodotta con collante AKD è stata patinata mediante metodo cast coated dopo circa
4 ore dalla fabbricazione. I supporti hanno generato una carta cast coated in linea con le
specifiche di produzione. La patina è ben coesa sul supporto e il processo di patinatura si è
svolto in maniera regolare.
6.3 PROVA 3:
SUPPORTO LEGGERO E PESANTE PER PATINATURA METALLIZZATA
CON LAMA D’ARIA
Successivamente alle prove di patinatura cast coated, è stata valutata la macchinabilità in
patinatrice lama d’aria del supporto prodotto con colla AKD. Questa prova è stata
fondamentale per esaminare il comportamento del supporto alla spalmatura di una patina
metallizzata standard.
Supporto: carta pesante e leggera per la produzione di carta patinata metallizzata
110 g/m2
CARTA
CARTA
PRODOTTA
STANDARD
CON AKD
Grammatura
Produzione
Dosaggio colofonia
Dosaggio PAC
Dosaggio AKD
240 g/m2
CARTA
CARTA
PRODOTTA
STANDARD
CON AKD
110
110
240
t/h
2,8
2,8
3,5
ppm 14000 - 16000
11500 - 13000
ppm 15000 - 15500 2800 - 5000 12000 - 12400
ppm
9300 - 10000
g/m2
240
3,5
4000 - 4300
7500 - 8600
Si può osservare che anche in questo tipo di supporto, il grado di collatura deve essere
elevato. Su entrambe le grammature si osserva una riduzione del dosaggio di collante
(diminuzione del 35%) ed una forte calo nell’utilizzo di PAC (diminuzione del 65%). Anche
in questa prova il PAC è stato aggiunto in quantità tali da preservare una buona formazione
della carta.
I parametri registrati in macchina sono simili a quelli misurati per la fabbricazione di una
carta standard: non si sono registrate perdite di produzione (la velocità è stata mantenuta
entro gli standard di produzione), i parametri descritti dalle specifiche tecniche sono nei
range di accettabilità e la formazione del foglio è buona.
Di seguito vengono riportati i valori di collatura ottenuti con metodo Cobb:
Prova Cobb60 TQ
110 g/m2
240 g/m2
CARTA
CARTA
PRODOTTA
STANDARD
CON AKD
CARTA
CARTA
PRODOTTA
STANDARD
CON AKD
21 - 27
21 - 26
Prova Cobb120 TQ
24 - 30
26 - 29
Prova Cobb60 inv. g
-
20 - 23
Prova Cobb120 inv.
-
24 - 27
Prova Cobb60 24 h g
-
18 - 20
Prova Cobb120 24 h
-
20 - 23
g
La carta prodotta possiede valori di collatura entro i range stabiliti. Non si osservano
discostamenti tra il valore misurato tal quale e quello ottenuto tramite invecchiamento
artificiale e maturazione lenta dopo 24 ore circa.
La carta prodotta risulta in linea con i valori di specifica definiti per le carte standard
utilizzate per la patinatura in lama d’aria.
6.3.2 Patinatura del supporto
La patinatrice a lama d’aria consta di uno srotolatore, che manda il nastro di carta verso il
rullo applicatore. Successivamente per mezzo di un flusso d’aria a getto regolabile (detto
lama d’aria) la patina viene distribuita omogeneamente sulla superficie del supporto
eliminandone l’eccesso. La collatura della carta risulta indispensabile per una buona stesura
della patina. Inoltre il supporto dovrà presentare una collatura omogenea in modo da
consentire all’intera superficie un assorbimento omogeneo della patina: in caso contrario il
campione patinato sarà marezzato (le chiazze più chiare coincidono con le zone a maggior
assorbimento di patina). La patina stesa viene infine asciugata per mezzo di forni a metano
con circuito interno d’aria calda.
Il supporto non ha dato problemi di patinatura in lama d’aria e la carta patinata prodotta è in
linea con i dati di fabbricazione.
7. CONCLUSIONI
La carta prodotta con colla AKD è in linea con gli standard di produzione.
Dalle prove effettuate si osserva che il supporto viene facilmente patinato all’interno dello
stabilimento (sia nel processo di patinatura cast coated, sia nella patinatura a lama d’aria).
È stata inoltre esaminata la possibilità di utilizzo immediato della bobina (dopo circa 4 - 6
ore dalla fabbricazione). Seppur teoricamente l’AKD abbia una maturazione lenta, la carta
prodotta ad alta collatura può essere patinata entro alcune ore dalla fabbricazione ricavando
un prodotto in linea con le specifiche tecniche dichiarate.
La collatura tramite AKD porterebbe inoltre ad una notevole diminuzione nell’utilizzo di
policloruro di alluminio (PAC), consentendo un risparmio economico ed una forte riduzione
dell’immissione dello ione alluminato nel ciclo delle acque.
Un eventuale dismissione della colofonia a favore dell’AKD, dovrà comportare una
modifica nell’esecuzione della prova Cobb per l’analisi di collatura. Per ogni campione si
dovrà eseguire la maturazione artificiale in stufa, al fine di valutare il corretto grado di
collatura.
Si prevedono in futuro ulteriori prove nell’intento di inserire il collante nel circuito di testa
di macchina, in modo da ridurre l’eventuale idrolisi del prodotto attivo (AKD) e
massimizzare quindi la collatura.
Bibliografia






E. Grandis, Prove sulle materie fibrose sulla carta e sul cartone, Ed. ATICELCA
Aa. Vv., Introduzione alla fabbricazione della carta, Ed. ATICELCA
Dispense del 21° corso di tecnologia per tecnici cartari presso Scuola San Zeno di
Verona
U. Hundhausen, H. Militz, C. Mai, Use of alkyl ketene dimer (AKD)for surface
modification of particleboard chips, Eur. J. Wood. Prod. (2009), 67: 37-45.
Materiale vario ricevuto dalla ditta MARE S.p.A.
Materiale vario ricavato da internet.

Modifica dei prodotti di collatura in massa

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