Ottimizzazione coloristica nella cartiera Fedrigoni di Pioraco

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XVI corso di Tecnologia per Tecnici Cartari
edizione 2008/2009
Ottimizzazione
coloristica nella
cartiera Fedrigoni
di Pioraco
di Cicconi Elena
Scuola Interregionale
di tecnologia per tecnici Cartari
Istituto Salesiano «San Zeno» - Via Don Minzoni, 50 - 37138 Verona
www.scuolagraficasanzeno.com - [email protected]
Il presente lavoro ripercorre il percorso evolutivo della colorazione della carta effettuato
nello stabilimento Miliani al fine di risparmi significativi sui costi di produzione e della
riduzione delle problematiche legate alla formulazione delle tinte stesse.
La nuova gamma di coloranti per carta si è dimostrata, oltre che meno costosa,
maggiormente affine alla fibra di cellulosa.
INDICE
1. BREVI CENNI SUL COLORE
1.1
Che cos’è il colore
1.2
Lo spettro del visibile
1.3
La misura del colore: lo spettrofotometro
1.4
I colori tristimolo
1.5
Come si riproducono i colori? RGB CMY
1.6
Sistema XYZ
1.7
Lo spazio colorimetrico xyY
1.8
Lo spazio colorimetrico L a b
1.9
Le tre caratteristiche fondamentali del colore
2. BREVI CENNI SUI COLORANTI
2.1
Generalità sulle varie materie coloranti
2.2
Tipi di coloranti
2.3
Condizioni di ancoraggio tra coloranti e fibra
2.4
Tipi di coloranti organici sintetici
3. LA COLORAZIONE NELLO STABILIMENTO FEDRIGONI DI PIORACO
3.1
Utilizzo dei coloranti in polvere
3.2
L’importanza della raffinazione
3.3
Uso dei sali
Cicconi Elena – Ottimizzazione coloristica nella cartiera Fedrigoni di Pioraco - 1
1. BREVI CENNI SUL COLORE
1.1 CHE COS’È IL COLORE
Il colore non esiste in natura, ma è una delle caratteristiche della percezione visiva. Il colore
è una nostra rappresentazione psicologica dell’energia luminosa riflessa da un oggetto. È
legato ad una “sensazione” che interessa occhio, cervello e psicologia.
Gli enti in gioco nel fenomeno della visione del colore sono:
La sorgente luminosa
L’oggetto
L’osservatore
La sorgente luminosa emette le radiazioni, l’oggetto le assorbe e in parte le riflette,
l’osservatore le elabora.
Si può notare che il colore non é insito nelle radiazioni visibili, che dal punto di vista fisico
sono energia elettromagnetica; esso è una sensazione che prova il nostro cervello e che è
causata da uno stimolo proveniente dall’occhio, quando questo percepisce la luce.
Gli oggetti su cui incide la luce riflettono, assorbono e trasmettono le radiazioni in funzione
della lunghezza d’onda.
1.2 LO SPETTRO DEL VISIBILE
Le radiazioni visibili sono quelle che stimolano il nostro cervello e che, di conseguenza
danno la sensazione del colore. Si può notare che il colore non é insito nelle radiazioni
visibili, che dal punto di vista fisico sono energia elettromagnetica; esso è una sensazione
che prova il nostro cervello e che è causata da uno stimolo proveniente dall’occhio, quando
questo percepisce la luce.
La colorimetria identifica e misura i colori con una metodologia sistematica, a prescindere
dalla risposta fisiopatologica dell’osservatore.
Il colore di un oggetto è individuato dalla composizione spettrale della radiazione visibile
proveniente da esso.
Fu l’esperimento di Newton del 1704 a dimostrare che, facendo passare un raggio di luce
attraverso un prisma di cristallo, essa si decomponeva in una sequenza di raggi
monocromatici i cui colori andavano dal violetto al rosso. Questa sequenza colorata è detta
spettro visibile.
La misura di tale composizione è oggetto della spettrofotometria. L’essere umano
percepisce le radiazioni che vanno da 380 a 750 nm perché alcune molecole interagiscono
con queste lunghezze d’onda.
UV 400 450 500 560 590 650 750 IR Cicconi Elena – Ottimizzazione coloristica nella cartiera Fedrigoni di Pioraco - 3
Il colore è matematicamente calcolato conoscendo
1. La sorgente che illumina: sono state standardizzate dalla CIE alcune sorgenti artificiali
• Illuminante A = lampada a filamento di tungsteno incandescente avente una
temperatura di colore di 2854 K.
• Illuminante B, che impartisce al foglio una temperatura di colore di circa 4870 K.
Esso è un’approssimazione alla luce solare a mezzogiorno.
• L’ illuminante C, avente temperatura di colore di circa 6740 K. È considerata
un’approssimazione della luce del cielo coperto.
• Illuminante D65, con una temperatura di colore di circa 6500 K. Sebbene la sua
temperatura di colore sia molto simile a quella dell’illuminante C, ne differisce
sostanzialmente, perché la sua disposizione spettrale è simile a quella della luce
diurna naturale (bianco freddo). La luce pertanto contiene una sensibile quantità
di raggi UV che eccitano la fluorescenza delle sostanze fluorescenti presenti in
molti manufatti bianchi come sicuramente è la carta.
• Illuminante TL84 = lampada a fluorescenza usata negli uffici e magazzini
2. La caratteristica di un oggetto di riflettere o assorbire la luce
3. L’osservatore
La natura ondulatoria della luce
Sappiamo di certo che la luce è una radiazione elettromagnetica (cioè una variazione del
campo elettrico e magnetico)
Lunghezza d’onda
1.3. LA MISURA DEL COLORE: LO SPETTROFOTOMETRO
Per ottenere la curva spettrofotometrica della luce riflessa da una superficie, cioè la curva
del fattore di riflettanza rispetto alla lunghezza d’onda, si utilizza uno spettrofotometro. (La
riflettanza indica, in ottica, la proporzione di luce incidente che una data superficie è in
grado di riflettere) Per cosi ottenere, tramite non semplici operazioni matematiche, che
vengono svolte dal calcolatore dello spettrofotometro, le coordinate L, a, b, che collocate in
un grafico tridimensionale, individua un punto, il quale starà ad indicare
un colore ben preciso e unico.
• una sorgente luminosa di luce bianca, per esempio una lampada ad incandescenza la quale
in modo specifico, emette radiazioni in tutto il visibile e nel vicino infrarosso. La luce è
policromatica;
• un dispositivo atto a disperdere la luce e formare uno spettro della luce visibile, come un
prisma o un reticolo. La luce viene separata;
• un monocromatore, un filtro, una fessura che isoli una parte ristretta dello spettro,
corrispondente ad una gamma di lunghezza d’onda di pochi nm, in modo che la luce che
esce dal monocromatore possa essere considerata monocromatica;
• il corpo in esame, sul quale incide la luce proveniente dal monocromatore;
• una cella fotoelettrica, la quale produce una corrente fotoelettrica di intensità dipendente
dall’energia contenuta nella luce incidente e dalla risposta spettrale della cella.
• uno strumento, indicatore o digitale o registratore, che misuri l’intensità della corrente o
un’altra grandezza elettrica da essa dipendente; lo strumento è spesso graduato
direttamente in unità fotometriche.
Specchio
Sorgente
luminosa
Fessura di uscita
Sorgente
luminosa
Superficie in esame
Prisma
Fotodiodo
1.4. I COLORI TRISTIMOLO
Il primo metodo di specificazione del colore oggettivo che fu introdotto è stato quello delle
“componenti tricromatiche” o valori tristimolo X Y Z che rappresentano tre quantità di luce
ideale riproducenti il colore misurato. Il sistema si basa sulla percezione dell’occhio umano:
I colori degli oggetti derivano dalle caratteristiche spettrali della luce che incide su essi e
dalle proprietà monocromatiche di assorbimento, riflessione e trasmissione degli oggetti
stessi.
Sulla retina sono presenti due tipi di cellule nervose:
coni : visione a colori (fotopica)
bastoncelli : visione in bianco e nero (scotopica)
La composizione spettrale delle radiazioni provenienti dall’oggetto stimola in misura
differente i 3 tipi di coni presenti sulla retina, sensibili a 3 colori dello spettro: rosso, verde,
blu (colori o luci primarie)
VISIONE TRICROMATICA
Dalla eccitazione in diverse proporzioni dei tre tipi di recettori deriva la percezione di tutta
la gamma cromatica
Le tre tipologie di coni presenti sulla retina hanno una sensibilità diversa al variare della
lunghezza d’onda: la visione di un particolare colore è data dalla combinazione dei tre
stimoli, di differente intensità, provenienti dai tre recettori. I recettori sono indicati
comunemente con le lettere S M L (short medium long )
Si supponga che sulla retina incida una radiazione monocromatica a 575 nm: gli stimoli
relativi rispetto alla massima sensibilità di ciascun recettore sono:
S = 0 = 0%
M = 0,10 =10%
L = 0,62=62%
Ad ogni lunghezza d’onda, è quindi associata una tripletta di valori.
La I legge di Grassmann deve essere intesa nel seguente modo:
una certa sensazione cromatica Kappa equivale (risulta cioè cromaticamente
indistinguibile) alla sensazione cromatica prodotta da una miscela composta
da R unità tricromatiche [R] di primario rosso,
da V unità tricromatiche [V] di primario verde
da B unità tricromatiche [B] di primario blu.
Le quantità R, V, B sono dette componenti cromatiche o valori del tristimolo.
Poiché l’occhio rileva 3 componenti di luce definite primarie è possibile definire e realizzare
tutti i colori mediante dosi opportune di queste luci = SINTESI ADDITIVA o Sistema
colorimetrico RVB o RGB (red, green, blue): un qualunque colore Kappa può essere
identificato mediante le tre componenti cromatiche R, V, B.
1.5. COME SI RIPRODUCONO I COLORI? (RGB e CMY)
Le due forme basilari di mescolanza dei colori sono chiamate additiva e sottrattiva.
Nell’ambito della sintesi dei colori si deve evidenziare la distinzione tra il caso in cui si
sommano luci e quello in cui si mescolano pigmenti colorati. Nel primo caso il numero delle
componenti cromatiche che raggiungono l’occhio aumenta, e si parla di sintesi additiva; nel
secondo caso, essendo i pigmenti sostanze assorbenti, il numero delle componenti
cromatiche che raggiungono l’occhio diminuisce, e si parla di sintesi sottrattiva. La
sostanziale differenza è che nel primo caso le lunghezze d’onda del colore aggiunto si
sommano mentre nel secondo caso si sottraggono al colore di partenza.
RGB è il nome di un modello di colori le cui specifiche sono state descritte nel 1931 dalla
CIE (Commission internationale de l'éclairage). Tale modello di colori è di tipo additivo e
si basa sui tre colori rosso (Red), verde (Green) e blu (Blue), da cui appunto il nome RGB.
Un'immagine può infatti essere scomposta, attraverso filtri o altre tecniche, in questi colori
base che, miscelati tra loro, danno quasi tutto lo spettro dei colori visibili, con l'eccezione
delle porpore.
Più specificamente i 3 colori principali corrispondo a forme d'onda (radiazioni luminose) di
periodo fissato. A una lunghezza d'onda di 700 nm corrisponde il rosso, a 546.1 nm il verde,
a 455.8 nm il blu.
L'RGB è un modello additivo: unendo i tre colori con la loro intensità massima si ottiene il
bianco (tutta la luce viene riflessa). La combinazione delle coppie di colori dà il ciano, il
magenta e il giallo. Si possono produrre tutte le sensazioni cromatiche modulando tre luci
fondamentali.
La sintesi additiva è quando si sommano le radiazioni luminose caratterizzate da differenti
frequenze. Il metodo additivo viene applicato in tutte quelle circostanze in cui i colori sono
generati da raggi di luce o da pixel luminosi (monitor, tv, ecc.)partendo da uno sfondo nero
Per assorbire più o meno queste tre luci si usano tre colori, definiti “colori primari”. Essi
sono gli unici colori materiali capaci di assorbire ognuno una sola delle tre luci primarie
(blu, verde e rossa):
- GIALLO: controlla (assorbe) la luce blu;
- MAGENTA: controlla (assorbe) la luce verde;
- CIANO: controlla (assorbe) la luce rossa.
CMY
I primari sottrattivi sono ciano (un colore simile al blu), magenta (un rosso più chiaro) e
giallo. Mescolando colori sottrattivamente si arriva al nero. La mescolanza sottrattiva di
due stimoli di colore, nota anche come sintesi sottrattiva o miscela sottrattiva è la
mescolanza di stimoli di colore che giungono modificati all'occhio.
La sintesi sottrattiva avviene quando la luce che colpisce i recettori sulla retina non
proviene direttamente da una sorgente ma è riflessa da una superficie interposta. Il colore
visibile di una qualsiasi superficie dipende infatti dal potere di quella superficie di assorbire
una parte della luce ricevuta dall’ambiente e di rimandare verso l’osservatore la parte non
assorbita sotto forma di luce riflessa.
L'esempio classico è quello della sovrapposizione di due inchiostri, per esempio inchiostro
giallo sovrapposto ad inchiostro ciano, su un foglio bianco. In questo caso i due strati di
inchiostro si comportano come filtri per la luce. L'inchiostro giallo assorbe una parte della
luce. La parte rimanente attraversa l'inchiostro ciano che ne assorbe un'altra parte. La parte
rimanente viene riflessa dalla carta bianca e costituisce lo stimolo di colore che arriva al
nostro occhio.
Altri esempi di mescolanza sottrattiva: un fascio di luce che attraversa una soluzione di
coloranti, la mescolanza di due pitture. Ogni colorante assorbe una parte di luce e la luce
emergente, cioè lo stimolo di colore, è ciò che rimane della luce iniziale. La sintesi
sottrattiva è utilizzata nella fotografia tradizionale su pellicola e, in parte, nella stampa
retinata.
Quando due stimoli si mescolano sottrattivamente, il colore percepito è determinato da
cause fisiche (assorbimento della luce da parte dei corpi). Diversamente, il colore percepito
di una mescolanza additiva di stimoli ha cause biologiche.
Rappresentazione dei colori
Cubo RGB
Per rappresentazione dei colori si intende un metodo per identificare nella maniera più
precisa possibile un colore, a partire da un codice definito da tavole di associazione
standard, oppure da un numero o una serie di numeri associati direttamente alle grandezze
fisiche che stanno alla base della visione dei colori; questa esigenza è necessaria in
molteplici attività umane, come ad esempio la produzione di contenuti grafici ed editoriali o
l'edilizia. Alla base della rappresentazione dei colori vi sono quindi i metodi di codifica che
associano ad ogni colore un codice arbitrario oppure un codice calcolato.
Un esempio di metodo di codifica arbitrario sono le sigle che i produttori di vernici
appongono sopra le confezioni di prodotto, la tavola di associazione è quindi il catalogo del
produttore dove ad ogni campione di colore è associata una sigla che rappresenta il suo
codice univoco; un altro esempio noto di questo metodo di codifica è la scala Pantone.
Un metodo di codifica calcolato invece, si basa sulla definizione delle grandezze fisiche
concorrenti a realizzare il colore (come l'intensità di un fascio di luce o la densità di un
inchiostro) e sulle formule matematiche con cui ottenere da queste un codice numerico
univoco; in matematica si può rappresentare un fenomeno che dipenda da più grandezze con
un grafico a più dimensioni, tale rappresentazione si definisce spazio dei colori; esiste però
il problema che i dispositivi di visualizzazione dei colori abbiano anomalie strumentali per
cui una stessa codifica calcolata sia resa in modi diversi da due dispositivi che pure si
basano sugli stessi meccanismi.
1.6. SISTEMA XYZ
Il Sistema XYZ normalizzato CIE è stato ottenuto dal quello RGB mediante la seguente
trasformazione matematica:
X = 2,7689 R + 1,7519 G + 1,1302 B
Y = 1,0000 R + 4,5907 G + 0,0601 B
Z = 0,0000 R + 0,0565 G + 5,5945 B
Il colore Kappa può essere identificato nel sistema XYZ mediante le tre componenti
cromatiche x,y,z:
X= rosso Y=verde Z=blu
K*(colore considerato)= X + Y + Z
La sintesi additiva dei 3 primari non consente di generare tutto lo spazio colorimetrico per
questo nel 1931 la CIE propone un grafico per rappresentare lo spazio colorimetrico
attraverso 3 funzioni. Si chiamerà spazio colorimetrico xyY. È possibile passare dalle
coordinate RGB a coordinate xyY mediante trasformazioni lineari.
1.7. LO SPAZIO COLORIMETRICO xyY
Curva dei nanometri Punto bianco 1) Luce bianca di eguale energia: punto E = (xE, yE) = (1/3, 1/3)
2) Curva dei colori puri o spettrali (spectrum locus): curva a "campana", graduata in
lunghezze d'onda [nm]
⇒ individua la cromaticità di sorgenti luminose monocromatiche emettenti alle diverse
lunghezze d'onda nel campo del visibile.
3) Linea dei porpora:
unisce i punti relativi a λ = 0.38 μm e λ = 0.76 μm⇒ rappresenta la miscela delle luci
rosse e viola.
Y = misura della sensazione visiva (quantità) luminosità
x,y = misura della sensazione cromatica (qualità) tinta e saturazione
Traduce su un grafico tridimensionale i colori primari RGB, trasformandoli in coordinate,
rispettivamente X, Y e Z, varianti da 0 a 1. La combinazione di queste tre coordinate
produrrà un colore preciso.
Anche questo tipo dovrebbe essere indicato tridimensionalmente ma, data la sua difficile
lettura, si preferisce una rappresentazione 2D dove le coordinate diventano “xyY” con Y
che rappresenta la luminanza. Questo tipo di grafico non è però uniforme, a distanze uguali
corrispondono distanze percepite differenti.
1.8. LO SPAZIO COLORIMETRICO L* a* b*
La CIE ha proposto anche altri sistemi e diagrammi cromatici per tenere conto che nel
diagramma del 1931 ci sono ampie zone in cui la sensibilità dell’occhio varia poco e invece
zone in cui a due punti molto vicini vi sono differenze cromatiche percepite dall’occhio
notevolissime.
Lo spazio colorimetrico L*a*b (chiamato anche CIELAB ) è attualmente uno dei più
conosciuti spazi colorimetrici per la misurazione del colore di un oggetto ed è ampiamente
usato in tutti i campi.
È uno degli spazi colorimetrici uniformi definiti nel
1976 dalla CIE, al fine di ridurre uno dei più grandi
problemi dell’originale spazio colorimetrico Yxy: le
distanze uguali sul diagramma di cromaticità x, y non
corrispondevano alle differenze di colore percepite
come uguali. Per spazio colorimetrico si intende uno
spazio a tre dimensioni nel quale tutti i colori In questo
spazio colorimetrico, L* indica la luminosità, mentre a*
e b* sono le coordinate di cromaticità. La figura 8 indica
il diagramma di cromaticità a*, b*. In questo
diagramma, a* e b* indicano le direzioni del colore: +a*
è la direzione del rosso, -a* è la direzione del verde, +b*
è la direzione del giallo –b* è la direzione del blu. Il
centro è acromatico; quando i valori a* e b* aumentano
ed il punto si sposta dal centro, la saturazione del colore aumenta
La figura rappresenta il solido dei colori per lo spazio colorimetrico
L*a*b*; la figura 8 visualizza lo stesso solido in sezione orizzontale con il valore costante
L*. Se misuriamo la mela usando lo spazio colorimetrico L*a*b*, otteniamo i seguenti
valori. Per vedere quale colore rappresentino tali valori, riportiamo su un diagramma
innanzitutto i valori a* e b* (a* = +47.63, b* = +14.12) sul diagramma a* e b* nella figura
per ottenere il punto A che indica la cromaticità della mela.
1.9. LE TRE CARATTERISTICHE FONDAMENTALI DEL COLORE
TINTA o lunghezza d’onda dominante
è la sensazione cromatica dominante cioè la sensazione
percepita che dà il nome al colore. Al contrario il bianco e il
nero sono sensazioni acromatiche legate solo alla luminosità
SATURAZIONE o purezza
Indica quanto la dominante è evidente rispetto agli altri stimoli,
indica la concentrazione della tinta rispetto a un contenuto
acromatico-
LUMINOSITA’ o brillantezza
Indica quanto il colore si avvicina al bianco o al nero, se è
scuro o chiaro.
2. BREVI CENNI SUI COLORANTI
2.1 GENERALITÀ SULLE MATERIE COLORANTI
Con il termine “materie coloranti” si intende il complesso di tutte quelle sostanze che, se
applicate o presenti in un materiale, provocano una sensazione di colore.
Le materie coloranti rappresentano una famiglia di prodotti industriali tra le più articolate,
oggetto di una continua evoluzione da più di un secolo, anche se la colorazione in quanto
tale è da sempre conosciuta ed utilizzata dall’uomo. Si stima che sul mercato siano presenti
circa 3000 differenti composti chimici usati come materie coloranti.
Questo gran numero di materie coloranti commercializzate è dovuto a:
- diversità dei substrati da colorare (ogni substrato richiede prodotti specifici);
- grande varietà di tecniche di colorazione per ogni substrato (a seconda delle varie
tecniche sono necessari prodotti di caratteristiche diverse);
- svariatissimi toni di colore richiesti sul mercato;
- diversi prezzi dei prodotti a seconda della caratteristica e degli impieghi.
Le carte ed i cartoni colorati nelle loro destinazioni più diverse fanno parte della nostra vita
quotidiana. Essi per esempio facilitano la classificazione dei documenti, permettendo di
rintracciare rapidamente le parti dell’annuario che interessano, influenzano
psicologicamente la massaia nella sua scelta nell’atto dell’acquisto, ecc…
La scelta delle materie coloranti e le loro combinazioni quando si vuole ottenere un colore
uguale a quello di un campione di riferimento sono problemi complessi, la cui risoluzione
richiede una grande pratica ed un occhio molto ben esercitato. Anche se le condizioni di
applicazioni sono totalmente diverse, l’industria cartaria ha beneficiato più in larga misura
degli studi e delle esperienze realizzati nel settore delle fibre tessili.
Il colore è dato dalla capacità di assorbire la luce in una particolare regione dello spettro e
dipende dal numero e dalle caratteristiche degli elettroni presenti nella molecola, dal tipo dei
sostituenti legati alle strutture aromatiche: una certa parte della molecola è quindi
responsabile del colore.
La capacità di colorare dipende dalla sostantività o dalla affinità del colorante con il
substrato (per “sostantività” si intende la proprietà del colorante di essere assorbito
dalle fibre: per “affinità” si intende invece la capacità del colorante di legarsi alle fibre).
Le materie coloranti usate per l’industria cartaria devono soddisfare numerose esigenze e
cioè, per esempio:
1. essere impiegabili fino a temperature di 45 °C;
2. completare l’assorbimento sulla fibra in brevissimo tempo (da 2 sec a 2 min);
3. essere accettate dalle leggi ecologiche vigenti;
4. essere stabili nell’intervallo di pH usato nell’industria cartaria (da pH 4,5 a pH 9,0);
5. avere una buona solidità alla luce, all’acqua, ai grassi, all’alcool, e verso altri reattivi;
6. avere una buona solidità al calore (per le temperature della seccheria);
7. non dar luogo, o il meno possibile, al doppio viso;
8. avere una buona sbiancabilità, ovvero essere eliminabili con agenti ossidanti o riducenti
durate il processo di ottenimento di fibre secondarie da cartaccia.
Per colorare la carta si impiegano in pratica i seguenti metodi:
1. tintura nell’impasto;
2. tintura in pressa collante; size press
3. tintura per immersione; in vari punti del processo
4. tintura mediante patinatura
5. tintura mediante stampa.
TINTURA IN SUPERFICIE
La colorazione data in superficie offre dei vantaggi considerevoli, e cioè:
• correzioni e cambiamenti di tinta molto rapidi;
• pochissimo o nessun inquinamento delle acque;
• economia di materia colorante soprattutto per i prodotti cartari ad elevato spessore;
• applicabilità su carte ottenute sia con processo acido che alcalino.
TINTURA IN MASSA: IN CONTINUO E IN DISCONTINUO
Da un punto di vista coloristico la tintura nell’impasto è da considerarsi il metodo ideale in
quanto il colorante è distribuito in modo uniforme su tutto lo spessore del foglio.
Gli altri procedimenti danno luogo a colorazioni superficiali di maggiore o minore
penetrazione.
Con il termine “colorazione in massa” già precedentemente descritto, intendo la colorazione
ottenuta mediante l’aggiunta del colorante nell’impasto cartario, costituito da cellulosa
acqua e vari aditivi.
L’aggiunta può essere fatta in qualsiasi punto dell’impianto che va dal pulper alla cassa
d’afflusso.
La colorazione in massa può essere effettuata in due modi: in discontinuo e in continuo.
Colorazione in discontinuo
Colorare in discontinuo vuol dire aggiungere il colorante della ricetta in un recipiente nel
quale è contenuto un predeterminato quantitativo d’impasto; l’impasto resterà nel recipiente
per tutte le operazioni di colorazione.
A colorazione ultimata la pasta colorata verrà inviata alle successive fasi produttive.
L’aggiunta del colorante verrà fatta in un posto dove c’è buona agitazione e dove l’impasto
può stazionare per un tempo necessario all’aggiunta dei coloranti.
Il colorante liquido potrà essere aggiunto tal quale, se l’agitazione della pasta è elevata e il
colorante non dà concettatura, altrimenti dovrà essere diluito.
Il colorante in polvere potrà essere aggiunto tal quale se esso è sufficientemente solubile
altrimenti si dovrà effettuare la soluzione. Nel caso dell’aggiunta in polvere si consiglia di
farlo in pulper perché, la forte agitazione e l’aumento della temperatura derivante dalla
successiva raffinazione, facilita la solubilizzazione del colorante.
Vantaggi della colorazione in discontinuo
Il vantaggio sta soprattutto nei lunghi tempi di contatto tra il colorante e la fibra, questo
permette un maggior esaurimento del bagno di tintura (il bagno di tintura si dice esaurito
quando il colorante è passato dalla soluzione acquosa alla fibra) e quindi si possono
effettuare colorazioni intense con buona resa dei coloranti e acque del sottotela pulite.
La colorazione viene fatta a monte del circuito e quindi vi sono ampi spazi per l’aggiunta di
altri additivi che possono quindi essere ubicati nei punti di maggior efficacia o dove
riducono al minimo i difetti di colorazione
Svantaggi della colorazione in discontinuo
I principali difetti che possono aver luogo con la colorazione in discontinuo sono la
concettatura dovuta alla scarsa agitazione e il doppio viso dovuto alla presenza di eventuali
fissativi. Inoltre l’effetto della colorazione, è chiaramente visibile all’arrotolatore soltanto
dopo 15-20 minuti.
Colorazione in continuo
Nella colorazione in continuo la soluzione del colorante viene aggiunta in modo continuo
mediante pompa dosatrice alla sospensione del materiale fibroso in un punto dove ci sia una
buona agitazione della pasta (ad esempio prima di una pompa o di un raffinatore).
In teoria l’aggiunta del colorante può essere fatta in un qualsiasi punto del percorso della
pasta verso la tela purché nel punto prescelto il flusso di pasta sia costante.
L’ubicazione migliore delle mandate delle pompe dosatrici si determina allora con uno
studio appropriato, che tiene conto del circuito della pasta, del tipo di carta da fabbricare e
quindi delle altre aggiunte necessarie, dell’intensità della tinta e quindi dell’effetto che la
densità della pasta e il tempo di contatto ha sul fissaggio dei coloranti impiegati.
Vantaggi della colorazione in continuo
La colorazione in continuo è vantaggiosa soprattutto quando si vogliono produrre piccole
partite di carta colorata su macchine moderne ad alta produzione.
Le colorazioni effettuate sono visibili all’arrotolatore dopo pochissimi minuti e si ha quindi
meno scarto per fuori tinta e maggior produttività.
Svantaggi della colorazione in continuo
Gli svantaggi di questo sistema di colorazione derivano soprattutto dal limitato tempo di
contatto fra il colorante e la fibra prima della formazione del foglio. Per questo motivo non
è generalmente economico e non è possibile ottenere tinte molto intense a causa delle acque
reflue molto colorate con il procedimento della colorazione in continuo.
In molte cartiere si sta sviluppando un sistema di colorazione misto dove si effettua la
colorazione in discontinuo e ci si limita all’aggiunta in continuo del solo colorante
necessario alle correzioni.
Tale sistema accomuna i vantaggi dei due metodi di colorazione: si possono ottenere
colorazioni intense con coloranti tradizionali e si possono usare coloranti ad alta sostantività
per la sola correzione in continuo.
I tempi di correzione vengono così ridotti, la tinta è più facilmente gestibile perché si può
intervenire immediatamente se la casualità o l’errore umano nel corso della produzione
fanno variare la tinta.
2.2 TIPI DI COLORANTI
VARIE TIPOLOGIE
INORGANICI NATURALI
ORGANICI SINTETICI
NATURALI
SINTETICI
INORGANICI NATURALI = Sono fondamentalmente delle terre colorate. Queste
presentano il grande vantaggio di essere solide alla luce e ai prodotti chimici. In compenso
però i loro difetti sono numerosi; infatti come terre si comportano analogamente alle
sostanze di carica. Ciò a dire più se ne aggiunge più diminuisce la resistenza della carta che
presenterà un doppio viso di colorazione piuttosto accentuato per effetto della ritenzione
(dispersioni grossolane). D’altra parte la loro intensità di colore è limitata: se si vogliono
ottenere delle tonalità sufficientemente intense occorre metterne un alto quantitativo (bassa
resa tintoria). Il loro costo è limitato quindi, tenuto conto delle motivazioni che precedono,
possono essere utilizzate per carte economiche. Queste sostanze sono esistenti in natura allo
stato di purezza più o meno elevato e richiedono poche e semplici operazioni industriali
(estrazione, macinazione, setacciatura, levigazione, ventilazione) per essere pronte
all’impiego senza sottoporle ad alcuna operazione chimica.
Fra i coloranti inorganici naturali ricordiamo l’ocra, il rosso inglese, la terra di Siena, la
terra d’ombra e le terra verde o di Verona
INORGANICI SINTETICI = Sono i cosiddetti “pigmenti minerali”. Essi presentano un
potere tintorio più elevato delle terre e come queste un’ottima solidità alla luce e agli agenti
chimici. Trovano impiego nella tintura di carte pregiate es. carte per laminati plastici.
Importanti da ricordare sono:
- Ossidi di ferro che si possono ottenere nelle tonalità: giallo rosso, bruno e nero
bruciando minerali di ferro e ceneri di pirite, oppure per via umida.
- Nerofumo usato sia in polvere che disperso per ottenere tinte intense.
A questo gruppo di coloranti solitamente il cartaio fa ricorso quando la carta richiede
particolari caratteristiche di solidità, perché altrimenti per lo scarso potere tintoriale e per la
difficile ritenzione sulla fibra, non risultano vantaggiosi.
ORGANICI NATURALI = Per estrazione da materie prime vegetali o animali. Poco usati
nel settore cartario a causa del costo elevato di estrazione.
Ricordiamo:
-
L’indaco contenuto nelle foglie di alcune leguminose indiane che, fatte macerare
liberano una colorazione azzurro vivace.
La porpora, sostanza organica di colore violetto con riflessi rossi che si ricava da
molluschi mediterranei.
La robbia, sostanza colorante ricavata dalla radice di una pianta che vegeta nei Paesi del
bacino mediterraneo.
ORGANICI SINTETICI = Si chiamano coloranti organici artificiali o sintetici, quelli che
si ricavano dal catrame e dalla distillazione del carbon fossile. Questo catrame contiene
degli idrocarburi come benzolo, toluolo e xilolo e dalle basi come l’anilina e dei fenoli. Da
queste materie, mediante opportune reazioni chimiche, si possono ricavare un numero
considerevole di sostanze coloranti. Sono i coloranti più altamente impiegati, in genere sono
capaci di fissarsi sulla materia che si vuol tingere ovvero contengono nella molecola dei
gruppi reattivi ossia capaci di formare legami o affinità con la cellulosa.
Sono sostanze organiche contenenti composti elementari come il carbonio, l’idrogeno,
l’ossigeno, lo zolfo, l’azoto e possono contenere alogeni e metalli. La maggior parte dei
coloranti organici contengono il carbonio sotto forma di anelli benzenici per cui
appartengono ai composti ciclici. Il composto da cui si parte per ottenere i coloranti
solitamente è il benzolo C₆H₆ ottenuto dalla distillazione del catrame. Da qui si ottiene
l’anilina che fu utilizzata per preparare i primi coloranti organici (detti colori di anilina).
Questi coloranti in genere sono caratterizzati nella loro struttura chimica, da un sistema di
doppi legami congiunti. Gli elettroni concatenati dei doppi legami possono entrare in
vibrazione nella molecola per effetto dell’energia luminosa incidente, consumando parte
dell’energia irradiata. Il colorante assorbe cioè una parte della lunghezza d’onda dello
spettro, mentre vengono riflesse le lunghezze d’onda rimanenti e percepite dal nostro occhio
come colore. La parte dello spettro che il colorante assorbe dipende dalla libertà di
movimento degli elettroni e dalla lunghezza del sistema dei doppi legami coniugati.
Secondo Witt perché una sostanza sia colorante deve contenere nella molecola determinati
gruppi che egli divise in due categorie:
A. GRUPPO CROMOFORO
Molecola che ha la facoltà di assorbire la luce in modo selettivo cioè acquisisce una frazione
della radiazione visibile. Per far questo deve contenere elettroni mobili che passeranno dallo
stato fondamentale ad uno stato eccitato
B. GRUPPO AUXOCROMO
Rende sostantiva la molecola del colorante, in modo che il colorante si fissi alla fibra e sono
in genere gruppi salificabili.
2.3 CONDIZIONI DI ANCORAGGIO TRA COLORANTE E FIBRA
Prendiamo in esame il colorante sotto forma di soluzione nel bagno di tintura e
rapportiamolo alla materia prima che ci interessa, la cellulosa.
1. CELLULOSA
La cellulosa è uno dei più importanti polisaccaridi. È costituita da un gran numero di
molecole di glucosio (da circa 300 a 3.000 unità) unite tra loro da un legame β-1--->4
glicosidico.
La catena polimerica non è ramificata
Le catene sono disposte parallelamente le une alle altre e si legano fra loro per mezzo di
legami ad idrogeno, formando fibrille.
Queste fibrille localmente sono molto ordinate al punto da raggiungere una struttura
cristallina per il 50-70%. Il restante 30-50% sono regioni amorfe facilmente penetrabili
dall’acqua e perciò dal colore (come mostra l’analisi a raggi x).
La parte cristallina è idrofoba, ossia non assorbe acqua quindi non permetterà al colore di
incanalarsi.
Alla superficie della fibra prevale lo strato di alta cristallinità che non assorbe colorante. In
questo strato esistono numerose interruzioni, attraverso le quali il colorante può introdursi e
diffondersi nelle zone amorfe con l’aiuto dell’agitazione. L’introduzione nelle molecole
della fibra è solo casuale, non esiste nessuna forma di attrazione. Naturalmente per
introdursi le molecole devono essere di dimensioni tali da superare queste porte sulla fibra,
altrimenti si ottiene una tintura superficiale poco solida agli agenti fisici.
Una volta entrate nella fibra le molecole di colorante, se trovano condizioni adatte, vi si
fissano per l’instaurarsi di legami omopolari o covalenti, legami ionici, forze attrattive di
Vander Waalls, ponti idrogeno.
La differente forma delle molecole di colorante, la maggiore o minore presenza di gruppi
capaci di formare legami con la fibra, caratterizzano i coloranti.
Quando ho formato tutti i legami possibili con la fibra il colorante rimane disperso nelle
acque;, a questo punto si mette del fissativo cationico per far sì che le acque prime siano
pulite.
Agiscono nella colorazione:
1. raffinazione della fibra
2. solubilità del colorante e modalità di aggregazioni più o meno grandi
3. pH e durezza dell’acqua
4. presenza di sali = abbassano il potenziale della fibra favorendo l’assorbimento del
colorante e migliorando la solidità all’acqua
5. temperatura = aumenta la mobilità delle molecole del colorante e quindi la probabilità
d’impatto con le zone amorfe della fibra
6. agitazione = tutto ciò che facilita lo scontro è positivo
7. concentrazione fibrosa = se l’impasto è concentrato ho maggiori possibilità di adesione
2.4 TIPI DI COLORANTI ORGANICI SINTETICI
COLORANTI BASICI o CATIONICI
Costituiti da Sali di basi di coloranti. Queste basi sono tali per la presenza di gruppi
amminici, alchilamminici arilamminicie ammonici NH₂; -NH-R; -NR₂;NR₃OH solitamente
salificati da cloro. La presenza della carica positiva non provoca impedimenti
potenziometrici, ma a causa della loro struttura molecolare non si fissano sulle cellulose
bianchite. I coloranti basici hanno buona compatibilità sulle fibre lignificate infatti le
sostanze incrostanti contengono gruppi ossidrilici con carica negativa, che reagiscono con
la cellulosa negativa, e sulle cartacce che hanno subito incrostazioni anioniche (colle, amidi)
Il colorante basico che va sulla fibra reagisce con essa formando per salificazione delle
lacche stabili in soluzione acquosa
Come già detto, con il colorante basico si ha un vero e proprio legame chimico (legame
polare). Nel caso della cellulosa greggia il colorante entra in contatto con la fibra, penetra
nelle zone amorfe di questa e reagisce con i gruppi fenolici della lignina.
Per fissare un colorante basico ad una cellulosa bianchita occorre l’aggiunta di un 3% di
naftalen solfonato sodico che si lega bene al colorante e di un 2% di solfato di alluminio che
blocca il tutto sulla fibra, con la classe di appartenenza ai tannini il quale reagisce con il
colorante non legato alla fibra, si forma una lacca che viene ritenuta sulla fibra (mordente).
Pregi del colorante:
• questi coloranti sono molto brillanti.
• possiedono un elevato potere tintoriale.
• hanno un’ottima sostantività alle fibre lignificate con le quali danno tinte resistenti
all’acqua.
si usano nella nuanzatura delle carte bianche e nella colorazione di carte per uso scolastico,
nella colorazione di carte di recupero.
Svantaggi del colorante:
• non sono sostantivi per le cellulose bianchite.
• la solidità alla luce è in genere molto bassa.
• per molti di essi vi è tendenza alla concettatura.
• il colorante è sostantivo per le cariche, tale sostantività fa si che alcuni coloranti
modifichino la loro tonalità in presenza di cariche.
•
non sono stabili in ambiente alcalino, al punto che alcuni di essi a pH elevato si
decolorano.
Fibra lignificata
Colorante
(CH₃)₃
C
COLORANTI ACIDI O ANIONICI
Sono in genere Sali di sodio di acidi solfonici colorati. Sono coloranti anionici. I coloranti
acidi per le loro caratteristiche non si fissano né sulla fibra bianchita (struttura molecolare
incompatibile per formare legami chimici o idrogeno) né sulla fibra lignificata (eguale
ionicità).
Per questi motivi è poco usato nell’ambito cartario a meno che non vengano aggiunte
macromolecole a carattere cationico che montano direttamente sulla fibra permettendo il
fissaggio del colorante tramite precipitazione (fissativi cationici). Si ottiene un
ingrossamento della molecola colorante conferendo una migliore solidità all’acqua La
collatura con colofonia unitamente al solfato di alluminio e aggiunta di fissativo danno
risultati ancora migliori.
Danno colorazioni brillanti, facilmente solubili in acqua, buona solidità alla luce.
Danno buoni risultati nella colorazione in size press perché essendo costituiti da micro
molecole di diffondono in maniera uniforme. Danno acque del sottotela sporche quindi si
usano se il ciclo delle acque è sufficientemente chiuso.
fissativo
Colorante
N N NaO₃
COLORANTI DIRETTI
I coloranti diretti o sostantivi sono detti così in quanto colorano le fibre senza bisogno di
mordenti, sono solitamente coloranti anionici, mentre la fibra cellulosica nel veicolo
acquoso presenta un potenziale negativo: normalmente quindi esiste una repulsione tra
l’anione colorante e la fibra carica negativamente. Possiedono una sostantività propria che
non prevede l’uso di fissativi. Si possono usare dei fissativi (gruppi cationici, allume) per
migliorare la ritenzione e ottenere di conseguenza acque sotto tela più pulite. Nel bagno di
tintura le molecole libere di colorante, superata la barriera elettrostatica causata dalla carica
del colorante e dal potenziale della fibra, penetrano nelle strutture amorfe intramolecolare e
danno luogo a legami idrogeno che ne permettono il legame alla fibra. Hanno un breve
tempo di fissaggio per cui sono molto indicati per la colorazione in continuo
La sostantività dei coloranti è dettata dalla particolare struttura del colorante ricca di gruppi
amminici e ossidrilici che possono dar luogo a ponti idrogeno; è solitamente a struttura
lunga con poche diramazioni e soprattutto planare in questo modo si può orientare
parallelamente alle catene cellulosiche (legami a ponte idrogeno deboli)
Colorante OH
NaO₃S N=N N=N OH
NHOC SO₃Na
PIGMENTI
Sono particelle colorate insolubili in acqua che vanno a ricoprire la superficie come nel caso
delle cariche minerali. Più aumenta la superficie specifica più diventano coprenti. Subiscono
una prima macerazione fatta con mulini a secco e una successiva macerazione a umido con
biglie di vetro e tensioattivo che lo rende fine e bagnabile. Questo determina alcuni
vantaggi.
Riduzione dei costi:
• Unificazione delle tinte: la stessa tinta viene riprodotta nella serie FA Colore,
ElleErre, Copy tinta con gli stessi parametri L a b
Grazie a questo si sono ridotti i tempi di cambio fabbricazione perché se possibile
venivano prodotti in serie i diversi prodotti aventi la stessa tinta in modo da
risparmiare sulla pulizia dell’impianto.
• Eliminata la colorazione in size press: grazie alla generazione di coloranti in polvere
meno costosi e più sostantivi con la fibra si riesce a produrre tinte intense colorate
preparate direttamente in massa. Il risultato si dimostra migliore che nel metodo
precedente riguardo l’omogeneità di tinta e la scomparsa del sanguinamento (effetto
di perdita colore della carta per caduta di una goccia d’acqua sul supporto).
La scomparsa del metodo di colorazione in size ha risolto il problema smaltimento
dello scarto di amido colorato.
Miglioramento della qualità delle acque sottotela
• I coloranti sono più sostantivi.
• Si esegue un controllo costante delle acque sottotele attraverso i parametri PtCo,
potenziale z, domanda cationica per ottimizzare l’uso di fissativo, PAC e amido
cationico ottenendo una qualità delle acque migliore possibile.
• Scelta delle cellulose.
• Uso del sale e studio del punto ottimale di immissione.
Prove di laboratorio eseguite
• Verifica dell’affinità tra cellulose e colorante per la scelta della cellulosa migliore.
• Comparazione della resa tintoriale fra colorante liquido e polvere e verifica dei costi.
• Verifica dell’ influenza della raffinazione sulla resa tintoriale.
• Verifica dell’importanza dell’aggiunta del sale *Cloruro di Sodio* (NaCl) e
ottimizzazione del punto di aggiunta.
Prove di laboratorio:
AFFINITA’ FRA VARIE CELLULOSE E COLORANTI PER CARTA
Nella produzione di carte intensamente colorate, oltre ai problemi legati
alla buona qualità della carta ed al giusto tono di tinta, un ulteriore
parametro da seguire è l’intensità della colorazione delle acque del
sottotela, perché porta con sé eventuali problemi allo scarico delle acque
effluenti dallo stabilimento e la resa del colorante dosato.
Per verificare l’affinità di varie cellulose ai coloranti usati in cartiera, è stato valutato il
parametro dell’intensità di colorazione delle acque del sottotela.
o
o
o
o
Sono state usate le seguenti cellulose, tutte con cottura al solfato e bianchite:
Jariliptus
100% Eucalipto
Pacifico
100% fibra lunga di Pino
Riau Andalan
100% Acacia
Aquitaine
Mista di Faggio e Pioppo
Con le cellulose sopra elencate sono state preparate diverse miscele di cellulose, tutte
lavorate in olandese Valley da laboratorio, alla concentrazione del 2% fino ad un grado
finale di raffinazione di 39°SR
Miscela 1
Miscela 2
100% Jariliptus
66% Jariliptus
34% Pacifico
Miscela 3
33% Jariliptus
33% Pacifico
34% Riau Andalan
Miscela 4
100% Aquitaine
Miscela 5
66% Aquitaine
34% Pacifico
Dopo aver preparato le varie miscele di cellulose, sono stati realizzati dei foglietti di
laboratorio, colorati secondo la ricetta seguente:
Rosso Cartasol 3BFN liq.
1.6%
Rosso Carta CNX p
3.0%
Giallo Cartasol RFC liq.
1.0%
Blue Cartasol 3RF liq.
3.4%
Cloruro di sodio
5.0%
Fissativo Cartafix WE liq.
2.0%
Collante in massa AKD
1.0%
Amido Cationico
1.0%
La ricetta corrisponde ad un colore viola-rosso molto intenso.
Al momento di realizzare il foglietto usando un telaio a mano, venivano raccolte le
acque di drenaggio; la metodica è stata uguale per tutti i foglietti prodotti (stessa diluizione).
Le fotografie delle acque drenate sono riportate qui di seguito:
Acque drenate da foglietti prodotti con miscele 1, 2 e 3
Acque drenate da foglietti prodotti con miscele 4 e 5
Dalle acque drenate sono stati misurati i valori dell’indice PtCo (Platino-Cobalto) che
esprime numericamente l’intensità della colorazione dell’acqua; quanto misurato è riportato
qui di seguito:
Miscela 1
Valore PtCo
190
Miscela 2
82
Miscela 3
93
Miscela 4
53
Miscela 5
78
Da quanto esposto sopra, si evidenzia che la fibra di Eucalipto è quella che dà il
risultato peggiore sulla qualità delle acque del sottotela; la situazione migliora decisamente
con l’utilizzo della cellulosa a fibra lunga di pino (Pacifico).
Il risultato migliore della cellulosa Aquitaine (Miscela 4, faggio e pioppo) dalla quale
si ottengono acque decisamente pulite (da considerare che un valore PtCo = 50 è una
colorazione praticamente invisibile ad occhio, rilevabile solo strumentalmente).
Per verificare ulteriormente le buone prestazioni della cellulosa Aquitaine, sono state
messe a confronto le miscele 1 e 4, cioè 100% Jariliptus (Eucalipto) e 100% Aquitaine
(faggio-pioppo); sono stati preparati foglietti di laboratorio dosando la seguente ricetta:
Nero diretto RX q.
2.0%
Collante in massa AKD
Amido Cationico
1.0%
0.6%
La formulazione usata in questo secondo caso manca volutamente di fissativo allo scopo di
verificare l’effettiva affinità della fibra con il colore dosato.
Le acque di drenaggio ottenute sono le seguenti:
I valori dell’indice PtCo sono riportati qui di seguito:
Valore PtCo
Miscela 1
280
Miscela 4
165
Si conferma la buona prestazione della cellulosa Aquitaine.
Da quanto esposto sopra, si propone l’utilizzo della cellulosa Aquitaine per le carte
colorate intensamente (quantità di colore maggiore del 2% su carta).
3.
LA COLORAZIONE NELLO
STABILIMENTO DI PIORACO
L’unità produttiva è costituita da due macchine piane:
• La MC1 adibita alla produzione delle rinomate carte da disegno per usi artistici e
professionali
• La MC2 utilizzata per produrre carte filigranate per titoli e assegni e altre carte di
sicurezza, oltre ai numerosi tipi di carta dedicati all’uso in ufficio come il Copy 2.
La gamma di carte colorate si divide in :
. Fabriano colore ...............................................................................................200 g/m²
Destinata a disegno, uso scolastico, cartellonistica
. Murillo ...........................................................................................190 260 360 g/m²
Utilizzata per stampe d’arte, inserti, pieghevoli, calendari, edizioni pregiate e disegno
. Fabriano elle erre ............................................................................................220 g/m²
Destinata a scuole, designer e per tutti gli usi grafici e cartotecnici.
Marcata sul retro e naturale sul verso
. Tiziano.............................................................................................................160 g/m²
Per stampe di pregio, con presenza di cotone
. Copy tinta .........................................................................................80 160 200 g/m²
I coloranti impiegati sono per il 95% coloranti diretti e il 5% pigmenti predispersi.
3.1 UTILIZZO DEI COLORANTI IN POLVERE
La Cartiera di Pioraco ha usato per lungo tempo coloranti liquidi con sistema tradizionale di
colorazione in discontinuo, dosaggio volumetrico in tina di miscelazione.
Dal 2004 si è deciso di affrontare il tema coloranti in polvere valutandone le differenze dai
soliti liquidi.
Lo studio del laboratorio si è concentrato su 4 tinte intense giudicate costose per l’azienda:
- Bleu
- Rosso
- Nero
- Bruno
Si è deciso di sostituirli in ogni ricetta con coloranti in polvere. Il risultato è stato positivo e
si è notato che se il colore è solubilizzato la resa è più elevata e la colorazione è più satura,
più brillante e le acque del sottotela sono più pulite.
Lo studio effettuato ha dimostrato che si possono impiegare con successo i coloranti
polvere. Essi non sono alternativi ai coloranti liquidi ma possono in parte sostituirli in casi
di colorazioni intense per una effettiva riduzione dei costi.
PROVE DI CONFRONTO IN LABORATORIO
riferimento
LIQUIDO
Rosso Cartasol 2GFN
POLVERE 2%
Rosso Cartasol 2GFy 0,4%
L= 61,5 a= 50,9 b= 18,2
L= 61,8 a= 49,5 b= 17,6
∆E=1,57
Acque sottotela
Pt Co 69
Acque sottotela
Pt Co 80
Costo
100
Costo
295
Per ottenere un foglietto con le stesse caratteristiche date dal colore liquido 2GFN alla
concentrazione del 2%, ho impiegato lo 0,4% di colore in polvere 2GFY. (rapporto 1 : 5)
I valori L* a* b* sono pressoché uguali e anche il Platino Cobalto delle acque del sottotela
risulta trascurabile.
costo 100
Conc. ×
×
2
quantità =
200
costo 295
×
×
0,4
Conc. =
quantità 118
100%
Risparmio del 41%
59%
Riferimento
LIQUIDO
POLVERE Turchese FBLU
2%
L= 81,9 a= -19 b= -15,7
Acque sottotela Pt Co
50
Costo
100
Turchese FRL
∆E=1,8
0,5%
L= 82,5 a= -18,2 b= -14,2
55
Costo
286
Per ottenere un foglietto con le stesse caratteristiche date dal colore liquido FBLU alla
concentrazione del 2%, ho impiegato lo 0,5% di colore in polvere FRL. (rapporto 1 : 4)
costo 100
×
×
Conc. 2
=
quantità costo 200
100%
286
×
×
Conc. 0,5
=
quantità 143
71,5%
Risparmio del 28,5%
Riferimento
POLVERE
Bruno scuro
LIQUIDO 1%
L= 57,8 a= 16,2 b= -9,7
Acque sottotela Pt Co 134
Costo
100
Giallo Cartasol G
0,72%
Rosso Cartasol 2GFN 0,72%
Bleu Cartasol GDF
0,5%
∆E=1,8
L= 82,5 a= -18,2 b= -14,2
Costo Giallo
30
Costo Rosso
52
Costo
Bleu
55
130
Per ottenere un foglietto con le stesse caratteristiche date dal colore polvere Bruno scuro alla
concentrazione dell’ 1%, ho impiegato lo 0,72% di giallo, lo 0,72% di rosso e lo 0, 5% di
bleu liquidi (rapporto 1 : 4)
costo 100
×
×
Conc. 2
=
quantità costo 200
100%
286
×
×
Conc. 0,5
quantità =
143
71,5%
Risparmio del 28,5%
MODALITA’ DI IMMISSIONE COLORE: ciclo discontinuo
Inserimento manuale di sacchetti in PVA da 5 kg vapore SERBATOIO DI DISPERSIONE Volume 2200 L ALLA TINA DI MISCELAZIONE condensa Dati Base:
•
Concentrazione della dispersione 2.5 - 3%
•
Temperatura di dispersione 70⁰C
•
Quantità di colorante 50 kg
•
Volume finale 1600 litri
In un serbatoio di piccole dimensioni dotato di agitatore, riempito con acqua
demineralizzata e vapore in aggiunta, vengono dispersi i coloranti diretti in polvere.
Questi coloranti vengono venduti in sacchi di alcol polivinilico (da 5-10-15 Kg l’uno) che a
contatto con il calore biodegradano. In questo modo l’operatore getta i sacchetti interi senza
correre il rischio che la polvere colorante sia nociva per la sua salute.
Le soluzioni per essere stabili devono essere preparate con acqua preferibilmente calda e
demineralizzata cioè addolcita (senza sali di calcio e magnesio che influiscono sulle
caratteristiche di solubilizzazione dei coloranti). Ogni colorante ha il suo limite di
saturazione oltre il quale si crea precipitato (colore insolubilizzato).
In laboratorio sono state fatte prove per stabilire il limite di solubilizzazione dei vari
coloranti e alla luce dei risultati si è deciso di fare delle soluzioni a una concentrazione
massima del 2%
Il colorante viene immesso a Bach: la colorazione infatti viene fatta in discontinuo;
l’aggiunta del colorante verrà fatta in un punto dove c’è buona agitazione e dove l’impasto
può stazionare per il tempo necessario.
Problematiche relative a questa scelta:
1. Il colorante contamina gran parte dell’impianto che deve essere perciò pulito a ogni
cambio fabbricazione.
2. Se all’uscita della seccheria ci accorgiamo che la tonalità di colore differenzia da
quella desiderata (come spesso accade) la correzione fatta in discontinuo sarà visibile
all’arrotolatore dopo 15-20 min.
È per questo che tale metodo è applicato a continue piccole e con basse velocità.
3.2 L’IMPORTANZA DELLA RAFFINAZIONE
Presi 450 g di cellulosa St. Gaudens
Viene spappolata per 15’’ (impasto al 2,4%)
L’impasto viene poi raffinato
nell’olandese fino ai 35°S per 1h
RAFFINATO
PULPERATO Colore 1,5% Rosso 2GFY p Pt Co 2570
Rosso 2GFY p Pt Co 748
L = 58.07 a = 51.49 b = 18.27
L = 49.27 a = 54.03 b = 24.20
Rosso CMX Pt Co 2215
Rosso CMX Pt Co 538
L = 56.49 a = 49.54 b = 20.47
L = 48.7 a = 51.88 b = 23.10
Considerazioni:
Da questa prova fatta colorando un impasto composto unicamente da cellulosa ed acqua è
possibile osservare l’enorme contributo che dà la raffinazione alla colorazione.
Questo perché la raffinazione compie un lavoro di sfibrillamento, cioè di apertura delle
fibre, e di rigonfiamento in quanto aumenta il volume dei pori interni che vengono occupati
dall’acqua
3.3 USO DEI SALI
Il cloruro di sodio è un elemento importante per il fissaggio del colore alla fibre. La sua
cationicità infatti agisce sul potenziale zeta (che misura la carica superficiale della fibra)
neutralizzando le forze di repulsione tra l’impasto che è potenzialmente anionico a causa dei
legami OH¯ e il colore che anch’esso è leggermente anionico. Questa situazione non
favorisce l’ancoraggio del colore che in buona parte si perde nel ciclo delle acque. Per
ovviare a questo viene aggiunto un 5% di sale. La differenza elettrostatica diminuisce e la
fibra diventa più accessibile.
Attualmente il sale viene aggiunto in tina di miscelazione dopo l’aggiunta dal colorante.
Per un problema logistico di scomodità di manovre lavorative si è discussa l’ipotesi di
provare ad aggiungere il sale prima del colorante ossia nella tina del pulperato. Prima di
procedere a questo la prova è stata sperimentata in laboratorio.
RAFFINATO
PULPERATO Colore 1,5% sale
L = 54.92 a = 54.5 b = 22.42
L = 47.39 a = 53.78 b = 26.01
Rosso CNX p Pt Co 1690
Rosso CMX p Pt Co 114
L = 57.30 a = 49.36 b = 20.48
L = 49.09 a = 52.22 b = 24.84
RAFFINATO
PULPERATO
Sale 5 %
Colore 1,5% Rosso 2GFY p Pt Co 1775
Rosso 2GFY p Pt Co
361
L = 58.86 a = 54.21 b = 22.05
L = 47.67 a = 54.13 b = 25.66
L = 56.29 a = 50.23 b = 20.76
L = 48.92 a = 52.23 b = 23.2
Considerazioni:
Spostato il punto di aggiunta del sale nell’impasto non si sono riscontrati cambiamenti
rilevanti. La resa è rimasta invariata così come i valori delle coordinate a e b. Le acque del
sottotela danno valori di platino-cobalto molto simili quindi possiamo dire che il colore si è
legato alla fibra allo stesso modo.
Il sale aggiunto prima o dopo del colorante svolge in egual modo la sua funzione di legante
in quanto nel primo caso prepara la fibra ad accettare il colore e nel secondo caso interviene
dopo che i punti di accesso risultano saturi creando la condizione ottimale per assorbire la
maggior quantità di colore.

Ottimizzazione coloristica nella cartiera Fedrigoni di Pioraco

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