2.4 livellamento della patina

Transcript

INDICE
1. Scopo e significato della patinatura;
2. Produzione di carta e cartoncino patinato;
2.1 Preparazione del supporto;
2.2 Preparazione della patina;
2.3 Spalmatura della patina sulla carta;
2.4 Livellamento della patina;
2.5 Essiccamento della carta patinata;
2.6 Condizionamento degli articoli patinati;
2.7 Calandratura;
3. Esempi di impianti di patinatura;
4. Fattori influenti sulle proprietà delle carte patinate;
5. Importanza economica ed esempio di carte LWC per rotocalco.
Vanzo Matteo – La patinatura – pag. 1
1. SCOPO E SIGNIFICATO DELLA PATINATURA
Per una riproduzione di stampe in quadricromia con una immagine particolarmente
nitida e fedele all’originale vengono preferite le carte patinate.
Poiché lo strato di patina è costituito da particelle di pigmento fine, diversamente
dalle fibre, esso riempie le disuniformità della superficie della carta ed offre
all'inchiostro da stampa una superficie microporosa.
La patinatura è un processo di rivestimento, con il quale una patina viene applicata
sulla superficie di un supporto di carta. Questo trattamento superficiale può aver luogo
su uno o su due lati.
Carte da stampa particolarmente pregiate vengono ottenute con due o più applicazioni
di patina e cioè con la prepatinatura e con la patina (patine) finale. Le caratteristiche
qualitative finali delle carte patinate, da cui dipende fra l'altro il liscio della superficie,
vengono raggiunte con la calandratura.
2. PRODUZIONE DI CARTA E CARTONCINO
PATINATI
Per la nobilitazione mediante patinatura della carta e del cartoncino vengono percorse
le seguenti fasi:
A- preparazione del supporto; (1.2.1)
B- preparazione della patina; (1.2.2)
C- combinazione del supporto e della patina (applicazione); (1.2.3)
D- dosaggio della patina;
E- livellamento della patina; (1.2.4)
F- essiccamento della carta patinata; (1.2.5)
G- condizionamento della carta patinata; (1.2.6)
H- calandratura della carta patinata. (1.2.7)
Di seguito vengono illustrati in modo più dettagliato i principali stadi del processo di
patinatura di carta e cartoncino.
2.1 PREPARAZIONE DEL SUPPORTO
In funzione delle caratteristiche qualitative finali della carta, il supporto deve
rispondere a specifiche esigenze. Per principio esso deve possedere le seguenti
caratteristiche:
- formazione uniforme;
- doppio viso ridotto;
- bagnabilità uniforme;
- resistenza meccanica sufficiente per la patinatura e per le successive lavorazioni
(umido/secco), macchinabilità;
- opacità elevata, soprattutto nel caso di carte con bassa grammatura;
- assenza di punti di spillo o di fori
- assenza di fasci di fibre, schegge ed altre impurità;
- assenza di polvere;
- volume elevato per una buona chiusura superficiale, senza essere liscio;
- buona planarità;
- profilo longitudinale e trasversale uniforme per quanto riguarda grammatura,
umidità e volume;
- costanza qualitativa.
La collatura del supporto richiede una particolare attenzione. Essa è da regolare in
modo da permettere una moderata penetrazione del liquido della mescola di patinatura
così da ancorare la patina, senza che la carta perda incarto. Con un supporto troppo poco
assorbente, ad esempio nel caso di una carta completamente collata, si può avere un
insufficiente ancoraggio dei pigmenti per una inadeguata capacità di assorbimento di
acqua e di legante; in questo caso un'azione meccanica (per es. una stampa oppure la
piegatura) staccherà la patina.
2.2 PREPARAZIONE DELLA PATINA
I principali componenti di una patina sono l'acqua (30-70%), i pigmenti (100 parti), il
legante (4-30 parti) e gli ausiliari (< 5 parti). Per principio, si cerca sempre di preparare
patine con il minimo contenuto d'acqua, e cioè con il massimo contenuto in solidi, per
risparmiare energia durante l'essiccamento, ma anche per ottenere strati di patina
voluminosi e pregiati.
D'altro canto, una patina deve rimanere scorrevole o con una migliore espressione
"patinabile".
Le patine contengono i seguenti componenti :
- pigmento bianco per patina (100 parti);
- acqua (30-70%);
- legante (4-30 parti);
- disperdente del pigmento;
- prodotti per la regolazione della viscosità e del potere di ritenzione dell'acqua;
- ausiliari per la riduzione dell'abrasione ad umido;
- antischiuma;
- nuanzanti, correttori ottici;
- altri ausiliari, ad es. per il trattamento finale (calandratura, spazzolatura) o per
ottenere particolari caratteristiche.
Si tratta di un sistema a più componenti, nel quale le conseguenze della variazione di
una o più sostanze sono estremamente difficili da prevedere. Le proprietà delle carte
patinate vengono influenzate, se si prescinde dalle caratteristiche del supporto, in particolare dai pigmenti, che formano l'elemento essenziale della patina. Ne derivano le
seguenti richieste :
- elevato grado di bianco ed opacità;
- piccole dimensioni delle particelle;
- forma laminare o aghiforme, per le carte a cui viene richiesto un elevato livello di
lucido;
- indice di rifrazione elevato;
- abrasività ridotta;
- elevata purezza e stabilità chimica;
- compatibilità con i normali componenti della patina;
- disperdibilità ed idoneo comportamento Reologico ai diversi gradienti;
- buon assorbimento degli inchiostri da stampa
- bassa richiesta di legante;
- prezzo accettabile.
I pigmenti più importanti, quantitativamente, sono il caolino e il calcio carbonato
naturale. Dal momento che l'Europa occidentale dispone di ampie ed idonee riserve di
calcio carbonato, questo prodotto economico ha guadagnato velocemente importanza.
Miscele di caolino, a forma lamellare, e calcio carbonato, a forma sferica, sono spesso
vantaggiose. Insieme al caolino e al calcio carbonato naturale macinato vengono
utilizzati anche calcio carbonato precipitato, biossido di titanio, talco, bianco satin,
alluminio idrossido, caolino calcinato e, in parte, prodotti organici. Attualmente si cerca
di impiegare come pigmento per patina il gesso della depurazione dei fumi, disponibile
in notevoli quantitativi ed economico.
La qualità della patina viene influenzata sia dalla composizione chimica e
mineralogica (tipo), sia dalle caratteristiche fisiche dei pigmenti.
Poiché non tutti i pigmenti permettono di soddisfare nello stesso modo le diverse
esigenze specifiche, le caratteristiche essenziali della superficie patinata si decidono
mediante la scelta e la combinazione, nella quale si deve anche tenere conto del legante.
Oltre ad un elevato grado di bianco, ai pigmenti si richiede in primo luogo una
dimensione particellare molto fine, in modo da influenzare favorevolmente le proprietà
ottiche e di stampabilità della carta, nonché il determinante logoramento della lama.
Per l'uso dei pigmenti nelle carte patinate, si distinguono in sostanza i tipi specifici
per la stampa rotocalco da quelli per la stampa offset.
Nel caso delle carte LWC per stampa rotocalco per esempio, vengono impiegati
caolini grossolani con una granulometria del 40-65 % < 2 mm e con una struttura
lamellare marcata per ottenere elevati valori di liscio. Negli ultimi tempi viene sempre
più utilizzato anche il talco.
Per le carte per stampa offset vengono impiegati i caolini più fini, poiché con questi
si possono raggiungere i più elevati valori di lucido. Nel campo delle carte per stampa
offset in Europa si trovano, in quasi tutti i casi, delle miscele di caolino e calcio
carbonato.
I motivi sono il prezzo, la disponibilità e le proprietà tecniche di impiego. Ma anche
con altri pigmenti per patina si possono realizzare mirate caratteristiche qualitative.
L'alta valutazione del biossido di titanio è da ricondurre soprattutto all'elevato grado di
bianco, all'ideale finezza delle particelle e all’alto coefficiente di rifrazione della luce. Il
biossido di titanio è, perciò, inarrivabile in relazione alla opacità a secco e ad umido e al
potere coprente. Esso viene utilizzato, ad esempio, nella produzione di carte decorative
per mobili e di carte per etichette,
II compito principale di un legante consiste nel tenere uniti i pigmenti tra di loro nello
strato della patina e con la superficie della carta. Perciò sono da soddisfare le seguenti
esigenze: le particelle di pigmento sono da legare le une alle altre in un modo così
resistente da ottenere un "film" continuo sulla carta, lucidabile in calandra. Oltre a ciò, la
patina deve avere una sufficiente resistenza interna, affinché durante la stampa non
venga totalmente o parzialmente distaccata, nel momento della separazione della lastra,
quando si verifica la scissione dell'inchiostro, vale a dire la patina non deve spelarsi.
Anche un eccesso di legante (ipercollatura) è indesiderato, poiché il film diventa troppo
compatto e l'inchiostro da stampa non trova un sufficiente ancoraggio.
Il legante ha inoltre altre funzioni da adempiere; esso deve contribuire in qualche
modo alla dispersione del pigmento, deve evitare una veloce sedimentazione delle sue
particelle relativamente pesanti e contribuire alle caratteristiche di flusso e di ritenzione
d'acqua della patina.
Una favorevole capacità di ritenzione d'acqua della patina, e un corrispondente
uniforme assorbimento d'acqua del supporto, è da perseguire in ogni caso. Per ritenzione
d'acqua, si intende la capacità di una patina di legare, in misura maggiore o minore,
l'acqua necessaria alla sua sospensione mediante la presenza di sostanze idrosolubili ad
alto peso molecolare. Questa condizione è particolarmente importante quando la patina
viene a contatto con carta assorbente. In questo caso si possono verificare due situazioni:
a) la patina ha un basso potere di ritenzione d'acqua. Molta acqua viene sottratta dalla
elevata assorbenza della carta e la viscosità della patina aumenta velocemente,
pregiudicando la necessaria fluidità richiesta dalle fasi successive di livellamento e
dosaggio. Si ottiene una distribuzione disomogenea della patina. Oltre a ciò il legante
idrosolubile migra insieme all'acqua nel supporto; un effetto desiderato per l'ancoraggio
della patina alla superficie della carta, ma se la quota è troppo alta, si verifica un impoverimento del legante nella patina e le particelle di pigmento risultano insufficientemente fissate le une alle altre.
b) nel caso inverso con un potere di ritenzione d'acqua molto elevato, la patina
rilascia poca acqua, vale a dire la carta riceve poca acqua. Ciò ha quindi una
insignificante conseguenza sull'aumento del contenuto in solidi della patina, che è
considerato in ogni caso positivo. Le caratteristiche di flusso rimangono praticamente
invariate, garantendo una uniforme e buona distribuzione della patina. In queste
condizioni, se la carta ha una ridotta assorbenza, perché ad esempio, è completamente
collata, l'ancoraggio della patina è insufficiente per la scarsa migrazione di acqua e di
legante; con un carico meccanico relativamente debole la patina verrà staccata.
Sono stati descritti i due casi limite, poiché da un lato è necessaria una certa
penetrazione dell'acqua e del legante nella carta per l'ancoraggio della patina, dall'altro le
caratteristiche di flusso della patina devono essere mantenute. In pratica, il potere di
ritenzione d'acqua viene regolato con prodotti idrosolubili e rigonfiabili, inseriti come
leganti o additivi. La capacità di assorbenza d'acqua del supporto viene governata dalla
collatura. Anche il tempo intercorrente in patinatrice tra l'applicazione e il livellamento
ha un ruolo decisivo.
Circa il 50% dei costi di una patina si riferiscono al o ai leganti.
Vengono impiegati i seguenti prodotti.
Leganti di origine naturale:
• colla animale, gelatina;
• caseina;
• amido;
• derivati della cellulosa (carbossimetilcellulosa).
Questi leganti sono tutti più o meno solubili in acqua.
Leganti sintetici:
dispersioni di copolimeri a base di
• acido acrilico - estere butilico, in parte con stirene;
• butadiene - stirene;
• etilene - estere vinilico;
• alcool polivinilico.
Le patine vengono spesso addizionate di ausiliari, i cosiddetti additivi, per il
miglioramento delle condizioni di lavorazione e/o della qualità del prodotto (10'24).
Il correttore ottico e i nuanzanti per il miglioramento della bianchezza, rientrano nei
prodotti di nobilitazione. Una supplementare nobilitazione è la colorazione della patina.
Per principio sono adatti i coloranti idrosolubili, ma viene data la preferenza ai
pigmenti, soprattutto per la elevata solidità alla luce e al sanguinamento e la maggiore
fìssabilità.
Per il miglioramento di liscio, planarità, resistenza alla verniciatura e all'abrasione,
vengono aggiunte cere, paraffine e stearati in emulsione; questi prodotti inoltre
favoriscono il comportamento reologico delle patine.
A causa della composizione chimica e della varietà dei tipi di dispersione esistenti sul
mercato, si trovano prodotti che differiscono tra loro non solo nell'effetto di
nobilitazione, ma anche sotto il profilo della stabilità chimica e fìsica.
In generale è stato mostrato che i prodotti sensibili agli ioni, al contrario di quelli
resistenti agli ioni, presentano una buona stabilità nei confronti delle forze di taglio.
Ne deriva che la scelta delle relative condizioni di lavorazione deve tenerne conto.
Nella classe degli ausiliari rientrano anche le sostanze per il miglioramento del potere
di ritenzione d'acqua e della viscosità.
Ausiliari per la dispersione vengono menzionati nella preparazione della patina. In
questo contesto è da accennare che anche mediante un'ottimale regolazione del pH si può
ottenere un comportamento reologico favorevole.
Spesso la qualità della patinatura viene peggiorata dalla schiuma; essa può provenire
dai componenti della patina, oppure anche dalla insufficienza della tecnologia di
fabbricazione, come ad esempio, una forte introduzione di aria nella patina durante la
miscelazione, il pompaggio oppure nella vasca della patinatrice.
Il quantitativo di antischiuma da aggiungere deve essere mantenuto il più basso
possibile poiché, in caso di sovradosaggio, queste sostanze tensioattive possono
disturbare l'applicazione della patina.
La preparazione della patina nella "cucina patine" è da armonizzare, ogni volta, in
relazione alla qualità desiderata e al processo di patinatura. Per l'ottenimento di
determinate proprietà qualitative è necessaria, come già indicato, una scelta appropriata
dei pigmenti, dei leganti e dei diversi prodotti chimici e ausiliari, poiché altrimenti si
possono avere inconvenienti, evidenziabili per lo più con notevoli incrementi di
viscosità.
La riproducibilità della viscosità e della concentrazione della patina sono il
presupposto per un'applicazione ottimale e per una buona distribuzione, tenendo conto
del secco e del grado di finezza, favorevoli) per l'impianto di patinatura a disposizione.
Un'ulteriore importante proprietà della patina è la sua costanza per un certo periodo di
tempo, cioè il comportamento del fluido non deve variare in modo significativo durante
la fase di stoccaggio e di lavorazione per ottenere una riproducibilità per quanto riguarda
la penetrazione della patina nel supporto, il comportamento applicativo e il quantitativo
applicato.
La non osservanza di queste regole fondamentali, nonostante i migliori impianti di
patinatura, non consente l'ottenimento di un buon risultato.
In considerazione delle citate proprietà basilari, riproducibilità e costanza della
concentrazione, della viscosità e delle caratteristiche di flusso, una moderna cucina
patine deve essere progettata secondo il seguente schema:
- serbatoio per le materie prime liquide;
- magazzino per le materie prime solide;
- dispersore con dispositivo di pesatura;
- cuocitore per il legante;
- miscelatore;
- serbatoio di riserva e di lavorazione;
- pompe dosatrici;
- tubazioni e valvole;
- rete (aperta) o filtro (chiuso).
La maggior parte dei pigmenti impiegati nella patinatura della carta sono prodotti
secchi sotto forma di agglomerati grossolani. Per l'uso in patinatura questi agglomerati
vengono dispersi in sistemi acquosi, mediante trattamento meccanico in impastatrici e
miscelatori, possibilmente sino ad avere particelle singole, le cosiddette particelle
primarie. Ciò viene ottenuto anche con il supplementare ausilio del disperdente chimico.
Le forze di taglio devono essere così forti da poter vincere le forze di adesione fra le
particelle di pigmento. Si ottiene così una dispersione, nella quale le singole particelle di
pigmento sono uniformemente suddivise in acqua.
Per impedire una agglomerazione (flocculazione) dei pigmenti suddivisi per mezzo
del lavoro meccanico, vengono aggiunti dei disperdenti, i quali stabilizzano la
sospensione e impediscono o ritardano la sedimentazione. Decisivo per una dispersione è
il contenuto secco massimo, ottenibile con le caratteristiche reologiche desiderate.
I disperdenti si distinguono in organici, ad esempio poliacrilati, e inorganici, ad
esempio polifosfati e sali sodici di alcuni acidi solfonici; inoltre, essi possono essere
anionici e canonici.
I seguenti prodotti vengono impiegati principalmente come disperdenti anionici:
- polifosfati (Calgon) in quantitativi di 0,2-0,4% ad un pH da 5 a 10;
- sali di acidi policarbonici (Polysalz) in quantitativi di 0,1-0,4 %
ad un pH da 6,5 a 12.
I quantitativi citati si riferiscono al caolino; essi possono variare da pigmento a
pigmento. Inoltre, con acqua dura il quantitativo di disperdente necessario può
aumentare. In generale, il fabbisogno dei disperdenti si riduce con l'incremento del pH.
I sali degli acidi policarbonici si distinguono nei confronti dei polifosfati, per una più
alta stabilità all' idrolisi e, per questo motivo, vengono preferiti nelle patine con
temperature più elevate.
Spesso si aggiungono quantitativi ridotti (circa. 0,05%) di sali di acidi policarbonici e
altri disperdenti, come stabilizzanti di viscosità.
Di norma il disperdente viene sciolto nell'acqua prima dell'aggiunta del pigmento. Per
la regolazione del pH devono venire utilizzati solo alcali diluiti con acqua; altrimenti si
potrebbero verificare dei flocculi per superdosaggio.
La dispersione viene controllata con misure progressive di viscosità; il valore minimo
contraddistingue la conclusione della operazione di dispersione.
Per motivi logistici si consiglia di conservare il pigmento in dispersione nei
contenitori, anziché il pigmento secco.
Oggi alcuni pigmenti vengono forniti già in forma dispersa (slurry). Ciò fa
risparmiare sui capannoni di grandi dimensioni e sui costi di trasporto, e rende più
semplice la manipolazione.
Dopo una filtrazione per liberarla dalle impurità grossolane, una dispersione acquosa
al 70% circa di caolino si può conservare in serbatoi da 100 t; per evitare che si depositi,
la dispersione viene agitata lentamente oppure pompata in circolo chiuso.
La preparazione di una scorta di legante naturale non è possibile (degradazione
chimica, attacco dei microbi), per il relativamente breve tempo di conservabilità delle
soluzioni acquose. L'aggiunta di conservanti può impedire la decomposizione microbica
e per questo motivo devono sempre venire utilizzati.
Il limite di conservabilità dipende dalla progressiva demolizione chimica del legante.
Pertanto, sono necessarie numerose informazioni, controllabili a distanza con
l'automazione, così che una concentrazione inalterata venga garantita da una viscosità
costante.
Per la cottura di amidi modificati o per una conversione enzimatica dell'amido, che
può risultare più economica sotto certe condizioni, sono disponibili impianti collaudati,
che rendono possibile persino una demolizione in continuo.
La caseina presenta oscillazioni qualitative molto elevate da partita a partita.
Per questo motivo si conservano e si miscelano diverse forniture di notevoli
quantitativi di caseina solida, in modo da mediare le troppo grandi differenze qualitative.
La decomposizione della stessa caseina è possibile a freddo o a caldo.
Particolare attenzione è da porre nell'evitare le particelle insolute, che causano delle
macchie chiare nella patina, in parte trasparenti.
Mediante un quadro di controllo centralizzato, i singoli componenti vengono dosati
quantitativamente, conformemente alla ricetta, e introdotti nel miscelatore nella prevista
sequenza. Strumenti di scrittura e di registrazione permettono un ricontrollo e una
precisa rilevazione delle materie prime utilizzate.
Ciascun componente fluido viene alimentato al miscelatore da una pompa dosatrice.
Per questo motivo è previsto un riciclo, per mezzo del quale la sospensione rimane
sempre omogenea. L'aggiunta degli ausiliari chimici nella dispersione pigmentaria deve
avvenire tenendo conto di non pregiudicare reciprocamente la loro efficacia.
La incompatibilità tra i prodotti o il loro sovradosaggio può portare ad inconvenienti
teologici, o alla formazione anomala di schiuma.
Il miscelatore deve adempiere alle seguenti condizioni: miscelazione primaria con
elevata forza di taglio per pigmenti e legante naturale; miscelazione secondaria con
agitazione blanda, per mescolare legante sintetico, dispersioni di cera e stearato, e altri
ausiliari.
Per principio la patina, al termine della preparazione e prima del trasferimento nel
serbatoio di scorta, viene accuratamente filtrata.
Con questa operazione vengono allontanati gli agglomerati, gli aggregati di pigmento
e le sostanze estranee eventualmente ancora presenti, che altrimenti potrebbero
provocare inconvenienti produttivi e pregiudicarne la qualità durante l'applicazione della
patina sulla carta.
Per la conservazione della scorta vengono predisposti dei serbatoi particolari, le cui
dimensioni sono tali da disporre di un tempo sufficiente per una naturale disaerazione.
Per evitare un deposito di sostanze solide della patina, il serbatoio è provvisto di una lenta agitazione. Da qui la patina viene alimentata nelle "tine" e finalmente trasferita alla
patinatrice.
Sistemi automatici di mandata e ritorno provvedono a mantenere stabile viscosità,
temperatura e pH.
Le formulazioni delle patine sono correlate in modo specifico alle caratteristiche di
lavorazione della stessa patina e alle proprietà qualitative del prodotto finito. Vengono
richieste sia buone caratteristiche di macchinabilità in patinatrice, sia una elevata qualità
del prodotto finito. Ulteriori esigenze sono la riproducibilità e la costanza nel tempo.
2.3 SPALMATURA DELLA PATINA SULLA CARTA
Dopo la loro preparazione, il supporto e la patina, vengono messi in contatto, l'uno
con l'altra, in modo appropriato. Nella zona dì applicazione si verifica una divisione del
film di patina, in modo tale che solo una parte della patina viene trasferita alla carta,
mentre l'altra parte rimane attaccata al cilindro applicatore. Fondamentalmente si
distinguono, in funzione della tecnologia adottata, tre gruppi di sistemi applicativi:
1) sistemi che in un primo tempo depositano un eccesso, il quale viene in un secondo
momento ridosato e livellato;
2) sistemi nei quali viene formato un pozzetto sul nastro di carta, limitato da un
elemento per il dosaggio, nel senso di marcia della carta;
3) sistemi operanti secondo il principio offset, e cioè su un cilindro viene distribuito
un film del mezzo da applicare, il quale viene trasferito pressoché completamente sul
nastro di carta.
I tre principi basilari sono adottati in pratica nei dispositivi applicativi per uno o per
entrambi i lati.
Particolarmente nel caso di dispositivi di applicazione a rullo la patina deve
presentare un certo grado di tissotropia.
Questa divisione è dunque, ad esempio nei sistemi newtoniani, puramente statistica
sull'intero spessore del film, per cui si arriva ad un deposito irregolare, che si evidenzia
nella formazione di un disegno sulla superficie patinata ("pattern").
Al contrario, le patine pseudoplastiche/tissotro-piche si dividono nella zona del film
tra carta e cilindro applicatore, dove la tensione di scorrimento è al massimo e la
viscosità al minimo, in modo da avere un deposito più omogeneo con una minima tendenza alla formazione di disegni.
Dopo la divisione del film di patina, i sistemi tissotropici presentano in primo luogo
valori di viscosità ancora relativamente bassi; ciò rende possibile lo scorrimento di
eventuali quantitativi di patina irregolare, fino a quando essa raggiunge il dispositivo di
livellamento.
Con fluidi puramente pseudoplastici, quest'ultimo effetto non sarebbe possibile, poiché le forze di taglio si riducono a zero subito dopo la divisione del film di patina, con il
conseguente improvviso e rapido incremento della viscosità.
Per applicazioni in macchina di quantitativi modesti di patina, in particolare su carte
con legno, sono in questione, con le attuali conoscenze, solamente i due ultimi processi,
mentre il primo principio viene utilizzato prevalentemente per la produzione di carte
patinate pregiate.
2.4
LIVELLAMENTO DELLA PATINA
Sostanzialmente ci sono tre dispositivi di livellamento :
1 - Lama lisciante
A prima vista la lama non è altro che una sottile lamiera elastica (da circa 0,3 a 0,5
mm di spessore), di cui una estremità è serrata in un morsetto, mentre l'altra estremità
viene pressata contro il nastro di carta, sostenuto da un cilindro gommato. La lunghezza
libera della lama si aggira in questo caso nell'intervallo da 15 a 30 mm.
Si distinguono in linea di massima le cosiddette "lama rigida" (Stiff-Blade), e "lama
flessibile" (Bent-Blade).
Questi sistemi di dosatura possono essere utilizzati sino alle più alte velocità di
patinatura, attualmente di 1500 m/min.
Questi dispositivi possono venire utilizzati anche nel caso della patinatura del
cartoncino, come pure per spalmare una carta LLWC (Light Light Weight Coated). I
vantaggi, e gli svantaggi evidenziati dai due sistemi, fanno sì che in ogni caso
applicativo è da chiarire, con prove preliminari in pilota, quale tecnologia impiegare.
In particolare, con alte velocità di produzione si verificano ulteriori difficoltà di
esercizio, che si riflettono anche in un peggioramento della qualità del prodotto. È
indispensabile che le patine utilizzate rimangano applicabili, come comportamento
reologico, anche alle forze di taglio sotto la lama. Una patina deve rimanere, sotto gli
elevati gradienti della lama, pseudoplastica, e in parte tissotropica. La tissotropia della
patina è necessaria per potere scorrere immediatamente dopo la lama, al fine di
compensare minimi difetti applicativi e disuniformità, nonché per ancorarsi al supporto.
Nella figura 1 è riportata una rappresentazione in scala della situazione all'uscita di
una lama rigida.
Sulla gomma del controcilindro ci sono solo poche fibre del supporto con legno.
La patina rappresentata contiene 80 parti di caolino e 20 parti di calcio carbonato con
un contenuto secco iniziale del 64%.
Convertito in volume, si ha a che fare con 53,8% di acqua, 2,5% di calcio carbonato,
6,3% di caolino, 6,0% di aria e 8,8% di ausiliari. A seguito della cessione di acqua, dalla
patina alla carta, tra il cilindro applicatore e la lama, il contenuto secco dello strato, a
diretto contatto della carta sino alla racla, aumenta fino al 66-68% circa. Sotto la lama c'è
una corrente laminare ("corrente laminare lungo un piano liscio"), che orienta le
particelle di caolino a forma di lamine.
Sotto la lama appaiono, tra gli altri, due effetti, che portano ad un arricchimento dì
acqua:
1) l'effetto parete provoca un relativamente maggiore volume di vuoti direttamente
sulla lama;
2) l'effetto Fahraeus indica che le particelle solide, che urtano al limite della corrente,
vengono indirizzate all'interno della corrente stessa.
Subito dopo la lama, le particelle superiori dello strato di patina vengono accelerate
alla velocità di produzione; ha luogo un turbinio di particelle di patina.
Per l'effetto Merrington sui fluidi viscoelastici si arriva ad una dilatazione dello strato
di patina in questo punto, e a ciò si aggiunge l'effetto Coanda per cui la patina defluisce
lungo la curvatura della lama.
Tutto l'insieme provoca una gobba della patina all'uscita della lama. Se si riesce a
mantenere questa struttura in movimento vorticoso durante tutti i successivi passaggi del
processo, si ottiene uno strato di patina di elevata qualità e voluminoso.
2 - Lama rotante
In figura 2 è rappresentato lo schema di funzionamento della lama rotante.
La barra elastica della racla viene spinta contro la direzione di marcia del nastro di
carta e, con l'aiuto di una camera d'aria a pressione, premuta sul nastro dì carta. Per la
pulizia della barra dai resti della patina, il suo canale posteriore viene lavato in continuo
con acqua fresca. A causa del pericolo di logoramento dell'alloggiamento della lama, il
numero
di
giri
di
quest'ultima deve essere
mantenuto
relativamente
basso.
Dall'altra parte, è tuttavia
dimostrato che la qualità
della patinatura migliora con
l'incremento del numero di
giri della barra e che il
numero di giri deve essere
aumentato, in relazione alla
velocità del nastro di carta.
Con la lama rotante deve
essere
esercitata
una
relativamente alta contropressione per assicurarsi un
omogeneo contatto con la superficie della carta sull'intera larghezza del nastro, e di
conseguenza un omogeneo profilo trasversale del deposito di patina. Inoltre, poiché il
diametro della racla non permette variazioni nella geometria della fessura applicativa, il
peso della patina può essere influenzato minimamente dal sistema di dosatura. Per
questo, l'uso di questo sistema è limitato a pochi impieghi quali la prepatina e il
trattamento dei retro del cartoncino per astucci pieghevoli fabbricati a velocità di produzione relativamente bassa:
- intervallo del deposito: 2-8 g/m2;
- intervallo deì contenuto solido della patina: 5-60%;
- velocità massima: 1000 m/min
3 - Lama d'aria
Come rappresentato in figura 3, la dosatura, in questo caso avviene mediante un getto
d'aria orientato ad angolo acuto contro la direzione di marcia del nastro di carta. Per un
buon risultato applicativo, è premessa indispensabile che il deposito eccedente di patina,
possibilmente modesto, sia uniforme su tutta la larghezza della macchina. Quanto più
elevata è la velocità di produzione, tanto minore deve essere l'eccesso di patina.
Con questo sistema viene
spesso utilizzato un dispositivo
supplementare di predosaggio. Il
calore di compressione dell'aria
deve venire eliminato mediante
uno scambiatore di calore, in
modo che la parte centrale
dell'ugello presenti pressappoco la
temperatura dell'ambiente, al fine
di evitare una curvatura indotta
termicamente. Oltre a ciò, con il
raffreddamento viene assicurato,
che la nebbia di patina non venga essiccata dall'aria compressa, che potrebbe provocare
dei depositi nella vaschetta di raccolta dell'eccesso di patina.
La lama d'aria viene impiegata per la fabbricazione del cartoncino patinato e per la
spalmatura di carte speciali. Con ciò si possono applicare anche depositi di patina molto
elevati.
Campo d'impiego della lama d'aria:
- deposito: 2-25 g/m2;
- contenuto in solidi della patina: 5-40%;
- velocità massima: 700 m/min.
2.5
ESSICCAMENTO DELLA CARTA PATINATA
Si distingue generalmente tra essiccamento per irraggiamento, per convezione e per
contatto. I procedimenti citati possono venire adottati singolarmente oppure essere
combinati l'uno con l'altro.
In generale, l'essiccamento di una patinatrice viene oggi così suddiviso: 20-30%
essiccamento per irraggiamento,70-80% essiccamento per convezione e 10-30% per
contatto. Immediatamente dopo il dispositivo applicatore viene installata una elevata
potenza termica per mezzo di raggi IR, a gas o elettrici, in modo da riscaldare
velocemente la carta o il cartoncino,conseguendo così una veloce evaporazione e
l’immobilizzazione dello strato di patina. In questo modo vengono raggiunte
evaporazioni sino a 100 Kg di acqua/m2/h. Per la rimozione del vapore viene utilizzata
aria a temperature comprese tra i 900 e 220 °C. Per la regolazione del profilo con
l’essiccamento all’infrarosso si sono affermati elementi di raggi IR di 15 cm di
larghezza. L’essiccamento a convezione funziona indirizzando aria calda su uno o su
entrambi i lati del nastro. Nell’essiccamento su un lato, il nastro scivola sui cilindri del
canale di essiccamento. L’essicatore a un solo lato è molto ben regolabile e quindi è
possibile governare anche il profilo. Con l’essiccamento su due lati, la quota di
essiccamento del retro di una carta patinata su un lato è del 30-35%. Dopo l’applicazione
della seconda patina, la quota di essiccamento del retro si riduce al 20-25%, a causa della
minore porosita. Con questo sistema è svantaggioso che, a seconda del sistema
costruttivo, sì formi un tiraggio di 15-30 N/m di lunghezza dell'essiccatore.
Agli essiccatori a convezione appartiene anche l'essiccatore a festoni, nel quale il
nastro di carta, sotto forma di fìtti e lunghi festoni sostenuti da bastoni, viene guidato in
un canale ad aria calda. Questo tipo di essiccamento è molto delicato, ma purtroppo
limitato ad una velocità di ca. 120 m/min. Per questa ragione, esso viene utilizzato
solamente per alcune carte speciali, ad esempio carte da parati.
A causa della velocità, del quantitativo di patina e della formulazione, l'umidità in
ingresso, in una sezione di essiccamento a cilindri, è limitata al 10-12% dell'umidità
totale; altrimenti vi è il pericolo di una adesione e di un danneggiamento della patina per
la velocità differenziale tra il nastro e il cilindro. La sezione di essiccamento a cilindri
viene installata frequentemente, per motivi di controllo del nastro e di stabilizzazione
della trazione alla fine della seccheria, in particolare ad elevate velocità di produzione e
di bassa grammatura.
I vantaggi sono la buona trasmissione del calore, l'essiccamento reciproco dei due lati
con la possibilità di evaporazione successiva, un certo impedimento del ritiro trasversale
e un miglioramento dello strato superficiale.
Ulteriori vantaggi sono l'esatto controllo del nastro di carta, e la creazione di un punto
di riferimento nella patinatrice. La quantità massima di evaporazione è compresa tra 5 e
10 kg di acqua/ (m2 h), corrispondente ad una temperatura di 120 °C. Lo svantaggio
principale dell'essiccatore a cilindri è nel pericolo di surriscaldamento della superfìcie
della patina, che può comportare la riduzione della qualità del manufatto.
2.6 CONDIZIONAMENTO DEGLI ARTICOLI PATINATI
Al termine della seccheria avviene il condizionamento dei manufatti patinati in vista
della calandratura, in linea o fuori macchina, con l'aiuto di cilindri raffreddati. Il
raffreddamento a 20-30 °C comporta un assorbimento d'umidità nella carta di un 1-2%.
In questo modo la carta sarà più flessibile e elastica, e verranno ridotte le cariche
elettrostatiche. Inoltre, il profilo d'umidità e di temperatura sarà uniformato, il che è
importante per il successivo passaggio in calandra. Nel caso di articoli a maggiore
spessore viene migliorata anche la planarità.
2.7 CALANDRATURA
Lo stadio finale della nobilitazione della carta patinata è la calandratura o la lisciatura
della patina secca, per livellare una volta ancora le disuniformità, dovute al
restringimento provocato dal processo di essiccamento.
Contemporaneamente, anche il lucido della patina aumenta con la calandratura.
3. ESEMPI DI IMPIANTI DI PATINATURA
La collocazione di una patinatrice può essere decisa in tre diversi punti della linea di
produzione:
- "in macchina", cioè all'interno della seccheria della macchina da carta;
- "in linea", cioè subito dopo la seccheria e prima dell'arrotolatore;
- "fuori macchina", distinta dalla macchina da carta.
Gli impianti in linea richiedono minori investimenti e, per il loro funzionamento,
hanno bisogno di minore energia e personale. Essi vengono adottati dove è minima la
frequenza di rotture, per esempio nella patinatura del cartone.
Gli impianti fuori macchina possiedono una maggiore flessibilità (assortimento di
prodotti), hanno una più breve fase di avviamento (riduzione al minimo degli scarti), e
sono indipendenti dalla macchina da carta con la possibilità di controllo del supporto
(incollaggio delle rotture), anche per gestire le qualità diffìcili.
Le operazioni di avvolgimento e svolgimento negli impiantì fuori macchina,
avvengono con gli usuali dispositivi dell'industria della carta. Nella collocazione
separata della patinatrice, lo svolgitore è dotato generalmente di un dispositivo per il
cambio volante ("Flying Splice"). In questo caso, il cambio viene eseguito incollando il
nuovo rotolo e quello in esaurimento alla normale velocità di produzione.
La size-press è il più vecchio, e ancora il più frequente, dispositivo di nobilitazione
inserito in una macchina da carta. Il nome size-press dipende dal fatto che con questo
sistema vengono applicati, principalmente, ausiliari sulla superfìcie, ad esempio la colla.
Essa è idonea, però, anche per l'applicazione di altre sostanze, quali coloranti, amidi,
additivi idrorepellenti o patine pigmentate a basso secco. Di solito, la size-press è
posizionata nell'ultimo terzo della seccheria, dove il nastro di carta ha un secco del 95%
circa. Dal punto di vista costruttivo si distinguono la size-press verticale, con la direzione
della carta in orizzontale, e quella orizzontale, con la direzione della carta
perpendicolare.
Nella size-press verticale, la patina viene spruzzata sui due cilindri, spesso anche
sullo stesso nastro di carta. La patina in eccesso defluisce lateralmente, viene raccolta in
una vasca e riciclata.
Nella size-press orizzontale, il deposito della patina avviene per mezzo di una
vaschetta, formata dai cilindri e alimentata dagli spruzzatori.
In corrispondenza della vaschetta, il nastro non è stabilizzato, e qui è da ricercarsi una
causa delle rotture. La patina eccedente straripa dalle aperture nelle protezioni laterali,
poste a copertura dei fianchi, e viene riciclata.
Con la size-press, l'applicazione, il dosaggio e la distribuzione della patina avvengono
contemporaneamente, nel punto di contatto dei cilindri. Le patine utilizzate sono a bassa
viscosità, ridotto contenuto in solidi e lievemente tissotropiche. Un criterio importante,
per l'applicazione con la pressa collante, è la bagnatura della superficie della carta.
Una nuova concezione della size-press si fonda su un predosaggio della patina per
mezzo di sistemi applicativi
II principio del predosaggio volumetrico rende possibile il deposito, sul cilindro, di
una colla o di una sospensione filmogena, senza formare la vaschetta sulla carta nel
punto di contatto della pressa; ciò comporta i seguenti vantaggi:
- velocità più elevate (> 1000 m/min);
- contenuto secco fino al 50%;
- minor frequenza di rotture (migliore macchinabilità) ;
- risparmio di energia di essiccamento per un più accurato dosaggio e per il maggior
contenuto secco;
- miglior profilo di umidità.
L'applicazione della patina con questi sistemi avviene mediante ugelli, che depositano
sulla carta una quantità di patina superiore al necessario. L'eccedenza fluisce da un bordo
e viene allontanata per mezzo di un canale di ritorno.
Il dosaggio volumetrico della patina viene fatta successivamente con il sistema
Rollflex. Questo consiste di una piattaforma di poliuretano, molto resistente al
logoramento, con un canale di lavaggio. Qui vi è una barretta Rollflex. Con questo nome
si intende sia una barra, avvolta da un filo metallico (diametro 0,1-0,5 mm), di spessore
variabile, sia una bacchetta con un profilo speciale.
Questo sistema viene spinto contro i cilindri della pressa collante, in modo che, in
funzione della profondità delle scanalature della barra Rollflex, della pressione e della
durezza dei cilindri, solo una definita quantità di patina può passare. Quanto più elevata
è la pressione o quanto minore è la durezza dei cilindri, tanto minore è la quantità depositata.
Un ulteriore vantaggio di questo dispositivo consiste in un film molto uniforme su
tutta la larghezza dell'applicazione; il suo spessore può essere influenzato mediante la
regolazione delle zone. Nel suo percorso questo film viene successivamente posto a
contatto con il supporto. Le condizioni di processo, nel caso di un'applicazione
appropriata, sono le stesse che si hanno con la pressa collante convenzionale, tranne
l'assenza della vaschetta e il conseguente minor tempo di contatto tra la patina e la carta.
Durante il tempo di contatto è di particolare importanza quanto liquido verrà applicato, e
cioè quanto ne rimane sul cilindro dopo la divisione del film.
Misurazioni hanno mostrato che, indipendentemente dalla concentrazione della patina
e dalla quantità di deposito, circa 2-4 ml/m2 di liquido non vengono trasferiti alla carta.
Questo significa che, con questo dispositivo di dosaggio, si possono regolare facilmente
le caratteristiche del manufatto. Per di più sono possibili variazioni nel diametro della
barretta Rollflex, nella pressione, nel contenuto secco della patina, come pure nel
dosaggio sulla larghezza dell'applicazione. Tutti questi fattori non possono essere presi
in considerazione in una pressa collante convenzionale.
I processi di patinatura a lama hanno assunto grande importanza in tempi
relativamente brevi, poiché si combina un semplice principio costruttivo con una elevata
velocità di patinatura (> 1000 m/min). Con questi sistemi vengono fabbricate prevalentemente carte patinate di massa, carte pregiate (patinate più volte) per stampe
artistiche, e anche cartoncini patinati.
Nella figura 4 è rappresentata una patinatrice fuori macchina per carte patinate LWC
sui due lati. Questa patinatrice veloce per carte leggere è dotata di due teste applicative
Short-Dwell-Time che richiedono solo minime resistenze meccaniche al nastro di carta,
molto sottile e leggero, per velocità di produzione di 1400-1500 m/min.
Nella figura 5 è rappresentato un impianto idoneo sia per una doppia patinatura su un
lato, per es. per carte da imballo, sia per la patinatura dei due lati, ciascuno con una sola
patina di un supporto (con o senza legno) di grammatura compresa tra 45 e 175 g/m2.
La velocità di lavorazione massima è di 700 m/min, per una larghezza di 3300 mm.
Come teste di patinatura ci sono due lame liscianti, ciascuna con un cilindro applicatore.
Il deposito è di 4-30 g/m2 per lato con una patina al 60% di solidi. L'essiccamento
principale avviene con due essiccatori pensili, mentre il post-essiccamento si avvale di
quattro cilindri essiccatori per lato, con un diametro di 1500 mm.
4. FATTORI INFLUENTI SULLE PROPRIETA’
DELLE CARTE PATINATE
Con l’applicazione della patina, in interazione con la calandratura, vengono conferiti,
il liscio, la compattezza superficiale, la sufficiente copertura e l'opacità; in questa parte
della patinatrice è da ricercare la causa delle righe della lama.
L'essiccamento della patina produce i suoi effetti decisivi nella distribuzione del
legante nella patina. Nella applicazione di una patina sulla superfìcie della carta ha luogo
in un primo tempo un effetto di penetrazione; la componente liquida della patina (acqua
e legante) penetra, più o meno profondamente nella carta, in funzione del contenuto
solido.
Si ha pertanto un impoverimento del legante sulla superfìcie. Se il supporto,
complessivamente o localmente, è troppo assorbente in rapporto alla ritenzione d'acqua
della patina, troppo legante può trasferirsi nel supporto stesso; in questo modo, le
particelle di pigmento sulla superfìcie della patina non risultano sufficientemente legate.
Ciò può portare al cosiddetto strappo durante la stampa, cioè la carta può persino
sfarinare in condizioni estreme. Con il successivo essiccamento della patina, avviene un
movimento in senso contrario, del legante e dell'acqua, verso la superficie, con il risultato di un arricchimento di legante sulla superfìcie ; ciò si definisce migrazione. Una
migrazione troppo accentuata peggiora l'adesione della patina alla carta, cosa che può
portare al distacco della patina durante la stampa.
Inoltre, con determinati tipi di legante si può avere una formazione di film dì legante
sulla superfìcie della patina, con conseguenti problemi di stampabilità, quali ad esempio
il "mottling" o il "blistering". Con la parola "mottling" si intende una stampa macchiata e
disuniforme per irregolare assorbenza dell'inchiostro. Con la parola "blistering" si
intende la formazione di bolle durante l'essiccamento degli inchiostri; poiché le elevate
temperature richieste dalla macchina da stampa provocano la rapida vaporizzazione
dell'acqua contenuta all'interno della carta e la conseguente distruzione della struttura
della carta. Si devono pertanto coordinare accuratamente, la velocità della patinatrice,
l'assorbenza del supporto, la ritenzione d'acqua della patina e la conduzione dell'essiccamento.
Il contenuto secco di una patina deve essere scelto il più elevato possibile soprattutto
per i seguenti motivi :
- risparmio di energia di essiccamento che può condurre a risparmio di costi di
produzione oppure, nel caso in cui gli altri parametri del sistema lo permettano, ad un
aumento della velocità di produzione;
- la patina copre meglio la superfìcie del supporto e migra meno nella carta (migliore
"Holdout" della patina). Ciò determina una migliore qualità (opacità, voluminosità della
patina ecc.) e può comportare eventualmente anche un risparmio di patina.
Lo scopo della calandratura delle carte patinate è il miglioramento della stampabilità
mediante l'incremento del liscio e del lucido, possibilmente con una modesta
diminuzione del volume, della resistenza e delle caratteristiche di elasticità degli articoli
patinati.
5. IMPORTANZA ECONOMICA ED ESEMPIO DI
CARTE LWC PER ROTOCALCO
Nell'Europa occidentale vengono fabbricate annualmente ca. 1,6 milioni di tonnellate
di carta LWC rotocalco. Si tratta di una carta con legno, di bassa grammatura, con una
patina di peso ridotto sui due lati, idonea per processi di stampa rotocalco.
Con questo sistema di stampa, i cui articoli hanno una quota di mercato del 19%
circa, (i processi di stampa offset sono al 55% con tendenza all'aumento, mentre i
processi di stampa tipografica sono al 26% con tendenza alla diminuzione) vengono
stampate in quadricomia riviste illustrate, cataloghi per corrispondenza e allegati
pubblicitari dei quotidiani. Decisivo per la qualità di stampa, è che tutti i punti siano
possibilmente stampati completamente. I punti non stampati, i cosiddetti "punti
mancanti", rendono l'immagine "sgranata", "irregolare" oppure "macchiata".
Le dispersioni polimeriche permettono una buona e costante bagnabilità di tutta la
superfìcie della patina, con l'inchiostro rotocalco. Perciò, esse vengono impiegate
nell'Europa occidentale come legante unico, cioè lo sviluppo della carta LWC per rotocalco e la sua particolare buona stampabilità è fortemente dipendente dal legante
polimerico in dispersione. Gli attuali tassi di incremento della produzione di carte LWC
per rotocalco in Europa occidentale e l'esportazione di tecnologia in altri stati, documentano la superiorità tecnico-economica di questa impostazione.
Inoltre, negli ultimi vent'anni si è riusciti a ridurre, di ca. il 30%, la grammatura della
carta, LWC per rotocalco - partendo da 60 g/m2 - senza perdite di qualità; per unità di
superfìcie della carta si impiega ca. il 30% in meno di materie prime. Il deposito di
patina per lato è già oggi a soli 5 g/m2 e il contenuto normale di legante della patina è il
4-5%, rispetto al 6-7% di vent'anni fa.
Questo è stato anche possibile, poiché l'inchiostro da stampa rotocalco è molto fluido;
di conseguenza, la patina viene sottoposta solo a modeste sollecitazioni meccaniche nella
macchina da stampa. Ma anche il rapporto di prezzo (da 1:6 a 1:12) fra il costo del
pigmento e quello del legante sintetico stimola una economica relazione con la
dispersione polimerica, quale legante per la patina.
Un'altra importante premessa per il successo della carta LWC, è lo sviluppo della
tecnologia (meccanica, strumentale e di automazione), che si riversa nella struttura dei
costi delle patine LWC, e nella produzione di impianti di patinatura.
Nella figura 6 viene riportato un esempio dì struttura dei costi per la patinatura di una
carta LWC per rotocalco.
Degno di nota è che ca. il 70% dei costi (1,5 centesimi di DM/m2), è attribuito
all'approntamento della patina. Un ulteriore 13% sono i costi energetici, e solo il 17%
concerne le retribuzioni, le manutenzioni e il capitale.

2.4 livellamento della patina

Transcript

Documenti analoghi

Pittura materica

Lattonerie di qualità RHEINZINK

prePATINA graphite- grey - Scuro. Resistente. Sostenibile.

scheda tecnica

Le grondaie con elevate lunghezze

Design superfici RHEINZINK: Perforazione e bugnatura

PATINA BIANCA DELLE MELE -

deck.reset - Eternal Parquet

DC 12/13:tessuto in fibra di vetro con rivestimento opaco , patina

Le monete di bronzo del Mondo Greco