Il legno è formato indicativamente da:
- Cellulosa (circa 45%)
- Emicellulosa (circa 30%)
- Lignina (circa 20%)
- Estraibili vari: terpeni, resine, acidi grassi (circa 5%).
Cellulosa ed emicellulosa costituiscono le fibre del legno, mentre la lignina è l'interfibra che le tiene unite. All’inizio si creavano i fogli manualmente, poi furono sviluppate macchine per la produzione in continuo della carta. Inizialmente si trattava di fabbriche che utilizzavano il processo completo dal taglio degli alberi fino alla carta (in bobina). Il materiale più comunemente usato è la polpa di legno o di cellulosa, solitamente legno tenero come per esempio l'abete o il pioppo, ma si possono utilizzare anche altre fibre come cotone, lino, canapa e carta riciclata.
I principali stadi per fabbricare la carta sono:
1 - Spappolamento
Il legno viene scortecciato e ridotto in chips, successivamente si formano delle paste rompendo in vari modi il legame della lignina. La materia prima è trasformata in polpa, una miscela concentrata di fibre in sospensione nel liquido. La separazione delle fibre avviene con metodi sia fisici (sbattimento, calore) che chimici (alcali). Poiché le fibre derivano da fonti naturali, sono necessari diversi passaggi di separazione e lavaggio, quindi candeggio o tintura per alterarne l'aspetto fino ad ottenere quello del prodotto finale.
Paste chimiche (processo Kraft)
La lignina viene sfibrata chimicamente (con soda caustica e solfuro di sodio) e selettivamente, lasciando intatte le fibre di cellulosa: si ottiene una pasta marrone che richiede molti sbiancanti, ma la carta finale è molto resistente (kraft, che in tedesco significa forte). Il processo ha degli svantaggi ambientali (lo zolfo genera odore di uova marce, e ci sono molti scarti acquosi) e di resa (solo il 50% del legno viene trasformato in pasta, anche se molti scarti vengono bruciati e l’energia recuperata).
Paste meccaniche (groundwood pulping)
La lignina viene sfibrata con uno sminuzzamento meccanico (grinding) e le fibre cellulosiche vengono liberate ma anche parzialmente danneggiate: la carta prodotta è meno resistente e viene generalmente usata per carta da giornale, etc… Il processo ha dei vantaggi di resa (il 95% del legno viene trasformato in pasta), ma richiede molta energia meccanica.
Paste semichimiche (CTMP)
Il processo di formazione della pasta è intermedio: il legno viene trattato chimicamente e successivamente viene trattato con vapore e meccanicamente (Chemo Thermo Mechanical Pulping). La carta prodotta è più forte di quella ottenuta da paste meccaniche e può essere utilizzata per produrre carte patinate.
Le paste vengono sbiancate in genere con cloro o biossido di cloro. Sistemi a minore impatto ambientale utilizzano ossigeno e idrogeno perossido.
Alla fine si ottiene una pasta che consiste in una sospensione di fibre epurate. Da qui si produce balle di cellulosa (che saranno poi utilizzate come materie prime dalle cartiere, necessitando quindi di essere di nuovo miscelate in pulper) o si passa direttamente alla formazione dei fogli.
3 - Formazione del foglio e pressatura
Anticamente la polpa preparata sottoponendo a lisciviazione stracci di lino e cotone era diluita con acqua fino ad ottenere una poltiglia leggera. In questa sospensione era immersa la "forma", una sorta di setaccio, su cui si depositava un intreccio di fibre. In questa fase si poteva formare una filigrana quando sulla "forma" erano agganciati fili metallici opportunamente sagomati che impedivano il depositarsi uniforme della polpa generando così un'immagine visibile contro luce. A questo punto la carta era già pronta e doveva essere soltanto pressata ed essiccata.
Nelle moderne cartiere in continuo si procede facendo drenare la soluzione di cellulosa dalla cassa di flusso (circa al 3% di cellulosa come residuo secco) attraverso una fessura larga quanto la macchina su una tela che scorre in continuo: le fibre si concentrano e si compattano (allineandosi preferenzialmente in senso macchina) formando il foglio iniziale (ca. 80% acqua). La velocità della tela in rapporto alla velocità di deflusso delle fibre dalla cassa di flusso determinano la "quadratura" della carta, cioè l'orientamento delle fibre e quindi le resistenze meccaniche trasversali e longitudinali. Segue la pressatura che viene eseguita in continuo nella seccheria con dei rulli dotati di feltri: le fibre si compattano maggiormente ed il foglio subisce una laminazione perdendo ancora acqua e arrivando ad una concentrazione del 3-4%. Da qui nascono i termini "lato feltro" e "lato tela" della carta.
4 - Trattamenti superficiali
La carta grezza ottenuta pressando la polpa è piuttosto assorbente e non presenta una superficie adatta per la scrittura o per altre applicazioni come la stampa.
Per ottenere quindi le proprietà desiderate, vengono utilizzati degli additivi che vengono applicati come rivestimento sulla superficie, formando la patina.
Gli agenti patinanti sono di solito polimeri studiati per ottenere una migliore superficie su cui scrivere. Sono impiegati l'amido, il Poliacetato di vinile (PVA) e molti altri prodotti per realizzare tipi diversi di carta. La patinatura può anche migliorare la superficie lisciandola. La matrice di fibra è rugosa e per renderla liscia si utilizza spesso il caolino. La carta patinata delle riviste per esempio, è ottenuta in questo modo. L'aspetto lucido è aggiunto successivamente alla stampa, applicando uno strato trasparente sulla pagina stampata.
Seguendo il percorso della carta in una macchina di cartiera vengono applicati dunque dei "primer" per modificarne le caratteristiche superficiali (sizing). Generalmente si applicano soluzioni di alcol polivinilico e carbossimetilcellulosa, oppure una soluzione con le cariche per le carte patinate.
Essiccamento
La carta in genere esce dal trattamento di sizing con un’alta umidità. Infine il foglio viene essiccato passando ancora per una seccheria e poi calandrandolo attraverso uno o più rulli riscaldati (generalmente in acciaio) che impartiscono un certa pressione al foglio rendendolo relativamente liscio dalla parte della calandra (carta monolucida).
Fonte: wikipedia.org
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