Materie prime e additivi per la produzione della carta

Processo di fabbricazione della carta

Il processo di produzione della carta si compone di diverse fasi. Nella prima fase, avvengono la frammentazione e la purificazione della polpa, che può essere di origine primaria (legno) o secondaria (carta da macero). La principale fonte di fibre di cellulosa è il legno ottenuto nelle segherie sotto diverse forme, ad esempio tronchi, trucioli o segatura.

Nella fase successiva, il materiale fibroso viene ulteriormente lavorato, trasformandosi in polpa, che a sua volta viene trasformata in carta. La produzione di polpa può essere effettuata con metodi meccanici o chimici. Nel processo di polpaggio chimico, si utilizza solitamente una soluzione alcalina (ad esempio, idrossido di sodio sotto forma di liscivia o soda caustica ) per rimuovere la lignina che lega le fibre.

Anche l’utilizzo di antischiuma in ogni fase della produzione della carta è fondamentale. Le sostanze antischiuma vengono utilizzate nel processo di fabbricazione di tutti i tipi di prodotti cartacei. La schiuma si crea miscelando gas con polpa di cellulosa e viene trattenuta in essa grazie alla presenza di tensioattivi. I prodotti offerti dal Gruppo PCC possono essere utilizzati con successo per la rimozione della schiuma prodotta nelle fasi successive della produzione della carta. Tra questi, i copolimeri a blocchi EO/PO ( ROKAmer ) e una serie di alcoli grassi alcossilati ( ROKAnol LP ). La loro elevata efficacia nell’eliminazione della schiuma e nella prevenzione della sua formazione consente di migliorare l’efficienza delle fasi tecnologiche successive.

Metodi chimici di polpaggio

I processi di cellulosa chimica consistono principalmente nell’uso di vari reagenti chimici e calore per ammorbidire la lignina. Di conseguenza, questa viene disciolta e poi raffinata meccanicamente per separare le fibre. In pratica, vengono utilizzati due diversi processi di cellulosa chimica.

Il primo di questi è il processo di polpaggio Kraft , noto anche come processo al solfato. Attualmente è la tecnologia dominante: circa l’80 %della produzione mondiale di polpa viene lavorata con questo metodo. La polpa Kraft è diventata il metodo più comunemente utilizzato grazie a diversi fattori. Le fibre lavorate al solfato hanno una maggiore durabilità rispetto a quelle ottenute con altre tecnologie disponibili. Inoltre, può essere utilizzato per tutti i tipi di legno e il processo stesso consente un efficace recupero delle materie prime chimiche utilizzate.

Il processo kraft consiste nel combinare trucioli di legno con liscivia bianca (una soluzione acquosa di idrossido di sodio e solfuro di sodio). In condizioni di pressione e temperatura elevate, questa soluzione dissolve la lignina, rilasciando fibre cellulosiche. Dopo aver completato la reazione di digestione, si ottiene un liscivia nera e una polpa di cellulosa. La liscivia contiene sostanze organiche disciolte che vengono recuperate e possono essere riutilizzate nel processo chimico. La lignina viene rimossa dalla massa durante il processo di delignificazione con ossigeno (in presenza di ossigeno e idrossido di sodio). Il materiale così ottenuto viene sbiancato per ottenere le prestazioni appropriate, come resistenza, brillantezza e purezza del prodotto finale.

Il secondo processo di digestione chimica è il processo al solfito . Consiste nell’utilizzare una soluzione acquosa di anidride solforosa in presenza di alcali (ad esempio calcio, magnesio, sodio e ammonio). I prodotti ottenuti con questo processo sono più leggeri e facili da sbiancare, tuttavia hanno una resistenza molto inferiore rispetto alla polpa al solfato, più frequentemente utilizzata. Il processo al solfito richiede anche un’attenta selezione della materia prima legnosa: questo metodo è intollerante, ad esempio, al legno di pino. Il processo al solfito, rispetto alla polpa kraft, è più efficiente, produce meno gas sgradevoli e consente inoltre di ottenere una polpa molto leggera, facilmente lisciviabile. Purtroppo, a causa della minore qualità delle fibre, del maggiore consumo energetico e della bassa recuperabilità delle materie prime chimiche utilizzate nel processo, la tecnologia al solfito è stata sostituita dal processo kraft.

Metodi meccanici di spappolamento

La polpatura meccanica garantisce un’altissima resa in pasta di legno. I principali processi utilizzati su scala industriale sono la polpatura a pietra (SGW), la polpatura termomeccanica (TMP) e la polpatura chimico-termomeccanica (CTMP).

La polpa di legno macinata si ottiene mediante il processo di abrasione del legno sulla pietra a pressione atmosferica. Il legno (precedentemente scortecciato) viene ridotto in polpa utilizzando la pietra e poi lavato con acqua. La massa preparata viene essiccata in idrocicloni, da dove viene trasportata al compattatore. Nella fase successiva, la massa di legno densa viene trasportata alla vasca e l’acqua circolante (filtrato) viene riciclata alla cartiera. Durante la produzione di pasta di legno dal legno lavorato, vengono rilasciate sostanze resinose che si agglomerano facilmente e creano sedimenti sul macinatore o sulle pareti interne delle tubazioni. Spesso causano l’incrostazione della superficie della pietra, peggiorandone le proprietà abrasive. Per rimuovere questi cosiddetti "problemi di resina" vengono utilizzati vari agenti chimici. Gli agenti più comunemente utilizzati a questo scopo sono i disperdenti, progettati per disperdere i depositi che si formano, facilitandone la successiva rimozione. I prodotti delle serie ROKAcet e ROKAfenol sono eccellenti disperdenti dedicati all’industria della cellulosa e della carta. Oltre alle loro capacità disperdenti, questi prodotti possono agire come agenti detergenti, emulsionanti e antielettrostatici. I ROKAfenols sono perfetti per i processi di emulsione e rimozione delle macchie di pasta di carta e cellulosa. Mentre ROKAcet R40W è un prodotto con proprietà ammorbidenti che può essere utilizzato nell’industria tessile, conciaria e cartaria.

Il miglioramento del metodo SGW è la polpatura termomeccanica (TMP). Nel processo TMP, i trucioli di legno vengono inizialmente lavati per rimuovere sabbia, pietre e altre impurità dure, quindi riscaldati con vapore ad alta pressione e ulteriormente ridotti in poltiglia in un mulino a dischi. Nella fase successiva, la massa viene trasportata alla vasca, dove avviene il raddrizzamento e l’eliminazione della deformazione delle fibre. Infine, viene convogliata al serbatoio di stoccaggio. Per ridurre la quantità di resine nocive formate nel processo TMP, vengono utilizzate sostanze chimiche simili a quelle del processo SGW. La massa creata in questo modo viene spesso utilizzata per la produzione di carta da giornale.

Il processo CTMP combina il processo TMP con l’impregnazione chimica dei trucioli. Nella prima fase, i trucioli vengono lavati e setacciati, quindi impregnati. A seconda del tipo di legno, vengono utilizzate soluzioni chimiche appropriate. Il solfato di sodio viene solitamente utilizzato per il legno tenero, mentre i perossidi alcalini vengono solitamente selezionati per il legno duro. Una volta completato il processo di impregnazione, i trucioli vengono riscaldati e miscelati con acqua, che allenta i legami della lignina e rilascia le fibre. Il processo CTMP consente di ottenere una pasta pulita con sufficiente resistenza e proprietà ottiche appropriate. Il CTMP viene utilizzato principalmente per la produzione di componenti fibrosi della pasta di carta, che possono essere utilizzati per la produzione di carta da stampa e igienica.

Flottazione e sbiancamento

La fase successiva della lavorazione della pasta è la deinchiostrazione combinata con la rimozione meccanica delle impurità. Nella produzione della carta, il parametro più importante è il colore (il grado di bianco, nel caso della carta da stampa). Per questo motivo, la carta riciclata deve essere accuratamente pulita dall’inchiostro da stampa. La condizione fondamentale per la sua rimozione è il distacco delle particelle di colore dalle fibre e il loro mantenimento in uno stato di dispersione. Le particelle di inchiostro finemente suddivise vengono quindi separate dalla sospensione di fibre. Questo avviene solitamente sulla base delle differenze nelle proprietà fisiche dei materiali, come il peso specifico delle sostanze indesiderate rispetto alle fibre e all’acqua. Poiché le impurità più grandi, come parti metalliche (graffette), pietre e sabbia, vengono rimosse già nella fase di sfibratura, i processi di flottazione vengono molto spesso utilizzati per le impurità più fini.

Un processo aggiuntivo frequente è lo sbiancamento, utilizzato in prodotti che richiedono elevata purezza e in cui l’ingiallimento non è auspicabile (ad esempio, carta per scrittura e stampa). L’ipoclorito di sodio è una sostanza molto diffusa per lo sbiancamento. Può essere utilizzato anche per la produzione di carbossimetilcellulosa (CMC) dalla segatura. In questo processo vengono utilizzate anche soluzioni di idrossido di sodio eacido cloroacetico (MCAA) . Lo sbiancamento prevede l’uso di sostanze chimiche appropriate, aggiunte direttamente al disperdente per aumentare il grado di bianco della massa. Il tipo di fibre utilizzate e le proprietà finali desiderate del prodotto influenzano notevolmente il grado di sbiancamento della polpa. Le masse contenenti materiali ad alta densità sono difficili da sbiancare e richiedono dosi elevate di sostanze chimiche. Le acque reflue provenienti dagli impianti di sbiancamento prima del riciclo richiedono una serie di agenti chimici che mirano a ridurne la formazione di schiuma, la corrosività o la capacità di formare incrostazioni. I prodotti del Gruppo PCC, come ROKAmers , sono perfetti per l’uso in processi in cui si verifica la formazione di schiuma nelle acque reflue e tecnologiche. I prodotti ROKAmer sono copolimeri a blocchi di ossido di etilene e propilene. Questi prodotti riducono la tensione superficiale tra liquido e aria, migliorando al contempo il "drenaggio" della schiuma, che di fatto ne determina la riduzione.

Lavorazione finale della pasta di carta

Dopo i processi di dissoluzione, flottazione e sbiancamento, la polpa di cellulosa finita viene trasformata in pasta di carta, che viene poi utilizzata per la produzione di carta. Questo processo prevede diverse fasi:

1. miscelazione della polpa di cellulosa,
2. formazione di dispersione di polpa in acqua,
3. raffinazione,
4. introduzione delle aggiunte necessarie.

Gli additivi vengono utilizzati per produrre prodotti cartacei con proprietà speciali (le cosiddette carte speciali) o per migliorare il processo di produzione della carta. Gli additivi più comuni sono:

1. resine e cere per idrofobizzazione,
2. riempitivi, come ad esempio argille, talco e silice,
3. coloranti inorganici e organici,
4. composti inorganici che migliorano la struttura, la densità, la brillantezza e la qualità della stampa (ad esempio biossido di titanio, solfato di calcio e solfuro di zinco),
5. e) emulsionanti e detergenti. Il Gruppo PCC offre la serie di prodotti ROKAcet in grado di svolgere entrambe le funzioni. Grazie alla loro struttura, possono essere utilizzati anche nell’industria cartaria come agenti ammorbidenti e poco schiumogeni.

Nella fase finale, la massa viene trasformata in un prodotto cartaceo utilizzando macchinari speciali. Al termine del processo, la carta viene arrotolata per proteggerla da danni e sporco. Il laminato in carta PE è il più comunemente utilizzato per l’imballaggio della carta. Questo tipo di imballaggio offre un’ottima protezione contro danni meccanici, polvere e umidità. Il grande vantaggio di questo tipo di imballaggio è anche la sua completa riciclabilità.