1.

Introduzione

Carta Materiale in forma di fogli sottili ottenuti dall'infeltrimento compatto di fibre cellulosiche vegetali. La carta è usata come supporto per la scrittura e per la stampa, come materiale da imballaggio e per una varietà di usi particolari, che vanno dal filtraggio di precipitati da soluzioni alla fabbricazione di alcuni tipi di materiali edili.

Nel XX secolo la carta ha assunto un ruolo di materiale di base, e proprio allo sviluppo di macchinari per la sua produzione su larga scala si deve in gran parte la crescita dell'alfabetizzazione e l'innalzamento del livello culturale della popolazione.

2.

Cenni storici

Secondo la tradizione, la carta fu prodotta per la prima volta nel 105 da Ts'ai Lun, un eunuco della corte cinese han dell'imperatore Ho Ti. Il materiale usato era probabilmente la corteccia dell'albero del gelso da carta (Brussonetia papyrifera), opportunamente trattata e filtrata in uno stampo di bastoncini di bambù. La più antica carta conosciuta di cui ci sia pervenuto un campione fu fabbricata con stracci intorno al 150. Per altri cinquecento anni circa, l'arte della fabbricazione della carta fu confinata in Cina, ma nel 610 fu introdotta in Giappone e, intorno al 750, nell'Asia centrale. La carta comparve in Egitto all'incirca nell'800, ma non fu fabbricata fino al 900 (vedi Papiro).

L'uso della carta fu introdotto in Europa dagli arabi, e la prima cartiera europea fu costruita in Spagna intorno al 1150. Nei secoli successivi l'arte si diffuse nella maggior parte dei paesi europei. L'introduzione del carattere tipografico mobile, alla metà circa del XV secolo, rese più facile la stampa dei libri e stimolò notevolmente la fabbricazione della carta.

Il consumo sempre maggiore di carta nel XVII e nel XVIII secolo portò a una penuria di stracci, a quel tempo l'unica materia prima soddisfacente conosciuta dai produttori europei, ma nessuno dei vari tentativi di trovare valide alternative ebbe successo. Nello stesso tempo, si cercò di ridurre il costo della carta, sviluppando una macchina che sostituisse il processo di produzione manuale.

La prima macchina fu costruita dall'inventore francese Nicholas-Louis Robert nel 1798. La macchina di Robert venne successivamente migliorata dai fratelli ed editori britannici Henry e Sealy Fourdrinier che, nel 1803, fabbricarono la prima delle macchine che avrebbero portato il loro nome. Il problema di fabbricare carta utilizzando una materia prima economica trovò soluzione intorno al 1840, con l'introduzione del processo di sfibratura del legno, che veniva così ridotto in pasta cellulosica, e, una decina d'anni più tardi, dei processi di produzione della pasta chimica.

Attualmente, gli Stati Uniti e il Canada sono i maggiori produttori mondiali di carta, pasta di legno e di prodotti della carta; una quantità considerevole di pasta di legno e di carta da giornale viene prodotta anche da Finlandia, Giappone e Svezia.

3.

Fabbricazione manuale della carta

Il processo di base della fabbricazione della carta non è cambiato in più di duemila anni. Si compone di due stadi: la macerazione della materia prima in acqua, per formare una sospensione di fibre singole, e la formazione di fogli di fibre infeltrite, ottenuta stendendo questa sospensione su una superficie porosa idonea, attraverso la quale può scolare l'acqua in eccesso.

Nella fabbricazione manuale, la materia prima (paglia, foglie, corteccia, stracci o altro materiale fibroso) viene posta in una tinozza e viene battuta con un pesante pestello o un martello per separare le fibre. Durante la prima parte di questa operazione, il materiale viene lavato con acqua corrente per rimuovere le impurità; quando le fibre sono state sufficientemente disgregate, vengono lasciate in sospensione, senza cambiare l'acqua della tinozza. A questo punto si forma una poltiglia semiliquida, chiamata mezza pasta, pronta per il processo di fabbricazione.

L'attrezzo più usato è la 'formetta', che può essere costituita da una rete metallica a piccole maglie quadrate oppure da un intreccio di fili metallici longitudinali distanziati e fili metallici trasversali, più sottili e più ravvicinati. La trama della formetta resta impressa sul foglio di carta finito.

La formetta viene inserita in un telaio di legno (la 'cornice') e immersa nella tinozza per prelevare la mezza pasta: estraendo dalla tinozza la formetta in posizione orizzontale, una parte di mezza pasta resta trattenuta dall'orlo della cornice. Alla formetta viene quindi impressa una serie di scuotimenti longitudinali e trasversali, che hanno lo scopo di distribuire uniformemente la poltiglia sulla sua superficie e di favorire l'intreccio fra fibre adiacenti. Durante lo scuotimento, la maggior parte dell'acqua cola attraverso le maglie della formetta, e si forma il foglio di carta; questo però è ancora troppo bagnato, e non ha la coesione sufficiente a consentire la rimozione della cornice: viene quindi lasciato scolare al fine di acquistare consistenza.

Dopo che la cornice è stata rimossa dalla formetta, questa viene capovolta con cautela su una lastra di feltro, in modo che il foglio di carta, ancora bagnato e pesante, si stacchi e si posi sul feltro. Sul foglio viene quindi posto un altro feltro, e su questo un altro foglio e così via. La pila formata da fogli di carta e feltri alternati viene sistemata in una pressa idraulica e sottoposta alla pressione di circa 100 tonnellate, in modo da espellere quasi tutta l'acqua rimasta nella carta. I fogli vengono quindi separati dai feltri, impilati e pressati più volte, modificandone ogni volta la posizione e l'ordine, per evitare stiramenti e distorsioni.

La fase finale della fabbricazione è l'asciugatura: i fogli, a gruppi di quattro o cinque, vengono accavallati su delle corde, in un apposito locale ben aerato e a temperatura controllata, finché l'umidità residua viene del tutto eliminata.

La carta destinata alla scrittura e alla stampa richiede un trattamento addizionale dopo l'asciugatura, per evitare che assorba troppo l'inchiostro. Il trattamento, detto di collatura, consiste nell'immersione dei fogli di carta in una soluzione di colla animale; successivamente i fogli vengono fatti essiccare e poi rifiniti mediante pressatura fra lastre metalliche o di cartone liscio. L'entità della pressione influisce sulla levigatezza della superficie della carta: i fogli pressati leggermente, per un tempo relativamente breve, risultano a grana grossa; quelli pressati con più forza e per un tempo relativamente lungo sono invece a grana fine.

4.

Fabbricazione a macchina

Sebbene il principio di base sia lo stesso, la fabbricazione a macchina della carta è molto più complessa di quella a mano. Il primo passo è la preparazione della materia prima. Oggi, più del 95% della carta è prodotto con cellulosa di legno; per i tipi più economici, come la carta da giornale, si usa solo pasta di legno meccanica, mentre per ottenere una qualità migliore si usa pasta di legno chimica o una miscela di pasta di legno e fibre di stracci; per le carte di qualità pregiata, invece, si impiegano solo fibre di stracci, specialmente di lino e di cotone. Per la produzione di carte comuni si fa sempre più importante il ricorso alla cartastraccia, cioè alla carta di ricupero, in genere miscelata con le altre materie prime ma non di rado usata da sola, per produrre la cosiddetta carta riciclata.

La preparazione della pasta di legno si esegue in due modi differenti. La pasta meccanica si ottiene sfibrando il legno, preparato in tronchi scortecciati o in tondelli, mediante pressione contro una mola cilindrica rotante ad alta velocità, in ambiente acquoso per evitare i danni che sarebbero prodotti dal calore di sfregamento. Le fibre risultanti sono corte e vengono usate da sole per produrre carta economica, oppure in miscela con altre fibre più pregiate per carte di qualità migliore. La pasta chimica si ottiene da legno ridotto in frammenti e trattato con solventi chimici, che rimuovono materiale resinoso e lignina, lasciando fibre di cellulosa pura. Il più antico dei processi con solvente chimico venne introdotto nel 1851, e fa uso di una soluzione di soda caustica: questo processo, tra l'altro, veniva impiegato per macerare la paglia dalla quale, in passato, si otteneva un tipo di carta gialla, scadente ma molto economica.

Gli stracci da cartiera vengono anzitutto puliti meccanicamente, per rimuovere lo sporco grossolano e altri corpi estranei; poi vengono cotti per diverse ore in autoclave ad alta pressione in una soluzione alcalina, che solubilizza i grassi e altre impurità, e quindi sfibrati e lavati con acqua in una macchina, detta 'battitore', dove subiscono anche una prima macerazione. La mezza pasta che ne risulta viene passata attraverso uno o più battitori secondari, che macerano ulteriormente le fibre. A questo punto vengono aggiunti il colorante, il collante e materiali inerti (carica), che hanno lo scopo di accrescere il peso e la consistenza della carta finita.

Attualmente, la maggior parte della carta viene fabbricata con macchine continue, derivate dalla macchina di Fourdrinier, sviluppate nei primi anni del XX secolo. Elemento fondamentale di queste macchine è la 'tela', un nastro di fitta rete metallica chiuso ad anello, sorretto da rulli nella sua parte inferiore, che scorre nella macchina orizzontalmente a velocità costante.

Sulla tela scende un flusso continuo di pasta acquosa, che proviene dalla 'cassa di afflusso' – un elemento posto all'estremità iniziale del percorso della tela – scorrendo entro un canale di gomma; a mano a mano che avanza, la pasta perde acqua attraverso le maglie della tela che la trasporta. L'asciugatura è accelerata dall'azione di pompe aspiranti poste sotto la tela, e da piccole oscillazioni trasversali della tela stessa, atte ad agevolare l'infeltrimento delle fibre. Mentre procede sostenuta dalla tela, la carta passa sotto un cilindro scorrevole (detto 'ballerino') che ne determina lo spessore.

In prossimità dell'estremità finale della macchina, la tela viene stretta fra due cilindri contrapposti ricoperti di feltro, che spremono ulteriormente l'acqua dal foglio e consolidano l'intreccio delle fibre, conferendo al foglio, ormai completamente formato, la resistenza sufficiente per fare a meno del supporto della tela; questa dunque può ritornare all'estremità di partenza, passando per la parte inferiore della macchina. La carta viene quindi trasferita su un nastro di panno e, sostenuta da questo, attraversa una coppia di cilindri lisci in metallo che, pressando le due facce del foglio, donano alla superficie della carta un aspetto liscio. Dopo quest'ultima pressione, il foglio è completamente formato: passa ancora attraverso una serie di cilindri riscaldati, che completano l'asciugatura, e poi attraverso cilindri freddi, che provvedono alla calandratura, ovvero all'ultima finitura superficiale. Alcune carte speciali subiscono un ulteriore trattamento di apprettatura con argilla o colla, e un'ulteriore calandratura. All'uscita dalla macchina, la carta si avvolge su una bobina, pronta per essere commercializzata per la stampa su macchine rotative, oppure tagliata in fogli di vario formato e commercializzata in risme. Le bobine per stampa su rotativa possono avere vari formati: la bobina tipica di carta da giornale è costituita da un foglio largo 168 cm, lungo 7925 m e pesa circa 725 kg.

5.

Carta di fibre sintetiche

Dalla metà degli anni Cinquanta, alcuni tipi speciali di carta sono prodotti a partire da fibre di nylon, dacron e orlon mescolate a pasta di legno, lavorate utilizzando i macchinari convenzionali (vedi Materie plastiche). Le carte ottenute con questo metodo hanno aspetti e caratteristiche vari, che vanno dalla carta ondulata a prodotti simili al tessuto. A causa delle sue singolari proprietà, la carta di fibre sintetiche ha applicazioni impensabili per la carta tradizionale: l'isolamento elettrico, la realizzazione di filtri per le apparecchiature ad aria condizionata, i nastri magnetici, i tessuti per scarpe e i materiali di imbottitura per abbigliamento.