ITVI20070005A1 - Metodo per la fabbricazione della carta, cartoncino e cartone dematerializzati e compound realizzati con tale metodo - Google Patents

Metodo per la fabbricazione della carta, cartoncino e cartone dematerializzati e compound realizzati con tale metodo Download PDF

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Description

Descrizione del brevetto per invenzione industriale avente titolo: "METODO PER LA FABBRICAZIONE DELLA CARTA, CARTONCINO E CARTONE DEMATERIALIZZATI E COMPOUND REALIZZATI CON TALE METODO”.
DESCRIZIONE
La presente invenzione è relativa ad un metodo per la preparazione di compound per la fabbricazione della carta o del cartone o del cartoncino prodotti sia in macchina continua su scala industriale sia a mano, secondo le normali tecniche artigianali.
La presente invenzione è altresì relativa a compunds realizzati con il suddetto metodo.
Come noto, la carta normalmente prodotta sia in macchina continua sia artigianalmente è costituita da materie prime fibrose, generalmente vegetali, unite per feltrazione ed essiccate.
Il materiale più comunemente usato per la fabbricazione della carta è costituito da fibre cellulosiche ottenute da alberi o da vegetali in genere.
La carta grezza viene poi rivestita sulla superficie utilizzando una gamma di additivi che formano una patina. Gli agenti patinanti sono generalmente l’amido, il poliacetato di vinile (PVA) e molti altri prodotti atti a realizzare diversi tipi di carta.
La carta così ottenuta presenta tuttavia alcuni inconvenienti. Un inconveniente è dovuto al fatto che la carta prodotta normalmente, quando è voluminosa, ha anche un peso notevole ed è difficile da trasportare.
Da ciò deriva il peso eccessivo dei libri, ad esempio quelli scolastici, il che può provocare danni in particolare alla colonna vertebrale quando vengono inseriti dentro gli zaini e caricati sulla schiena.
Allo stesso modo, anche i documenti archiviati in borse o cartelline risultano di peso notevole se voluminosi.
Un ulteriore inconveniente è dovuto al fatto che i costi della produzione della carta comportano un utilizzo rilevante delle fibre cellulosiche impiegate, degli alberi abbattuti e dell'energia impiegata per produrle.
Scopo della presente invenzione è realizzare un compound per la fabbricazione di carta e/o cartone e/o cartoncino che, a parità di volume prodotto, ne diminuisca sensibilmente il peso per l’utente e che, di conseguenza, ne agevoli il trasporto.
Ulteriore scopo della presente invenzione è realizzare un compound che risolva il problema di eventuali danni alla colonna vertebrale dovuti all’eccessivo peso trasportato.
Non ultimo scopo della presente invenzione è realizzare un compound che, a parità di volume di carta e/o cartone e/o cartoncino prodotto, consenta la riduzione della quantità di fibre cellulosiche impiegate nella produzione della carta.
I suddetti scopi sono raggiunti dalla presente invenzione la quale protegge un compound per la fabbricazione della carta o del cartone, i cui insegnamenti principali sono in accordo con quanto espresso nella prima rivendicazione, nonché ad un metodo per la produzione del suddetto compound.
Vantaggiosamente il compound secondo l’invenzione consente la riduzione del peso specifico apparente della carta per fotocopie o da stampa da 1 ,0 ad almeno 0,5.
Ancora vantaggiosamente il compound secondo l’invenzione consente la riciclabilità della carta senza la necessità di procedere ad alcuna separazione del materiale con cui viene fabbricata.
Ancora vantaggiosamente il compound secondo l'invenzione consente la fabbricazione di carte e cartoni con una maggiore elasticità e flessibilità delle carte e dei cartoni di tipo noto.
Secondo la presente invenzione, la produzione di carte e cartoni si ottiene impiegando fibre cellulosiche vergini e/o provenienti dal riciclo pre o post consumo, anche se addizionate degli opportuni ausiliari quali i collanti, le cariche minerali, gli amidi ed i filmogeni, in combinazione con una dispersione acquosa di sostanze espandibili termicamente generanti microbolle chiuse.
Le microbolle espandibili termicamente, per esercitare nei modo più opportuno la loro funzione di espandenti del pannello cartaceo, sono aggiunte alla sospensione fibrosa (cioè all’impasto cartario) prima dell'addizione degli opportuni coesionanti. L’amido cationico in soluzione è risultato essere particolarmente idoneo ed efficace.
L'amido cationico in soluzione è stato qui normalmente impiegato prima della formazione del pannello fibroso che avviene sulla tela di formazione della carta,
Le particelle di dispersione espandibili termicamente, ben ancorate al contesto degli elementi costitutivi del pannello cartaceo, sono state fatte lievitare simultaneamente all’atto di essiccazione del foglio di carta e/o cartone.
Per sviluppare al meglio la funzione espandente in carta, è necessario che la temperatura dei cilindri essiccatori (o della piastra essiccante, se trattasi di carta fabbricata a mano) superi i 110°C e che il tempo di contatto a queste temperature del pannello cartaceo in cui si vanno formando anche i legami cellulosici sia sufficiente a permettere l’essiccazione del foglio ad almeno Γ 88 % di secco.
Di seguito verranno esposti alcuni esempi di formulazione del compound secondo l'invenzione, dati a titolo indicativo, ma non limitativo.
ESEMPIO N. 1
Qui la carta viene prodotta tramite l’utilizzo di 4% di polimero sottoforma di microsfere termoplastiche espandibili con gas al proprio interno, prodotte da Akzo Nobel, commercializzate con il marchio Expancell<®>.
In questo caso, 20 kg di una dispersione di Expancell<®>sono stati addizionati ad una dispersione acquosa avente una concentrazione al secco normalmente compresa tra lo 0,4% e il 7%, costituita da 100 kg di cellulosa bianchita ottenuta da abete, da 280 kg di cellulosa bianchita ottenuta da eucalyptus e da 50 kg di carbonato di calcio micronizzato, A quest'impasto si sono aggiunti 35 kg di una dispersione acquosa di collante sintetico dichetenico.
Questo tipo di collante rende la carta adatta alla scrittura con inchiostri acquosi.
A questo impasto mantenuto sempre sotto blanda agitazione vengono aggiunti 7,5 kg al secco di soluzione di amido cationico, con il fine sia di ottenere una buona ritenzione sia di aumentare il numero di contatti di legame tra fibre, ausiliari e bolle espandibili.
Al fine di migliorare le caratteristiche di resistenza superficiale del pannello cartaceo, la carta è stata impregnata in size press (cioè la pressa collante della macchina continua per carta) con una soluzione di amido di mais al 3% di secco.
La velocità di produzione del nastro di carta è stata di 50 m/minuto.
I cilindri essiccatori coincidenti con i punti di formazione dei legami cellulosici sono stati regolati tra i 1 15°C e i 125°C. Si stima che un libro stampato con questa carta, a parità di formato e di numero di pagine e di spessore, presenti il 19% di peso in meno.
La composizione dell'impasto è riportata nella Tabella 1 , mentre le caratteristiche della carta prodotta sono riportate nella Tabella 2.
ESEMPIO N. 2
Qui la carta viene prodotta tramite l’utilizzo di 10% di Expancell<®>.
50 kg di dispersione di Expancell<®>sono stati addizionati ad una dispersione acquosa costituita da 90 kg di cellulosa bianchita ottenuta da abete, da 270 kg di cellulosa bianchita ottenuta da eucalyptus e da 40 kg di carbonato di calcio micronizzato.
Dopo omogeneizzazione, ottenuta per blanda agitazione dell'impasto cartario, si sono aggiunti 35 kg di una dispersione acquosa di collante sintetico dichetenico, il quale rende la carta adatta alla scrittura con inchiostri acquosi. A questo impasto, mantenuto sempre sotto blanda agitazione, si sono aggiunti 7,5 kg al secco di soluzione di amido cationico, al fine sia di ottenere una buona ritenzione sia di aumentare il numero di contatti di legame tra fibre e fibrille cellulosiche, ausiliari e bolle espandibili.
Nella fase di essiccazione e lievitazione del pannello cartaceo i cilindri essiccatori coincidenti con i punti di formazione dei legami cellulosici sono stati regolati tra i 1 15°C e i 125°C.
Al fine di migliorare le caratteristiche di resistenza superficiale del pannello cartaceo, la carta è stata impregnata in size press (la pressa collante della macchina continua per carta) con una soluzione di amido a! mais al 3,5% di secco.
La velocità di produzione del nastro di carta è stata di 50 m/minuto.
Un libro stampato con questo tipo di carta ha, a parità di formato e di numero di pagine e di spessore, un peso del 35% inferiore alla carta di riferimento.
La composizione dell’impasto è riportata nella Tabella 1 , mentre le caratteristiche della carta prodotta sono riportate nella Tabella 2.
ESEMPIO N. 3
Qui la carta viene prodotta tramite l’utilizzo di 20 % di Expancell<®>.
Sono stati utilizzati 100 kg di dispersione di Expancell<®>costituita da particelle aventi un diametro medio di pochi micron.
La dispersione di Expancell<®>è stata addizionata ad una dispersione acquosa costituita da 90 kg di cellulosa bianchita ottenuta da abete, da 240 kg di cellulosa bianchita ottenuta da eucalyptus e da 30 kg di carbonato di calcio micronizzato. A quest’impasto si sono aggiunti 30 kg di dispersione acquosa di collante sintetico dichetenico, che rende la carta adatta alla scrittura con inchiostri acquosi. A quest’impasto, mantenuto sempre sotto blanda agitazione, si sono aggiunti 7,5 kg al secco di soluzione di amido cationico, con il fine sia di ottenere una buona ritenzione sia di aumentare il numero di contatti tra fibre, ausiliari e bolle espandibili, in particolare nella fase di essiccazione e lievitazione del pannello cartaceo.
La velocità di produzione del nastro di carta è stata di 50 m/minuto.
I cilindri essiccatori coincidenti con i punti di formazione dei legami cellulosici sono stati regolati tra i 115°C e i 125<D>C. Al fine di migliorare le caratteristiche di resistenza superficiale del pannello cartaceo, la carta è stata impregnata in size press (la pressa collante della macchina continua per la carta) con una soluzione di amido di mais al 4% di secco.
Un libro stampato con questo tipo di carta, a parità di formato e di numero di pagine, è risultato pesare il 49% in meno.
La composizione dell'impasto è riportata nella Tabella 1 , mentre le caratteristiche della carta prodotta sono riportate nella Tabella 2.
Tab.1 Costituzione degli impasti cartari industriali.
Tab. 2 Caratteristiche delle carte industriali
ESEMPIO N- 4
Qui l’impasto di cui all'Esempio 1 , addizionato di tutte le sue costituenti, è stato parzialmente utilizzato per produrre dei fogli di carta fatta a mano.
La sospensione fibrosa è stata portata alle normali concentrazioni di utilizzo, mantenuta sempre sotto blanda agitazione, filtrata su tela della forma a mano secondo le tradizionali tecniche di produzione, pressata e distaccata dalla rete di formazione trasferendola a normali feltri asciutti, pressata ad umido secondo la normale prassi.
Il pannello fibroso ha quindi assunto una consistenza tale da permettergli di essere agevolmente separato dagli assorbenti.
Nella carta tradizionale il pannello di carta o di cartone viene disteso e posto ad asciugare all'aria a temperatura ambiente.
In questo esempio e nei seguenti, al fine di permettere l'espansione termica degli aeriformi contenuti nelle particelle di Expancell e di ottenere sia la lievitazione del pannello fibroso sia un sufficiente coesionamento degli elementi costituenti il pannello cartaceo e dei legami relativi, i fogli di carta a mano ancora fortemente umidi (40-70% di acqua) sono stati trasferiti ad una piastra essiccante munita di un contro feltro esercitante una blandissima pressione regolata alla temperatura di 120°C.
In queste condizioni, in pochi minuti si sono ottenuti fogli cellulosici fatti a mano.
Le caratteristiche della carta prodotta sono riportate nella Tabella 3.
ESEMPIO N. 5
Anche in questo caso, come nell’Esempio 4, i fogli di carta a mano ancora fortemente umidi (40-70% di acqua) sono stati trasferiti ad una piastra essiccante munita di un contro-feltro esercitante una blandissima pressione regolata alla temperatura di 120°C.
Qui si sono realizzati fogli fatti a mano espansi con il campione di pasta dell’Esempio 2.
Le caratteristiche della carta prodotta sono riportate nella T abella 3.
ESEMPIO N . 6
Anche in questo caso, come negli Esempi 4 e 5, i fogli di carta a mano ancora fortemente umidi (40-70% di acqua) sono stati trasferiti ad una piastra essiccante munita di un contro-feltro esercitante una blandissima pressione regolata alla temperatura di 120°C.
Qui si sono realizzati fogli fatti a mano espansi con il campione di pasta dell'Esempio 3.
Le caratteristiche della carta prodotta sono riportate nella Tabella 3.
Tab. 3 Costituzione degli impasti cartari artigianali.
Tab. 4 Caratteristiche deile carte artigianali fatte a mano.
La carta ottenuta secondo gli esempi descritti ha un naturale e pregevole aspetto sia visivo sia tattile.
In alternativa all’Expancell<®>, potranno essere utilizzati altri prodotti per generare le microbolle quali l'Avancell<®>(copolimeri dell’acrilonitrile) e il Micropearl<®>(copolimeri del divinitilbenzene).
Come agenti colloidali possono essere utilizzati sia agenti cationici, sia agenti anionici, sia agenti non ionici da soli o in miscela tra di loro e/o in diversa frequenza temporale con colloidi e/o ritentivi e/o fissatori che contemporaneamente impartiscano al pannello cartario finito un notevole incremento delle caratteristiche fisico- meccaniche di carte e cartoni.
Un esempio di agente non ionico è il poliossipropilene il quale, grazie al suo elevato peso specifico, consente il risparmio di una notevole quantità di prodotto quando viene combinato con un agente cationico o anionico.

Claims (10)

  1. RIVENDICAZIONI 1 ) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone, caratterizzato dal fatto di comprendere una miscela di fibre di cellulosa e di sostanze termicamente espandibili atte a generare microbolle chiuse, in dispersione acquosa, in detta miscela essendo inoltre presenti sostanze addìtive come collanti, cariche minerali, amidi filmogeni.
  2. 2) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che dette sostanze termicamente espandibili comprendono almeno un polimero in una percentuale in peso compresa tra lo 0, 1 % e il 10%.
  3. 3) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che dette microbolle sono presenti in una dispersione acquosa in una percentuale compresa tra lo 0,5% e il 10% al secco.
  4. 4) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che dette microbolle sono particelle sferiche termoplastiche espandibili.
  5. 5) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 4), caratterizzato dal fatto che dette particelle sferiche termoplastiche sono il polimero Expancell<®>.
  6. 6) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 4), caratterizzato dal fatto che dette particelle sferiche termoplastiche sono il polimero Avancell<®>.
  7. 7) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 4), caratterizzato dal fatto che dette particelle sferiche termoplastiche sono il polimero Micropearl<®>.
  8. 8) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 1 ), caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende inoltre agenti colloidali coesionanti.
  9. 9) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 8), caratterizzato dal fatto che detti agenti colloidali sono agenti cationici.
  10. 10) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 8), caratterizzato dal fatto che detti agenti colloidali sono agenti anionici. 1 1 ) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 8), caratterizzato dal fatto che detti agenti colloidali sono agenti non ionici. 12) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 2), caratterizzato dal fatto che detto polimero di dette sostanze termicamente espandibili è polietilene. 13) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 2), caratterizzato dal fatto che detto polimero di dette sostanze termicamente espandibili è poliuretano. 14) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende componenti secondo la formulazione di cui all'Esempio 1 . 15) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 12), caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende componenti secondo la formulazione di cui all'Esempio 2. 16) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 12), caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende componenti secondo la formulazione di cui all’Esempio 3. 17) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 12), caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende componenti secondo la formulazione di cui all’Esempio 4. 18) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 12), caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende componenti secondo la formulazione di cui all’Esempio 5. 19) Compound per la fabbricazione della carta o del cartone secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 ) a 12), caratterizzato dal fatto che detta miscela comprende componenti secondo la formulazione di cui all’Esempio 6. 20) Metodo di fabbricazione di carta o di cartone a basso peso specifico, caratterizzato dal fatto di comprendere le seguenti fasi in sequenza: - realizzare un impasto di fibre di cellulosa in dispersione acquosa; - aggiungere sostanze polimeriche espandibili in forma di microbolle; procedere all’essiccazione dell’impasto in forma laminare applicando a detto impasto una temperatura atta a provocare l'espansione delle microbolle per un tempo sufficiente a permettere l’essiccazione del prodotto laminare oltre l'80-85% di secco. 21 ) Metodo per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 20), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi descritte nell’Esempio 1. 22) Metodo per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 20), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi descritte nell’Esempio 2. 23) Metodo per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 20), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi descritte nell’Esempio 3. 24) Metodo per la fabbricazione della carta O del cartone secondo la rivendicazione 20), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi descritte nell Esempio 4. 25) Metodo per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 20), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi descritte nell Esempio 5. 26) Metodo per la fabbricazione della carta o del cartone secondo la rivendicazione 20), caratterizzato dal fatto di comprendere le fasi descritte nell Esempio 6. Per incarico.
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