Produzione

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 a seconda degli usi si possono utilizzare anche altre fibre come cotone, lino e canapa, oltre che, ovviamente, carta riciclata.

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.

Agli albori dell'industria cartaria 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).
Oggi la maggior parte delle industrie utilizza come materia prima polpa di cellulosa prodotta altrove (ed eventualmente carta di riciclo). 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.

Vi sono moltissime tipologie di carta, tra quelle di maggior uso abbiamo Carta, Cartoncino, Cartone, Cartone ondulato, Carta velina, Carta crespa, Carta igienica, Carta da parati, Carta carbone, Carta gommata, Carta adesiva, Carta patinata, Carta chimica, Carta termica, Carta da forno, Carta siliconata, Carta lucida, solo per citarne alcune.

I sistemi produttivi impiegati per l'utilizzo della carta

In sintesi il processo di fabbricazione consiste in vari stadi che portano alla formazione della carta a partire dal legno.
I principali stadi sono:

- Preparazione delle fibre: spappolamento
- Sbiancamento
- Formazione del foglio e pressatura
- Trattamenti superficiali vari
- Essiccamento

Preparazione delle fibre: spappolamento
Considerando il processo partendo dal legno, in questa fase il legno viene scortecciato e ridotto in chip, 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 viene recuperata).

Paste meccaniche e termomeccaniche (groundwood pulping e thermo mechanical pulp)
La lignina viene sfibrata con uno sminuzzamento esclusivamente meccanico (grinding), o termo-meccanico, e le fibre cellulosiche vengono liberate ma anche parzialmente danneggiate, e senza la completa separazione delle fibre, che possono rimanere raggruppate in mazzetti isolati. La polpa è molto impura, con la conservazione di tutte le sostanze insolubili del legno, comprese quelle incrostanti: le fibre poco raffinate rendono la carta così prodotta meno resistente alle sollecitazioni meccaniche, vista la difficoltà delle fibre a formare ponti idrogeno; inoltre, a causa dell'elevato residuo in lignina, il prodotto finale esibisce scarsa stabilità alla luce, con conseguente tendenza al facile ingiallimento. Il processo ha dei vantaggi di resa (il 95% del legno viene trasformato in pasta), ma richiede molta energia meccanica, anche se la pasta meccanica prodotta è più economica di quella chimica. Per queste sue caratteristiche, essa è generalmente usata in tutte quelle applicazioni in cui non è richiesta grande resistenza meccanica né fotostabilità: carta da giornale, elenchi telefonici ecc…

Paste semichimiche (CTMP)
Il processo di formazione della pasta è intermedio: il legno viene trattato chimicamente (con processi più blandi) e trattato successivamente con vapore e meccanicamente (Chemo Thermo Mechanical Pulping). Il trattamento separa buona parte delle fibre, ma la purificazione è solo parziale, in dipendenza dalla durata e dell'intensità.
La carta prodotta è più forte di quella ottenuta da paste meccaniche e intermedia rispetto a quella prodotta con paste chimiche. Essa può essere utilizzata per produrre carte patinate.

Preparazione delle fibre: sbiancamento
Le paste vengono sbiancate in genere con cloro o biossido di cloro. Sistemi a minore impatto ambientale utilizzano ossigeno e idrogeno perossido. Il pH finale della carta normalmente varia da 4 a 7. In genere la carta non sbiancata è chiamata "unbleached" (lett. non sbiancata) mentre quella sbiancata e poi ricolorata (di marroncino) viene detta "avana".
Dopo questi trattamenti si è ottenuta una pasta che consiste in una sospensione di fibre epurate. Da qui si possono produrre 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.

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.

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 (o ad esempio la siliconatura per le etichette autoadesive). Per questo motivo viene utilizzata un'ampia gamma di additivi per ottenere le proprietà desiderate. Questi 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 (per esempio delle copertine delle riviste) è aggiunto successivamente alla stampa, applicando uno strato trasparente (come uno smalto) sulla pagina stampata, e non è quindi una caratteristica originale della carta. Altri additivi vengono aggiunti per migliorare altre caratteristiche specifiche della carta, a seconda delle applicazioni. 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 alcool 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'umidità ancora alta. Il foglio viene quindi essiccato facendolo passare ancora per una seccheria e poi calandrandolo attraverso uno o più rulli riscaldati (generalmente in acciaio) che impartiscono una certa pressione al foglio, rendendolo relativamente liscio dalla parte a contatto con i cilindri (carta calandrata).

Altri trattamenti
A seconda dei tipi di carta e delle applicazione la carta può essere ulteriormente lavorata (sia in-line, ovvero in un unico processo, che in un processo separato off-line). Ad esempio per produrre le carte glassine si utilizzano delle supercalandre che comprimono e scaldano la carta fino a sminuzzare le fibre, diminuendo lo spessore del foglio, aumentando il liscio: la carta acquisisce un aspetto traslucido (da cui il nome glassine che in lingua francese richiama la trasparenza del vetro).

Le Applicazioni Tipiche Della Carta

La carta ha moltissime applicazioni, tra le quali possiamo ricordare:

- la scrittura: è l'applicazione principale della carta. Il foglio di carta diventa giornali, riviste, libri,quaderni, documenti per memorizzare
  informazioni o per comunicare. La carta può così assumere un valore per ciò che contiene, si pensi a banconote, assegni, biglietti, 
  ricevute, titoli, ecc.

- l'imballaggio: sacchi e sacchetti per alimenti o altri prodotti, buste, fogli per avvolgere, incarti per caramelle, bustine per prodotti
  farmaceutici, carte da regali.

- la pulizia e l'igiene: carta igienica, fazzoletti, tovaglioli, carta da cucina ecc.

- la costruzione di oggetti: l'aeroplanino di carta, il ventaglio di carta, il papier-mâché, l'origami, il kirigami, il vetrage, ecc.

- altre applicazioni: carte da parati, etichette, carte gommate, carte bituminate, carte abrasive.