Carta e legno
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 il 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.
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 ( per gli stessi scopi si
usava il 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.
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.
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.
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 ( cerca informazioni sulle 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.
Legno
Materiale
duro e resistente di origine vegetale, utilizzato come combustibile e come
materiale da costruzione.
In
botanica, il termine legno indica l'insieme dei tessuti vegetali che svolgono
funzioni di sostegno per la pianta e sono responsabili del trasporto della linfa
dalle radici alle foglie: esso comprende pertanto anche parti della pianta come
le venature delle foglie. Nel seguito, il legno sarà considerato,
nell'interpretazione più comune del termine, come la parte della pianta che
proviene dal tronco e che riveste importanza commerciale. Per informazioni dal
punto di vista botanico sulla struttura e la formazione del legno, si vedano le
voci albero, xilema e floema; per la crescita e la distribuzione, foresta; per
la lavorazione, falegnameria.
Venatura
e struttura
In
alcune varietà di legno sono molto visibili i caratteristici anelli stagionali.
Un albero, dopo aver raggiunto una certa altezza, si ingrossa soprattutto nel
tronco. La parte che cresce si chiama cambio e si forma annualmente tra il legno
e il libro, la membrana vicino alla corteccia. Negli alberi delle zone
temperate, il cambio nuovo cresce durante la primavera e l'estate, e solitamente
il primo legno è più poroso e quindi più chiaro di quello prodotto in
seguito.
Sebbene
lo strato sottile di cambio sia l'unica parte del tronco interessata alla
crescita attiva, le cellule vitali sono disseminate in tutto il tessuto. La
parte vegetale attiva, cellule, fibre e vasi del legno, è chiamata xilema.
Quando l'albero ha raggiunto una certa età, la parte centrale del fusto muore,
e i condotti si riempiono di gomma o resina, o semplicemente di aria; questa
parte centrale si chiama durame. Le modifiche che avvengono all'interno del
tronco sono accompagnate da variazioni di colore tipiche delle varie specie di
alberi, con il durame di solito più scuro dell'alburno, che rappresenta invece
la parte più giovane, con funzioni conduttrici.
Classificazione
A seconda dell'albero da cui vengono ottenuti, si distinguono legni forti
e duri,
legni dolci, legni fini e duri: legni forti e duri sono, ad esempio,
quelli di quercia, abete, frassino, platano; legni dolci sono pioppo, castagno,
betulla; sono invece legni fini e duri noce, ciliegio, olivo, ebano,
palissandro, mogano, teak. I tessuti duri presentano condotti lunghi e continui
lungo il tronco; al contrario, in quelli dolci, i fluidi vengono trasportati da
cellula a cellula. Molti legni teneri hanno i vasi conduttori della resina che
corrono paralleli alla venatura.
Il
grado di durezza considerato nella classificazione commerciale prescinde da
quella botanica, tanto che molti legni teneri sono in realtà più duri di
alcuni classificati come duri.
I
nodi sono zone del tronco in cui si è sviluppato l'inizio di un ramo. Quando il
legno viene segato, il nodo risulta evidente e si presenta come un'irregolarità
circolare nella struttura della venatura. Se un'asse proviene da un taglio
centrale, dove inizia il ramo, i cerchi sono continui con la venatura del legno
e formano un cosiddetto nodo di crescita; verso la superficie esterna, dove la
struttura dei condotti del tronco è cresciuta attorno al ramo, si produce
invece un nodo chiuso.
Durante
la stagionatura delle assi, i nodi si restringono più velocemente del resto del
legno, per cui un nodo chiuso può staccarsi dall'asse, e lasciare un buco. Un
nodo di crescita non può staccarsi, ma il legno circostante si deforma per il
restringimento diseguale, e l'asse può comunque risultare difettosa. Le
irregolarità circolari sono elementi di solito non desiderabili dal punto di
vista estetico, a prescindere dal loro effetto sulla resistenza del legno.
Tuttavia, in alcuni casi, ad esempio nel rivestimento di interni, alcuni legni
nodosi come il pino e l'abete sono apprezzati per il particolare disegno formato
dai nodi sulla venatura.
L'aspetto
del legno costituisce una delle proprietà più importanti quando viene
utilizzato per fabbricare mobili o rivestimenti. Alcuni legni, come il noce,
hanno lunghe venature parallele che, combinate con il bel colore e l'elevata
durezza, li rendono ideali per l'impiallacciatura. Le irregolarità della
venatura possono formare disegni piacevoli e il legno può essere tagliato in
modo da ottenere effetti particolari
Proprietà
fisiche
Le
principali proprietà fisiche del legno sono la resistenza, la durezza, la
rigidezza e la densità (che fornisce generalmente un'indicazione delle proprietà
meccaniche). La resistenza comprende un numero di caratteristiche eterogenee e
varia notevolmente con il grado di stagionatura o di umidità del legno e con la
direzione della venatura: il legno risulta sempre molto resistente se viene
tagliato lungo la venatura piuttosto che perpendicolarmente a essa. Il legno
possiede una grande resistenza alla compressione: in alcuni casi,
proporzionalmente al peso, è superiore a quella dell'acciaio; ha inoltre bassa
resistenza a trazione e una discreta resistenza al taglio.
Altre
proprietà meccaniche meno importanti possono essere fondamentali per
determinati usi; ad esempio, l'elasticità e la risonanza dell'abete rosso lo
rendono insostituibile per la cassa dei pianoforti.
Durata
Il
legno è certamente un materiale molto durevole: se non viene attaccato da
parassiti, può resistere centinaia o anche migliaia di anni. Oggetti di legno
usati dai romani sono stati ritrovati praticamente nel loro stato originario,
grazie a una serie di circostanze che li hanno protetti dall'azione degli agenti
esterni. I più importanti organismi che attaccano il legno sono particolari
funghi che provocano la cosiddetta carie del legno. Tra i legni più durevoli si
annoverano il noce, l'abete rosso, il cedro e il mogano. Alcune varietà
particolarmente resistenti ai tarli di mare vengono utilizzate nelle costruzioni
delle parti sommerse delle imbarcazioni e dei pontili. Vi sono poi legni
relativamente resistenti alle termiti, come l'abete rosso, il noce, il mogano e
vari tipi di cedro; in molti di questi casi, probabilmente, la resistenza è
dovuta alle resine o ad altre sostanze aromatiche.
Il
legno può essere conservato proteggendolo chimicamente contro il
deterioramento. Il trattamento più importante consiste nell'impregnazione con
creosoto o con cloruro di zinco, ma esistono nuovi prodotti chimici, in
particolare a base di composti di rame, che possono essere usati per questo
scopo. Apposite superfici di rivestimento, applicate con vari procedimenti,
possono proteggere dall'azione degli agenti atmosferici, ma non assicurano una
buona difesa contro insetti, funghi o tarli.
Stagionatura
Il
legno appena tagliato contiene una grande quantità di acqua, che può variare
da un terzo a più della metà del suo peso. L'essiccamento è detto
stagionatura e viene effettuato per numerose ragioni: il legno stagionato è
molto più resistente al deterioramento di quello fresco, è molto più leggero
e quindi diventa meno costoso effettuarne il trasporto e inoltre ha una resa di
combustione notevolmente superiore.
La
stagionatura può avvenire all'aria o in forno. La prima dura parecchi mesi,
mentre per la seconda sono sufficienti alcuni giorni; in entrambi i casi, il
legno deve essere accatastato con cura per evitarne la curvatura. Il grado di
essiccamento deve essere accuratamente controllato.
Compensato
Il
compensato è il più importante fra i semilavorati di legno, usato specialmente
nella produzione di mobili e di pannelli. È costituito da tre (più raramente
cinque) fogli sottili di legno, incollati uno sull'altro, con le fibre disposte perpendicolarmente in modo da irrobustire l'insieme: a parità di spessore, il
compensato è molto più resistente, e anche più flessibile, del legno
naturale. In genere, per risparmiare sul costo, lo strato interno, di spessore
maggiore, è di legno meno pregiato di quelli esterni, e anche di questi solo
uno è di prima qualità e perfettamente levigato. Così, ad esempio, il
compensato di faggio ha l'interno di abete, mentre il compensato di ebano ha
quasi sempre solo uno strato esterno di ebano, mentre l'altro strato esterno e
quello interno sono di abete colorato o tutt'al più di noce scuro.
Derivati
del legno
Il
legno costituisce un importante materiale di base nell'industria chimica.
Recentemente sono state sviluppate tecniche di estrazione di vari costituenti
chimici del legno, ad esempio il tannino, vari pigmenti, resine e oli. Ogni anno
un'enorme quantità di legno viene trattata chimicamente o meccanicamente per
essere ridotta in pasta e successivamente trasformata in carta.
Oltre
all'acqua, il principale costituente del tessuto legnoso è la cellulosa. Grandi
quantità di questo materiale, utilizzate nella produzione di rayon e
nitrocellulosa, provengono da materie prime quali il cotone, ma è in aumento la
percentuale ricavata dal legno. La principale difficoltà nell'uso di cellulosa
prelevata dal legno consiste nella separazione dalle impurità, ad esempio la
lignina (che è un carboidrato).
In
molti processi industriali, il legno può essere utilizzato come materiale
chimico grezzo, senza separare la cellulosa dalla lignina. Nel processo Bergius,
viene trattato con acido cloridrico per produrre zuccheri, utilizzati poi come
alimento per il bestiame o avviati al processo di fermentazione per produrre
alcol. Il legno può essere trasformato in combustibili liquidi mediante
idrogenazione. Viene usato da tempo come fonte di sostanze chimiche ottenute per
distillazione; molte di queste sostanze, tuttavia, come l'acido acetico, l'alcol
metilico e l'acetone, vengono attualmente fabbricate sinteticamente.
Recentemente sono stati ottenuti per via chimica alcuni nuovi prodotti che
uniscono alle proprietà meccaniche del legno una maggiore resistenza e durata.
Il metodo principale per fabbricare questi materiali consiste nell'impregnare il
legno con sostanze opportune, ad esempio una miscela di fenolo e formaldeide, e
riscaldarlo in modo che le cellule vegetali reagiscano con i composti chimici,
formando una materia plastica. Il legno così trattato resiste al
deterioramento, agli insetti e ai tarli; la sua densità relativa è superiore a
quella originale, ma la resistenza è più o meno la stessa. Spesso il legno
impregnato è sottoposto, anziché a riscaldamento, a una pressione di circa 70
kg/cm2, mentre sono in corso le reazioni chimiche a livello cellulare: il
materiale che se ne ottiene ha densità relativa pari a 1,35, durezza e
resistenza maggiori, ma in generale minore rigidità del legno di provenienza.
Valentina Ballatore
Classe II H a. s. 2002-3
