ITMI20130979A1 - Materiale cartaceo ad effetto olografico e metallico perlescente e relativo procedimento di fabbricazione - Google Patents

Description

Descrizione di una domanda di brevetto per invenzione industriale

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce ad un materiale cartaceo(carta/cartoncino)ad effetto-olografico e metallico perlescente, e al relativo procedimento di fabbricazione.

Più precisamente, il materiale cartaceo dell’invenzione, grazie ad un impasto appositamente studiato e ad uno specifico trattamento superficiale, presenta un particolare effetto tridimensionale perlescente.

Nel settore cartario à ̈ costante la ricerca di nuovi tipi di carte aventi aspetti e/o finiture particolari, soprattutto destinate all’imballaggio, al confezionamento, alla realizzazione di materiale illustrativo, alla stampa di qualità, eccetera.

Non di rado, però, l’ottenimento di effetti particolari pregiudica altre caratteristiche della carta, ad esempio la stampabilità.

È uno scopo della presente invenzione quello di fornire un materiale cartaceo che abbia un effetto ottico differente dai tradizionali materiali cartacei e sia al contempo stampabile con elevata qualità di stampa.

La presente invenzione à ̈ dunque relativa ad un materiale cartaceo e al relativo procedimento di fabbricazione come definiti nelle annesse rivendicazioni 1 e, rispettivamente, 8.

Preferite forme di attuazione del materiale cartaceo e del relativo procedimento di fabbricazione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.

L’invenzione fornisce dunque un materiale cartaceo (carta/cartoncino) perlescente con effetto olografico tridimensionale, grazie ad un impasto appositamente studiato e ad uno specifico trattamento superficiale, ed ad un metodo di produzione che permette l’orientazione dei pigmenti perlescenti secondo un disegno prestabilito.

Il materiale cartaceo dell’invenzione risulta inoltre perfettamente stampabile con elevata qualità di stampa e consente di ottenere effetti grafici particolari, difficili da ottenere con tradizionali carte patinate.

In dettaglio, il materiale cartaceo del trovato comprende un supporto base che à ̈ formato da una miscela di fibre cellulosiche e contiene almeno una sostanza polimerica, atta a conferire alla miscela di fibre resistenza meccanica (a secco e ad umido), e una carica inorganica, atta a conferire al materiale buone caratteristiche di macchinabilità.

Preferibilmente, la sostanza polimerica inclusa nel supporto base comprende una o più resine a base di colofonia e/o di alchil chetene dimero e/o di acido acetil succinico e/o di epocloridrina, e/o amidi modificati; la carica inorganica à ̈ una carica minerale comprendente una o più sostanze scelte nel gruppo costituito da carbonati, caolini, talco, loro miscele.

Il supporto base ha almeno una superficie (faccia) trattata con almeno un collante superficiale, preferibilmente un collante a base di amido e/o di alcol polivinilico e/o di polimeri acrilici, poliuretanici e/o stirolo-butadienici.

Inoltre, il materiale cartaceo dell’invenzione à ̈ provvisto di una patina applicata sulla superficie trattata con il collante(chiaramente, il materiale cartaceo può avere entrambe le superfici trattate e provviste di patina).

In particolare, la patina comprende uno o più polimeri leganti (per esempio polimeri a base poliuretanica e/o siliconica, e/o polimeri acrilici, stirolo-butadienici, polivinil-acetati, alcol polivinilico, e similari) e/o cere, in miscela con pigmenti, preferibilmente pigmenti perlescenti metallici magnetici o diamagnetici e/o non metallici magnetici o diamagnetici, di vario colore e granulometria. Tali pigmenti perlescenti sono sensibili ad un campo magnetico per essere orientati secondo un disegno predefinito.

Preferibilmente, la grammatura del materiale cartaceo à ̈ compresa tra circa 90 e circa 350 g/mq; la quantità di patina spalmata su ciascuna faccia à ̈ compresa tra circa 5 e circa 20 g/mq; la quantità di polimero nella patina à ̈ preferibilmente compresa tra 5% e 100% rispetto ai pigmenti;

La patina può essere colorata e/o spalmata su un supporto base colorato; preferibilmente, si usano colori in pasta e pigmenti organici o inorganici.

In tale modo, il materiale cartaceo, per effetto combinato della composizione del supporto base, dei pigmenti e del trattamento superficiale, presenta un effetto perlescente olografico con vari colori.

Chiaramente, entrambe le facce del supporto base possono essere trattate allo stesso modo.

Il materiale cartaceo appena descritto viene realizzato, in accordo con un ulteriore aspetto della presente invenzione, con il metodo come sotto decritto.

Viene realizzato dapprima il supporto base, con tecnica di formazione della carta sostanzialmente nota, per esempio su una macchina continua per la fabbricazione della carta.

In sostanza, si predispone un impasto acquoso di fibre di cellulosa e contenente la sostanza polimerica (resine a base di colofonia e/o di alchil chetene dimero e/o di acido acetil succinico e/o di epocloridrina, e/o amidi modificati) e la carica inorganica (carbonati, caolini, talco, eccetera).

Successivamente, si rimuove acqua dall’impasto per formare il supporto base del materiale cartaceo.

Segue una fase di trattamento superficiale di una o entrambe le facce del supporto base con una soluzione acquosa di collante superficiale, per esempio composto da una soluzione acquosa di amido al 10% in peso, e/o collante acrilico al 5% in peso, o collanti similari a base di alcol polivinilico e/o di polimeri acrilici, poliuretanici e/o stirolo-butadienici.

Il metodo comprende poi, dopo il trattamento superficiale con collante, una fase di lisciatura del supporto base, in cui il supporto base à ̈ lisciato fino a valori di liscio Bendsten ISO 2494 inferiore a circa 50 ml/min e preferibilmente inferiore a circa 30 ml/min e indicativamente intorno a 20 ml/min.

Segue poi la una fase di applicazione della patina precedentemente descritta.

Preferibilmente, l’applicazione della patina avviene tramite spalmatura con tecnologia a lama d’aria e/o a lama lisciante, rotooffset, rotografica e flexo.

La patina così applicata à ̈ sottoposta successivamente ad un campo magnetico di varia intensità applicato preferibilmente attraverso un solenoide o un magnete strutturato in modo da orientare i pigmenti perlescenti secondo diversi tipi di disegni; questo solenoide può essere rotante alla stesa velocità della carta, oscillante sul piano x e/o fisso.

A seguire si ha una fase di asciugatura della patina, condotta in forno ad infrarossi e/o ad aria calda a temperatura compresa tra circa 100°C e circa 180°C e con tempo di permanenza in forno compreso fra 0,5 e 4 minuti.

Infine, il metodo comprende una fase di trattamento meccanico della superficie provvista della patina, in particolare una fase di lisciatura e/o una fase di goffratura.

Deve essere rimarcato che le acque reflue e patine reflue derivanti dal processo di produzione in cartiera devono essere trattate per la loro depurazione.

Nelle acque di scarico della cartiera sono presenti sostanze inquinanti in varie forme: sostanze sedimentabili quali fibra, cariche minerali ecc., sostanze colloidali, sostanze disciolte quali sali inorganici (cloruri, solfati, ecc.).

La depurazione delle acque reflue della cartiera avviene attraverso varie fasi.

Fase 1: Impianto di depurazione chimico fisico.

Tale fase prevede i seguenti trattamenti.

Grigliatura

Il primo trattamento che si applica per la depurazione delle acque à ̈ la grigliatura che viene utilizzata per l’eliminazione di solidi grossolani come carta, plastica, legno ecc. cioà ̈ materiali di grandi dimensioni in grado di creare ostruzioni in alcune unità dell’impianto.

Equalizzazione

Le acque provenienti dalle macchine e le acque provenienti dal trattamento patine sono fatte convogliare nella vasca di ingresso al fine di rendere la concentrazione degli agenti inquinanti costante in modo da ottimizzare i trattamenti successivi.

Le acque nella vasca di equalizzazione sono costantemente agitate in modo da non avere una sedimentazione di sostanze inquinanti sul fondo.

Sediflottazione

Questa fase della depurazione ha luogo nel sediflottatore dove si ha una sedimentazione e una flocculazione delle sostanze solide disciolte nelle acque.

Sedimentazione

Il processo di sedimentazione si ottiene mantenendo in una fase di quiete le acque nel sediflottatore ed in questo modo si ha una sedimentazione dei materiali più densi dell’acqua.

Nella sedimentazione si sfrutta la forza di gravità per separare dall’acqua le particelle solide con densità maggiore a quella dell’acqua.

I materiali sedimentati sono sabbie, ossidi inorganici e fanghi biologici.

Le sabbie si depositano sul fondo del sediflottatore spontaneamente mentre gli ossidi inorganici e i fanghi biologici sono fatti sedimentare attraverso l’aggiunta di reagenti chimici come allume e polielettroliti.

Coagulazione

Con il processo di sedimentazione le sostanze colloidali non vengono separate completamente dalle acque.

Per far coagulare i colloidi si aggiungono reattivi inorganici di tipo cationico che permettono la formazione di piccoli fiocchi.

Flocculazione

La flocculazione à ̈ l’agglomeramento di particelle destabilizzate in fiocchi.

Con l’aggiunta di un flocculante come il polielettrolita i fiocchi aumentano di dimensione e sedimentano o flottano a seconda della loro natura.

Flottazione

Le particelle con una densità circa uguale a quella dell’acqua sono separate attraverso il processo di flottazione.

Questo processo si basa sulla capacità di certe particelle di legarsi alle bolle di gas, normalmente aria, in modo da formare un sistema gas-particella che ha una densità minore di quella dell’acqua.

In questo modo le particelle salgono verso la superficie dell’acqua. I fanghi sedimentati vengono rimossi da una raschia sul fondo del sediflottatore mentre quelli flocculati da una coclea.

Il sedimentato ed il flocculato sono raccolti in due tine per poi essere pressati.

L’acqua depurata à ̈ raccolta tramite uno s centro della vasca e mandata alla vasca di equalizzazione dell’impianto di depurazione biologico.

Fase 2: Impianto Biologico

Tale fase prevede i seguenti trattamenti.

Equalizzazione

Le acque dopo essere passate attraverso l’impianto di depurazione chimico fisico vengono mandate nella vasca di equalizzazione dell’impianto di depurazione biologico.

L’impianto di depurazione biologico utilizza una cultura di batteri aerobici che permettono di abbassare il COD e di rimuovere i tensioattivi presenti nelle acque.

Il PH ottimale per la crescita dei batteri à ̈ compreso tra i valori di 6.5 e 7.5.

I batteri per la crescita e per la moltiplicazione hanno bisogno di sostanze organiche nutritive. I processi di depurazione biologica sfruttano il metabolismo dei batteri per la trasformazione delle sostanze organiche.

I batteri utilizzano per il loro sviluppo parte delle sostanze organiche disciolte nelle acque trasformandole in fanghi attivi. In particolare, una coltura batterica di tipo aerobico, Ã ̈ in grado di trasformare il carbonio presente in soluzione in un nuovo tessuto e in anidride carbonica.

Le alte concentrazioni di batteri presenti nella vasca di ossidazione sono possibili grazie al riciclo dei fanghi attivi dal DAF.

Ossidazione

I batteri aerobici utilizzano l’ossigeno disciolto nell’acqua e per ottenere un’attività ottimale l’ossigeno vene aggiunto all’acqua nella vasca di ossidazione.

Nella vasca di ossidazione vengono rimosse le sostanze organiche ed i tensioattivi.

Rimozione di Azoto e Fosforo

L’azoto si trova presente principalmente sotto forma di ammoniaca inizialmente legata nelle molecole organiche complesse.

L’azoto ammoniacale può essere ossidato per via biologica a nitriti: 2NH3+ 3O2-> 2NO2<->+ 2H<+>+ 2H2O

Infine, i nitriti possono essere ulteriormente ossidati, ancora per via biologica, a nitrati:

2NO2<->+ O2+ -> 2NO3-

La trasformazione complessiva à ̈:

NH3+ 2O2-> NO3<->+ H<+>+ H2O

L’ azoto tende ad allontanarsi come gas dal mezzo liquido:

2NO3<->-> 3O2+ N2

Il fosforo à ̈ necessario alla costruzione della membrana cellulare dei batteri aerobi, pertanto in sua assenza deve venire integrato nell’acqua in ingresso al depuratore. In caso di eccedenza, invece, viene rimosso per mezzo di processi di precipitazione chimica usando prodotti coagulanti-flocculanti.

Due tipiche reazioni di precipitazione con solfato di alluminio e con calce, efficaci soprattutto sugli ortofosfati, sono:

Al2(SO4)3+14H2O 2PO4<3->-> 2AlPO4(s) 2SO4<2->+ 14H2O 3Ca(OH)2+ 2PO4<3->-> Ca3(PO4)2(s) 6OH-Successivamente nella vasca di flottazione DAF (dissolved air flotation) avviene la divisione dei fanghi organici dalle acque depurate.

I fanghi legandosi alle bolle d’aria salgono per flottazione in superficie e vengono recuperati da una coclea per essere riciclati in vasca di ossidazione. I fanghi in esubero vengono mandati alla pressafanghi.

Filtrazione

Prima di andare al canale le acque vengono filtrate da 8 filtri a sabbia e fatte passare nella vasca di sedimentazione delle acque depurate per eliminare gli ultimi residui di fibra.

Resta poi inteso che al materiale cartaceo e al relativo metodo di fabbricazione qui descritti ed illustrati possono essere apportate modifiche e varianti che non escono dall’ambito dell’invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims (14)

1. RIVENDICAZIONI 1. Materiale cartaceo comprendente un supporto base, formato da una miscela di fibre di cellulosa contenente almeno una sostanza polimerica atta a conferire alla miscela di fibre resistenza meccanica, e una carica inorganica atta a conferire alla miscela buone caratteristiche di lavorabilità, detto materiale cartaceo avendo almeno una superficie esterna trattata con almeno un collante superficiale e sulla quale à ̈ applicata almeno una patina, caratterizzato dal fatto che detta patina comprende pigmenti perlescenti sensibili ad un campo magnetico per essere da esso orientati secondo un disegno predefinito.
2. 2. Materiale cartaceo secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta patina comprende uno o più polimeri leganti e/o cere in miscela con pigmenti.
3. 3. Materiale cartaceo secondo una qualunque rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detti pigmenti perlescenti comprendono pigmenti metallici magnetici o diamagnetici e/o pigmenti non metallici magnetici o diamagnetici.
4. 4. Materiale cartaceo secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta sostanza polimerica inclusa nel detto supporto base comprende una o più resine a base di colofonia e/o di alchil chetene dimero e/o di acido acetil succinico e/o di epocloridrina, e/o amidi modificati.
5. 5. Materiale cartaceo secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detta carica inorganica inclusa nel detto supporto base à ̈ una carica minerale e comprende una o più sostanze scelte nel gruppo costituito da carbonati, caolini, talco, loro miscele.
6. 6. Materiale cartaceo secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detto collante superficiale à ̈ un collante a base di amido e/o alcol polivinilico e/o polimeri acrilici, poliuretanici e/o stirolo-butadienici.
7. 7. Materiale cartaceo secondo una qualunque rivendicazione precedente, caratterizzato dal fatto che detti polimeri leganti detta patina comprendono polimeri a base poliuretanica, acrilica, alcool polivinilico, stirolo butadienici e/o siliconica.
8. 8. Metodo di fabbricazione del materiale cartaceo, comprendente le fasi di: - Predisposizione di un impasto acquoso di fibre di cellulosa contenente almeno una sostanza polimerica, atta a conferire alla miscela di fibre resistenza meccanica, e una carica inorganica atta a conferire alla miscela buone caratteristiche di lavorabilità; - Rimozione dell’acqua dall’impasto acquoso di fibre per formare un supporto base del materiale cartaceo; - Trattamento di almeno una superficie esterna del supporto base con almeno un collante superficiale, in modo tale da conferire al materiale cartaceo una corretta penetrazione all’acqua indispensabile per la fase di patinatura, caratterizzato dal fatto di comprendere inoltre le fasi di: - applicazione alla superficie trattata con il collante di una patina comprendente uno o più polimeri leganti e/o cere, in miscela con pigmenti perlescenti sensibili ad un campo magnetico, - applicazione di un campo magnetico per orientare i pigmenti perlescenti secondo un disegno predefinito.
9. 9. Metodo di fabbricazione secondo la rivendicazione 8 caratterizzato dal fatto che l’applicazione del campo magnetico à ̈ realizzata mediante un campo magnetico statico e/o dinamico o/e oscillante e/o a intensità variabile applicato attraverso un solenoide o un magnete.
10. 10. Metodo di fabbricazione secondo una qualunque rivendicazione 8 e 9, caratterizzato dal fatto di comprendere, dopo il trattamento superficiale con collante e prima dell’applicazione della patina, una fase di lisciatura del supporto base, in cui il supporto base à ̈ lisciato fino a valori di liscio Bendsten ISO 2494 inferiore 50 ml/min, preferibilmente inferiore 30 ml/min e indicativamente 20 ml/min.
11. 11. Metodo di fabbricazione secondo una qualunque rivendicazione da 8 a 10, caratterizzato dal fatto che la fase di applicazione della patina avviene tramite spalmatura.
12. 12. Metodo secondo una qualunque rivendicazione da 8 a 11, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di asciugatura della patina, condotta in forno ad infrarossi e/o ad aria calda a temperatura compresa tra circa 100°C e circa 180°C e con tempo di permanenza in forno compreso fra 0,5 e 4 minuti.
13. 13. Metodo secondo una qualunque rivendicazione da 8 a 12, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di trattamento meccanico della superficie provvista della patina, in particolare una fase di lisciatura e/o una fase di goffratura.
14. 14. Metodo di fabbricazione del materiale cartaceo secondo una qualunque rivendicazione da 8 a 13, caratterizzato dal fatto di depurare l’acqua reflua derivante dal processo di produzione della carta, attraverso una prima fase di depurazione chimico – fisica e una seconda fase di depurazione biologica, in cui la prima fase comprende trattamenti di grigliatura, equalizzazione, sediflottazione, sedimentazione, coagulazione, flocculazione, flottazione, e la seconda fase comprende trattamenti di equalizzazione, ossidazione, e filtrazione.