STEARATO DI CALCIO IN SOSPENSIONE

 

Wolfang Gaerber

 w.gaerber@gmx.de

 

 

Come si produce lo stearato di calcio?

 

Le due fasi principali sono costituite da:

 

 

 

Al reattore vengono aggiunte acqua, calce, tensioattivi e stearina.  La stearina può essere di origine vegetale (principalmente acido palmitico) o di origine animale (principalmente acido stearico).  Lo stearato di calcio si ottiene da una reazione di neutralizzazione tra stearina con ossido di calcio:

2RCOOH + CaO  (RCOO)2Ca + H2O

 

Con R = CH3(CH2)14 – (acido palmitico) oppure CH3(CH2)16 – (acido stearico)

 

 

Per la produzione di stearina vengono usati il sego animale o un olio vegetale.  In tabella sono riportati i valori tipici della composizione.

 

 

Origina animale

TALLOW

Origina vegetale

PALM OIL

C12        %

0,5

C14        %

3

1

C16        %

32

46

C18        %

64

50

C20        %

1

1

 

Le quattro fasi principali sono:

 

Indipendentemente dall’uso di sego animale o di olio vegetale, la stearina è sempre una miscela di diversi grassi.  La tabella dimostra che la stearina di origine animale contiene circa il 64% di acido stearico e il 32% di acido palmitico.  La stearina di origine vegetale contiene invece circa il 55% di acido palmitico e circa il 45% di acido stearico.  Altri acidi grassi sono presenti in  percentuale minore.  Ciò significa che il sale ottenuto dalla reazione di neutralizzazione è sempre una miscela di stearato di calcio e di palmitato di calcio.  La Faci Italia normalmente fornisce un prodotto dove prevale lo stearato di calcio, essendo la materia prima di origine animale, mentre a Singapore da una stearina di origine vegetale si ottiene un prodotto che contiene in percentuale maggiore il palmitato di calcio. 

 

Stearato di calcio: componente di patina

I componenti principali di una patina sono i pigmenti (caolino e carbonato di calcio) e i leganti (amido, leganti sintetici).  Normalmente sono inoltre presenti anche altri prodotti ausiliari con lo scopo di agevolare i processi di produzione e conferire caratteristiche particolari alla carta.  Tali ausiliari sono:

Lo stearato di calcio si comporta sia da agente idrofobo che da lubrificante.

 

Ricerche e concetto di prove

In generale lo stearato di calcio è considerato un lubrificante.  Faci ha eseguito una serie di prove per verificare quali siano gli effetti dello stearato di calcio.  In particolare ha verificato se esso, oltre all’azione lubrificante, sviluppi altri effetti.  Fino ad ora Faci disponeva solo di studi fatti in laboratorio.  I nostri recenti studi hanno messo in luce invece il comportamento dello stearato di calcio in

 

* Effetti di breve durata

* Effetti di lunga durata

* Offset

* Rotocalco

 

Effetti dello stearato di calcio nella patinatura cast coating

Abbandoniamo per un attimo il tema della carta patinata tradizionale e prendere in considerazione una qualità di carta patinata molto speciale, e precisamente la carta ad alto lucido tipo Cast Coating.

 

 

Questo processo è un buon esempio per osservare i fenomeni di aderenza, gli effetti di lubrificazione ed il comportamento dei release agents.  Nel processo Cast Coating – Champion – la patina è applicata sulla carta e subito dopo viene in contatto con un cilindro cromato e riscaldato.  Il cilindro ha due funzioni:

L’alto lucido si può ottenere solamente quando la carta si distacca facilmente dal cilindro.  La minima adesione tra carta e cilindro nel momento di distacco causa un micro-strappo che rovina la superficie e pregiudica la qualità del lucido.  Per avere la garanzia di un perfetto distacco sono utilizzati additivi, i release agents ed i lubrificanti che vengono aggiunti nelle patine.  Un’altra variante del Cast Coating è il processo SD-Warren.  In questo caso i lubrificanti ed i release agents vengono aggiunti in parte nelle patine e in parte al nip tra cilindro e carta.  Vorremmo sottolineare il fatto che nei processi di Cast Coating solo con l’utilizzo di stearato di calcio e di release agents si può ottenere un alto grado di lucido e garantire una buona macchinabilità della pattinatrice.

 

Effetto dello stearato di calcio nella supercalandra

Torniamo dal Cast Coating alle carte patinate normali, dove si produce il lucido nella supercalandra.  Il lucido si sviluppa nei nip della calandra e i fattori principali che influenzano la qualità del prodotto finito sono: pressione, temperatura, numeri dei nip (= fessura chiusa), umidità della carta e velocità.

 

 

Però, c’è da notare, che all’uscita del nip, soprattutto dall’ultimo, appaiono forze di adesione che richiedono la carta in direzione “Z”.  La tendenza ad aderire ai cilindri causa micro-strappo, spolvero e depositi sui cilindri stessi.  Il risultato è una drastica diminuzione del liscio e del lucido.  L’esperienza dice che questa adesione (patina “appiccicosa”) causa rotture nella carta in calandra.

 

 

Per quanto riguarda lo spolvero (vedi tabella), c’è da notare che le carte rotocalco, quando contengono poco legante, hanno una forte tendenza a spolverare e formare depositi sui cilindri.  L’uso di stearato di calcio nella patina riduce considerevolmente questo problema.  Nelle carte offset, le cui patine contengono più legante, il pericolo di spolvero e di formazione di depositi sui rulli è ridotto.  Però le nostre prove in impianto pilota hanno mostrato che il problema esiste e che l’uso dello stearato di calcio è raccomandabile anche in questo caso.

 

Per quanto riguarda il lucido, dobbiamo supporre che, come nel processo Cast Coating, anche nella supercalandra, lo sviluppo del lucido possa essere influenzato dall’adesione tra la carta ed i rulli.

 

Vediamo nella tabella che infatti, usando lo stearato di calcio in patina, si può aumentare il lucido della carta su entrambi i lati.  Un’altra osservazione è che con l’utilizzo dello stearato di calcio si riduce il doppio viso di lucido ed il delta-lucido diminuisce notevolmente.

 

Lucido della carta

Calandratura nella supercalandra ROTOCALCO

Prova

Lato feltro

Lato tela

D (delta)

Stearato 1

58,0

61,9

3,9

Stearato 2

63,2

68,4

5,2

Stearato 3

64,0

69,4

5,4

Senza stearato

61,5

68,6

7,1

 

Questi effetti sono stati evidenziati sia nelle carte offset che in quelle da rotocalco.

 

Lucido della carta

Calandratura nella supercalandra OFFSET

Prova

Lato feltro

Lato tela

D (delta)

Stearato 1

66,6

72,1

5,5

Stearato 2

70,8

77,4

6,6

Stearato 3

69,0

75,1

6,1

Senza stearato

62,1

77,5

15,4

 

 

Lo stearato di calcio è utile nella calandratura “SOFT NIP”

È necessario utilizzare lo stearato di calcio nella calandratura con calandra soft nip?  Nella soft calandra la carta o il cartone passano attraverso 2 cilindri: uno rigido di acciaio e l’altro elastico rivestito di materiale sintetico.  Il rullo di acciaio è riscaldato e raggiunge temperature sino a 180°C.  Nel nip si lavora con pressione sino a 160 KN/m.  Il lucido si sviluppa dove la carta viene in contatto con il cilindro duro e riscaldato.  Esiste l’ipotesi che nel momento in cui esce la carta del nip si possa produrre una micro-rugosità, analoga al processo Cast Coating.  Finora Faci non ha effettuato prove al riguardo.  Ci sembra però logico che anche nella calandratura soft-nip lo stearato di calcio debba migliorare lo sviluppo del lucido.

 

Influenza dello stearato di calcio sulle caratteristiche della carta e sulla stampa

Lo stearato di calcio non è solo un lubrificante, ma influisce anche sulle caratteristiche delle carte e sui risultati di stampa.

 

Caratteristiche delle carte

OFFSET                      *

migliora l’uniformità della stampa

ROTOCALCO            *

riduce i “missing dot”

CARTA MATT          *

riduce lo sfregamento dell’inchiostro

ETICHETTA              *

forma barriera

 

Nelle carte offset in foglie riduce il pericolo di marezzatura.  Nelle carte rotocalco riduce apparentemente il numero dei missing dot, ossia migliora la qualità di stampa.  Nelle carte “matt” aumenta la scivolosità della carta e di conseguenza riduce il problema dello sfregamento dell’inchiostro.  Nelle etichette di carta per bottiglie viene utilizzato lo stearato nella patina sul rovescio della carta per impedire la penetrazione della colla che renderebbe trasparente l’etichetta.

 

Stampa e lavorazione

Lo stearato di calcio può influenzare anche i processi di stampa e di lavorazione: riduce lo spolvero in fase di stampa e nei processi di lavorazione; prolunga la durata dei coltelli nelle taglierine.  Le prove in impianto pilota hanno mostrato che l’uso dello stearato di calcio nelle patine riduce lo spolvero in fase di stampa e di conseguenza aiuta ad evitare che si sporchino i cilindri.  Lo stearato di calcio può anche ridurre l’abrasività della carta e quindi prolungare, nei processi di lavorazione, la durata dei coltelli nelle taglierine e degli altri elementi di taglio.

 

Influenza dello stearato di calcio sull’abrasività della patine

Un’altra cosa rilevata dalle esperienza pratiche è l’influenza dello stearato di calcio sull’abrasività delle patine.  L’abrasione delle lame e barre nella patinatrice è dovuta

 

Molte patinatrici lavorano in queste condizioni e l’uso dello stearato di calcio permette di aumentare la durata degli elementi di dosaggio.  Per prevenire questi fenomeni non desiderati in molte cartiere situate fuori dall’Europa è piuttosto frequente l’aggiunta di buoni quantitativi di stearato di calcio nelle patinatrici che operano ad alta velocità.

 

Influenza dello stearato di calcio sulle caratteristiche delle patine sulla reologia e sulla fluidità

Si è appurato che l’influenza dello stearato di calcio sulla reologia e sulle altre caratteristiche delle patine

 

Caratteristiche delle patine

Viscosità low shear (Brookfield)

0

Viscosità high shear (Haake)

0

Filtrabilità

0

Ritenzione d’acqua

+

Righe

+

“Bleeding”

+

Senza variazioni 0

Tendenzialmente peggiore

Tendenzialmente migliore +

 

è significativa per quanto riguarda

 

Praticamente non sono state rilevate differenze tra patine senza e con stearato di calcio.  Per quanto riguarda la ritenzione d’acqua, la formazione di righe e bleeding, le patine con stearato di calcio mostrano un comportamento tendenzialmente migliore di quelle sprovviste.

 

Conclusioni

Alla fine della presentazione vorrei riassumere in quattro frasi come noi, in Faci, vediamo la performance dello stearato di calcio nelle carte patinate.  Lo stearato è un prodotto ausiliare multifunzionale che :

 

Sito web: http://www.faci.it/