COS’è LA PATINATURA?

La patinatura, cioè il processo che produce la carta patinata a noi ancora tanto familiare (malgrado l’avanzare delle nuove tecnologie digitali come tablet o lettori di e-book), è uno dei passaggi più importanti nel ciclo della carta: la patina (mix di carbonato di calcio, caolino e leganti tipo lattici), viene spalmata sulla superficie della carta rendendola più compatta, meno assorbente e per ottenere una maggiore fedeltà e brillantezza dei colori.

A seconda della quantità, qualità e numero di strati di patina applicati distinguiamo tre diversi tipi di patinatura:

• classica,
• semi-classica
• moderna.

La stessa finitura della patina può essere:

• lucida o gloss
• semi-opaca silk o demi-matt
• opaca o matt

Variando la finitura, anche a parità di grammatura, si possono ottenere degli spessori diversi.

Scomposizione della carta patinata

L’ingrediente segreto: L’AMIDO DI PATATE

Ma in realtà qual è l’ingrediente “segreto” dentro il processo di patinatura?

Le patate! O meglio il loro amido, l’amido di patate o fecola di patate.

L’amido di patata da un certo punto di vista presenta una qualità superiore rispetto ad amidi di altre specie vegetali o tuberi come ad esempio una maggiore viscosità, una minore conducibilità elettrica e termica e una idrofilia superiore. Ma da cosa è composto? Principalmente da 2 polimeri del glucosio:

• 17-20 % di amilosio non utile nei processi industriali per la sua tendenza a gelificare
• 80-83 % di amilopectina che è un potente addensante idoneo per le produzioni industriali e nella patinatura conferisce più brillantezza alla carta

Servirebbe quindi poter separare i 2 polimeri per recuperare solo l’amilopectina, ma si tratta di un processo troppo antieconomico. Cosa fare allora?

A questo scopo sono state inventate Amflora e Amadea, patate OGM composte solo da amilopectina. Ma come?

L’ingegneria genetica ha inibito il gene responsabile della sintesi di amilosio: in questo modo oltre ad ottenere esattamente il polimero voluto si risparmia sui costi, sull’energia utilizzata e sulle risorse impiegate con una produzione più sostenibile.

Esemplari di Amflora

case study: La Cartiera 

Questa cartiera italiana, leader di mercato, si era posta come obbiettivo la riduzione degli sprechi pur mantenendo la famosa qualità delle sue carte patinate.

Nel caso specifico il responsabile di produzione aveva l’esigenza di valutare la concentrazione in continuo dell’amido di patata (amilopectina come detto) che utilizzano per ottenere una patinatura di qualità costante: più in dettaglio il prodotto viene lavorato a 50-60°C con una portata di processo di circa 800/900 l/h.

il problema è che non sempre il prodotto lavorato è lo stesso pertanto non è possibile sapere aprioristicamente le quantità di additivi da aggiungere:

Prima si doveva aggiustare la percentuale da addizionare in modo manuale, “ad occhio” da un operatore esperto, ma non sempre si aveva il risultato atteso e ciò era confermato anche dal laboratorio (concentrazioni molto diverse tra loro) con conseguente qualità altalenante e sprechi di additivi.

come è stato eseguito Lo Studio di fattibilità e qual’è la soluzione tecnica?

Dopo essere stata interpellata TECNOVA HT ha messo in campo tutta la sua competenza e grazie al supporto del nostro partner K-PATENTS VAISALA è riuscita a completare a tempo di record uno studio di fattibilità per poter installare proficuamente un analizzatore:

• in linea per fase liquida
• non influenzabile da particelle o colloidi vaganti
• senza parti in movimento
• basato sul principio di misura della Rifrattometria di Processo

La scelta è quindi ricaduta sul rifrattometro di processo P53GC di Vaisala, particolarmente adatto per il controllo continuo della concentrazione durante il processo di patinatura.

Ma quali sono stati gli step che abbiamo seguito?

Rifrattometro PR53GC di Vaisala

PRIMO STEP: definizione della curva di calibrazione

Nel primo step sono state eseguite prove sperimentali per definire la curva di calibrazione necessaria al sistema di misura.

Questa fase è fondamentale perché la relazione tra indice di rifrazione e concentrazione non è universale, ma dipende da diversi fattori, tra cui il tipo di solvente, il soluto, la temperatura di processo e la lunghezza d’onda utilizzata.

Nel caso specifico, il rifrattometro utilizza una sorgente luminosa monocromatica a lunghezza d’onda fissa (tipicamente un LED a 589 nm equivalente alla linea D del sodio, secondo le specifiche del modello installato)-

Per questo motivo è indispensabile controllare accuratamente la temperatura di processo, misurata in continuo tramite una sonda Pt1000 integrata in prossimità del prisma ottico. La compensazione della temperatura, infatti, non segue un andamento lineare, ma varia sia in funzione della temperatura stessa sia della concentrazione della soluzione. Anche la relazione tra concentrazione e indice di rifrazione presenta un comportamento non lineare.

La concentrazione può quindi essere determinata a partire da indice di rifrazione e temperatura solo quando tali relazioni matematiche sono note. Nella pratica applicativa, la compensazione viene gestita mediante polinomi di terzo grado relativi sia alla temperatura sia alla concentrazione, per un totale di 16 coefficienti definiti nella Parameter Matrix C.

SECONDO STEP: ANALISI FLUIDODINAMICA E SCELTA DELLA CELLA DI FLUSSO

Nel secondo step sono state analizzate le condizioni fluidodinamiche del processo mediante uno specifico software Vaisala. L’obiettivo era identificare la configurazione della cella di flusso più adatta a garantire contemporaneamente elevata ripetibilità della misura e auto-pulizia dell’ottica.

L’auto-pulizia viene ottenuta sfruttando la velocità del fluido all’interno della cella di misura. Tale velocità è regolata secondo la relazione:

Q = V × A

dove:

• Q rappresenta la portata
• V la velocità del fluido
• A l’area di passaggio

Di conseguenza, a parità di portata, una riduzione dell’area di passaggio comporta un aumento della velocità del fluido, favorendo così la pulizia continua della superficie ottica e la stabilità della misura nel tempo.

 

Quali sono stati i vantaggi ottenuti?

L’implementazione del rifrattometro , unita alla corretta definizione della curva di calibrazione e all’ottimizzazione delle condizioni fluidodinamiche, ha permesso al nostro cliente di ottenere risultati concreti e misurabili lungo tutto il processo di patinatura.

In particolare, è stato possibile:

• standardizzare la ricetta di patinatura garantendo una qualità costante del prodotto finito
• ridurre in modo significativo gli scarti di produzione con conseguente diminuzione dei costi operativi e miglioramento della sostenibilità ambientale
• limitare drasticamente il numero di analisi di laboratorio, con importanti vantaggi in termini di tempo e risorse.

Anche gli operatori di impianto hanno beneficiato dell’installazione grazie all’elevata affidabilità del sistema e all’assenza di manutenzione ordinaria, che consente di mantenere sempre disponibile una misura critica per il controllo della patinatura e della concentrazione del coating in linea.

Per valutare una soluzione personalizzata per applicazioni di patinatura o per altri processi industriali, contatta noi di Tecnova HT per una consulenza tecnica dedicata.