La carta che si autosigilla
La carta è uno dei materiali protagonisti della transizione verso un packaging sempre più sostenibile grazie all’alto tasso di riciclo, alle basse emissioni di CO₂ rispetto alla plastica e ai costi di smaltimento più contenuti. Nonostante questo, un limite tecnico ne ha frenato il pieno potenziale green: per essere sigillata, infatti, la carta ha bisogno di adesivi o strati plastici, elementi che ne complicano inevitabilmente il riciclo.
A tal proposito, in Germania è stato sviluppato il progetto PAPURE, che coinvolge quattro istituti della Fraunhofer-Gesellschaft e ha l’obiettivo di rendere possibile la sigillatura della carta senza l’aggiunta di additivi.
I ricercatori stanno analizzando oltre trenta tipologie di carte diverse (patinate e non patinate per imballaggio, carte da stampa e cartoni) per valutarne l’idoneità alla sigillatura “binder-free”. Sotto la lente finiscono contenuti di cellulosa, emicellulosa e lignina, determinanti per le proprietà adesive e per la formazione dei prodotti di scissione generati dal laser. Le analisi sono condotte con microscopia elettronica a scansione (SEM), cromatografia anionica ad alte prestazioni (HPAE) e spettroscopia fotoelettronica a raggi X (XPS), per mappare composizione chimica e morfologia prima e dopo il trattamento.
Fin’ora un dato interessante è emerso: un’elevata presenza di cariche inorganiche, come talco e carbonato di calcio, penalizza la resistenza delle saldature mentre, al contrario, le carte più spesse, come quelle impiegate per bicchieri monouso o packaging alimentare, si dimostrano particolarmente adatte al processo.
La tecnologia laser
Il cuore tecnologico del progetto è sviluppato dal Fraunhofer IWS: la superficie della carta viene irradiata con un laser a monossido di carbonio (CO). Il rapido riscaldamento trasforma lignina, cellulosa ed emicellulosa in composti a catena corta.
Il risultato del processo fa sì che sulla superficie restino prodotti di reazione rifusibili, simili a zuccheri, che agiscono naturalmente come un adesivo. In sostanza, quindi, l’adesivo non viene aggiunto, ma generato direttamente a partire dalla carta stessa. Dopo il trattamento laser, quindi, due strati possono essere uniti tramite una normale termosaldatura a contatto, sfruttando calore e pressione per attivare i prodotti di scissione.
Il Fraunhofer IVV sta sviluppando il sistema di sigillatura dedicato, studiando l’interazione tra proprietà del materiale, parametri laser e condizioni di termosaldatura. I test meccanici permettono di valutare la stabilità delle giunzioni sotto diversi carichi. Parametri chiave sono tempo, temperatura e pressione di saldatura, oltre alla geometria dell’utensile. Anche l’orientamento delle fibre rispetto allo strumento influisce sulla qualità finale. L’obiettivo è quello di superare l’adesione interna tra gli strati della carta stessa. I risultati sono già promettenti: una saldatura lunga 2 centimetri e larga 3 millimetri è in grado di sostenere 20 kg nei test di taglio.
Dalla ricerca al roll-to-roll industriale
La scalabilità è al centro delle attività del Fraunhofer IWU, dove è in costruzione una linea pilota modulare roll-to-roll per produrre sacchetti piatti a quattro saldature, tipici del packaging flessibile.
L’impianto, lungo circa sei metri, integra modulo laser e modulo di sigillatura, insieme a sensori industriali (di immagine e umidità) e a un digital twin con modello dati addestrato. Il processo prevede l’irradiazione continua del primo nastro di carta, l’accoppiamento con un secondo nastro, la realizzazione delle quattro saldature tramite utensile combinato di sigillatura e punzonatura e il taglio del sacchetto.
Un sistema di monitoraggio in tempo reale della qualità delle saldature consentirà in futuro di regolare dinamicamente i parametri di processo.
Il debutto a Interpack 2026
Il dimostratore sarà presentato a Interpack, in programma dal 7 al 13 maggio a Düsseldorf, presso la Technology Lounge del VDMA (Padiglione 4, Stand C54). La forza del progetto PAPURE sta anche nella sua integrabilità: modulo laser e sistema di sigillatura possono essere implementati separatamente nelle linee esistenti, rendendo la tecnologia particolarmente interessante per costruttori di macchine, produttori di materiali e aziende di confezionamento.