La cellulosa microfibrillata (MFC) aumenta la resistenza meccanica, la densità e le proprietà barriera della carta. Applicata nell’impasto o in superficie, permette di ridurre la grammatura, sostituire fibre pregiate o additivi sintetici e migliorare la stampabilità, favorendo prodotti più sostenibili.
La cellulosa microfibrillata o MFC (microfibrillated cellulose) è una delle soluzioni più interessanti sviluppate negli ultimi anni per incrementare le prestazioni dei prodotti cartari senza rinunciare ai requisiti di sostenibilità e riciclabilità richiesti dal mercato. Grazie alla sua capacità di migliorare il legame – bonding – tra le fibre, aumentare le proprietà meccaniche del foglio e contribuire allo sviluppo di superfici con migliori caratteristiche barriera e di stampabilità, la MFC sta trovando applicazione in numerosi segmenti della produzione cartaria, dal packaging al tissue. A parlarne nel corso del Congresso Aticelca 2026 è stata Kristiina Anttila, process technology manager di Valmet, che ha illustrato le caratteristiche della cellulosa microfibrillata, i benefici ottenibili in cartiera e le soluzioni tecnologiche sviluppate dall’azienda per la sua produzione industriale.
Il valore della cellulosa microfibrillata
La MFC è una cellulosa caratterizzata da un elevato grado di fibrillazione. Negli ultimi quindici anni, sia la MFC sia le fibre altamente raffinate hanno suscitato un interesse crescente nell’industria cartaria e in numerosi altri comparti industriali grazie alle loro potenzialità applicative. «Si tratta di una fibra altamente raffinata ottenuta attraverso un intenso trattamento di raffinazione meccanica» spiega Anttila. «L’obiettivo è produrre una pasta costituita da fibrille di cellulosa con una superficie specifica molto elevata, capace di creare un numero maggiore di legami tra le fibre e quindi una rete fibrosa più resistente».
Il principio alla base della tecnologia è relativamente semplice: aumentando il livello di fibrillazione si incrementa notevolmente la superficie disponibile per i legami interfibra. Questo consente di ottenere strutture più compatte e resistenti rispetto a quelle realizzate con fibre convenzionali.
Durante la produzione, il livello di raffinazione viene monitorato attraverso l’analisi delle dimensioni delle particelle fibrose. In particolare, viene considerata la frazione più fine del materiale, misurata secondo la norma ISO 16065-2. Si tratta delle particelle con lunghezza compresa tra 0 e 0,2 millimetri, che costituiscono normalmente tra il 65% e il 95% della massa della MFC. «La percentuale di fini dipende sempre dall’obiettivo finale della cartiera e dagli additivi che saranno utilizzati nel processo» precisa Anttila. La peculiarità di questo tipo di cellulosa è data dalle scale dimensionali coinvolte. «Se le fibre cartarie tradizionali sono misurate normalmente in millimetri, la cellulosa microfibrillata si colloca in un ordine di grandezza decisamente inferiore, nell’ambito dei micrometri e, in alcuni casi, persino dei nanometri». Inoltre, essendo ottenibile da differenti tipologie di paste cellulosiche, la MFC mantiene tutte le caratteristiche di un materiale naturale e rinnovabile, consentendo la produzione di articoli completamente riciclabili.
MFC: i vantaggi sul foglio
L’interesse crescente verso la cellulosa microfibrillata deriva soprattutto dai risultati che può garantire sulle proprietà finali della carta e del cartone. «È una soluzione ideale per costruire resistenza, proprietà barriera e sostenibilità nella produzione cartaria» afferma la manager. La capacità della MFC di incrementare il legame tra le fibre consente di migliorare le caratteristiche meccaniche del foglio; una soluzione ideale se si pensa alla richiesta sempre più pressante di avere prodotti in carta più leggeri senza però comprometterne le prestazioni richieste dall’utilizzatore finale.
L’effetto non riguarda soltanto la resistenza meccanica. «Grazie alle dimensioni estremamente ridotte delle fibrille, la MFC è in grado di occupare gli spazi vuoti presenti all’interno della struttura fibrosa, rendendo il foglio più compatto e meno permeabile». Questa caratteristica permette di migliorare le proprietà barriera e di ridurre la porosità superficiale, aspetti sempre più rilevanti soprattutto nel settore degli imballaggi cellulosici.
L’impiego della cellulosa microfibrillata, inoltre, offre anche l’opportunità di ottimizzare le materie prime. In alcune applicazioni è possibile sostituire fibre più costose o meno disponibili con dosaggi appropriati di MFC: «è ciò che facciamo con alcuni produttori tissue, che hanno potuto ridurre la quantità di fibre lunghe – softwood – utilizzando MFC ottenuta da fibre corte – hardwood» spiega Anttila.
A tutto ciò si aggiunge anche la possibilità di utilizzare la cellulosa microfibrillata come alternativa a determinati additivi sintetici, contribuendo alla realizzazione di prodotti più naturali e sostenibili.
Le applicazioni sul foglio base
La MFC può essere utilizzata direttamente nell’impasto fibroso oppure applicata sulla superficie del foglio.
Nel caso delle applicazioni in massa, l’obiettivo principale è migliorare le proprietà meccaniche della carta sfruttando la capacità delle microfibrille di aumentare il numero di punti di contatto tra le fibre. Analizzando alcuni risultati ottenuti nelle prove eseguite presso gli impianti pilota di Valmet emergono dati interessanti. Anttila spiega che nei test gli esperti dell’azienda hanno valutato differenti livelli di aggiunta di MFC, compresi tra il 2,5% e il 7,5%, utilizzando impasti caratterizzati da diversi contenuti di fini. I risultati hanno evidenziato incrementi significativi delle proprietà meccaniche. In particolare, nei sistemi con elevato contenuto di fini, l’aggiunta del 7,5% di MFC ha consentito di ottenere un aumento della resistenza alla trazione fino al 60%. «Abbiamo potuto constatare chiaramente il miglioramento delle proprietà di resistenza all’aumentare del dosaggio di MFC» dice la manager.
I benefici non si limitano alla sola resistenza alla trazione, anche la resistenza alla flessione e il livello complessivo del legame tra le fibre risultano sensibilmente migliorati.
L’utilizzo della MFC, inoltre, permette di ridurre il contenuto di filler in alcune formulazioni.
Un altro ambito applicativo particolarmente interessante riguarda le strutture multistrato. Le prove effettuate hanno dimostrato che l’inserimento di MFC nei diversi strati della carta o del cartone consente di incrementare ulteriormente le prestazioni meccaniche, con effetti particolarmente evidenti nei sistemi caratterizzati da un contenuto elevato di fini. Secondo Anttila, «con il corretto livello di aggiunta si possono ottenere risultati di bonding significativamente superiori rispetto alle formulazioni prive di MFC».
Le applicazioni di superficie
Accanto agli impieghi in massa, la cellulosa microfibrillata può essere utilizzata anche come trattamento superficiale, sia nella parte umida della macchina continua sia nelle sezioni successive del processo. In questo caso, il principale vantaggio è dato dalla possibilità di modificare la struttura superficiale del foglio.
Le microfibrille, chiudendo la porosità superficiale, creano una superficie più uniforme e compatta. Tale effetto si traduce in un miglioramento delle proprietà barriera e in un maggiore controllo dell’assorbimento di liquidi e inchiostri.
Anttila riporta l’esempio di un test di assorbimento dell’inchiostro effettuato su carte contenenti differenti quantità di MFC. «Dopo l’applicazione dell’inchiostro per 120 secondi, i campioni con aggiunta di cellulosa microfibrillata hanno evidenziato una penetrazione significativamente inferiore rispetto al foglio di riferimento. La struttura del foglio è chiusa dalla MFC e questo limita la penetrazione dell’inchiostro» spiega.
Non solo, grazie a queste sue proprietà la MFC può essere incorporata nelle formulazioni di patinatura, contribuendo a sviluppare proprietà funzionali specifiche e, in alcuni casi, consentendo la sostituzione di componenti chimici tradizionalmente impiegati nei colori di rivestimento.
L’effetto combinato di maggiore uniformità superficiale, riduzione della porosità e migliore controllo dell’assorbimento può fornire vantaggi interessanti anche dal punto di vista della qualità di stampa.
La tecnologia per produrre MFC
Se i benefici della cellulosa microfibrillata sono ormai ampiamente riconosciuti, la sua diffusione industriale dipende in larga misura dalla disponibilità di tecnologie capaci di produrla in modo efficiente e controllato.
L’offerta di Valmet si basa sulla raffinazione a bassa consistenza, un approccio che utilizza energia meccanica per sviluppare il livello di fibrillazione richiesto. «Siamo in grado di ottenere MFC di elevata qualità su scala industriale attraverso un processo basato sulla raffinazione» prosegue la manager.
Un parametro particolarmente importante – spiega – è il cosiddetto “filling gap”, ovvero la distanza tra gli elementi raffinatori. «Una volta raggiunta la qualità di MFC desiderata, è fondamentale poter controllare accuratamente il gap di raffinazione. Non è un aspetto difficile da gestire, purché si disponga della tecnologia corretta».
Secondo quanto riportato da Anttila, il controllo preciso del filling gap è uno degli elementi distintivi del Valmet Conical Refiner Pro. Il raffinatore utilizza un innovativo concetto di raffinazione conica che consente un controllo accurato delle proprietà della fibra. L’alimentazione attiva del materiale da entrambe le estremità verso la zona di raffinazione e la regolazione del gap mediante servomotore permettono di mantenere condizioni operative molto stabili e, soprattutto, riproducibili.
Efficienza energetica e controllo del processo
Un aspetto certamente da non sottovalutare riguarda il consumo energetico. La produzione di MFC richiede in effetti quantità significative di energia, poiché il processo di fibrillazione si basa su un intenso trattamento meccanico delle fibre. Per questo motivo la gestione di questo aspetto diventa centrale nella progettazione degli impianti. «L’efficienza energetica è assolutamente cruciale perché la raffinazione richiede tempi lunghi e consumi importanti» ricorda Anttila.
Valmet, a tale proposito, dispone di tre diverse tecnologie di raffinazione: accanto al già citato Conical Refiner Pro, vi sono il raffinatore conico Conflo e il Double Disk Refiner.
Tra queste, proprio il Conical Refiner Pro è stato sviluppato specificamente per garantire il massimo controllo nella produzione di cellulosa microfibrillata. «Possiamo controllare la raffinazione in modo molto preciso e, confrontando la geometria della macchina con quella di altre tecnologie, otteniamo una produzione di MFC più efficiente dal punto di vista energetico» spiega la manager. E proprio la combinazione tra controllo accurato delle condizioni operative e riduzione dei consumi energetici è uno degli elementi chiave per rendere economicamente sostenibile la produzione industriale di MFC.
La capacità di accompagnare il progetto
Oltre alla tecnologia di raffinazione, un altro aspetto evidenziato durante la presentazione riguarda la capacità di supportare il cliente lungo tutte le fasi del progetto.
Valmet dispone di una vasta base installata di raffinatori e ha realizzato oltre venti progetti dedicati alla produzione di MFC dal 2013 ad oggi.
Il percorso inizia generalmente con studi preliminari e prove pilota finalizzate a individuare la soluzione più adatta alle esigenze del produttore. «Conoscere il potenziale della propria pasta è fondamentale» precisa però Anttila. «Occorre capire qual è il livello ottimale di MFC necessario per raggiungere il risultato desiderato senza eccedere nei dosaggi».
Per questo motivo l’azienda mette a disposizione diversi centri tecnologici in Finlandia, dedicati allo studio delle fibre, della carta e delle tecnologie di finitura. Queste strutture comprendono raffinatori in scala industriale, laboratori per l’analisi delle fibre, viscosimetri, sistemi di microscopia ottica e laboratori per le prove sulla carta. L’obiettivo è raccogliere dati dettagliati sull’evoluzione delle proprietà fibrose durante la raffinazione e utilizzare tali informazioni per il successivo dimensionamento degli impianti industriali. Le prove, inoltre, possono essere effettuate utilizzando anche le materie prime del cliente, permettendo di simulare in modo realistico le future condizioni operative.
Il futuro: produzioni di MFC ad hoc
Ed è proprio questo il futuro che ci si attende. La cellulosa microfibrillata rappresenta oggi una tecnologia matura e già applicabile in numerosi processi produttivi. «Può apportare proprietà nuove e migliorate alla carta» sintetizza Anttila. «L’incremento delle prestazioni meccaniche, il miglioramento delle proprietà barriera, la possibilità di intervenire sulla stampabilità e l’opportunità di ottimizzare l’utilizzo delle materie prime la rendono quindi uno strumento versatile per affrontare le sfide tecniche ed economiche del settore cartario».
Non solo, un ulteriore vantaggio è dato dalla sua flessibilità produttiva. «La MFC può essere ottenuta da differenti tipologie di paste cellulosiche e impiegata in modo mirato a seconda delle esigenze del prodotto finale».
Inoltre, per favorire le attività di sviluppo industriale, Valmet mette a disposizione un’unità mobile di raffinazione dedicata alla produzione di MFC, che può essere noleggiata direttamente presso gli stabilimenti produttivi. Questo consente di effettuare sperimentazioni in condizioni reali e valutare rapidamente i benefici ottenibili prima di procedere con investimenti su larga scala.
Le raccomandazioni finali di Anttila per le cartiere sono di verificare attraverso prove se la MFC sia effettivamente in grado di migliorare il prodotto desiderato, definire successivamente il concetto impiantistico più adatto e, infine, procedere con l’implementazione industriale.
In altre parole, la cellulosa microfibrillata, oltre a essere un nuovo materiale, può essere considerata anche uno strumento tecnologico capace di contribuire allo sviluppo di prodotti più performanti, sostenibili e in linea con le esigenze attuali e future del mercato.
