La produzione della carta fatta a mano nel distretto di Fabriano rappresenta una convergenza precisa tra la geologia del bacino idrografico locale, la fisica dei polimeri naturali e la meccanica della lavorazione manuale. Situate lungo la valle del fiume Giano e alimentate dalle falde dell'Appennino umbro-marchigiano, le strutture idrauliche storiche sfruttano da secoli risorse idriche con caratteristiche chimiche peculiari. La stabilità e la durata dei supporti cartacei destinati alla conservazione d'archivio e alla stampa di sicurezza dipendono in modo diretto dall'interazione tra la struttura molecolare della cellulosa di cotone e la composizione minerale dell'acqua impiegata durante le fasi di raffinazione, dispersione e formatura.
La composizione chimica delle acque e il ruolo del carbonato di calcio
L'acqua utilizzata nei mulini idraulici fabrianesi attraversa formazioni rocciose prevalentemente calcaree e dolomitiche. Questo percorso sotterraneo arricchisce il fluido di sali minerali, in particolare bicarbonato di calcio e solfati di magnesio. A differenza delle acque dolci o leggermente acide impiegate in altri contesti industriali, l'acqua di sorgente del territorio di Fabriano presenta un valore di pH costantemente neutro o debolmente alcalino, compreso tra 7,5 e 8,2.
Questa alcalinità naturale esercita una funzione fondamentale sulla conservazione a lungo termine dei fogli. Il carbonato di calcio sciolto nell'acqua viene depositato all'interno dell'intreccio fibroso durante la fase di scolatura e asciugatura, creando una riserva alcalina incorporata nella matrice della carta. Questa riserva neutralizza gli agenti acidi atmosferici, come il diossido di zolfo e i diossidi di azoto, impedendo la reazione di idrolisi acida della cellulosa. L'idrolisi acida è la principale responsabile dell'ingiallimento e dell'infragilimento strutturale dei supporti cartacei prodotti con processi industriali moderni a base di pasta di legno trattata con solfato di alluminio. Nei fogli stampati su base di cotone e acqua calcarea, la presenza di calcio preserva le catene polimeriche da spezzettamenti molecolari nel corso dei secoli.
Fisica molecolare e struttura delle fibre di cotone
La materia prima utilizzata per la fabbricazione dei fogli ad alta resistenza è costituita da linters di cotone, ovvero le fibre corte che rivestono i semi della pianta di Gossypium. Dal punto di vista chimico, la cellulosa di cotone possiede un grado di purezza elevato, superiore al 95%, priva delle componenti di lignina ed emicellulosa che accelerano la degradazione ossidativa nei legni tessili.
La molecola di cellulosa è un polimero lineare formato da unità di D-glucosio unite da legami beta-1,4-glicosidici. La struttura molecolare evidenzia una concentrazione elevata di gruppi ossidrilici disposti lungo l'asse principale della catena. Quando le fibre vengono immerse in ambiente acquoso e lavorate meccanicamente, l'acqua penetra nelle regioni amorfe del polimero, causando il rigonfiamento della struttura. Durante la successiva fase di disidratazione e spremitura del foglio, i gruppi ossidrilici delle catene adiacenti formano legami a idrogeno intermolecolari diretti. Questi legami generano una rete tridimensionale ad altissima densità energetica, conferendo al foglio una resistenza meccanica elevata alla trazione, al doppio piegamento e alla lacerazione.
La lavorazione meccanica con pile a magli di legno
La preparazione della polpa richiede la sfilacciatura della fibra senza la distruzione della sua lunghezza originaria. Nei mulini idraulici di Fabriano, questo processo viene svolto tramite la pila a magli multipli d'affioro, un macchinario azionato da ruote idrauliche in cui magli in legno di quercia muniti di chiodature in ferro battono i cenci di cotone all'interno di vasche di pietra.
A differenza dei raffinatori meccanici continui a lame metalliche, la battitura per percussione idraulica esercita un'azione di fibrillazione. Le fibre principali non vengono tagliate in senso trasversale, ma vengono sfibrate in senso longitudinale, aprendo microstrutture filiformi lungo la superficie esterna di ciascun filamento. Questa espansione della superficie specifica incrementa il numero di punti di contatto tra le fibre, aumentando l'efficacia dei legami a idrogeno durante la formazione della massa feltrata nel tino.
Dinamica della formatura nel tino: acero, rame e movimento manuale
Il momento centrale della fabbricazione artigianale della carta si svolge presso il tino, un contenitore svasato in legno o muratura in cui la polpa di cotone è mantenuta in dispersione fluida e omogenea nell'acqua grazie a una agitazione costante. L'artigiano usa uno strumento composto da due parti distinte: la forma e la fascera.
Il telaio della forma è costruito in legno d'acero, scelto per la sua stabilità dimensionale e per la ridotta deformabilità quando esposto ad ambienti ad altissima umidità. Sul telaio è fissata una maglia di fili di rame, tesa in modo uniforme per garantire una superficie di drenaggio perfettamente piana. La fascera è una cornice sporgente in legno che sovrapponendosi al telaio delimita il perimetro e lo spessore del foglio.
L'artigiano immerge verticalmente il telaio nel tino contenente la polpa di cellulosa bianca e lo ruota fino a portarlo in posizione orizzontale sotto il livello del liquido. Sollevando il telaio fuori dalla vasca, l'acqua inizia a defluire attraverso la maglia di rame per effetto della forza di gravità e della pressione idrostatica. Durante i pochi secondi necessari alla scolatura dell'acqua, l'artigiano imprime al telaio un movimento ondulatorio bidirezionale, combinando una oscillazione longitudinale con una trasversale.
Questo movimento meccanico orienta le fibre di cotone in modo isotropico, distribuendole equamente in tutte le direzioni dello spazio bidimensionale. Nelle carte prodotte a macchina industriale, le fibre tendono ad allinearsi lungo la direzione di scorrimento della tela continua, creando una rigidità asimmetrica. Nella carta fatta a mano nel tino di Fabriano, l'intreccio multidirezionale garantisce una stabilità dimensionale uniforme, prevenendo deformazioni o imbarcamenti quando il foglio viene esposto a variazioni di umidità relativa negli archivi o durante i processi di stampa incisiva.
La fisica della filigrana: variazioni di spessore e densità ottica
La caratteristica distintiva della carta di sicurezza prodotta a Fabriano è la presenza della filigrana. Questa marcatura visibile nel supporto viene realizzata direttamente durante la fase di formatura del foglio sul telaio in acero e rame.
Per ottenere una filigrana lineare, sottili fili metallici di rame o ottone lavorati a sbalzo vengono cuciti sulla rete della forma. Per le filigrane chiaroscurate ad altissimo dettaglio, la rete in rame viene sagomata mediante matrici incise in rilievo e incavo. Quando la forma viene immersa nella vasca, la cellulosa fluttuante nell'acqua si deposita in quantità differente sulla superficie della maglia: nei punti in cui il filo di rame è sporgente in rilievo, lo spessore dello strato di fibra depositato risulta inferiore; nei punti in cui la rete presenta una rientranza in incavo, si accumula un volume maggiore di polpa.
Durante la scolatura dell'acqua, la variazione di spessore del pannello fibroso si consolida definitivamente. Una volta completata l'asciugatura, il foglio evidenzia variazioni di grammatura e densità locale. Tali variazioni modulano il passaggio della luce quando il foglio viene osservato in retroilluminazione. Le aree con uno spessore ridotto permettono un passaggio luminoso maggiore, mentre le aree ad alto spessore trattenendo più luce si mostrano più scure. Poiché questo effetto ottico è una proprietà intrinseca della struttura tridimensionale del foglio e non un deposito di pigmenti superficiali, la filigrana risulta impossibile da riprodurre mediante tecniche di stampa o duplicazione digitale, costituendo uno degli standard fondamentali per la carta monetaria, i titoli di stato e i documenti collezionistici.
La collatura e le doti di conservazione archivistica
Dopo la formatura, la spremitura tramite presse idrauliche tra feltri di lana e una prima asciugatura all'aria all'interno dei tiratoi, i fogli di carta grezza vengono sottoposti al processo di collatura. Questa operazione fu introdotta nei mulini di Fabriano nella seconda metà del XIII secolo, sostituendo l'impiego degli amidi vegetali di riso o grano usati nella tradizione orientale e araba.
La collatura avviene mediante l'immersione dei fogli in una vasca contenente gelatina proteica ottenuta dall'idrolisi termica del collagene estratto da tessuti connettivi, mantenuta a una temperatura controllata di circa 40 gradi Celsius. La soluzione gelatinosa penetra nei pori capillari tra le fibre di cotone, rivestendo ciascun filamento con un film protettivo idrofobo.
L'aggiunta di una minima quantità di solfato di alluminio e potassio (allume di rocca) nel bagno di gelatina provoca la coagulazione della proteina, fissandola in modo irreversibile all'interno della matrice di cellulosa. Il rivestimento gelatinoso impedisce l'assorbimento sregolato degli inchiostri liquidi durante la scrittura o la stampa, evitando la diffusione capillare del tratto inchiostrato. Al contempo, la gelatina aumenta la tenacità superficiale del foglio, rendendolo resistente all'abrasione meccanica, alla spolveratura e all'attacco di microrganismi biodeteriogeni. L'interazione tra la fibra pura di cotone, la riserva alcalina di carbonato di calcio depositata dall'acqua e il consolidamento della gelatina proteica conferisce alla carta di Fabriano una stabilità chimica e fisica progettata per durare nel tempo, mantenendo inalterate le qualità strutturali e la risposta al tocco delle carte d'archivio d'alta gamma.