La presente dissertazione parte dalla tesi di laurea del responsabile della ricerca presso Zschimmer & Schwarz Ceramco.

Obiettivo di quanto esposto di seguito non è affrontare o approfondire il tema in sé (in questo caso il problema del ben noto cuore nero) ma fare luce sulla metodologia della ricerca e sul lavoro minuzioso e capillare che quotidianamente si svolge all’interno dei laboratori delle aziende chimiche che offrono prodotti e soluzioni all’industria produttiva ceramica. 

Si parte da una tesi di laurea e dunque dal mondo accademico ma, di fatto, l’attività dei tecnici di laboratorio poco si scosta dal metodo rigoroso qui illustrato.

In campo ceramico, si definisce top glaze lo smalto scaricato come ultima applicazione sul supporto ceramico ancora crudo.

Esso può assolvere diverse funzioni ma in larga misura è da un lato utile a proteggere la decorazione sottostante e dall’altro a conferire alla superficie precise caratteristiche tecniche ed estetiche.

L'episodio si concentra su questa tipologia di smalti indagando da vicino le funzioni e le caratteristiche reologiche (ma non solo) che la sospensione deve possedere in funzione della modalità applicativa e del materiale ceramico che si desidera produrre.

Dopo oltre cinquanta episodi dedicati a temi di comune interesse, sempre scortati dalle due nostre parole guida – chimica e produzione ceramica –, abbiamo deciso di giocare.

Utilizzando poche e semplici domande abbiamo chiesto all’intelligenza artificiale di scrivere un breve testo sulla chimica, lasciando la libertà di decidere i temi da affrontare e cosa evidenziare. 

Il risultato è divertente e per certi versi grottesco. 

Vero, ma non sempre.

Com’è noto, infatti, i Large Language Model (modelli su cui si basano le macchine in grado di comprendere e generare un testo) possono produrre resoconti verosimili, spesso veri, che tuttavia non mancano di contenere inesattezze o addirittura banalità.

Attingendo anche dalla marea di materiale presente sul web, il margine d’errore è dietro l’angolo.

È pertanto importante non dimenticare mai che si tratta di un esperimento e, lo sottolineiamo ancora una volta, di un divertissement. 

I materiali fondenti utilizzati in ceramica, spesso all'interno di smalti e colle digitali, sono in grado di ridurre la temperatura di fusione di una materia o un composto anticipando il processo di sinterizzazione.

Tale azione, che si sviluppa mediante la rottura da parte di alcuni ioni della struttura molecolare del composto (nel nostro caso della silice), agisce su diversi fattori e di volta in volta va opportunamente calibrata così da conseguire il risultato desiderato.

Tra le aree d'influenza ricordiamo la stesura della grangilia, l'effetto lucido od opaco della superfcie, l'interazione con i colori, il risparmio di energia.

Come agiscono questi particolari materiali (come sodio, potassio, zinco, calcio, boro, etc) all'interno delle sospensioni a cui vengono aggiunti e come tale azione si riflette sul materiale ceramico finito?

La produttività industriale è uno dei parametri prioritari per ogni realtà produttiva, a prescindere dall’ambito d’azione. 

Anche in campo ceramico è necessario sottostare a regole e parametri che la enfatizzino evitando sprechi di qualsivoglia natura.

Tuttavia, l’interruzione del processo (caso più estremo di tutte le casistiche) può essere promossa da numerosi fattori e concretizzarsi in diverse fasi o punti della linea.

Anche il processo di stampa digitale e dunque anche tutti i micro-processi che si svolgono a ridosso (prima e dopo) della stampante, possono essere teatro di inconvenienti che talvolta, nei casi più estremi, conducono ad un fermo delle macchine.

L'episodio affronta alcuni degli scenari critici più rappresentativi sul tema offrendo una fotografia sulle azioni preventive che possono essere mette in atto al fine di scongiurarli. 

L’acqua è una delle risorse naturali più utilizzate, se non la più utilizzata, in numerose applicazioni e in molteplici settori della produzione industriale.

Le acque di processo, ad esempio, che sono alla base delle diverse fasi produttive e che ne consentono il corretto svolgimento.

Non tutte le acque sono tuttavia uguali. In base alla loro provenienza possono essere contraddistinte da proprietà molto diverse che le possono rendere adeguate, o meno, ad un determinato processo.

In linea generale, la qualità dell’acqua è in molte circostanze una pre-condizione necessaria e per questa ragione esistono diversi processi in grado di purificarla in modo efficiente e soprattutto sicuro.
Uno dei più diffusi ed utilizzati è l’osmosi inversa.

Gli agenti sospensivanti appartengono ad una macro categoria di additivi il cui principale compito è di conferire alle sospensioni ceramiche (barbottine, smaltobbi, smalti o graniglie) una buona stabilità interna andando a contrastare eventuali fenomeni di sedimentazione.

Disponibili sia in forma liquida che in forma solida, questi prodotti agiscono all’interno della sospensione assicurandone, per così dire, il giusto equilibrio.

Diverse sono le leve su cui si può agire per mantenere correttamente in sospensione la fase solida della miscela.

Tra queste, le più significative hanno a che fare con la viscosità, la repulsione elettrostatica e la concentrazione (rapporto solido/liquido).

L'episodio, dopo aver passato in rassegna le proprietà degli agenti sospensivanti, si concentra su questi tre principali strumenti, sviscerando per ciascuno di essi ragioni e meccanismi.

Il tutto tenendo in considerazione i sistemi applicativi con i quali le sospensioni vengono scaricate sul supporto ceramico: un dettaglio che può influire non poco sulla tipologia di sospensivante da utilizzare.

Gli agenti complessanti sono in grado di catturare i cationi multivalenti presenti in sospensione evitando che questi influenzino negativamente il processo ceramico.

Sono in qualche modo i responsabili di uno dei principali meccanismi alla base del processo di de-flocculazione: la complessazione.

Gli agenti complessanti (o chelanti) sono sostanze chimiche che si legano a particolari ioni (come calcio, magnesio, ferro, rame, etc.), formando complessi stabili.

Questa proprietà permette loro di "sequestrare" i metalli, rendendoli meno reattivi o prevenendo la loro precipitazione in soluzioni.

Queste le descrizioni sommarie, ed estremamente semplificate, che si potrebbe dare di questa particolare categoria di additivi.

L'episodio affronta da più vicino i meccanismi messi in atto da queste sostanze all'interno del processo produttivo ceramico, mettendone in evidenza funzioni, vantaggi e, talvolta, rischi.

Il tema delle superfici non planari e che si sviluppano su più micro livelli, talvolta impropriamente identificato oggi con la dicitura superfici 3D, ricopre un ruolo determinante nel conferire alla superficie ceramica non solo una maggiore naturalezza ma più in generale anche una più ampia e vasta potenzialità espressiva. 

Un’esigenza non certo recente e che a tutti gli effetti ha mosso i primi passi già con l’ausilio delle tecnologie tradizionali ma che ha trovato un rinnovato vigore con l’avvento delle più recenti tecniche digitali.

L'episodio propone una panoramica sulla principali metodologie ad oggi utilizzate per conseguire superfici a rilievo, entrando nel merito dei meccanismi di natura chimica che si sprigionano sulla superficie e che contribuiscono a produrre gli effetti desiderati.

Nell'episodio precedente (#45) si è parlato degli aspetti tecnici dei sistemi di stampa digitale in relazione ai laterizi ceramici.

Questa seconda parte prende invece in esame il necessario lavoro preparatorio alla fase di stampa, andando a sviscerare i diversi passaggi sottesi alla preparazione di un file di stampa.

A prescindere dal supporto sul quale poi si andrà a lavorare.

Alcune parole chiave: illuminazione standardizzata, colorimetro, spettrofotometro, linearizzazione, chart....

Allo stato attuale, la decorazione nell’industria dei laterizi viene principalmente eseguita mediante l’applicazione di un engobbio, con l’ausilio di granuli sparsi sulla superficie o per mezzo di effetti di riduzione che si sviluppano in fase di cottura.

Queste tecniche sono prevalentemente adatte alla produzione di prodotti tradizionali e per un mercato già esistente.

Rispetto a questo scenario, qual è il valore aggiunto che in questo campo la stampa digitale può offrire?

Temperatura d'esercizio e produzione ceramica

La temperatura d'esercizio è un importante parametro di cui i produttori ceramici devono tenere conto al fine di evitare problematiche di natura applicativa che possono impattare negativamente anche sulla qualità del manufatto finito.

Tuttavia tale parametro non è sempre facile da gestire in modo corretto, soprattutto se si considera che può essere "vittima" di oscillazioni esterne non prevedibili a priori.

Basti pensare, ad esempio, ai cambi di temperatura dovuti alla stagionalità. 

L'episodio affronta il tema in modo trasversale e con l'aiuto di esempi specifici, evidenziando i principali scenari e mettendo in luce le diverse leve su cui si può agire per gestire al meglio le anomalie che possono subentrare lungo le linee di produzione.

La maggior parte dei processi produttivi ceramici prevede la dispersione di polveri ceramiche in un mezzo liquido – per lo più acqua – così da ottenere una sospensione o, più in generale, un sistema disperso. Per conferire alle sospensioni le caratteristiche di stabilità e di lavorabilità desiderate, in funzione delle diverse applicazioni, si ricorre all’aggiunta di piccole quantità di opportuni additivi che, interagendo con le particelle solide, vanno a modificare il comportamento reologico dell’intero sistema.

L'episodio offre una fotografia su due categorie di additivi - deflocculanti e leganti - quasi sempre coinvolti al fine di conseguire il giusto risultato e dunque la corretta performance applicativa.

Gli studi di fluidificazione svolti dalle aziende che formulano e forniscono ausiliari chimici destinati alla produzione ceramica sono analisi spesso imprescindibili utili ad agevolare e a consentire il corretto svolgimento del processo produttivo.

L'episodio offre una panoramica sul ruolo di questo importante strumento d'indagine entrando nel merito dei dati che è in grado di restituire e del funzionamento delle strumentazioni utilizzate per ottenerli.

Si parla di giare, giaragiare, picnometri, granulometri laser, setacci, reometri e di come l'insieme di questi strumenti sia determinante nel fornire ai produttori ceramici le corrette informazioni per procedere senza intoppi lunga la linea produttiva.

Dopo avere affrontato l'impatto che la stagionalità può avere sulla fluidificazione degli impasti e sulle proliferazioni batteriche all'interno dei semilavorati, la seconda parte dell'episodio 41 prova ad indagare le conseguenze che i cambi di temperatura - talvolta repentini e sensibili - possono produrre sui tempi di evaporazione e drenaggio delle sospensioni ceramiche.

Si tratta di alterazioni che costringono spesso a rivedere i parametri lungo la linea di produzione e che, se non attentamente gestite, possono mettere a rischio lo status quo della linea.

Dopo aver fornito i soliti suggerimenti per gestire al meglio il problema, l'episodio si chiude con un focus dedicato alla solubilità dei tensiotattivi, anch'essa piuttosto suscettibile ai cambi di stagione e dunque di temperatura.

In ambito ceramico l’uso di additivi ricopre un ruolo determinante, se non imprescindibile, per conferire al prodotto finito alti risultati tecnico-estetici e per far sì che il processo produttivo si svolga con tutti i crismi.

Talvolta, tuttavia, l’azione degli additivi può essere compromessa o resa meno efficace.

Le cause in grado di modificarne le prestazioni sono molteplici e, tra queste, la stagionalità svolge una funzione di non poco conto.

Attraverso una serie di esempi esplicativi, l'episodio prova a fare luce sugli accorgimenti da mettere in campo per evitare che la temperatura - che con tutta evidenza cambia durante i diversi periodi dell'anno - agisca come inibitore della performance.

Le sospensioni, siano esse di graniglia o di smalto, sono composte da una parte liquida - solitamente composta da acqua ed uno o più additivi reologici - e una componente solida dispersa al suo interno.

Tuttavia, se si scende maggiormente in profondità e si analizzano da più vicino le caratteristiche di queste due categorie di sospensioni, ci si rende immediatamente conto delle loro differenze che, sul piano della componente solida, possono essere davvero sostanziali.

Tali differenze possono condurre a risultati produttivi piuttosto diversi ed in ogni caso implicano un diverso tipo di approccio nella gestione di questi semilavorati, sia in fase di macinazione che lungo la linea di smalteria.

Sotto questa prospettiva anche le caratterisitche degli additivi utilizzati devono tenere in considerazione la loro possibile duplice destinazione (e ad essa modularsi).

Cosa occorre sapere sul tema?

L’occhiello è un difetto che si manifesta sotto forma di microscopico cratere e che compare sulla superficie del corpo ceramico sul quale è stata depositata una sospensione acquosa ancora in fase di asciugamento.

Un problema di natura applicativa che comporta una non planarità della sospensione a seguito della presenza di uno o più avvallamenti.

La criticità, visibile già lungo la linea di smalteria e non solo post cottura, può emergere per diverse ragioni: alcune di esse possono essere legate alla presenza di impurità all'interno delle materie prime ceramiche, altre - ad esempio - ad un uso improprio di agenti antischiuma.

L'episodio prova ad offrire un elenco delle principali cause alla base del problema, evidenziando i meccanismi che si scatenano dietro alle quinte ed offrendo al contempo alcuni suggerimenti e/o avvertimenti per prevenirne o eliminarne la comparsa.

Le carbossimetilcellullose sono composti organici, polimeri idrosolubili derivati dalla cellulosa che trovano ampio impiego in diversi campi della produzione industriale.

Anche in ceramica, le CMC di sodio ricoprono molteplici funzioni all'interno di sospensioni e soluzioni e possono essere connotate da proprietà di volta in volta molto diverse.

Tra le diverse proprietà che le caratterizzano, le CMC sono contraddistinte da un potere spiccatamente adesivo e dalla capacità di agire sulla viscosità del sistema.

Qual è il ruolo principale di questa sostanza all'interno del processo produttivo ceramico e cosa occorre fare per gestirla nel migliore dei modi?

La plasticità dell'impasto è un aspetto nodale all'interno processo produttivo ceramico.

Un aspetto che impatta in modo sensibile sulle scelte che i produttori ceramici devono attuare in base ai valori che caratterizzano le argille da loro utilizzate.

Argille che, unitamente alle altre materie prime miscelate con acqua, vanno a formare l'impasto. In linea generale, l'uso di argille caratterizzate da alti valori di plasticitià è solitamente sinonimo di una più semplice gestione dei processi.

Tuttavia non sempre si hanno a disposizione argille alto performanti e, in ogni caso, occore tenere ben presente anche altri parametri produttivi e trovare un giusto equiibrio (o compromesso) per far sì che anche le fasi che seguono l'iniziale formatura del supporto ceramico si svolgano senza particolari criticità.

Dopo una inziale definizione di questa sorprendente proprietà fisica, l'episodio offre una panoramica generale sul tema applicato al campo ceramico. Non solo in relazione alla produzione di piastrelle.