Apparentemente invisibili. La chimica in ceramica.

La reologia è la scienza che si occupa del flusso e della velocità di deformazione della materia.

È una branca della fisica che studia l'origine, la natura e le caratteristiche di deformazione di una materia sotto l'influenza di forze esterne, con particolare riguardo ai liquidi non newtoniani.

Il suo obiettivo principale è definire le correlazioni tra cause (forze) ed effetti (deformazioni e flussi) identificando tutti i meccanismi che sono alla base del diverso comportamento reologico su scala microscopica e molecolare.

L'episodio offre una panoramica sui più importanti comportamenti reologici in relazione alle sospensioni ceramiche: barbottine, sospensioni di smalti e graniglie, engobbi e inchiostri.

Tutte queste sospensioni, infatti, per sviluppare una buona applicazione ed evitare importanti problemi lungo le linee di produzione, devono essere contraddistinte da adeguate caratteristiche reologiche. Quali?

L'episodio si concentra sui fenomeni di flocculazione che possono colpire gli impasti ceramici.

Fenomeno che si manifesta con la progressiva aggregazione delle particelle solide e che spesso si sviluppa in seguito a fenomeni di attrazione di natura elettrostatica che interessano le micelle argillose in sospensione.

Un processo che produce un significativo aumento della viscosità interna al sistema andando ad impattare negativamente sul corretto svolgimento del processo produttivo.

L’episodio, oltre ad offrire un quadro generale sul tema “impasti per ceramica” si sofferma sulla funzione correttiva che alcune specifiche categorie di additivi sono in grado di promuovere, andando ad innescare un processo contrario – di deflocculazione – utile a rendere l’impasto ceramico nuovamente processabile all’interno della linea produttiva.

Con particolare riferimento ai tre principali meccanismi alla base del processo di deflocculazione:

1. Repulsione elettrostatica per scambio cationico
2. Repulsione sterica
3. Coplessazione

Quando si parla di fenomeno dello spolvero ci si riferisce di norma ad uno smalto che manifesta un basso grado di coesione.

Lo smalto, quando è connotato da dette proprietà si trova in uno stato che potremmo definire di fragilità e risulta facilmente rimovibile dalla superficie ceramica, specie se/quando sottoposto alle sollecitazioni di natura meccanica che si susseguono lungo le linee di produzione.

Quali sono i meccanismi che si sviluppano all'interno dello smalto e quali invece gli interventi che si possono agire preventivamente per gestire al meglio il problema?

L'episodio si focalizza su di un tema apparentemente marginale ma di grande rilevanza se si considerano le sempre nuove destinazioni d'uso del materiale ceramico che è ormai a tutti gli effetti approdato al mondo dell'arredo e che, in diversi modi, può venire sempre più spesso a contatto con cibo e alimenti.

Premesso che il materiale ceramico è in assoluto, e per sua stessa natura, uno tra i materiali più igienici e antisettici al mondo, è anche vero che i trattamenti protettivi superficiali che vengono realizzati dopo cottura (spesso a seguito di un processo di lappatura o levigatura) potrebbero rappresentare sotto questa prospettiva una criticità: i prodotti protettivi utilizzati e stesi sulla superficie ceramica mediante apposite attrezzature, diversamente dalla massa ceramica, non subiscono modifiche dopo trattamento e non vengono dunque trasformati dalle alte temperature che si sprigionano nei forni.

Benchè, a tutti gli effetti, il tema delle emissioni nocive sia estremamente raro (sia da parte del vetro ceramico che da parte del trattamento) è comunque bene fare il punto e sviscerare il tema guardando da più vicino i meccanismi, non solo di natura chimica, che si sviluppano dietro alle quinte.

Con questo episodio si chiude la panoramica, iniziata nella puntata precedente, dedicata alle principali categorie di additivi utilizzate in ceramica e alla loro salutare funzione sul piano dell'impatto ambientale.

La prospettiva utilizzata intende rovesciare - in modo consapevolmente provocatorio - la visione secondo la quale la chimica non può per sua natura promuovere benefici di natura ambientale.

In ceramica, in realtà, se si osservassero al microscopio i meccanismi che sottendono alcuni passaggi cruciali del ciclo produttivo ci si accorgerebbe che l'uso di determinati additivi può indirizzare o evitare alcune scelte che potrebbero essere ben più impattanti sul territorio che ci circonda.

La sfida che ci si propone è di spostare di qualche centrimetro l'angolo di visuale provando ad analizzare lo scenario con un diverso tipo di approccio senza dare nulla per scontato.

L'episodio intende rimettere a fuoco, da una prospettiva speciale e per certi versi provocatoria, il ruolo degli additivi utilizzati all’interno dell’intero ciclo produttivo ceramico: dalla macinazione delle argille che costituiscono la base dell’impasto ceramico fino al completamento dell’opera che si volge all’interno dei forni ceramici durante il ciclo di cottura.

Il filtro utilizzato è quello dell’impatto ambientale e l'obiettivo è di scalfire il preconcetto che la parola chimica porta spesso con sé e che la rende di frequente sinonimo di inquinamento, contaminazione, infezione.

Senza voler in alcun modo sminuire o negare l’uso talvolta scellerato che alcune realtà produttive fanno di tecnologia e prodotti pericolosi, è pur vero che questo termine – chimica - può anche essere letto lontano dai pregiudizi della chemofobia, la convinzione irrazionale secondo cui tutte le sostanze chimiche siano dannose e nocive.

In ogni fase del processo produttivo, l'uso sapiente degli additivi può veicolare – per quanto contenute e misurate – alcune migliorie sul piano ambientale che non dovrebbero essere sottovalutate se non addirittura disconosciute.

Gli smalti ceramici, per quanto oggi vengano in larga misura applicati sul pezzo ceramico per mezzo di sistemi a spray (airless), in alcuni contesti sono invece ancora processati mediante sistemi a campana o a vela.

Modalità meno diffuse e maggiormente legate al passato ma tuttavia ancora in uso.

A diversa modalità applicativa corrispondono inevitabilmente differenti valutazioni sul piano della reologia.

Lo smalto, in altri termini, deve essere contraddistinto da caratteristiche precise e di volta in volta differenti in funzione del sistema utilizzato lungo la linea di produzione.

Il presente episodio si focalizza esattamente su queste differenze e sugli additivi che possono o devono essere utilizzati per conseguire le proprietà richieste.

In chiusura, un breve focus sugli additivi sintetici molto utili a scongiurare la proliferazione di attacchi batterici all'interno degli smalti, prima e durante la fase applicativa.

La piena affermazione del sistema digitale a base acqua in campo ceramico, già in uso presso diversi altri settori della produzione industriale, è certamente uno dei temi più sfidanti su cui il comparto sta da anni facendo ricerca.

Le difficoltà tecniche, riguardanti sia le macchine applicative che i prodotti stessi, sembrano essere sostanzialmente superate e i tempi sono oggi finalmente maturi per il progressivo e definitivo sdoganamento di una tecnologia che indubbiamente offre vantaggi che abbracciano sia aspetti di natura tecnico-estetica che ambientale.

Dopo una breve introduzione sulla natura chimica e sulle principali caratteristiche delle colle a base acqua, l'episodio si concentra sui principali vantaggi promossi da questa importante tipologia di prodotti evidenziandone i meccanismi che ne sono alla base.

In campo ceramico, l'uso di colle digitali per l'applicazione di smalti e graniglie ha ormai quasi totalmente sostituito le precedenti tecniche applicative che prevedevano, in larga parte, l'uso di fissatori distribuiti e stesi sulla superficie ceramica per mezzo di sistemi a spray con cabine ad airless.

Benché ogni colla interagisca con polveri e graniglie vetrose in modo diverso e distintivo, è possibile individuare due macro-categorie di riferimento: colle a base solvente (solventi apolari) e colle a base acqua (solventi polari).

L'episodio si apre con una introduzione generale sulla natura chimica di questi prodotti per poi offrire in parallelo due importanti focus sul loro funzionamento e sui meccanismi d'azione che essi sprigionano sul supporto della piastrella cruda. Con similitudini e differenze.

Il cuore nero è una zona più o meno estesa di un colore che oscilla tra il marrone scuro e il nero (o anche bianco), riconoscibile in frattura nella parte più interna del pezzo ceramico.

La sua presenza indica il più delle volte un’insufficiente ossidazione che tuttavia non costituisce un difetto tale da compromettere le funzionalità del prodotto ma che diventa un problema di natura estetica comunque non ammissibile, soprattutto in funzione delle sempre differenti e molteplici destinazioni d'uso del materiale ceramico.

Le origini di questo particolare difetto possono essere diverse e, in base agli scenari produttivi, altrettanto differenti sono le azioni da mettere in campo per prevenirlo o contenerlo.

L'episodio si focalizza esattamente su questo tema proponendo un viaggio che dall'affiormento del problema si conclude con un ventaglio di possibili soluzioni.