Flow: presente e futuro nell’applicazione digitale di smalti e graniglie

Parte della ricerca Smaltochimica si concentra sulle possibilità di digitalizzare il processo di smaltatura di piastrelle ceramiche, attraverso materiali e additivi sviluppati per l’utilizzo o con testine piezoelettriche o con vele digitali.

Smaltochimica è un’azienda specializzata nella produzione di additivi e inchiostri per la stampa digitale, con una gamma di prodotti che trova collocazione in tutte le fasi del ciclo produttivo ceramico. Da qualche tempo, parte della ricerca si è concentrata sulle possibilità di digitalizzare il processo di smaltatura ovvero l’insieme delle operazioni che vanno a costruire il “vetrato” sulla superficie delle piastrelle: engobbi, smalti, ma anche graniglie. 

Come noto, lo strato vetroso svolge una duplice funzione: una è di tipo protettivo (deve rendere il pezzo ceramico impermeabile, pulibile e resistente), l’altra è prevalentemente estetica. Nella maggior parte dei casi queste operazioni avvengono ancora con modalità tradizionali analogiche. Tuttavia, vi è una forte spinta per digitalizzare anche questa parte del processo. Le possibilità valutate riguardano l’utilizzo di testine piezoelettriche (mutuato dalla stampa digitale per la decorazione) e l’uso di vele digitali.

Testine piezoelettriche

Questa tecnologia, ormai consolidata per la decorazione digitale, presenta ancora alcune criticità che ne limitano l’utilizzo in fase di smaltatura: granulometrie estremamente fini e ridotti quantitativi applicati hanno un impatto sulla reattività dei componenti, e le prestazioni in cotto, specialmente in termini di resistenza all’abrasione e all’attacco chimico, possono a volte rivelarsi inferiori rispetto alle tecniche tradizionali. Inoltre, le emissioni in fase di cottura, anche con formulazioni a base acqua, possono risultare elevate a causa della decomposizione in cottura dei coadiuvanti organici comunque presenti nei formulati.

Di conseguenza, pur trattandosi di una tecnologia molto interessante, il suo impiego non è ancora perfezionato per tutti gli utilizzi.

Colle digitali per graniglie

L'applicazione di graniglie con tecnica digitale è un processo diffuso e consolidato. Smaltochimica è stata tra i primi a sviluppare materiali per questo tipo di deposizione e oggi dispone di un’ampia famiglia di leganti digitali - le Digicol - caratterizzata da elevata capacità di incollaggio, lunghi tempi di asciugamento, grande varietà di finiture superficiali e un’ottima precisione e definizione grafica. Queste colle sono idonee all’impiego sia in macchine tradizionali che in macchine stand-alone con granigliatore integrato.

La serie Digicol si declina in tre sottogruppi, con composizione chimica differente per quanto riguarda la parte liquida, per gestire al meglio ogni esigenza:

• le Digicol Plus, caratterizzate dall’estrema facilità d’uso, tempi di asciugamento lunghissimi e disponibilità di numerosi effetti materici;
• le Digicol Pure, omologate, come le precedenti, per tutte le testine presenti in commercio, consentono soprattutto la riduzione delle componenti odorigene delle emissioni;
• le Digicol Next, ad alto contenuto d’acqua, offrono un beneficio importante in termini di emissioni (riduzione drastica di carbonio, aldeidi e odorigeni), ma richiedono testine compatibili e manutenzione attenta; sono utilizzabili con inchiostri digitali di uso comune e presentano elevate possibilità di scarico e adesione.

Vele Digitali

Le vele digitali rappresentano una famiglia eterogenea di strumenti capaci di depositare "on demand", solo quando serve, barbottine ceramiche tradizionali. Sfruttando principi di alimentazione e deposizione differenti, smaltano producendo in successione molteplici gocce di dimensione definita, che, unendosi sulla piastrella, vanno a costituire una superficie continua.

Vale la pena utilizzarle perché rappresentano una modalità di digitalizzare il processo, quindi consentono una maggiore flessibilità, un risparmio di materiali, minori sprechi, minore consumo d’acqua e un migliore ambiente di lavoro. Depositano materiali con granulometria e grammature pressoché standard, di conseguenza le prestazioni in cotto sono del tutto paragonabili a quelle ottenute con tecniche tradizionali.

Non mancano, ovviamente, alcuni limiti: da un lato, possono verificarsi problemi quando si lavora alle basse grammature; dall’altro, vi è la necessità di gestire il pattern di deposizione caratteristico, la cosiddetta tramatura, che è la cifra distintiva di questi applicatori. Qui il ruolo degli additivi diventa determinante.

Gli additivi ideali e le serie Flow

Il comportamento reologico della sospensione ceramica e dunque la sua corretta additivazione rappresenta la chiave per l’utilizzo delle vele digitali.

In fase di messa a punto, oltre alla conoscenza della composizione della sospensione ceramica, risulta utile l’analisi approfondita tramite un reometro rotazionale. Mentre il comportamento ai bassi shear rate (ovvero in condizione di minima sollecitazione) restituisce la resistenza alla pressione di stampa e le caratteristiche della sospensione, quello a shear rate elevati (in presenza di una sollecitazione energica), simula il comportamento in fase di stampa e ricircolo.

La semplice misura del tempo di efflusso in coppa ford, ancora molto diffusa come controllo rapido di processo, porta spesso a dati fuorvianti ed incompleti.

Oltre a smalti ed engobbi le vele digitali trovano impiego nell’applicazione di graniglie per via umida con risultati estremamente interessanti. Rispetto all’applicazione tradizionale con airless, vele o campane, cambia principalmente la dimensione dei grani che si riduce ulteriormente per evitare fenomeni di abrasione su circuiti ed erogatori. Le cosiddette nano-graniglie di granulometrie finissime e controllate, di norma inferiori ai 70-80 micron, sono comunque in grado di conferire al vetrato buone caratteristiche tecniche e grande varietà di superfici.

Sia per gli smalti che per le graniglie in sospensione l’additivazione rappresenta il passaggio fondamentale per la corretta applicazione e l’uniformità della deposizione.

Gli additivi ideali sono formulati complessi che devono assolvere a numerose funzioni:

• legante, per rendere la stesura compatta e resistente;
• sospensivante, impedendo fenomeni di sedimentazioni;
• lubrificante, per mantenere il prodotto efficiente durante il ricircolo e regolare l’asciugamento favorendo la formazione di uno strato coeso;
• livellante, migliorando la finitura superficiale e di nuovo favorendo l’uniformità del film;
• antischiuma, al fine di contrastare la formazione di schiuma durante le operazioni di miscelazione, carico e gestione a macchina dello smalto evitando difetti di stesura legate alla presenza di bolle.

Smaltochimica, con i propri team di Ricerca e Assistenza Cliente, ha sviluppato prodotti specifici dedicati all’utilizzo delle vele digitali. La serie FLOWJET per l’applicazione di engobbi e smalti e i GRANICOL FLOW per deposizione per via umida di micro-graniglie rappresentano una valida soluzione per esigenza produttive eterogenee garantendo ottime caratteristiche tecniche e continuità di processo.

Conclusioni

La digitalizzazione della smaltatura è un tema tuttora non del tutto risolto, un processo ancora in divenire. Gli additivi, insieme alla conoscenza approfondita della reologia dei materiali, giocano un ruolo cruciale nella messa a punto dei prodotti.

La ceramica rappresenta una sfida continua per la pluralità dei materiali e le peculiari condizioni di processo. Non esistono ricette comuni o universali, al contrario, occorre investire su un approccio “su misura” che richiede stretta collaborazione tra tutti gli attori della filiera.

Il distretto di Sassuolo, cuore pulsante dell’innovazione ceramica, è il luogo giusto per portare avanti questa continua evoluzione.