TENAGREEN PLASTIFICANTI TENACIZZANTI INNOVATIVI. Paolo Prampolini. Sassuolo, 29 gennaio 2015

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1 PLASTIFICANTI TENACIZZANTI INNOVATIVI Paolo Prampolini Sassuolo, 29 gennaio 2015

2 PREMESSA TENAGREEN Composizione classica degli impasti ceramici tradizionali, una MATRICE ARGILLOSA PLASTICA, un INERTE A BASE SILICEAed un FONDENTE FELDSPATICO, derivata dalla terna caolino feldspato quarzo delle porcellane, NON ha subito sostanziali variazioni nel tempo. modifiche ed adattamenti successivi in relazione alle caratteristiche tecniche ed estetiche richieste ( bicottura, monocottura, 02/02/2015pasta bianca, pasta rossa, 2 monoporosa, gres porcellanato tecnico, gres porcellanato smaltato ).

3 accorciamento dei CICLI DI COTTURA aumento delle DIMENSIONI dei singoli pezzi, differenziazione degli SPESSORI compattazione, pressature multiple, sistemi di pressatura non convenzionali Essenza del processo ceramico ( formatura, smaltatura, decoro e infine cottura con definitiva trasformazione del pezzo ad opera del fuoco ). produzione di piastrelle, sanitari o stoviglieria, SUPERAMENTO DEL CONCETTO DI IMPASTO prodotto finito non dissimile a quanto siamo stati abituati a vedere. 02/02/2015 3

4 MOTIVAZIONI > ECONOMICHE, > LOGISTICHE, > TECNICHE, Instabilità sociopolitica più aleatorie le forniture future, MP con caratteristiche costanti nel tempo Cave di MP buone o ottime numericamente limitate, Rischio di esaurimento FUTURO Miscelazioni Tendenza al trend di peggioramento qualitativo 02/02/2015 4

5 ESEMPI ARGILLE ROSSE del Nord Africa, Medio Oriente e Penisola Arabica Pregi di Facile reperibilità, Basso costo, Discrete caratteristiche tecniche, Breve distanza dagli impianti Difetto: Difficilissima dispersione in acqua GRES PORCELLANATO Spessori ridotti Grandi formati, Caratteristiche tecniche raffinate MP PLASTICHE DI IMPORTAZIONE Aumento dei costi, logistica, qualità media. 02/02/2015 5

6 PROBLEMA E POSSIBILE RIDURRE O ELIMINARE LE ARGILLE PLASTICHE SOSTITUENDOLE CON ALTRE MENO PLASTICHE, E MENO CARE, ( MANTENENDO COSTANTI LE CARATTERISTICHE DEGLI IMPASTI ), INTRODUCENDO UN ADDITIVO TALE DA COMPENSARE O MIGLIORARE IL COMPORTAMENTO MECCANICO IN CRUDO, SIA IN VERDE CHE IN ESSICCATO? VALUTAZIONE DELL ESISTENTE: LEGANTI PER IMPASTI 02/02/2015 6

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8 TENACIZZANTI, additivi in grado di incrementare il MOR in essiccato. polimeri a struttura lineare, normalmente solubili in acqua, LIGNINSOLFONATI, NAFTALENSOLFONATI, ZUCCHERI, AMIDI, 02/02/2015 8

9 CELLULOSE, o altri POLISACCARIDI SOLUBILI. Creano legami polari ( dipolo dipolo e Van der Waals ) Durante l essiccamento, massimo potere legante, cross-linking e filmazione, configurazione spaziale tridimensionale Efficacia legata all omogeneità di dispersione, senza migrazione e trascinamento 02/02/2015 9

10 PREGI ECONOMICITA EFFICACIA A BASSE % ADDIZIONABILI IN FORMA LIQUIDA IN QUALUNQUE FASE DIFETTI INCREMENTO SOLO DEL MOR ESSICCATO INCREMENTO SOSTANZE ORGANICHE PER ALCUNI INCREMENTO DELLO ZOLFO 02/02/

11 PLASTIFICANTI, additivi in grado di aumentare il modulo di rottura in verde. POLIMERI SINTETICI VINILICI O ACRILICI PVALCOOL PVACETATO COPOLIMERI ACIDO/ESTERE ACRILICO CERE PARAFFINICHE O POLIETILENICHE BASSO PF E BASSA TG ( Temp di transizione vetrosa ) NON HANNO BISOGNO DELLA DISIDRATAZIONE PER ESSICCAMENTO PER AGIRE COME LEGANTI 02/02/

12 CERAMICHE TECNICHE STOVIGLIERIA FORMATURA DI IMPASTI NON PLASTICI ( SiO2, Al2O3, ZrO2 ) LUBRIFICANTI DISTACCANTI ED ALTRI ADDITIVI ADDITIVI COSTOSI CONVENIENTI SOLO SE INDISPENSABILI E SE IL PEZZO E AD ALTO VALORE AGGIUNTO NON APPLICABILI ALLA PRODUZIONE DI PIASTRELLE RISULTATI TECNICI MOLTO INTERESSANTI REALIZZAZIONE DI PIASTRELLE QUASI SENZA ARGILLE CON PLASTIFICANTI POLIMERICI 02/02/

13 MINERALI ARGILLOSI AD ALTA PLASTICITA : BENTONITI fillosilicati a base di Montmorillonite, PREGI: PRODOTTI NATURALI BUONA EFFICACIA A BASSE PERCENTUALI ( 1 3% ) DIFETTI: FORTE INFLUENZA NON SEMPRE CONTROLLABILE E COMPENSABILE SU ALCUNE IMPORTANTI VARIABILI. AUMENTO DEI COSTI DI FLUIDIFICAZIONE E COSTI ENERGETICI, E CALO DI PRODUTTIVITA 02/02/

14 UNICO PRODOTTO INCREMENTO TENACITA IN VERDE E IN ESSICCATO NO INFLUENSE NEGATIVE SU REOLOGIA, RITIRO, ASSORBIMENTO, COTTURA, FORMA FISICA TALE DA RENDERLO SEMPRE DISPONIBILE PROGETTO TENAGREEN 02/02/

15 >IMPASTO DA GRES PORCELLANATO RIFORMULAZIONE COMPENSAZIONE DEI PARAMETRI CHIMICO FISICI E CERAMICI ESCLUSIONE DI PLASTICITA E TENACITA 02/02/

16 VANTAGGI DESIDERATI CALO DEL COSTO FORMULA CALO DEI COSTI ENERGETICI CALO DEI COSTI DI FLUIDIFICAZIONE AUMENTO DI PRODUZIONE POSSIBILE AL PREZZO DI UNA PERDITA DI PLASTICITA >MOR in verde ( - 10 / - 20 % ) >MOR in essiccato ( - 20 / - 30 % ). FAMIGLIA TENAGREEN, PLASTIFICANTI TENACIZZANTI AD EFFETTO COMBINATO 02/02/

17 L AGGIUNTA DI TENAGREEN >RIFORMULAZIONE >SENZA INTERFERENZE >RIPRISTINO DEI VALORI DI MOR nell intervallo % : Effetto neutro o positivo sulla reologia Effetto positivo sul MOR in verde ( + 10 / + 20 % ) Effetto positivo sul MOR in essiccato ( + 20 / + 40 % ) Effetto sul pezzo ceramico prima e dopo cottura, neutro, rimangono invariati i parametri Nessun effetto apprezzabile sul cuore nero 02/02/

18 Cos è il TENAGREEN e come agisce? MP di origine naturale ( minerale vegetale ), matrice silico alluminosa molto plastica modificata organicamente ed inorganicamente. Sviluppo in USA dalla R&S della Divisione OIL & GAS di Lamberti, plastificanti lubrificanti per le trivellazioni petrolifere. ATTRAVERSAMENTO DI STRATI ROCCIOSI A COMPOSIZIONE VARIABILE GRANDE QUANTITA DI ACQUA ADDITIVAZIONE COMPITI: RAFFREDDAMENTO, TRASPORTO SCORIE, CONSOLIDAMENTO COMPORTAMENTO IDEALE DA MANTENERE INVARIATO 02/02/

19 PROPRIETA INTERESSANTE: capacità di interagire con strati argillosi molto plastici in presenza di acqua evitando fenomeni di impastamento e blocco delle parti meccaniche. 02/02/

20 MECCANISMO DI IDRATAZIONE 02/02/

21 sistema di additivazione in grado di BLOCCARE O RIDURRE L IDRATAZIONE in acqua della smectite sodica, in questo caso, la cui componente principale è la montmorillonite. fillosilicato di alluminio, costituito da uno strato di ottaedri di allumina interposto tra altri due di tetraedri di silice. STRUTTURA CRISTALLINA DELLA MONTMORILLONITE Questa struttura cristallina rappresenta la particella elementare della montmorillonite ed ha la forma di una LAMINA: esse sono raccolte a PACCHETTI 02/02/ e sono tenute assieme da forze di Van der Waals.

22 PACCHETTI DI LAMINE DI MONTMORILLONITE TENAGREEN I pacchetti possono essere separati, in acqua, in particelle più piccole di dimensioni submicroniche, con superficie specifica di 800 m 2 /g. LAMELLE DI ARGILLA DISPERSE IN ACQUA Presenza di cariche (- ) sulla superficie 02/02/ Cariche ( + ) parziali sui bordi per un meccanismo di SOSTITUZIONE ISOMORFA che crea SBILANCIAMENTO DI CARICHE

23 cariche negative neutralizzate Na+. Ca++, Mg++interstizi lamellari, cationi scambiabili. LAMELLE DI SMECTITE SODICA Quando il catione scambiabile è il sodio, per le sue dimensioni maggiori una volta idratato, l'acqua riesce con relativa facilità a penetrare tra le lamelle di bentonite disperdendone i pacchetti e rigonfiandole molto: è il tipico comportamento delle smectiti sodiche". 02/02/

24 Migrazione degli ioni Na+ a causa idratazione Lamine cariche ( - ) si allontanano per repulsione elettrostatica Alti stress meccanici favoriscono Riarrangiamento in stato di quiete con struttura aperta STRUTTURA A "CASTELLO DI CARTE" IN ACQUA Elevata viscosità Formazione di gel 02/02/

25 FENOMENI SHEAR DIPENDENTI ( PSEUDOPLASTICITA E PLASTICITA REOLOGICHE ) FENOMENI TEMPO DIPENDENTI ( TISSOTROPIA ) INIBIZIONE DELL IDRATAZIONE/ RIGONFIAMENTO 3 TIPOLOGIE DI INTERAZIONE CHIMICA 02/02/

26 1) ELETTROLITI CATIONICI INORGANICI SOSTITUZIONE DEGLI IONI Na+ nei siti di scambio cationico interlamellare. Li+ < Na+ < K+ < Mg2+ < Ca2+ < H+ concentrazione relativa, carica e dal volume o diametro ionico. Cationi con alta carica e piccolo diametro fortemente idratati Cationi con bassa carica e grande diametro sono meno idratati. K+ contribuisce al processo di inibizione, bilanciando anche la deficienza di carica si adatta perfettamente nei siti esagonali della silice tetraedrica e sicuramente lega insieme gli strati separati 02/02/

27 2) INIBITORI ORGANICI DI RIGONFIAMENTO Sostituzione di sodio facilmente idratabile; AZIONE COMPLESSANTE E CHELANTE protezione della sfera di solvatazione dei cationi. Adsorbimento sui siti anionici presenti sulla superficie delle lamelle schermatura a protezione dell azione disgregante dell acqua. azione chelante,di interposizione fra i pacchetti ( sono molecole con più di un gruppo reattivo, come alcune ammine polifunzionali ), Lega chimicamente le lamelle fra loro sfavorendo il processo di idratazione. 3) COSOLVENTI POLARI NON IONICI Alto potere di solvatazione Impedimento alla formazione delle sfere di idratazione POLIMERI INCAPSULANTI ( POLISACCARIDI CATIONIZZATI. ) 02/02/

28 LINEA DI AZIONE SEGUITA: 1) SELEZIONE di una particolare Smectite ad altissimo potere plastificante, 2) DEPRESSIONE delle proprietà di idratazione/rigonfiamento con l uso di opportuni INIBITORI, 3) ADDIZIONE di altri additivi di completamento, 4) Studio di una cinetica a Lento rilascio in modo che il potere plastificante venisse ripristinato al momento dell uso. EFFETTI STABILI E DURATURI NEL TEMPO SOSPENSIONI AD ALTO SECCO ( 30 50% ) BASSA VISCOSITA ALCUNI MESI DI STABILITA VELOCITA CONTROLLATA 02/02/

29 TENAGREEN: SLURRY SCORREVOLE, ALTA % ATTIVO, BASSA GRANULOMETRIA (D100<100micron) STOCK E MOVIM. COME UN LIQUIDO STABILE NEL TEMPO DIVERSE OPPORTUNITA DI AGGIUNTA >In MACINAZIONE, come una MP ( opzione possibile ma non necessaria ) >In VASCA DI STOCCAGGIO >In VASCA DI RILANCIO/ALIMENTAZIONE dell atomizzatore >INIEZIONE IN VENA, sulla tubazione di aspirazione della pompa di alimentazione dell atomizzatore 02/02/ praticità ed elasticità d uso, permettendo l aggiunta dell additivo quando necessaria e nella concentrazione voluta.

30 DATI SPERIMENTALI E VALUTAZIONI ECONOMICHE La riformulazione degli impasti possibile, Rispetto di tutti i parametri ceramici, tranne la plasticità tenacità in crudo, con le perdite di MOR aspettate TENAGREEN RECUPERO O MIGLIORAMENTO, dei valori di MOR, PARAMETRI INVARIATI. RISPARMIO SUL COSTO FORMULA, al netto del costo dell additivo, VARIABILE SEMPRE COMPRESO NEL RANGE 1-5 /ton RISPARMIO SUL CONTENUTO DI ACQUA VARIABILE NELRANGE 1 3 % conseguente RISPARMIO ENERGETICO 02/02/

31 IMPIANTO DI MEDIE DIMENSIONI PRODUZIONE circa 5 MILm2/anno, corrispondenti a circa ton/anno di atomizzato RISPARMIO ogni 1 /tonsul costo formula corrisponde a /anno Ogni 1% di acqua in meno corrisponde a circa /anno AUMENTO DI PRODUTTIVITA COSTI DI FLUIDIFICAZIONE 02/02/

32 TENAGREEN è una esclusiva LAMBERTI (domanda di brevetto è stata depositata) 02/02/

33 GRAZIE A TUTTI