PLASTIFICANTI TENACIZZANTI PER IMPASTI CERAMICI STATO DELL ARTE E SVILUPPI FUTURI

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1 PLASTIFICANTI TENACIZZANTI PER IMPASTI CERAMICI STATO DELL ARTE E SVILUPPI FUTURI Paolo Prampolini Sassuolo, 18 Febbraio 2016

2 Additivazione con LEGANTI di impasti ceramici, come incrementare, e perché, la resistenza meccanica in crudo dei manufatti ceramici, piastrelle o lastre di grandi dimensioni, stoviglieria, sanitari e ceramiche tecniche. Sperimentazioni in Italia e all estero dell ultimo anno, Possibili sviluppi nell immediato futuro. 18/02/2016 2

3 Le tecniche industriali di formatura dei pezzi ceramici si raggruppano in alcune categorie, in gran parte note da tempo, altre di concezione più recente: >Pressatura a semisecco unidirezionale, > unidirezionale non convenzionale ( senza stampo o per calandratura ), >Pressatura isostatica, >Colaggio tradizionale in forme di gesso, >Colaggio a pressione in forme di resina, >Trafilatura >Jiggering e jollyng 18/02/2016 3

4 Caratteristiche comuni. >Fase in cui il manufatto contiene una certa quantità di acqua ( almeno 5 6 % ), >Necessaria, >Fragilità in verde, a volte non sufficientemente compatibile con le dimensioni e la complessità dell oggetto o con le successive operazioni di movimentazione. >Fase successiva di essiccamento irrobustisce il pezzo, incrementando il MOR anche di 3 4 volte il valore iniziale e regolando la porosità superficiale in relazione alle applicazioni successive di smaltatura e decorazione. 18/02/2016 4

5 Possibilità di incremento del MOR essiccato attraverso l introduzione di leganti temporanei non presenta sostanziali novità rispetto al passato. >Uso di polimeri organici filmogeni di varia natura, di origine naturale, > Amidi, Zuccheri, Cellulose, Ligninsolfonati, o sintetica, Polimeri Vinilici, Acrilici, Naftalensolfonati, >Incremento MOR essiccato fino ad oltre il 100% del valore iniziale 18/02/2016 5

6 Resistenza Meccanica in Crudo CRV CRS ,1 Kg/cm , ,4 2,2 3,6 4,3 4,2 0 STD E/50 0,5% E/50 1% E/50 1,5% 6

7 Resistenza Meccanica in Essiccato 50 45,8 42,7 Kg/cm , , , /02/ STD A/5 0,5% A/5 0,75% A/5 1% A/7 0,5% A/7 0,75% A/7 1%

8 Resistenza meccanica in essiccato 68, Kg/cm , ,9 24,7 30,4 23,9 25,2 23,9 26, ,3 40,5 45,9 41,2 34,3 36,7 49,3 51,1 50,1 52,2 STD 0,1 0,25 0,5 0,75 1 1,5 2 57,7 61,1 52,9 A/7 A/5 SOL 5 18/02/2016 8

9 Processi e meccanismi noti e collaudati, Senza particolari limiti tecnologici. >Limiti industriali di natura economica >Difficoltà di combustione completa delle sostanze organiche durante il ciclo di cottura. >Incompatibilità fra la velocità del ciclo in fase di preriscaldo e la velocità di decomposizione delle SO porta al fenomeno del cuore nero. Alcuni dei leganti più comuni possono aumentare il tenore di Zolfo >Differenziazione fra le Sostanze Organiche, sempre presenti, apportate dalle MP, veramente determinanti, e quelle introdotte dall additivazione. 18/02/2016 9

10 Presenza di situazioni limite in cui già lo standard iniziale appare compromesso. Qualunque apporto evidenzia maggiormente il problema. Se le condizioni sono tali per cui il sistema tollera il moderato aumento di SO per aggiunta dei leganti senza manifestare difficoltà, >Possibilità di raggiungere resistenze in essiccato abbondantemente sufficienti alle necessità operative, appare alla portata di una NORMALE ADDITIVAZIONE CON TENACIZZANTI 18/02/

11 Prodotti combinati ad effetto Deflocculante/Tenacizzante Concetto generale: >Più un sistema è polifunzionale, più il sistema diventa rigido ed invariante, ma semplice da utilizzare ( potendo variare solo la % totale dell additivo ). >Maggiore è la scomposizione nelle varie funzionalità, maggiore è la conoscenza, maggiore è la complessità di gestione Attenta valutazione assieme all utente. Non esistono metodi in assoluto migliori Esistono soluzioni intermedie di compromesso VERSATILITA COMPLESSITA RIGIDITA SEMPLICITA 18/02/

12 Perché è UTILE, se non indispensabile, avere un MOR essiccato più alto? > per realizzare pezzi più grandi, o di forma più complessa, > pezzi più sottili, > per potere usare Materie Prime meno pregiate, meno care ( e meno plastiche ), Problema della resistenza in verde. > Potere pressare di meno gli alti spessori al fine di degasare meglio in cottura, Problema della fragilità in verde. 18/02/

13 PLASTIFICANTI -TENACIZZANTI PLASTIFICANTI E MOR VERDE. Discorso più complesso: la maggior parte dei leganti agiscono quando l acqua è evaporata, NON FUNZIONANO in presenza di % d acqua anche piccole. Che fare? >Meccanismi smectiti inibite. >Polimeri Organici ad alto PM in emulsione acquosa. >Fase iniziale: emulsione acquosa di monomeri acrilici e metacrilici idrofobici, >goccioline, all interno delle quali avviene la polimerizzazione radicalica fino ad esaurimento dei monomeri, >emulsione diretta di polimeri acrilici, in cui il >polimero ad alto PM solido, raggomitolato all interno di una gocciolina tenuta in equilibrio da tensioattivi. 18/02/

14 Si possono introdurre polimeri insolubili ad alto PM senza influenzare la viscosità della sospensione. L equilibrio è metastabile. Stress meccanici e termici ( evaporazione dell acqua ), polimero adsorbito sulle particelle solide, >Distruzione >Diffusione e coalescenza >Formazione di un corpo unico, >Deposizione di un film sulla particella >Posizioni preferenziali >Coating particella Rumpf e Onoda: 18/02/

15 Perché incrementare la resistenza in verde? Stesse motivazioni che portano alla necessità di aumentare la resistenza in essiccato, tecniche ed economiche, con l aggiunta di Maggiori difficoltà collegate ai valori assoluti notevolmente più bassi, Incrementi che si ottengono, mediamente inferiori, Scarsa disponibilità di leganti specifici, che non siano argille plastiche. Linee completamente digitalizzate, a partire dalla formatura di grandi lastre tagliate o rifilate a crudo, varie fasi di smaltatura digitale, decorazione digitale ed applicazioni a secco digitali. 18/02/

16 Posizionamento dell essiccatoio appena dopo la pressa, MOTIVAZIONI: >movimentazione energica, >trasporto su cinghie, >decorazioni serigrafiche e rotocalco a contatto, >applicazioni di engobbi e smalti all acqua ( riduzione MOR essicc di un 10% ognuna ) >Spostamento di questa parte dell impianto a fine linea, in posizione di pre forno. VANTAGGI: >smaltatura/decorazione digitale a bassa temperatura >Possibilità di sistemi applicativi a minore contenuto di SO altobollenti 18/02/

17 Notevole variazione delle condizioni chimico fisiche superficiali, soprattutto POROSITA in crudo ed ASSORBIMENTO. Si ipotizza che non dovrebbero essere problemi insormontabili, dato che si producono attualmente grandi lastre TRAFILATE che seguono questo schema. Il cambio di superficie richiederebbe alcuni adattamenti. In ogni caso una MAGGIOR RESISTENZA IN VERDE dovrebbe aiutare il conseguimento dei risultati attesi. 18/02/

18 Prodotti in grado di Influenzare POSITIVAMENTE sia il MOR verde che il MOR essiccato, cercando di riprodurre l effetto globale dell aggiunta di sistemi argillosi molto plastici, >Dosaggi molto bassi ( < 1% ) >Senza effetti indesiderati, >Forma fisica ( liquido pompabile stabile nel tempo ) da essere facilmente dosabile in ogni momento ed in diverse posizioni dell impianto, da scegliere opportunamente. Il risultato è stato il sistema TENAGREEN, di cui portiamo all attenzione uno dei principali CASE HISTORY industriali, dopo più di un anno di additivazione su tutta la produzione 18/02/

19 OBBIETTIVO >Riduzione dei costi di produzione, attraverso una >Riformulazione dell impasto ottenuta riducendo la % di argilla plastica, >Ripristino delle precedenti condizioni di resistenza in crudo ( MOR verde + MOR essiccato ) con >Addizione del plastificante tenacizzante TENAGREEN. Tipologia Impasto: Gres Porcellanato, smaltato, ma anche tecnico in piccola %. PRODUZIONE (m2) ca 3M FORMATI (cm) 30X60 60X60 45X90 60X120 SPESSORE (mm ) 9 10 CICLI COTTURA da 1215 C/46min a 1220 C/54min 18/02/

20 Composizione: IMP STD IMP MOD ARG PLASTICA 24% 8% ALTRE ARG 16% 31% TOT ARG 40% 39% FOND + INERTI 60% 61% TENAGREEN 0% 0.60% DENSITA (g/l) DELTA % H2O MOR VERDE (KG/cm2) MOR ESSICC (KG/cm2) /02/

21 RISPARMIO COSTO FORMULA COMPRENSIVO DEL COSTO DEL TENAGREEN: 2 /TON RISPARMIO CONSUMO GAS METANO: %, corrispondente a 3.5% acqua evaporata NOTA: Non si sono modificati tipo e % d uso del deflocculante, quindi i costi relativi sono rimasti gli stessi, privilegiando la maggior efficienza dell impianto ed il minor consumo di gas. Questi dati confermano sostanzialmente quanto previsto da un gran numero di test di laboratorio ed altre prove industriali effettuate in questo periodo di tempo. 18/02/

22 TENAGREEN su impasti rossi, Alte % di Fe e Ti, alte % di argille ( % ). GRES ROSSO da pavimento MONOPOROSA ROSSA da rivestimento macinati ad umido. TECNOLOGIA PREVALENTE in Spagna, Nord Africa dal Marocco all Egitto, Medio Oriente e Penisola Arabica. MOTIVAZIONI: >Abbondanza di cave locali e prodotto a basso costo. >NON problemi di plasticità, >Difficoltà di fluidificazione, e con altissime % di deflocculante >Problemi di cuore nero dovuto all elevato contenuto di SO delle argille più plastiche. 18/02/

23 OBBIETTIVO: Verifica se la sostituzione parziale di argille plastiche cariche di SO con altre meno plastiche e meno difficili da fluidificare, accompagnata da aggiunte di TENAGREEN, potesse non tanto influenzare il costo dell impasto, comunque limitato, quanto consentire condizioni di lavoro in macinazione e in cottura più idonee, con risparmi di acqua (importantissima in paesi aridi ), gas ed aumento della velocità dei cicli, senza cuore nero. 18/02/

24 TENAGREEN formatura per colaggio sanitari. Tendenza: produrre pezzi sempre più grandi, consolle da bagno e piatti doccia, diffusione sempre maggiore della tecnologia di colaggio ad alta pressione, Prodotti in grado di incrementare la velocità di formazione dello spessore ( casting rate ), collegata con un moderato e controllato aumento di tissotropia e flocculazione. Riduzione dei tempi del ciclo di colaggio, e la resistenza meccanica in crudo per contrastare il fenomeno dei difetti di crepa. Alcune prove di laboratorio, effettuando aggiunte di TENAGREEN ad una barbottina di impasto per sanitari 18/02/

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26 STOVIGLIERIA, ( India ) Colaggio, oppure Jiggering e Jollyng. Addizione 0.25% di TENAGREEN, Miglioramento nella plasticità e lavorabilità, con calo dell incidenza di pezzi crepati o rotti. JIGGERING AND JOLLYING a) Template. b) Clay. c) Mold. d) Wheel 18/02/

27 TENAGREEN INORGANICO, con un contenuto in SO sul tq inferiore al 4%, confrontato al 40 50% di un tenacizzante tradizionale, ed al 10-15% del TENAGREEN TENAGREEN SEMISINTETICI, contenenti una parte di polimeri sintetici dotati di una particolare proprietà plastificante e di uno spettro di azione più ampio TENAGREEN SUPERPLASTIFICANTI, contenenti polimeri acrilici in emulsione, che presentano un interessante effetto sinergico con la frazione inorganica, ed una maggiore facilità di decomposizione nei cicli rapidi di cottura. 18/02/

28 TENAGREEN SEMISINTETICI Case History industriale OBBIETTIVO: conseguire, senza modifiche all impasto, maggiore resistenza in verde ed in essiccato per affrontare grandissimi formati Risultati medi dopo alcuni mesi di produzione ( gres porcellanato ) e circa m2 STD MOD TENAGREEN (%) 0 0,6 MOR VERDE (Kg/cm2) 7,9 9,0 MOR ESS (Kg/cm2) /02/

29 MOR in Verde 7,5 7,27 COMBINAZIO 7,52 7 6,5 Tenagreen INORG 6,49 6,71 Kg/cm 2 6 5,5 COPACR BASSA 5,96 5,54 5,95 5 4,88 4,5 4 std 4,28 4,51 0,25% 0,5% 1,0% 0,25% 0,5% 1,0% 0,25% 0,5% 1,0% 18/02/

30 MOR in Essiccato 40 37,34 37,56 COMBINAZIONE 39,86 35 TENAGREEN 33,39 COPACR BASSA 31, ,29 28,47 Kg/cm 2 25,64 25 std 20,85 24, ,25% 0,5% 1,0% 0,25% 0,5% 1,0% 0,25% 0,5% 1,0% 15 18/02/

31 TENAGREEN TENAGREEN è una esclusiva LAMBERTI (domanda di brevetto è stata depositata) 18/02/

32 GRAZIE A TUTTI

33 a 18/02/