Índice

1. 1. Contexto: un esmalte sin aditivos
2. 2. Proceso de aplicación y correcto comportamiento del esmalte
3. 3. Aditivos para molienda: fluidificantes y ligantes
       a) Introducción
       b) Rectificado para su posterior aplicación airless
       c) Rectificado para aplicación posterior a campana o vela
4. 4. Hacia la línea de esmaltado
        a) Escenario posibles
        b) Los (llamados) ligantes de esmalte
        c) Nivelantes y antiespumantes
               - Nivelantes (Tensioactivos)
               - Livellanti (Humectantes)
               - Antiespumantes
        d) Fluidificantes y suspensivantes

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1. Contexto

La aplicación de esmaltes a lo largo de la línea de esmaltado constituye una de las fases más delicadas del proceso de producción cerámico. Para lograr altos niveles de rendimiento, el esmalte debe poseer unas características reológicas concretas que tengan en cuenta las condiciones de aplicación peculiares y siempre diferentes de la línea de producción. La correcta formulación de las suspensiones de esmalte es, en esencia, la condición previa necesaria para una correcta ejecución de la aplicación y un resultado sin defectos a nivel técnico-estético.

¿Qué le ocurriría a un esmalte si, se moliera únicamente con agua (y, por tanto, sin aditivos)?

1. Le faltaría cohesión (COHESIÓN) 
2. Sedimentaría (ESTABILIDAD)
3. No se nivelaría correctamente en el soporte cerámico (NIVELACIÓN)

Estas son las macro consecuencias.

Sin querer examinar todos los diferentes problemas que podrían surgir, es posible afirmar que un esmalte cerámico no puede actuar sin la ayuda de los aditivos adecuados. Es decir, no puede proporcionar un rendimiento de alto valor.

¿Por qué?

El esmalte se compone principalmente de materias primas inorgánicas y frita molida en agua. Una mezcla de elementos que no posee inherentemente las características necesarias para crear una suspensión cohesiva, nivelada y estable conforme a la densidad de aplicación.

Generalmente, un esmalte sin aditivos no posee por sí mismo los parámetros necesarios para su procesamiento y aplicación.

2. Proceso de aplicación y correcto comportamiento del esmalte 

Pensemos, por ejemplo, en una correcta aplicación del esmalte mediante pulverización (airless).
En este caso concreto, el esmalte, tras ser pulverizado sobre la superficie del soporte cerámico, se nivela adecuadamente y se seca de manera uniforme. Sin embargo, estos tres pasos aparentemente sencillos no se dan por descontados y, como ya hemos dicho, no forman parte intrínseca de la naturaleza de los esmaltes.
El correcto comportamiento descrito, de hecho, puede obtenerse única y exclusivamente gracias a la utilización calibrada de componentes químicos adecuados de naturaleza orgánica e inorgánica, sin los cuales el esmalte tendería a sedimentarse en el interior del circuito, la pulverización no sería óptima y el esmalte -que no está cohesionado y ligado- se distribuiría sobre el soporte cerámico de forma desnivelada y no uniformemente (goteado). Sin olvidar los tiempos de secado correctos ni los fenómenos de repelencia provocados por el contacto entre el esmalte (a base de agua) y las tintas (a base solvente).

Los productos químicos para esmaltado pueden añadirse a lo largo del proceso en dos pasos distintos (individualmente o simultáneamente):

• MOLIENDA (fase preparatoria)
• LÍNEA DE ESMALTADO (fase de aplicación)

3. Aditivos para molienda

Già in fase di macinazione, occorre prevedere lo studio preliminare e il conseguente uso di opportuni a en la fase de molienda, es necesario prever el estudio previo y el consiguiente uso de FLUIDIFICANTES yLIGANTES adecuados que, en términos de formulación, pueden diferir considerablemente según el tipo de esmalte, el sistema de aplicación utilizado y los parámetros específicos de la línea de producción.

¿Qué se entiende por fluidificación?

El término fluidificante suele referirse a cualquier sustancia capaz de reducir la viscosidad de la suspensión, independientemente del mecanismo de acción. En el campo de la cerámica, cuando hablamos de FLUIDIFICANTES solemos utilizar términos como DESPERTANTES DE ESMALTE. Con los dispersantes de esmalte nos referimos específicamente a los agentes químicos capaces de mantener separadas (a distancia) las partículas suspendidas en el agua para evitar o limitar cualquier interacción.

Sin duda, la acción de los aditivos químicos utilizados en la molienda también deben tener en cuenta el tipo de aplicación que se utilizará a lo largo de la línea de esmaltado.

1. MOLIENDA PARA SU POSTERIOR APLICACIÓN A AIRLESS

Una aplicación airless de alta densidad (caracterizada por el uso de un bajo contenido de agua y/o un alto contenido de sólidos) suele requerir el uso de

• FLUIDIFICANTES caracterizados por una fuerte acción visco-depresora. El aditivo debe ser capaz de reducir significativamente la viscosidad de la suspensión. De hecho, una viscosidad elevada podría generar distintos tipos de problemas durante la fase de aplicación.
• LIGANTES capaces de dar cohesión (su ausencia podría causar una colocación incorrecta, falta de anclaje en el sustrato y falta de homogeneidad durante la nivelación).

Por el contrario, una aplicación airless de baja densidad (utilizada, por ejemplo, para aplicaciones de esmalte superficiales) requiere agentes fluidificantes más ligeros o dosis más bajas. Una fluidificación excesiva podría, desestructurar el sistema produciendo, por ejemplo, fenómenos de sedimentación.

1. MOLIENDA PARA APLICACIÓN A CAMPANA O VELA

Para aplicaciones a campana o vela se suelen utilizar ADITIVOS REOLÓGICOS o COHESIVOS muy nobles, es decir, que contengan una cantidad modesta de aniones y cationes que podrían producir defectos en el esmalte durante la cocción (agujeros, hendiduras). Para estos tipos de procesos, es esencial que el esmalte tenga, a diferencia de las aplicaciones airless, niveles discretos de viscosidad.
Dado que el esmalte no tiene que ser rociado sino vertido "a cascada", debe estar ligado. Es decir, debe tener los niveles adecuados de cohesión y viscosidad para mantenerlo compacto.

EPÍLOGO

Por lo tanto, al hablar de aditivos para la molienda de esmaltes, queda claro -incluso con estos pocos y sencillos ejemplos- que es posible razonar en términos generales, pero es ciertamente impensable hablar de normas o incluso elaborar casos detallados: los contextos y los parámetros son muy heterogéneos y es difícil remitirse a una única fórmula o solución.

Por último, podemos añadir que la adición correcta de esmalte durante la fase de molienda no sólo da lugar a un rendimiento correcto durante la aplicación, sino que también aporta considerables beneficios durante la propia molienda.

Piénsese, a modo de ejemplo, en las ventajas que pueden obtenerse en términos de TIEMPOS DE MOLIENDA (y, por tanto, de productividad industrial) en función de la mayor o menor cohesión de un esmalte: a una mayor cohesión corresponde normalmente una menor dificultad de molienda (y, por tanto, una reducción de los tiempos de operación).

4. Hacia la línea de esmaltado

ESCENARIOS POSIBLES

Como ya se ha evidenciado, la heterogeneidad de los escenarios es lo que distingue a la producción cerámica. Si esto es bien cierto en términos generales, lo es aún más cuando se avanza a lo largo de la línea de esmaltado. El esmalte, una vez pulido, se pone en línea donde puede encontrar diferentes métodologías de uso y lógicas de aplicación:

1. Vela, campana, airless
2. Aplicación al principio y / o al final de línea
3. Aplicación en formato grande, mediano y pequeño
4. Aplicación pre o post decoración digital
5. Aplicación bajo la decoración inkjet o sobre la granilla

En esta macro fase particular del proceso productivo, el papel del proveedor de productos químicos -necesario para recrear las condiciones óptimas de aplicación- es en cualquier caso determinante.

Esto significa que la tarea de los fabricantes de productos químicos es ESTUDIAR CUIDADOSAMENTE EL SISTEMA según la mezcla de elementos descrita anteriormente, encontrando de vez en cuando no tanto el producto correcto dentro de su gama sino la solución a medida que mejor se adapte a los parámetros existentes.

Veamos a continuación las principales familias de aditivos utilizados en esta fase de la cadena productiva.

LOS (denominados) LIGANTES PARA ESMALTES

Los ligantes, utilizados tanto para aplicaciones húmedas como secas, realizan varias funciones. En primer lugar:

1.

Conferir al esmalte un suficiente poder adhesivo respecto al soporte cerámico (o a las otras capas de esmalte previamente aplicadas). El poder adhesivo actúa tanto sobre el soporte como sobre las distintas capas de esmalte que, al sumarse, se unen de forma compacta (pensemos) en las distintas boquillas que disparan simultáneamente el esmalte sobre la superficie de los azulejos cuando aún están crudos).

El poder ligante viene dado por la presencia de moléculas orgánicas formadas por grupos funcionales capaces tanto de ligar las partículas inorgánicas del esmalte como de unirse cuando pierden agua.

Gracias a su capacidad para crear un verdadero entramado, los ligantes también pueden limitar significativamente el fenómeno del polvo (cuando el esmalte no ligado pierde agua, vuelve a convertirse en polvo)

2.

Conferir al esmalte homogeneidad y cohesión

3.

Ralentizar el proceso de evaporación y drenaje del agua. Ralentizar el proceso de evaporación y drenaje del agua contenida en la suspensión del esmalte para permitir que el sistema se nivele de forma adecuada y homogénea, evitando defectos superficiales como pequeñas burbujas de aire o picaduras. El mayor o menor poder adhesivo (o cohesivo) del esmalte sobre el soporte depende también de la acción que el aditivo propicie sobre los tiempos de secado y drenaje. Los correctos tiempos de secado/drenaje de las distintas capas de material que componen la pasta cerámica -engobe, esmalte, tinta, granilla, esmalte de cobertura, etc.- son fundamentales para que cada capa se aplique sucesivamente sólo cuando el material aplicado anteriormente haya alcanzado el valor de drenaje correcto. - son fundamentales para garantizar que cada capa se aplique sucesivamente sólo cuando el material aplicado anteriormente haya alcanzado el valor de drenaje correcto: un aspecto esencial para favorecer la adhesión óptima entre las diferentes capas. 
Esto es especialmente real en el caso de las aplicaciones de esmalte sobre engobe. Si, por ejemplo, un esmalte llega demasiado húmedo bajo los cabezales de la impresora digital, pueden surgir problemas debido a la presencia de vapor de agua en los cabezales.

4.

Aunque son mínimos, los aditivos ligantes también son capaces de ralentizar o limitar los fenómenos de sedimentación del esmalte en el interior del depósito.

NIVELANTES Y ANTIESPUMANTES

1. a) NIVELANTES (TENSIOACTIVOS)

Hablar de TENSIOACTIVOS es hablar de productos solublesde alto rendimiento que, por definición, son capaces de disminuir la tensión superficial del sistema gracias a su estructura molecular: Cabeza hidrofílica + cola hidrofóbica. Cuando se añade el tensioactivo a la suspensión del esmalte, se produce lo siguiente en la superficie: la cola, debido a su propiedad hidrofóbica, permanece fuera del agua (expuesta al aire) mientras que la cabeza hidrofílica, sumergida, separa las moléculas superficiales del agua, disminuyendo su tensión. La reducción de la tensión superficial del esmalte produce una mejor distribución en la superficie de la baldosa y, por tanto, una mejor nivelación.

Aunque los tensioactivos son completamente solubles, no suelen producir defectos superficiales particulares como descamaciones o perforaciones (sobre todo debido a los bajos porcentajes de uso), sin embargo pueden ser altamente espumógenos y difíciles de controlar.

¿Cómo produce espuma un tensioactivo?
¿Cuál es la estructura de una burbuja de espuma?

Las burbujas de espuma generadas por los tensioactivos no son más que películas esféricas de moléculas de agua unidas por los propios tensioactivos. En cerámica, cuando la suspensión de esmalte se pone en movimiento dentro del depósito, el aire comienza a circular en el interior del esmalte (especialmente a altos niveles de agitación) y las burbujas de espuma emergen a la superficie.

1. b) NIVELANTES (HUMECTANTES)

En algunos casos, por lo tanto, es posible utilizar AGENTES NIVELANTES PARCIALMENTE HIDROSOLUBLES que, por un lado, no poseen propiedades antiespumantes particulares pero que, por otro lado, tienen la capacidad de humedecer las partículas inorgánicas del esmalte disminuyendo la tensión superficial del agua lo suficiente para provocar una desaglomeración de las propias partículas, facilitando su dispersión homogénea dentro del sistema. La disminución de la alta tensión superficial del agua, que efectivamente no permite que las moléculas de agua entren en los aglomerados para hidratar / humedecer todas las partículas, hace posible que el agua penetre entre las partículas del sólido en suspensión que se aglomeran juntas. y que retienen aire en su interior. La desaglomeración junto con la disminución de la tensión superficial del esmalte produce un verdadero efecto nivelador. Este es, por ejemplo, el caso de los aditivos humectantes / nivelantes utilizados para aplicaciones de campana o vela.

En otras palabras.

Los humectantes del sustrato son moléculas orgánicas que actúan tanto en la interfase entre el soporte cerámico/esmalte como en la interfase esmalte/aire: la acción nivelante que genera se produce específicamente por la disminución de la tensión superficial del agua en la interfase esmalte/aire.

1. c) ANTIESPUMANTE

Los ANTIESPUMANTES son agentes químicos eficaces para prevenir y / o eliminar las burbujas de aire que en ocasiones pueden formarse y quedar atrapadas en el interior del esmalte y / o en su superficie: tanto en el interior del depósito de agitación como después de la aplicación (en la superficie del esmalte extendido sobre el soporte cerámico ).

¿Cómo actúa el antiespumante?

El antiespumante, al ser insoluble en agua, tiene la capacidad de desestabilizar el sistema espumógeno actuando sobre la tensión superficial de la espuma rompiendo las colas hidrófobas del tensioactivo y la consiguiente explosión de la burbuja.

Para comprenderlo mejor, utilizamos, como en ocasiones, un ejemplo tomado del mundo de la cocina. En este caso, tomemos un HUEVO y comencemos a batirlo y batirlo.
Si procedemos con esta acción utilizando únicamente la clara (la parte blanca) veremos la progresiva formación de espuma. Si, por el contrario, también tenemos la yema (la parte roja) al mismo tiempo que la clara, veremos la ausencia total de fenómenos de formación de espuma.

¿Por qué?

La yema de huevo contiene porcentajes muy elevados de grasas (en particular triglicéridos) que actúan como un antiespumante.

Si se aplican sobre esmaltes poco plásticos (con bajo contenido en arcilla) o duros (como los esmaltes a base de fritas únicamente) tienden a permanecer microdispersos en el agua, generando en ocasiones defectos como orificios o huecos. El uso de ANTIESPUMANTES para contrarrestar la espuma generada por el tensioactivo puede por tanto solucionar parcial o totalmente el problema pero el equilibrio que se genera es a veces bastante inestable.
Por un lado, se intenta contrarrestar la formación de espuma del tensioactivo con un agente antiespumante, por otro lado es necesario contrarrestar la acción del antiespumante que, si se usa en exceso, puede producir huecos y orificios. debido a su insolubilidad en agua.

Es un poco como la pescadilla que se  muerde la cola..

Si este es el escenario, no significa que los tensioactivos cerámicos y los antiespumantes no puedan usarse en combinación. Por el contrario, esto sucede con frecuencia, pero el tándem debe calibrarse cuidadosamente hasta obtener un equilibrio perfecto con una solución a medida.

FLUIDIFICANTES Y  SUSPENSIVANTES

Los aditivos suspensivantes y fluidificantes son auténticos correctores del esmalte.

FLUIDIFICANTES

En efecto, la fluidez de un esmalte se pone en juego en el caso de que éste resulte excesivamente estructurado y, por tanto, incapaz de nivelarse correctamente sobre el soporte cerámico. La función de los agentes fluidificantes es precisamente la desestructuración del sistema.

Al igual que los fluidificantes utilizados en la fase de molienda, consiguen disminuir la viscosidad de la suspensión manteniendo separadas (y a distancia) las partículas sólidas suspendidas dentro de la fase líquida. Esta acción permite alcanzar el valor de viscosidad adecuado que requiere el tipo de aplicación elegido, permitiendo una correcta nivelación del esmalte.

SUSPENSIVANTES

Los agentes suspensivantes, por otro lado, actúan sobre los posibles fenómenos de sedimentación del esmalte dentro de los sistemas de aplicación, como por ejemplo en los tanques de agitación. Como su nombre lo explica claramente, tienen la función de mantener en suspensión las partes sólidas del esmalte en el interior del sistema.
¿Cómo funcionan los suspensivantes en la práctica?

SIMPLIFICANDO AL MÁXIMO, pueden actuar desde el punto de vista estérico, creando mediante polímeros particulares una retícula (o un obstáculo) dentro del sistema que evita el acercamiento de las partículas y que al mismo tiempo contrasta (por así decirlo) la fuerza de la gravedad que haría descender las partes sólidas si no se depositaran en la parte baja del contenedor

Alternativamente, los agentes suspensivantes actúan sobre la carga iónica inecrementando algunos iones que tienen la posibilidad de saturar el agua, estructurando de esta manera el sistema.