1. Premessa: una definizione impropria
2. Colle digitali a base solvente
3. Colle digitali a base acqua
4. Il prossimo futuro e la proposta Z&S:
   1. Colle digitali a base acqua senza fondente
   2. Colle digitali a base acqua con fondente

1. Premessa una definizione impropria

Com’è noto, esistono da anni in commercio diverse tipologie di COLLE DIGITALI applicate all’interno del processo produttivo ceramico per mezzo di sistemi piezoelettrici a getto d’inchiostro.
Benché ciascuna di esse interagisca con polveri e/o graniglie vetrose in modo distintivo, due sono ad oggi le macro-categorie di riferimento:

1. colle a base solvente (solventi apolari)
2. colle a base acqua (solventi polari e acqua)

Se da un lato le colle a base solvente – principalmente a base di esteri di acidi grassi o glicoleteri – producono esclusivamente un’azione coesiva, le colle a base acqua sono invece in grado di promuovere un vero e proprio effetto legante (filmogeno / reticolante) tra le particelle.

Un aspetto curioso da evidenziare è che – nonostante la denominazione – le colle digitali non sono tuttavia vere e proprie colle. Si tratta cioè di prodotti che hanno sì la capacità di FISSARE polveri e/o graniglie vetrose sul supporto ceramico ma il cui funzionamento non è assimilabile a quello di una colla tout court.

2. Colle digitali a base solvente

Le colle digitali a base solvente possono essere considerate a tutti gli effetti come cere in olio.

Perché?

A differenza degli inchiostri a base solvente contengono resine e/o molecole solubili in solventi apolari che – nel momento in cui la colla “perde” parte del proprio solvente sia per assorbimento sul supporto che per eventuale evaporazione – non sprigionano una capacità reticolante/filmogena.
Più specificatamente: quando la colla a base solvente viene stesa, benché una piccola percentuale del SOLVENTE APOLARE evapori a contatto con il supporto caldo, essa (la colla) viene quasi completamente assorbita dalle polveri ceramiche sul supporto rilasciando tra le particelle le resine e le molecole solubili che posseggono POTERE COESIVO.

Le molecole di resine solvatate (circondate) al solvente (esteri di acidi grassi) sono caratterizzate da un potere coesivo che produce un “effetto schermante” senza tuttavia dare origine a veri e propri legami tra le particelle (no potere adesivo). La resina svolge in tal senso una funzione di cera, tenendo insieme le particelle senza legarle. Questo il motivo per cui sarebbe improprio utilizzare il termine colla.

Perché non si produce un vero e proprio POTERE ADESIVO?

Le molecole di resine solvatate (circondate) dai solventi apolari – come, appunto, gli esteri di acidi grassi – si trovano in una condizione tale da produrre interazioni deboli con i materiali inorganici del supporto e delle polveri/graniglie ceramiche: le molecole di solvente hanno infatti per loro natura pochi punti o gruppi affini in grado di interagire con legami forti (come diversamente avviene invece in concomitanza di resine che si trovano in ambiente acquoso).

I solventi apolari in questione (esteri di acidi grassi) sono oltretutto altobollenti e dunque non eliminabili per evaporazione in fase applicativa. Essendo essi, pertanto, sempre presenti tra la resina e il materiale inorganico del supporto o delle graniglie vetrose, creano una sorta di barriera che impedisce l’interazione diretta, e dunque un legame forte, tra la resina contenuta nel solvente e il supporto e/o la graniglia/polvere vetrosa.

UN ESEMPIO ESPLICATIVO DAL MONDO DELLA CUCINA
Immaginiamo di impastare farina e acqua per fare la pizza.
La pasta risulta morbida e appiccicosa (si lega alle mani).
Per evitare che ciò accada di norma ci si cosparge le mani con olio così da evitare l’effetto attaccaticcio preservando al contempo la coesione tra le particelle di farina.
Parafrasando dalla cucina alla ceramica: le mani sono il supporto ceramico mentre la pasta di pizza sono le particelle di graniglia (o polveri ceramiche) impregnate di olio che sono coese ma non si legano al supporto.

L’olio rende tra loro coese le particelle così come crea una coesione tra particelle e supporto senza tuttavia dare origine ad un vero e proprio incollaggio.

3. Colle digitali a base acqua

Da un punto di vista chimico le colle digitali a base acqua sono prodotti polari essendo a base di solventi fortemente polari e acqua (anch’essa polare). Come tutti i sistemi polari hanno una capacità d’interazione già di per sé molto più elevata rispetto a qualsiasi altro prodotto apolare. Le resine presenti all’interno delle formulazioni sono inoltre opportunamente studiate per ottenere un forte POTERE FISSATIVO/COESIVO (non adesivo!).

Benché anche in questo caso le resine in soluzione rimangano parzialmente solvatate (circondate da acqua e solventi polari) sia nel momento della deposizione della colla sul supporto ceramico che durante l’interazione con le graniglie successivamente applicate, i meccanismi d’azione sono piuttosto differenti.

I solventi polari (e in particolare l’acqua) “abbandonano” le resine: i solventi tendono cioè ad essere assorbiti dal supporto e al contempo ad evaporare a causa del calore della piastrella. Tale processo consente alle resine presenti in formula di interagire in modo più intimo con il supporto e con le graniglie vetrose, creando interazioni molto più forti rispetto a quanto accade con le colle digitali a base solvente.

Va altresì detto che è piuttosto raro che il solvente polare svanisca o si perda completamente in fase applicativa. Anzi, è bene che ciò non avvenga in quanto i solventi devono garantire la giusta lubrificazione delle testine evitando la comparsa di gelificazioni o croste che potrebbero compromettere un buon risultato di stampa.
Da ciò si evince che, anche con l’uso di colle a base acqua, non ci si deve aspettare un vero e proprio fenomeno adesivo ma, per quanto certamente molto potente, un effetto coesivo promosso dalla presenza del solvente che rimane presente tra le particelle e dunque all’interno del sistema.

4. Il prossimo futuro e la proposta Z&S

In considerazione degli evidenti vantaggi che si possono conseguire sia sul piano della sostenibilità che su quello tecnologico-applicativo risulta evidente come il futuro delle colle digitali non potrà che essere a base acqua. Una scelta complessa ma inevitabile.

È importante sottolineare che la tecnologia a base acqua – già in uso in diversi settori della produzione industriale – solo in tempi recenti ha trovato un vero e proprio spazio all’interno del mondo ceramico.
Benché il tema sia sulla tavola già da diversi anni, sia la tecnologia applicativa (stampanti e testine) che le colle hanno infatti solo ultimamente conseguito i giusti livelli di affidabilità. Livelli che possano assicurare risultati continuativi, stabili e performanti. Si tratta di una triangolazione fatta di variabili dipendenti che non possono prescindere le une dalle altre.

All’interno di questo nuovo scenario in via di assestamento, Zschimmer & Schwarz Ceramco ha iniziato il proprio percorso di ricerca sul sistema a base acqua del lontano 2013 facendosi pioniera in un ambito all’epoca quasi per nulla indagato.
Accanto all’eterogenea gamma di colle a base solvente, l’azienda ha dunque focalizzato ormai da un decennio la propria attenzione su soluzioni alto performanti e a basso impatto ambientale, concentrandosi in due diverse direzioni:

• Colle digitali prive di fondente
• Colle digitali con componente fondente

Vediamo più da vicino differenze e similitudini.

COLLE DIGITALI A BASE ACQUA (PRIVE DI FONDENTE)
Si presentano come liquidi trasparenti (tipo cleaner) e sono costituite da solventi polari, acqua, resine, polimeri organici e inorganici. La loro formulazione consente di FISSARE le graniglie (tra loro e sul supporto) e prevede diversi meccanismi d’azione nelle diverse fasi del processo produttivo:

• In linea di smalteria (dopo l’applicazione di graniglia): sviluppo di un forte potere coesivo già in fase di precottura
• In fase di essiccazione (o preriscaldo) all’interno del forno: mediante un forte potere legante derivante dalle resine e dai polimeri organici che hanno perso completamente l’acqua e i solventi polari presenti in formula (per evaporazione) consentendo alle resine di svolgere pienamente la loro azione legante
• In fase di precottura: tutto il materiale organico si decompone per combustione, lasciando solamente i polimeri inorganici che garantiscono potere legante – tra le particelle di graniglia e il supporto – fino alla fase di cottura

PLUS
MANUTENZIONE E MANTENIMENTO

Le colle digitali a base acqua prive di fondente consentono di conseguire alti livelli di affidabilità sul piano della manutenzione e mantenimento della stampante digitale: non contenendo particelle in sospensione si comportano esattamente come un cleaner, scongiurando qualsiasi problematica di filtrazione o sedimentazione all’interno delle testine o dei circuiti e riducendo al contempo eventuali incrostazioni in corrispondenza del nozzle-plate. Il rischio di problematiche applicative si riduce in questo senso ai minimi termini.

MINUS
FUSIBILITÀ

Pur contenendo polimeri inorganici che agevolano la fusibilità della graniglia in fase di cottura sullo strato applicativo precedentemente steso sul supporto ceramico (solitamente smalto/smaltobbio), le colle a base acqua prive di fondente possono risultare non del tutto efficaci sul piano della fusibilità, producendo talvolta stesure non ottimali in fase di cottura o, in casi più isolati e problematici, una vera e propria mancanza di fusibilità tra smalto/smaltobbio e graniglia. Di norma, le criticità si manifestano nel momento in cui:

• Lo smalto/smaltobbio è refrattario e a bassa fusibilità (quando è “più duro”, potremmo dire volgarmente)
• La graniglia ha valori impropri di viscosità e fusibilità (con termini impropri potremmo dire che “rimane ferma”)

In sostanza, i due aspetti sopracitati impediscono un’adeguata integrazione nell’interfase tra smalto/smaltobbio e graniglia che si manifesta come separazione tra i due sistemi. Tale mancato aggancio può tradursi, nella migliore delle ipotesi, in una difficoltà di stesura della graniglia che dopo cottura potrebbe risultare come martellata. Nei casi più gravi si possono evidenziare delle vere e proprie isole di apertura della graniglia che lasciano intravedere il sottostante smalto/smaltobbio.

In tutti questi casi il problema può essere chiaramente risolto mediante un accurato studio delle formulazioni di smalto/smaltobbio e graniglia così da aumentarne il livello di compatibilità (e dunque di fusibilità) durante il processo di cottura.

COLLE DIGITALI A BASE ACQUA (CON FONDENTE)

PLUS
STESURA E LIVELLAMENTO DELLA GRANIGLIA

Una strada alternativa per evitare il problema può essere l’inserimento all’interno della colla di un fondente inorganico capace di interagire nell’interfase tra le applicazioni di smaltobbio e graniglia e generare una zona più basso fondente che contribuisce a sviluppare tra esse un legame maggiormente intimo. La diretta conseguenza di queste azioni di natura chimica è indubbiamente la migliore uniformità di stesura e livellamento della graniglia vetrosa.

MINUS
SEDIMENTAZIONI LOCALIZZATE E GESTIONE/MANUTENZIONE DELLE STAMPANTI

Contenendo particelle inorganiche in sospensione, le colle digitali a base acqua contenenti fondente hanno caratteristiche in tutto simili a quelle dei corrispondenti inchiostri. Ciò significa che occorre avere i medesimi accorgimenti, facendo in particolar modo attenzione ai possibili fenomeni di sedimentazione localizzata. Allo stesso modo occorre prestare una maggiore cura al mantenimento della stampante cambiandone regolarmente i filtri, ispezionando le parti più sensibili.
Tutto questo, fuori da ogni allarmismo, non vuol dire che la colla con fondente dia origine a problematiche di natura produttiva. Semplicemente necessita di maggiore attenzione, essendo la sua gestione più impegnativa. Per questa ragione è sempre consigliabile, in fase di progettazione, studiare smalti, smaltobbi e graniglie che, in abbinamento ad una colla senza fondente, possano dare i risultati attesi.