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#07 SUPERFICI CERAMICHE E PROPRIETÀ ANTIBATTERICHE

Indice

  1. 1. Premessa
  2. 2. Accenni normativi: ISO 22196/2011
  3. 3. Il biossido di Titanio
            a) Proprietà antibatterica
            b) Distruzione delle molecole organiche inquinanti
            c) Superficie autopulente
  4. 4. L'argento
  5. 5. Principali criticità ad oggi individuabili
            a) Modifica strutturale del principio attivo
            b) Elevata superficie specifica del principio attivo
            c) Presenza superficiale del principio attivo
  6. 6. Modalità applicative
            a) Applicazioni pre-cottura
            b) Applicazioni post-cottura
  7. 7. Dosaggio e durata del trattamento
  8. 8. Prodotto universale o singoli progetti sul cliente?

 

1. Premessa

Il tema antibatterico, ben noto e praticato da alcuni decenni in diversi ambiti della produzione industriale, ha in tempi più recenti trovato la propria ribalta anche nel campo delle superfici ceramiche.
Un ritardo che potrebbe anche essere letto alla luce delle già alte performance di natura tecnica, e dunque igienica, che il materiale ceramico porta con sé.

 

 

L’interesse del mercato – spinto da un lato anche dalle recenti vicende che hanno coinvolto tutti in prima persona – ha tuttavia accelerato la ricerca all’interno dei laboratori con il chiaro intento di dare slancio a un argomento oggi ancora complesso e, per certi versi, scivoloso.

Uno slancio che comunque sia, a dispetto delle già acclarate ottime proprietà della ceramica in termini di pulizia e igiene, denota l’intento da parte dei produttori di offrire al mercato prodotti dalle sempre più elevate prestazioni. Specie se destinati ad ambienti come ospedali, cliniche, ambulatori o a strutture pubbliche ad alto traffico come aeroporti o stazioni: destinazioni d’uso che richiedono tutte un alto grado di salubrità.

 

2. Accenni normativi: ISO 22196/2011

Da un punto di vista normativo (la norma di riferimento internazionale è a oggi la ISO 22196/2011 che afferisce alle superfici plastiche e non porose) una piastrella può essere definita antimicrobica quando possiede la capacità di abbattere e dunque eliminare i microbi presenti sulla propria superficie: a prescindere dal livello o dalla potenza di tale abbattimento.

 

Allo stato attuale non esiste dunque sul piano legislativo una norma che stabilisca a priori il livello minimo di anti-battericità che una piastrella deve possedere per rientrare all’interno di detta categoria.

 

 

In ambito ceramico è tuttavia stata convenzionalmente adottata la scala contenuta all’interno della norma che pur non avendo un valore di legge classifica le superfici sulla base del loro grado antimicrobico.

 

Valori di abbattimento:

 

R0 → R1 = 0% → 90%
R1 → R2 = 90% → 99%
R2 → R3 = 99% → 99,9%
R3 → R4 = 99,9% → 99,99%
R4 → R5 = 99,99% → 99,999%

 

Il valore di R rappresenta l’attività antibatterica e costituisce il risultato finale del test. Il numero espresso è la capacità di eliminazione su base logaritmica, in un arco di tempo di 24 ore, dei batteri che sono a contatto con la superficie contaminata. Più alto il fattore di R, più è efficiente il materiale trattato nell’abbattere i microrganismi.

Ogni realtà produttiva cerca di raggiungere un valore di R sulla base delle differenti destinazioni d’uso del materiale ceramico.

 

3. Il Biossido di Titanio (TiO2)

Nell’ultimo decennio hanno visto la luce alcune tipologie di piastrelle funzionalizzate per mezzo di prodotti a base di ANATASIO, una delle cinque forme minerali naturali del BIOSSIDO DI TITANIO.

 

Rispetto al nostro tema, quali sono le principali caratteristiche di questo materiale?

 

A) PROPRIETA’ ANTIBATTERICA

Il biossido di titanio, durante il processo foto-catalitico innescato dalle radiazioni UV, rilascia sulla superficie ceramica dei radicali liberi capaci di promuovere un’azione antibatterica che impedisce la proliferazione dei microorganismi.

Come lo fa?

Il potere ossidante dei radicali provoca un danneggiamento in corrispondenza della parete cellulare esterna dei microorganismi che entrano in contatto con la superficie foto catalitica: le membrane citoplasmatiche vengono attaccate e si assiste alla fuoriuscita dei fluidi intracellulari che portano alla morte cellulare del batterio.

 

B) DISTRUZIONE DELLE MOLECOLE ORGANICHE INQUINANTI

Il biossido di titanio svolge anche una funzione catalitica nei confronti di alcuni agenti inquinanti COV (composti organici volatili) contribuendo in questo modo al miglioramento della qualità dell’aria.
Il processo chimico/fisico che si sviluppa è piuttosto complesso e ci limitiamo pertanto a dichiarare che le molecole organiche inquinanti presenti nell’aria – nel momento in cui si trovano a contatto con la superficie – entrano anch’esse all’interno del meccanismo d’interazione tra luce e titania foto-catalitica venendo a loro volta “aggredite” o “degradate”, sino alla loro completa innocuità.

 

C) SUPERFICIE AUTOPULENTE

Il biossido di titanio, quando irraggiato dalla radiazione solare, presenta caratteristiche idrofile che andando a creare una sorta di barriera inibiscono l’accumulo di sporcizia superficiale. E’ esattamente questo processo che consente di definire la superficie autopulente.

 

4. L'argento

Unitamente al biossido di titanio, esistono ovviamente in natura altri metalli capaci di agire sulle superfici conferendo loro proprietà antibatteriche. Sulla base dell’esperienza, l’argento (metallo che vanta una lunga tradizione applicativa in questo ambito) sembra certamente essere il più efficace. Pur nell’eterogeneità dei risultati e nonostante le contraddizioni che alcuni esiti possono produrre.

 

DA COSA DIPENDE L’AZIONE ANTIMICROBICA DELL’ARGENTO?

 

Essa è strettamente legata alla quantità di ioni bioattivi (e dunque argento ionico con carica positiva) rilasciati e all’interazione che essi intraprendono con le membrane cellulari patogene.

 

Che tipo di azione e impatto producono gli ioni positivi (Ag+)?

 

L’argento agisce in tutta sostanza per contatto: gli ioni metallici si combinano con i gruppi sulfidrilici presenti nelle proteine dei micro organismi batterici andando a denaturarli sino a danneggiare la loro parete cellulare.

 

  1. 1. Danneggiano la struttura e le funzionalità delle pareti cellulari batteriche, depositandosi sottoforma di granuli sulla superficie dei microrganismi
  2. 2. Inibiscono le principali funzioni fisiologiche delle cellule batteriche, interferendo con i loro enzimi vitali, bloccandone la respirazione e scomponendone le membrane cellulari
  3. 3. Inibiscono le principali funzioni fisiologiche delle cellule batteriche, interferendo con i loro enzimi vitali, bloccandone la respirazione e scomponendone le membrane cellulari

 

Perché tutto questo avvenga in modo appropriato l’argento deve essere presente, nelle sue forme attive, all’interfaccia vetro ceramico / aria, cioè nella parte più esterna della superficie ceramica.

 

5. Principali criticità ad oggi individuabili

  1. 1. In primo luogo i principi attivi utilizzati non devono subire modifiche strutturali in applicazione che potrebbero alterare l’efficacia dell’agente antibatterico, vanificandone l’effetto se non addirittura divenendo responsabile di effetti collaterali.

    Il tema delle alte temperature dei cicli di cottura ceramici è in questo senso un tema cruciale. Non è un caso che il comparto ceramico viva un gap temporale rispetto ad altri settori dell’industria (si pensi al settore del tessile, della plastica o all’acciaio) che utilizzano di prassi, e già da diversi anni, applicazioni antibatteriche proprio in funzione dei loro differenti processi produttivi che non contemplano alte temperature.

 

 

  1. 2. L’efficacia dell’azione antibatterica è inoltre in stretta relazione con la necessità di avere un’elevata superficie specifica dei principi attivi. La formazione di aggregati infatti può in qualche modo inficiare o abbassare la loro efficacia antibatterica. In questi casi, specie in quelli più problematici, diventa necessario ricorrere all’uso della sonicazione (uso degli ultrasuoni) per velocizzare la dissoluzione dei soluti.

 

 

  1. 3. La reale efficacia dei principi attivi si sviluppa con massima enfasi solo se essi rimangono in superficie, a contatto con l’aria e la parte più esterna della piastrella: essi pertanto non devono implicitamente affondare nella vetrina dello smalto e/o essere da esso inglobati. Anche questo tema è dunque piuttosto spinoso in quanto apre evidenti spunti di riflessione circa le diverse opzioni applicative con le quali addizionare il principio antibatterico.

 

 

6. Modalità applicative

All’interno dei laboratori Z&S Ceramco due sono a oggi le strade intraprese.

 

  1. 1. APPLICAZIONI PRE-COTTURA

Le applicazioni pre-cottura sono oggi quelle più complesse e maggiormente suscettibili sul piano dei risultati.
Se infatti l’inserimento del principio attivo all’interno o al di sopra dello smalto garantisce una distribuzione omogenea del principio attivo sia in superficie che sugli strati sottostanti dello smalto, occorre però tenere ben presente l’azione promossa dal ciclo di cottura.

Nel momento in cui lo smalto fonde all’interno del forno ceramico, il principio attivo a base di argento che si trova in superficie viene,, infatti parzialmente o totalmente inglobato negli strati più profondi andando talvolta a depotenziare, e a volte ad eliminare, il risultato finale.

 

 

Un altro aspetto da tenere in considerazione è la temperatura di fusione dell’argento.
Come sappiamo, le piastrelle cuociono all’interno dei forni a temperature che di norma si attestano intorno ai 1.200°C. L’argento nella sua forma pura invece raggiunge il proprio punto di fusione una volta raggiunti i 900°C circa.
Da questi due semplici dati si evince che l’argento è soggetto nella sua parte superficiale a una parziale evaporazione. Il risultato finale è un’importante decurtazione del principio attivo a base argento disponibile in superficie se rapportato ai quantitativi utilizzati in fase applicativa.

 

Stante l’attuale scenario, questo tipo di applicazione può generare risultati molto diversi in rapporto alle condizioni operative. Di volta in volta occorre valutare i parametri di processo per capire se vi siano gli estremi che possano facilitare e portare a giusta conclusione l’applicazione dell’antibatterico. D’altro canto, i principi attivi utilizzati tendono a promuovere un’attività antibatterica talmente elevata che in diverse circostanze la piastrella uscita dal forno presenta livelli di funzionalizzazione più che accettabili.

 

In alcuni casi, al fine di enfatizzare e assicurare una corretta azione antibatterica, si può ipotizzare di procedere con un doppio trattamento, affiancando al trattamento pre-cottura un secondo trattamento a cottura avvenuta.

 

  1. 2. APPLICAZIONI POST-COTTURA

L’applicazione del principio attivo a base argento dopo il processo di cottura, da realizzarsi mediante trattamento superficiale, garantisce sicuramente performance di gran lunga superiori conferendo alla superficie valori che si situano nella parte più alta della scala valoriale presente all’interno della normativa.

 

COME AVVIENE L’APPLICAZIONE?

 

L’applicazione può avvenire per mezzo dei normali protettivi sigillanti utilizzati per il trattamento post-levigatura. Tali prodotti, una volta funzionalizzati all’argento, possono essere applicati mediante le normali strumentazioni a oggi in uso, siano esse spazzolatrici o lucidatrici.

 

Il prodotto, che oltre ad assolvere alla propria attività antibatterica svolge al contempo un’azione protettiva da sporco e agenti chimici, può essere utilizzato – in base alla formulazione – sia in concomitanza di una ceramica levigata che di superfici naturali matt.

 

Nel caso di piastrelle levigate, il grado di azione antimicrobica promossa dal prodotto può variare sensibilmente in base alle microasperità generate dalla levigatura e in base alla quantità e alla distribuzione delle porosità superficiali. Una superficie altamente porosa o che presenti importanti asperità, ad esempio, sarà in grado di accogliere un maggior quantitativo di prodotto contribuendo al contempo ad una sua più ampia distribuzione superficiale.
Per la stessa ragione, una superficie levigata che presenti poche porosità potrebbe parzialmente limitare la quantità di protettivo applicato, riducendone conseguentemente l’azione antibatterica. Per questo secondo scenario esiste tuttavia una nuova gamma di prodotti ad alta reticolazione in grado ricoprire e sigillare la ceramica con uno strato superficiale nanometrico e dunque di promuovere una buona azione a livello antimicrobico.

 

7. Dosaggio e durata del trattamento

Il dosaggio del prodotto da applicare non è predefinibile. Esso dipende dalle caratteristiche della superficie, dalla modalità applicativa e dall’efficacia del trattamento stesso. In linea generale si tende a non aggravare i costi di produzione, mantenendosi all’interno di un range che oscilla tra 0,30€ a 1€ / mq.

 

Anche sul piano della durata non è ad oggi possibile garantire o determinare con esattezza la durata di un trattamento. Essa può variare da prodotto a prodotto e in base alla modalità applicativa del principio attivo (applicazione superficiale o interna allo smalto, a titolo di esempio). Rimane in ogni caso valido un concetto: una continua pulizia delle superfici è comunque necessaria al fine di ripristinare con continuità l’azione igienizzante delle nano-particelle.

 

8. Prodotto universale o singoli progetti declinati sul cliente?

Stando alle premesse, risulta chiaro come sia difficile poter parlare di un unico prodotto che funzioni trasversalmente sul mercato della piastrella.
Molte sono le variabili in campo: dalle materie prime agli assetti delle linee produttive passando attraverso la tipologia di prodotto che s’intende funzionalizzare.

 

Occorre pertanto procedere con valutazioni trasversali in funzione delle esigenze e degli obiettivi di produzione dei diversi interlocutori: una procedura può risolvere determinate problematiche lasciandone scoperte altre. Compito del fornitore di soluzioni è esattamente questo: costruire sul campo, al fianco del cliente, un percorso che tenga conto, nel dettaglio, di specificità, convenienze e opportunità.

 

 

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