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#18 Colle digitali a base acqua: quali vantaggi possono promuovere?

Indice

  1. 1. Natura chimica e principali caratteristiche delle colle
  2. 2. Riduzione delle emissioni inquinanti
  3. 3. Riduzione delle emissioni odorigine
  4. 4. Catatteristiche tecnico-estetiche:
                       a) Tempi di drenaggio
                       b) Potere livellante
                       c) Migliore definizione di stampa
                       d) Migliore gestione dei quantitativi di graniglia
  5. 5. Focus: solventi e forma delle molecole

 


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1. Natura chimica e principali caratteristiche delle colle

La piena affermazione del sistema digitale a base acqua in campo ceramico, già in uso presso diversi altri settori della produzione industriale, è certamente uno dei temi più sfidanti su cui il comparto sta da anni facendo ricerca. Ciascun player all’interno del proprio recinto di competenza. Le difficoltà tecniche, riguardanti sia le macchine applicative che i prodotti stessi, sembrano essere sostanzialmente superate e i tempi sembrano essere oggi finalmente maturi per il progressivo e definitivo sdoganamento di una tecnologia che indubbiamente offre vantaggi che abbracciano sia aspetti di natura tecnico-estetica che ambientale.

 

PRINCIPALI COMPONENTI COSTITUTIVE DELLA COLLA
Da un punto di vista chimico, le colle digitali a base acqua possono essere genericamente definite come polimeri organici e componenti inorganiche (quando presenti) in acqua e solventi polari. La loro natura chimica, diversamente dalle colle a base solvente, si caratterizza in primo luogo per la decurtazione di quelle componenti apolari che contribuiscono all’immissione in atmosfera di sostanze inquinanti e odorigene.
La loro composizione è formata indicativamente da:

 

  1.  35% di acqua
  2. 45/55% di solventi polari e resine
  3. 10/20% di componenti inorganiche

 

Tra i componenti in elenco, le resine sono le principali responsabili del potere legante necessario ad ancorare i grani di graniglia. Ancoraggio che si sviluppa sia tra i grani che tra la graniglia e gli strati sottostanti del corpo ceramico e che si sprigiona una volta che il solvente è stato in parte assorbito dal supporto ceramico e in parte evaporato a causa delle alte temperature della piastrella su cui viene deposta la colla.

Vediamo di seguito i principali vantaggi promossi dalle colle digitali a base acqua.

 

2. Riduzione delle emissioni inquinanti

Le emissioni in atmosfera costituiscono uno degli aspetti d’impatto ambientale su cui l’attenzione dei legislatori, dell’industria e della ricerca istituzionale si è concentrata ormai da tempo. In tale ambito i parametri più significativi che devono/possono essere monitorati dal nostro settore sono:

 

  1. Materiale particellare
  2. Fluoro
  3. Sostanze Organiche Volatili (SOV)
  4. Aldeidi e formaldeide
  5. Acidi organici
  6. Piombo 
  7. Ossidi di azoto
  8. Ossidi di zolfo
  9. Cloro

 

L’utilizzo di prodotti a base acqua all’interno del processo digitale (e questo vale sia per gli inchiostri che per le colle) ha comprovato un significativo decremento delle emissioni di SOV, ALDEIDI e ACIDI ORGANICI che impattano sulla qualità dell’aria. Le motivazioni sono diverse ma due sono quelle più significative.

 

PREMESSA: COSA SUCCEDE ALL'INTERNO DEL FORNO

 

FASE DI PRERISCALDO E DECOMPOSIZIONE DELLE MOLECOLE ORGANICHE
I forni ceramici, com’è normale che sia, sono principalmente studiati per conseguire le migliori condizioni di cottura dei costituenti inorganici della piastrella (sabbie, dei feldspati, argille, etc.). Questo, tuttavia, fa sì che nella fase di preriscaldo si inneschi anche l’evaporazione e la parziale decomposizione del materiale organico presente all’interno del corpo ceramico, ivi compreso quello contenuto nella colla. 
Una volta attivato il processo di evaporazione nella fase di preriscaldo (area del forno in cui le temperature non sono certamente elevate come quelle che si sviluppano nella fase di vera e propria cottura), le molecole organiche non si decompongono completamente ma danno origine a intermedi molecolari di decomposizione. Questi ultimi sono liberi di vagare nell’atmosfera presente all’interno del forno, raggiungendo facilmente il camino da cui inevitabilmente fuoriescono, contribuendo ad inquinare l’atmosfera.

LE RAGIONI DEL DECREMENTO EMISSIVO

 

RAGIONE DI NATURA QUANTITATIVA
Come abbiamo già evidenziato, le colle a base acqua contengono fino ad un 40/50% in meno di quel materiale organico che di norma è alla base dell’inquinamento atmosferico. 

 

RAGIONE DI NATURA QUALITATIVA
I solventi POLARI e le sostanze organiche utilizzate all’interno delle colle a base acqua – diversamente dai solventi APOLARI e dalla natura chimica delle parti organiche contenute nelle colle a base solvente – sono inoltre caratterizzati da un chimismo (insieme dei caratteri chimici di una sostanza composta) che ne permette una migliore combustione all’interno dei forni di cottura. Aspetto che si traduce nella maggior parte dei casi in una riduzione sostanziale delle componenti aeree inquinanti in grado di fuoriuscire dal camino. 

3. Riduzione delle emissioni odorigene

In linea generale, la riduzione delle emissioni odorigene può oscillare da 5.000 - 10.000 ouE/m3 a 1.000 - 2.000 ouE/m3: fino a 10 volte rispetto ai sistemi a base solvente (ouE = Unità Olfattometriche Equivalenti per metro cubo). Questo tipo di misurazione, in linea generale, è in grado di indicare la concentrazione di odori nell’aria traducendo in qualche modo una sensazione in valori numerici. 

Cosa significa?

 

È UNA QUESTIONE DI CHIMICA

Durante la fase di combustione, la componente inorganica (particellare o non particellare che sia) si fissa sul supporto. Sia esso a base solvente o a base acqua. Mentre da un lato i solventi apolari presenti nelle colle a base solvente si decompongono in composti chimici fortemente odorigeni, i solventi polari specificatamente studiati e selezionati per le colle a base acqua producono, in decomposizione, molecole organiche con bassissima soglia olfattiva. Riprendendo il concetto espresso in precedenza, le molecole organiche non si decompongono completamente ma danno origine a particolari intermedi molecolari di decomposizione che, nel caso delle colle, sono caratterizzati da un chimismo differente da quello che contraddistingue le molecole a bassa soglia olfattiva.

 

4. Caratteristiche tecnico-estetiche

Unitamente ai vantaggi di natura ambientale, le colle a base acqua offrono grazie alle loro caratteristiche anche diverse opportunità sul piano tecnico-estetico. 

 

A) TEMPI DI DRENAGGIO
 

In primo luogo, il maggiore tempo di drenaggio sul supporto delle colle digitali a base acqua consente una maggiore elasticità rispetto alla successiva applicazione di graniglia. Cosa significa? Il granigliatore, infatti, può essere posizionato a distanze superiori rispetto a quelle normalmente in uso con le colle a base solvente, contribuendo a conferire al layout di linea una maggiore versatilità. Un vantaggio di natura tecnologica non di poco conto.

 

COSA SUCCEDE SUL PIANO TECNICO?

  1. Gli speciali polimeri utilizzati nelle colle polari (= base acqua) consentono di ridurre l’assorbimento della colla da parte del supporto aumentandone conseguentemente i tempi di asciugamento.
  2. Nelle colle a base solvente, invece, sia il solvente che i polimeri apolari coesivi tendono a migrare più velocemente e analogamente all’interno del supporto 

In altre parole, mentre nelle colle a base acqua solvente e polimeri vengono assorbiti in egual misura, nelle colle a base solvente i polimeri tendono a rimanere in superficie creando una sorta di barriera (il solvente è oggetto di un maggiore assorbimento rispetto ai polimeri-resine coesive). Tale diversità di assorbimento contribuisce a sviluppare un maggiore “tempo di asciugamento”.

 

B) POTER LIVELLANTE (tensione superficiale)
 

Dovendo entrare in relazione con gli inchiostri a base solvente ad oggi utilizzati nel processo di stampa digitale, la formulazione di una colla digitale a base acqua deve essere meticolosamente studiata all’interno dei laboratori sul piano della tensione superficiale in entrambe le fasi che caratterizzano il processo applicativo della colla:

  • Fase dinamica @ quando la colla viene scaricata dai nozzle delle testine di stampa
  • Fase statica @ quando la colla si trova ormai stesa sul supporto ceramico

 

La corretta tensione superficiale è, infatti, una delle pre-condizioni necessarie per conseguire un perfetto livellamento della colla sulla precedente applicazione d’inchiostro: il punto di contatto tra le due applicazioni – l’interfase – deve essere caratterizzata da un valore massimo di compatibilità così da evitare problemi che potrebbero compromettere le fasi successive del processo (a solo titolo di esempio ricordiamo qui i fenomeni di repellenza derivanti dalla diversa natura chimica di inchiostri e colle). Tale compatibilità – e dunque un livellamento performante – la si ottiene facendo sì che le tensioni superficiali delle due componenti, pur nella loro indiscutibile diversità, si ritrovino all’interno di un range molto ristretto.

 

C) MIGLIORE DEFINIZIONE DI STAMPA

 

COLLA A BASE SOLVENTE
Le colle digitali a base solvente - come tutti gli inchiostri digitali dati in grandi quantità (di fatto la colla digitale è in tutto e per tutto assimilabile ad un inchiostro) - tendono a espandersi a contatto con il supporto, producendo una perdita di definizione della graniglia. Come abbiamo già evidenziato, infatti, esse vengono assorbite più rapidamente dal supporto in quanto sia il solvente che i polimeri coesivi tendono a migrare per capillarità e in egual misura: non solo all’interno del supporto ma anche sulla superficie. La diffusione superficiale non solo dei polimeri coesivi ma anche del solvente produce inevitabilmente una perdita di definizione di stampa. 

 

COLLA A BASE ACQUA
In una colla digitale a base acqua, invece, se da un lato il solvente (principalmente l’acqua) tende ad essere assorbito rapidamente dal supporto, i polimeri coesivi si fissano alla superficie creando una barriera di assorbimento permettendo agli strati superiori di colla di non drenare all’interno del supporto, senza espandersi, e migliorando in questo modo la definizione della graniglia depositata solo nei punti prestabiliti.  Una delle dirette conseguenze di tale meccanismo è l’allungamento dei tempi di asciugamento.

 

D) MIGLIORE GESTIONE DEI QUANTITATIVI DI GRANIGLIA

 

POTERI LEGANTI A CONFRONTO
Un altro aspetto che caratterizza le colle a base acqua è il potere legante, mediamente molto superiore a quello di una colla a base solvente. Il tipo di solvente contenuto all’interno delle colle a base solvente è una sorta di olio che riduce, se non addirittura annulla, la capacità legante della colla stessa. In pratica, le resine presenti in soluzione rimangono solvatate, cioè circondate dal solvente che funge da intercapedine tra le resine e la graniglia impendendo un legame – per quanto evidentemente coeso –intimo tra supporto e graniglia.
Il potere legante delle resine, in relazione ai solventi polari presenti nelle colle a base acqua, viene invece veicolato dall’acqua stessa. In questo caso, la massima azione legante si evidenzia nel momento in cui l’acqua evapora: i polimeri / resine leganti nel momento in cui perdono la solvatazione da parte dell’acqua si legano tra loro e con il supporto (esattamente come succede in una colla classica ad uso domestico: ad esempio la colla Vinavil). In sostanza l’alto potere legante della colla mantiene salda la graniglia aumentando la definizione di stampa.

 

GESTIONE DEI QUANTITATIVI DI GRANIGLIA
La diretta conseguenza del diverso potere legante delle due tipologie di colle si concretizza nella diversa performance sul piano della gestione della graniglia. Le colle base acqua consentono infatti una migliore gestione (anche contestuale) di alti, medi e bassi quantitativi di graniglia. 

Le colle digitali a base solvente, possedendo sia un più basso potere legante che un assorbimento rapido sul supporto, non permettono una buona gestione di applicazioni di graniglia a basso e medio peso: è in effetti necessario un quantitativo di colla piuttosto significativo per assicurarne un buon l’ancoraggio. Le colle digitali a base acqua, possedendo viceversa un alto potere legante, agevolano la precisa adesione della graniglia anche in diverse quantità e permettono di gestire – anche contestualmente – applicazioni a basso, medio e alto peso. Questo amplia inevitabilmente lo spettro delle possibilità tecnico- creative in termini di sviluppo del progetto ceramico. 


 

FOCUS
Quando si parla di colle e inchiostri digitali si chiamano inevitabilmente in causa parole come solvente, polare, apolare, etc.
Cosa significano e cosa definiscono questi termini? 

 

I SOLVENTI
In chimica, il solvente è una sostanza, in genere liquida, che solubilizza altre sostanze senza reagire con esse. 
I solventi vengono abitualmente classificati sulla base della loro polarità come solventi polari e apolari (siano essi organici o inorganici). La polarità di una molecola dipende da diversi fattori ma in termini generali - e semplificando su ampia scala - potremmo dire che tutte le molecole simmetriche sono apolari mentre tutte le molecole asimmetriche sono polari. 
Il carattere polare o apolare di un solvente determina la natura dei composti che il solvente può sciogliere e la natura degli altri solventi e/o liquidi con i quali si può miscelare. Di norma, i solventi polari sciolgono meglio composti polari così come i solventi apolari agiscono più facilmente su composti non polari. 

 

LA FORMA DELLE MOLECOLE
In linea generale, molte proprietà di una sostanza dipendono dalla forma delle sue molecole.
In una molecola, gli atomi sono disposti in rapporti geometrici particolari che conferiscono alle sostanze le loro peculiari proprietà. Ciò che definisce la geometria di una molecola è l’angolo di legame, ovvero l’angolo formato dagli assi congiungenti i nuclei degli atomi che si legano. 
La geometria della molecola, cioè la disposizione nello spazio dei suoi legami, è uno dei fattori che influiscono sulla sua polarità o a-polarità. Una molecola è polare se la somma dei momenti dipolari di tutti i suoi legami è diversa da zero. 



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