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#36 Come migliorare la definizione di stampa degli inchiostri digitali

Indice

  1. 1. Introduzione
  2. 2. Criticità e parametri
    a) Secchezza dello smalto
    b) Eccessiva presenza di leganti
    c) Eccessiva presenza di argille
  3. 3. Azioni preventive e correttive
    a) Aumento della densità della sospensione
    b) Aumento del residuo di macinazione
    c) Riduzione delle materie plastiche
    d) Uso di bagnanti di substrato

 


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1. Introduzione

L’introduzione della tecnologia digitale in ambito ceramico ha senz’ombra di dubbio sparigliato le carte in tavola in modo repentino, rivoluzionando e spalancando le porte del possibile ad un settore industriale che – per quanto tecnologicamente all’avanguardia – non poteva immaginare la reale portata di un tale cambiamento di rotta. Un cambiamento che – oltre ad introdurre una grande flessibilità produttiva – ha reso la ceramica, già nota per le sue altissime performance di natura tecnica, un materiale che sul piano estetico può oggi fare a gara con materiali normalmente ritenuti da progettisti ed architetti come maggiormente nobili: legno, pietra, resine, cementi, etc. etc.

Il sistema piezoelettrico utilizzato dalle stampanti digitali che oggi si trovano quasi regolarmente sulle linee di produzione, consente infatti, uno scarico puntuale delle gocce di inchiostro sul supporto ceramico preventivamente ricoperto da uno strato di engobbio, smalto o smaltobbio, secondo una sequenza applicativa che, come sappiamo, procedere per stratificazioni. Una precisione di scarico in grado di restituire risultati altrettanto straordinari.
Tra tutte le variabili in gioco, la definizione di stampa rappresenta un tema di primaria importanza e, su questo fronte, il conseguimento di risultati alto-performanti non è di per sé scontato: le insidie e le problematiche da tenere in considerazione non sono poche e nemmeno semplici da gestire.

 

2. Criticità e parametri

Non sempre tuttavia le condizioni in cui l’inchiostro si trova ad agire in relazione alle precedenti applicazioni che si sono susseguite lungo la linea produttiva consentono di ottenere risultati ottimali sul piano della definizione. Anche se, in linea generale, le casistiche possono essere decisamente più numerose, le principali problematiche sono da ricondurre alla diversa natura degli inchiostri a base di solventi apolari e le precedenti applicazioni a base acquosa. La più significativa ha a che vedere con la scarsa capacità di assorbimento del supporto ceramico sul quale vengono depositate le gocce di inchiostro che, non riuscendo a drenare in modo corretto, rimangono in superficie andando ad espandersi: “esondando” dalla sede in cui sono state scaricate dalle testine di stampa tendono ad “allargarsi” producendo una perdita di definizione.
A titolo di esempio, partiamo da una casistica percentualmente meno impattante rispetto alle produzioni di gres porcellanato e tuttavia piuttosto illuminante: il caso bicottura. Questo tipo di produzione implica l’uso di smalti contraddistinti da un discreto contenuto di acqua, applicati di norma su di un supporto freddo. Tale combinazione (alto contenuto di acqua e supporto freddo) fa sì che l’acqua contenuta nello smalto non evapori totalmente, rimanendo parzialmente intrappolata sulla superficie smaltata e andando di fatto a costituire un ambiente incompatibile con i solventi (apolari) degli inchiostri ad oggi più largamente usati dai produttori. Tale incompatibilità costringe l'inchiostro ad un a sorta di "galleggiamento": anziché essere correttamente assorbito dal supporto smaltato, rimane in superficie espandendosi e andando a perdere inevitabilmente di definizione (effetto acquerello). Questo è tanto più vero nel caso di alti scarichi di inchiostro, normalmente messi in campo qualora si debbano ottenere colorazioni intense che necessitano di una maggiore quantità di pigmento. Lo scenario “problematico” appena descritto per bicottura rimane in ogni caso valido anche per la produzione di gres porcellanato o monoporosa in concomitanza di parametri produttivi non ottimali.

 

Di quali parametri stiamo parlando?

 

a) SECCHEZZA DELLO SMALTO

Lo smalto (engobbio o smaltobbio) sul quale viene scaricato l’inchiostro, dovrebbe di norma essere “il più secco possibile”. Essere cioè caratterizzato dal più basso contenuto d’acqua così da limitare al massimo le incompatibilità. L’acqua che resta intrappolata nello smalto, è infatti completamente non miscibile con le gocce di inchiostro che vengono poste su di esso. Per quale ragione?
Alla temperatura di 20°C, l’acqua è contraddistinta da una tensione superficiale che si attesta sui 72 mN/m (Newton per metro): una tensione piuttosto elevata e comunque molto più alta di quella degli inchiostri che vengono scaricati dalle testine della stampante digitale. Tale divergenza tra le diverse tensioni superficiali dei due strati - alta nella parte inferiore (smalto) e bassa nella parte superiore (inchiostro) – contribuisce a produrre una sorta di “apertura” (potremmo definirla dilatazione) della goccia sul supporto producendo una perdita di definizione dell’immagine.

 

Che cosa succede tecnicamente?
In un’ottica di semplificazione: l’alta energia superficiale dello smalto applicato - unita ad un alto contenuto di umidità residua - impedisce il corretto drenaggio delle gocce di inchiostro che non riuscendo a permeare nel supporto rimangono in superficie, espandendosi e continuando dunque a bagnare la superficie stessa con conseguente perdita di definizione di stampa.  Occorre pertanto trovare un bilanciamento tra goccia di inchiostro e smalto/engobbio/smaltobbio. Un bilanciamento che passa anche attraverso il calore della piastrella (non fredda ma nemmeno eccessivamente calda) e dunque dal quantitativo di acqua residua presente sul supporto.

 

b) ECCESSIVA PRESENZA DI LEGANTI

Un altro aspetto da tenere in considerazione è l’uso calibrato di additivi leganti all’interno dello smalto (engobbio o smaltobbio). Senza entrare in tecnicismi ci limitiamo a dire che gli additivi leganti, strettamente necessari al corretto svolgimento del processo produttivo e dunque non eliminabili, possono influire sulla ritenzione dell’umidità presente in sospensione dando luogo ad una filmazione che – creando una sorta di pellicola/barriera - impedisce all’inchiostro di essere drenato in modo opportuno.

c) ECCESSIVA PRESENZA DI ARGILLE

Esattamente come i leganti, anche le argille – che in piccole percentuali fanno anch’esse parte delle sospensioni di smalto, engobbio o smaltobbio – possono incidere in modo sensibile sul corretto drenaggio delle gocce di inchiostro sul supporto ceramico. Com’è noto, una delle principali caratteristiche dell’argilla è, infatti, la sua intrinseca capacità di inglobare e trattenere acqua al proprio interno. Una peculiarità che comporta la presenza di un più o meno elevato quantitativo di umidità in sospensione che enfatizza il fenomeno di incompatibilità nei confronti delle gocce di inchiostro. Sotto questo punto di vista la presenza di argille deve essere opportunatamente calibrata.

 

3. Azioni preventive o correttive

Se come abbiamo visto uno dei temi principali rispetto ai problemi di definizione di stampa è riconducibile ad un inappropriato drenaggio delle gocce di inchiostro da parte del supporto, cosa occorre mettere in campo per aumentare l’assorbimento ed evitare l’espansione della goccia? La premessa generale è la seguente: potenzialmente, l’ideale sarebbe fare in modo che lo smalto (smaltobbio o engobbio) arrivi in corrispondenza delle testine di stampa con il minor contenuto di acqua possibile. Perché questo accada, si può agire sia sul fronte interno mediante l’aggiunta alla sospensione di specifici additivi (fluidificanti, leganti e/o tensioattivi) che su quello esterno, posizionando, ad esempio, il capanno dell’airless ad una corretta distanza rispetto alla stampante digitale. Una distanza che consenta di conseguire i giusti tempi di asciugamento. Ma entriamo nello specifico elencando le principali azioni alla base di questo meccanismo.

 

  1. Aumento della densità dello smalto (engobbio o smaltobbio) e additivi in gioco

Aumentare la densità significa implicitamente aumentare la percentuale di parte solida in sospensione e ridurre quindi il quantitativo di acqua, andando a migliorare il drenaggio e dunque la definizione di stampa. Come farlo?
Allo scopo si possono utilizzare determinate famiglie di additivi che, pur limitando l’apporto di acqua, sono in grado di conferire alla sospensione i giusti parametri per conseguire una corretta applicazione. È il caso dei fluidificanti, ad esempio, che consentono di fare esattamente questo proprio in virtù della loro capacità di ridurre i valori di viscosità del sistema. Che cosa significa?
In linea generale, più si sottrae acqua al sistema (nostro obiettivo), maggiore sarà l’interazione tra le particelle solide presenti in sospensione: fenomeno che in alcune circostanze può essere volutamente ricercato ma che in altri scenari può produrre effetti collaterali indesiderati. L’aumento delle interazioni, infatti, è di norma sinonimo di maggiore viscosità. L’uso del fluidificante serve sostanzialmente a minimizzare questo tipo di interazioni anche in presenza di un basso contenuto di acqua, ricoprendo con tutta evidenza un ruolo decisamente determinante.
In questa prospettiva, anche i leganti, in base alla loro natura e formulazione, possono generare all’interno del sistema diversi effetti sul piano della densità, dando talvolta vita anche ad effetti collaterali che devono essere attentamente monitorati. Se si vuole evitare di compromettere la fase applicativa conferendo allo smalto i giusti parametri e se si desidera evitare al contempo fenomeni indesiderati come lo spolvero (sinonimo di scarsa coesione), l’uso di leganti all’interno di questi di sistemi è sostanzialmente una conditio sine qua non: imprescindibile. Occorre tuttavia fare molta attenzione quando si sceglie la tipologia di legante da utilizzare. In particolar modo è molto importante selezionare un legante che non impatti in modo sensibile sulla viscosità del sistema, producendo un effetto che va nella direzione opposta rispetto a quello prodotto dal fluidificante.

In questo senso l’intervento di una terza categoria di additivi ci viene in aiuto: i tensioattivi, che giocano nella parte finale (quella applicativa) un ruolo determinante. Avendo sottratto acqua al sistema per aumentare la densità e migliorare la definizione dell’inchiostro, in concomitanza della presenza di leganti che possono agire sui valori di viscosità, potrebbero subentrare difficoltà sul piano della corretta stesura / livellamento dello smalto sul supporto ceramico. Una delle condizioni per conseguire un buon livellamento del sistema è il suo buon grado di fluidità che, come abbiamo visto, può essere compromesso dalla riduzione del contenuto di acqua. Se da un lato l’additivo fluidificante permette di raggiungere i giusti parametri in applicazione, gli additivi tensioattivanti vanno ad agire nella fase di stesura riducendo i valori della tensione superficiale del sistema e promuovendo quindi la bagnatura del supporto da parte dello smalto applicato. In estrema sintesi, l’azione combinata di fluidificanti, leganti e tensioattivi è in grado di creare le giuste condizioni per ridurre l’apporto di acqua all’interno del sistema agevolando e contribuendo a migliorare la definizione di stampa grazie alla migliore interazione tra il sistema smalto e il sistema inchiostro.

 

  1. Aumento del residuo di macinazione

Che cos’è il residuo di macinazione?
Si tratta del materiale solido di una sospensione che rimane dopo il suo passaggio attraverso un vaglio (setaccio a maglie variabili dalle dimensioni di pochi micron). Maggiore è la quantità di residuo minore sarà l’azione di macinazione e, conseguentemente, maggiore la dimensione media delle particelle.
In che modo il residuo di macinazione influisce sulla definizione della stampa digitale?
Aumentare il residuo di macinazione significa aumentare la dimensione degli interstizi (o cavità) tra una particella e l’altra, dovuta alla maggiore dimensione delle particelle stesse. (Per meglio capire il concetto, basti pensare alla diversa dimensione degli interstizi che vengono a crearsi tra un granello di sabbia e l’altro e quelli presenti tra i singoli sassolini di ghiaia). Aumentare la dimensione degli interstizi consente di fatto di aumentare e migliorare il drenaggio delle gocce di inchiostro che trovano lo spazio utile per penetrare evitando la loro espansione sul supporto e, dunque, la riduzione della definizione di stampa.

 

  1. Riduzione delle materie plastiche

Come già accennato, anche la riduzione delle materie plastiche (tra cui alcune tipologie di argille la cui presenza è spesso strettamente funzionale) consente di limitare una categoria di materiali capaci di assorbire importanti quantitativi di acqua e dunque di ridurre la ritenzione di umidità che come abbiamo visto sembra essere “nemica” di una buona definizione di stampa. La diminuzione di minerali plastici fa si che in fase di essiccazione l’acqua impieghi meno tempo ad evaporare non essendo “legata” alle altre materie. Come diretta conseguenza lo smalto, a parità di condizioni, arriverà più secco in corrispondenza delle testine di stampa.

 

  1. Uso di bagnanti di substrato

I bagnanti di substrato sono una categoria di additivi opportunamente studiati per aumentare lo spazio tra le particelle dello smalto in sospensione così incrementare – attraverso un’azione diretta sulla tensione superficiale – il drenaggio dopo la deposizione dell’inchiostro. Gli additivi bagnanti fanno parte della macro categoria di tensioattivi che può essere a sua volta suddivisa in sottocategorie in base alla funzione e alle proprietà chimiche. Nel nostro caso specifico, la presenza di tensioattivi all’interno del substrato favorisce il drenaggio (la penetrazione dell’inchiostro nello smalto), compatibilizzando l’inchiostro apolare con l’umidità residua (polare).

 

 



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