Indice

1. 1. Premessa
2. 2. Deflocculanti
3. 3. Leganti
4. 4. Conclusioni

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1. Premessa

Com’è noto, la maggior parte dei processi produttivi ceramici prevede la dispersione di polveri ceramiche in un mezzo liquido – per lo più acqua – così da ottenere una sospensione o, più in generale, un sistema disperso. Per conferire alle sospensioni le caratteristiche di stabilità e di lavorabilità desiderate, in funzione delle diverse applicazioni, si ricorre all’aggiunta di piccole quantità di opportuni additivi che, interagendo con le particelle solide, vanno a modificare il comportamento reologico dell’intero sistema.
Un sistema disperso ceramico può essere estremamente complesso e tuttavia i componenti fondamentali che lo compongono possono essere raggruppati all’interno di tre grandi famiglie:

1. Polveri ceramiche
2. Mezzo disperdente
3. Additivi

La scelta del giusto additivo e della giusta quantità da inserire all’interno del sistema disperso dipende sostanzialmente dalla natura dei componenti sopra citati. Ad esempio, gli additivi adatti per la stabilizzazione di un’argilla in acqua possono non essere appropriati per stabilizzare una polvere ossidica in un mezzo organico.
Una prima classificazione degli additivi può esser fatta sulla base dell’effetto principale che essi hanno sul sistema ceramico al quale vengono aggiunti. Naturalmente, una sostanza aggiunta con lo scopo di favorire o sfavorire un determinato aspetto, può dar luogo anche ad effetti secondari, più o meno desiderati, e quindi rientrare contemporaneamente in più categorie.

Le due classi di additivi certamente più comuni sono i deflocculanti e i leganti. I primi sono additivi usati allo scopo di ridurre il fenomeno dell’agglomerazione tra le particelle e, quindi, di rendere meno viscosi i sistemi, mentre i secondi hanno lo scopo creare un reticolo tra le particelle in modo da conferire un certo grado di elasticità ai materiali. Nel linguaggio comune col termine deflocculante s’intende una sostanza in grado di diminuire la viscosità di una sospensione, ma va detto che questo effetto, sicuramente presente, è solo una conseguenza dell’effetto più fondamentale legato alla riduzione dell’agglomerazione tra le particelle. Oltre a deflocculanti e leganti molti altri sono i tipi di additivi che possono essere aggiunti per migliorare la resa dei processi e/o la qualità dei prodotti.

1. i tensioattivi introdotti allo scopo di abbassare la tensione superficiale del sistema (in modo da permettere una miglior bagnabilità delle superfici)
2.  i plastificanti che vengono aggiunti per modificare le proprietà viscoelastiche dei film prodotti
3. gli antischiumogeni e gli schiumogeni, addizionati per contrastare o favorire, rispettivamente, a seconda delle necessità, la formazione di bolle nel sistema
4. i lubrificanti che sono particolari tensioattivi introdotti allo scopo di ridurre il fattore di attrito con le parti solide
5. i battericidi e i fungicidi che hanno lo scopo di rallentare i fenomeni di degradazione biologica delle sostanze organiche costituenti i sistemi, indotti dai microrganismi (batteri e funghi) presenti negli apparati

2. Deflocculanti

Nel settore ceramico si fa riferimento spesso termini come disperdente, deflocculante e fluidificante dando loro significati talvolta coincidenti. 
Va precisato a questo proposito che con disperdente si vuole intendere la fase liquida nella quale le particelle solide sono sospese. Con il termine deflocculante ci si riferisce a qualunque sostanza che, introdotta in piccoli quantitativi, riduce il fenomeno dell’agglomerazione tra le particelle. Col termine fluidificante ci si riferisce a qualunque sostanza in grado di abbassare la viscosità indipendentemente da come ciò si realizzi. 

La definizione di fluidificante è, quindi, piuttosto ambigua perché è ovvio che una fluidificazione può esser fatta aggiungendo sia un disperdente che un deflocculante, ma è evidente che si tratta di due azioni ben diverse. L’aggiunta del mezzo disperdente diluisce il sistema e quindi la viscosità si abbassa sia perché si riduce il contenuto volumetrico di particelle solide sospese sia perché diminuisce la probabilità d’interazione tra queste, mentre l’aggiunta di un deflocculante limita il fenomeno dell’agglomerazione tra le particelle nel sistema mantenendo la concentrazione di solidi inalterata ed è la sola riduzione di dimensione degli agglomerati che produce il calo di viscosità.

Sebbene l’acqua sia il mezzo disperdente più diffuso nel settore ceramico tradizionale, per diverse applicazioni essa non può essere utilizzata ed è necessario ricorrere a mezzi disperdenti di tipo organico come ad esempio poliglicoli o miscele di metiletilchetone o tricloroetilene / etanolo. Come già evidenziato, il quantitativo di deflocculante da inserire è un punto critico per valutare la sua effettiva efficacia.

3. Leganti

Nei sistemi dispersi ceramici, oltre al deflocculante vengono introdotti anche altri additivi e tra quelli più comuni vi sono i leganti (o flocculanti). Come suggerisce il nome, il loro scopo è quello di legare tra loro le particelle ceramiche in modo da dar luogo ad una reticolazione del sistema.  Questo processo di strutturazione, che può essere considerato una sorta di flocculazione tra le particelle, può essere finalizzato al raggiungimento di diversi obiettivi. Ad esempio, il legante può venir aggiunto con lo scopo di aumentare la viscosità dei sistemi, e in questo caso si parla di ispessitori (thickener), di modificare il loro comportamento reologico, oppure per ridurre il fenomeno della sedimentazione.

Una classe di leganti utilizzati nei processi ceramici tradizionali è costituita da particelle colloidali che possono essere sia di natura inorganica, come le particelle di minerali argillosi, che di natura organica. Tuttavia, i leganti più largamente utilizzati sono polimeri e sali di vario tipo. Le particelle argillose colloidali formano agglomerati che adsorbendosi sulle particelle ceramiche di dimensioni maggiori le collegano creando un reticolo. Lo stesso fanno i leganti polimerici; tra i più comuni vi sono i leganti di tipo vinilico, cellulosico e glicolico. Si tratta per la maggior parte di leganti non ionici, ma con gruppi funzionali polari lungo la catena; i restanti sono leganti anionici con gruppi funzionali che si caricano elettricamente una volta dispersi nel liquido e ionizzati.

4. Riassunto e conclusioni

La stabilizzazione in senso colloidale dei sistemi dispersi impiegati nei processi ceramici è un passo fondamentale per controllarne la reologia. Per far questo, spesso, si ricorre all’introduzione di opportuni deflocculanti che per effetto elettrosterico contrastino le forze attrattive presenti in sospensione andando a ridurre il grado di agglomerazione dei sistemi.
La scelta del deflocculante è legata alla natura delle particelle solide da stabilizzare e al mezzo disperdente nel quale si trovano immerse. Il quantitativo ottimale da utilizzare corrisponde alla concentrazione in grado di dare la massima stabilizzazione possibile senza sovradeflocculare il sistema. Oltre al deflocculante, alcuni sistemi richiedono anche l’introduzione di un legante: la sua presenza provoca in genere un aumento di viscosità a causa di altri fenomeni di flocculazione che vanno tenuti sotto controllo agendo in modo opportuno sulle condizioni chimico-fisiche del sistema.