Indice

1. 1. Introduzione
2. 2. Identikit di un inchiostro
   1. a) Base solvente VS Base acqua
   2. b) Dimensione delle particelle
   3. c) Viscosità
   4. d) Tensione superficiale
   5. e) Tempi di asciugamento

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1. Introduzione

L’industria ceramica si è esponenzialmente evoluta negli ultimi anni grazie alla progressiva digitalizzazione di alcuni importanti processi. In questa ottica, la stampa con inchiostri digitali ricopre certamente un ruolo di primaria importanza. Gli inchiostri digitali, che hanno permesso di sostituire quasi integralmente le precedenti modalità decorative, sono articoli produttivamente delicati che - per assicurare una valida performance – devono rispettare parametri tecnici e formulativi molto precisi. Di seguito una fotografia generale delle loro più significative proprietà.

2. Identikit di un inchiostro

Quali sono i fattori che influenzano le caratteristiche degli inchiostri digitali? 
Per comprendere le proprietà di un inchiostro è importante in primo luogo darne una definizione o comunque farne un identikit. Con un’ottica di evidente e necessaria semplificazione. La base strutturale di un inchiostro utilizzato in ceramica è costituita dalla dispersione di un solido in un liquido. Più nel dettaglio, l’inchiostro è formato da una parte solida costituita da PIGMENTI INORGANICI. Sotto questo profilo, la natura inorganica dei pigmenti è determinante, essendo essa maggiormente adatta a sopportare le alte temperature del ciclo di cottura che si sprigionano all’interno dei forni e che di norma si attestano tra i 1.100 e i 1.200 °C. I pigmenti organici, infatti, sarebbero destinati a scomparire durante la fase di cottura.

A) BASE SOLVENTE vs BASE ACQUA

Ad oggi esistono due macro-categorie di inchiostri digitali, che rispondono alle esigenze dei produttori: inchiostri a base solvente (ancora oggi i maggiormente diffusi) e inchiostri a base acqua. La macro differenza i due diversi gruppi di prodotti risiede, come si evince dalla terminologia, dal diverso tipo di solvente all’interno del quale si trova il pigmento in sospensione. Si parla in questo senso di solventi apolari per gli inchiostri a base solvente e di solventi polari per gli inchiostri a base acqua (di cui quest’ultima è il massimo rappresentante). Volendo dare dei valori, evidenziando così la loro diversa composizione, gli inchiostri a base solvente sono formati da un 60/70% di solventi apolari e additivi e un 30/40% di pigmenti mentre gli inchiostri a base acqua sono composti da un 30/40% di solventi polari e additivi, 25/35% di pigmenti 30/35% di acqua. È poi interessante sapere che la natura chimica dei pigmenti utilizzati per gli inchiostri – e dunque la componente solida dell’inchiostro - varia in base al colore. Un inchiostro blu, a solo titolo di esempio, contiene alluminato di cobalto mentre l’utilizzo di sfere di stagno o cromo consente di ottenere tonalità maggiormente rosate. La parte liquida degli inchiostri, unitamente al solvente (che come abbiamo visto può essere polare o apolare), è solitamente formulata con additivi ad azione disperdente. In questo senso, la qualità dei veicoli utilizzati è fondamentale essendo essi i responsabili della regolazione dei principali parametri dell’inchiostro:

1. Dimensione delle particelle
2. Viscosità
3. Tensione superficiale
4. Tempi di asciugamento

Potrebbe sembrare implicito ma è comunque importante evidenziare che la formulazione dell’additivo da inserire in formulazione varia in base alla pigmentazione utilizzata all’interno dell’inchiostro.

B) DIMENSIONE DELLE PARTICELLEUno dei requisiti più determinanti che caratterizzano i diversi inchiostri è la granulometria delle particelle (cioè del pigmento). La modalità applicativa, che avviene per mezzo di stampanti digitali a sistema piezoelettrico impone infatti l’uso di polveri nanometriche, avendo i nozzles delle testine di stampa un diametro di circa 50 µm. Più specificatamente, la granulometria del pigmento deve attestarsi approssimativamente intorno ad un micron. Grandezze superiori potrebbero infatti promuovere la formazione di agglomerati con il conseguente blocco delle testine e dunque della linea di produzione, con un evidente impatto negativo sulla produttività industriale.

Occorre inoltre aggiungere che la dimensione delle particelle può impattare sul corretto sviluppo del colore e su possibili fenomeni di sedimentazione. In linea generale, ad una minore dimensione corrisponde un minore sviluppo del colore e, ovviamente, alla riduzione di eventuali sedimentazioni.

C) VISCOSITÀ

La viscosità è una grandezza che misura la tendenza di una sostanza (generalmente un fluido) a generare un attrito interno tra i propri strati. Si tratta di una grandezza che, in altre parole, definisce la resistenza di un fluido allo scorrimento e nei liquidi il coefficiente di viscosità è di norma inversamente proporzionale alla temperatura: più aumenta la temperatura più decresce la viscosità. Da un punto di vista microscopico e dunque particellare, il valore della viscosità dipende sia dalla forma e dalla grandezza delle molecole che dal tipo di interazione che si innesca tra esse.

Parlando di inchiostri digitali, la viscosità deve mantenersi all’interno di precisi range in modo da agevolare la corretta formazione della goccia in termini dimensionali, così da evitare possibili difetti di stampa. Ad oggi, per i parametri medi di applicazione, una viscosità corretta si attesa tra i 10 e 30 cP (Centipoise, unità di misura della viscosità) a temperatura di sparo, cioè alla temperatura con la quale l’inchiostro viene scaricato dalle testine di stampa.

D) TENSIONE SUPERFICIALE

La tensione superficiale di un fluido è la forza di coesione delle particelle che sono presenti sulla sua superficie esterna.

Esattamente come la viscosità, anche la tensione superficiale è un valore determinante per la corretta formazione della goccia d’inchiostro. Solo per dare un’indicazione di massima, i valori stimati per gli inchiostri a base solvente si attestano tra i 28 e i 35 mN/m. Anche se in fase di sviluppo, alcuni produttori stanno tuttavia lavorando alla creazione di testine di stampa che consentano di lavorare a tensioni superficiali più elevate.

E) TEMPI DI ASCIUGAMENTO
Su questo parametro ci limitiamo a dire che, in considerazione dell’eterogeneità delle casistiche dovuta ai sempre diversi parametri produttivi che possono variare non solo da azienda ad azienda ma anche in base a ogni singole produttiva, è importante conferire all’inchiostro un tempo di asciugamento che sia conforme alle applicazioni che seguono lo scarico dell’inchiostro in modo da promuovere una corretta stratificazione e reazione tra i vari strati applicativi (colla, graniglia, smalto di copertura, etc.).

In breve

Gli inchiostri destinati alla tecnologia digitale, siano essi a base solvente o a base acqua, vengono studiati in modo da ottenere il giusto equilibrio dei parametri e consentire in questo modo la migliore performance possibile. In questo senso lo studio preventivo all’interno dei laboratori è un passaggio obbligato al fine di raggiungere il target desiderato.

Leggi l'articolo originale di Zschimmer & Schwarz España.