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TENSIONE SUPERFICIALE E CORRETTA APPLICAZIONE DEGLI SMALTI: VERSO QUALI ADDITIVAZIONI ORIENTARSI?

 

 

PREMESSA

 

TENSIONE SUPERFICIALE DI UN FLUIDO

Si definisce tensione superficiale la forza di coesione delle particelle sulla sua superficie esterna.

 

Grazie alla forza di coesione, le particelle che si trovano nell’interfase*** liquido-aria sono concatenate l’una all’altra in modo tale da creare una pellicola invisibile. 
Tale forza esterna di coesione è chiamata, appunto, tensione superficiale.
Essa permette a un fluido (come ad esempio l’acqua) di rimanere all’interno di una goccia.

 

***Interfase: superficie di separazione che delimita il contorno di due differenti fasi.

 


 

L'ADDITIVO APPROPRIATO

In linea generale, al fine di ottenere una corretta applicazione di smalto, risulta fondamentale lavorare sulla tensione superficiale del fluido in esame.

 

Per fare questo,  esistono categorie di additivi che, in base alla loro natura chimica o alla formulazione possono agire da livellanti per smalti (nel caso di bagnanti o tensioattivi) o inibitori della schiuma (nel caso di antischiuma). 

Essi risolvono problemi legati all’eccessiva schiumosità, difetti generati da idrorepellenza o da un livellamento non corretto.

 

IN OGNI CASO AGISCONO TUTTI, DIRETTAMENTE O INDIRETTAMENTE, SULLA TENSIONE SUPERFICIALE.

 

Occorre in ogni caso ricordare che in linea generale molte tipologie di molecole organiche inserite in una soluzione acquosa hanno la proprietà di abbassare la tensione superficiale dell’acqua. 
Alcuni fluidificanti da smalto ne sono un esempio: essi, infatti, oltre alla loro funzione fluidificante possiedono significative caratteristiche bagnanti.

 

Passiamo in rassegna questi medium suddividendoli per categoria.


 

BAGNANTI DI SUBSTRATO

Da un punto di vista chimico, i bagnanti di substrato sono molecole organiche (copolimeri a blocchi etosssilati/protossilati, acidi, grassi naturali modificati, altro) parzialmente o poco solubili in acqua.

 

Questa gamma di additivi è in grado di agire sia nell'interfase tra supporto ceramico e smalto che nell'interfase tra smalto e aria:
l'azione livellante da loro promossa è specificatamente prodotta dalla diminuzione della tensione superficiale nell'interfase smalto/aria.

 

Come risultato finale, gli agenti bagnanti agevolano la disagglomerazione delle parti solide presenti in soluzione facilitando una loro omogenea dispersione all'interno del sistema (il fluido) e dunque producendo un'eccellente azione livellante sullo smalto.

 

Qual è il meccanismo che interviene?

 

La diminuzione della tensione superficiale fa sì che l’acqua riesca a penetrare tra le particelle di solido in sospensione che sono tra loro agglomerate e che trattengono aria al loro interno.
La tensione superficiale dell’acqua, piuttosto elevata, non permette in effetti l’ingresso delle molecole d’acqua all’interno degli agglomerati così da idratare tutte le singole particelle: non permette in sostanza di bagnare le particelle.
IMMAGINE 1

 

Essendo parzialmente solubili, i bagnanti di subsrato impartiscono allo smalto proprietà livelllanti senza tuttavia produrre effetti collaterali come la formazione di schiuma.
Per contro, la bassa solubilità del sistema talvolta può portare alla formazione di avvallamenti o sfondini dovuti al fatto che le micro gocce oleose si appoggiano e "affondano" sul supporto scalzando l’acqua.


 

TENSIOATTIVI e ANTISCHIUMA

Parlare di tensioattivi significa parlare di prodotti solubili altoperformanti che tuttavia sono contestualmente in grado di produrre fenomeni schiumogeni.

 

Sono, per definizione, prodotti capaci di abbassare la tensione superficiale grazie alla loro struttura molecolare:
Testa idrofila + Coda idrofoba
► IMMAGINE 2

 

 

Nel momento in cui il tensioattivo viene aggiunto alla soluzione, a livello superficiale del fluido avviene quanto segue: la coda, a causa della sua proprietà idrofobica, rimane esterna all’acqua (esposta all’aria) mentre la testa idrofila, immersa, va a separare le molecole superficiali dell’acqua abbassandone la tensione. 
È esattamente questa azione che che riduce la tensione superficiale producendo un buon livellamento dello smalto.
► IMMAGINE 3

 

Essendo completamente solubili, i tensioattivi di norma non producono difettologie come sfondini o spillature.
Allo stesso tempo però, sono come abbiamo detto altamente schiumogeni e difficili da controllare: questa è la ragione per la quale non sono spesso utilizzati nel processo produttivo ceramico e vengono sostituiti con gli agenti bagnanti che possono essere gestiti con maggiore facilità in accordo con le esigenze produttive.
Quasi tutti tutti gli smalti e sospensioni ceramiche sono costantemente sotto agitazione con sistemi che tendono ad incorporare aria all'interno del fuido e dunque a facilitare la formazione di fenomeni schiumogeni.

 

In che modo un tensioattivo produce schiuma?
Qual è la struttura di una bolla di schiuma?

 

Le bolle di schiuma generate dai tensioattivi non sono altro che pellicole sferiche di molecole d’acqua tenute insieme dai tensioattivi stessi.
In ceramica, quando la sospensione acquosa di smalto viene messa in movimento dentro al mastello, l’aria entra in circolazione all’interno dello smalto (soprattutto ad alti livelli di agitazione) e le bolle d’aria salgono in superficie.
IMMAGINE 4

 

 

L’uso di prodotti antischiumogeni per contrastare la schiuma del tensioattivo può risolvere parzialmente o totalmente il problema ma l’equilibrio che si genera è piuttosto instabile.
Da un lato, infatti, si tenta di contrastare la schiumosità del tensioattivo con un antischiuma, dall’altro occorre contrastare l’azione dell’antischiuma che, se usato in eccesso, può produrre avvallamenti e sfondini a causa della sua insolubilità in acqua.
È un po' il discorso del cane che si morde la coda.

 

Se questo è lo scenario non significa che in ceramica tensioattivi e antichiuma non possano essere utilizzati in abbinata. Al contrario questo avviene di frequente ma il tandem deve essere calibrato con cura fino ad ottenere un perfetto equilibrio con una soluzione su misura.

 

Come si elimina la schiuma?

 

Gli agenti antischiuma, che diversamente dall’acqua, sono tutti apolari e dunque insolubili, nel momento in cui vengono a contatto con la bolla di schiuma sono in grado di rompere la sua stabilità agendo sulla molecola di tensioattivo che la genera (andando a rompere la sua coda idrofoba e facendo dunque esplodere la bolla).
Allo stesso modo possono destabilizzare quelle molecole organiche che, pur non essendo tensioattivi, hanno la capacità di stabilizzare e dunque promuovere la formazione di fenomeni schiumogeni.

 

Occorre infine segnalare che alcune famiglie di antischiuma possono agire in modo efficace o blando in base al tipo di schiuma che si genera all’interno dello smalto e la cui origine è molto difficile da identificare.

 

 

Continua....



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