polveri speciali per micronizzazione a secco di atomizzati

RICERCA & SVLUPPO
Nuovi colori per
nuove
tecnologie,
a
ll parte: polveri
speciali per
micronizzazione a
secco di atomizzati
G. Baldi, D. Biserni, E. Generali, D. Mazzini, D. Settembre Blundo:
Colorobbia Italia/Sovigliana Vinci (FI)
E. Juncosa Gasco: Colorobbia España/Villafamés (CS), España
Relazione presentata alla
Giornata di Studio sul tema
"Decorazione del gres
porcellanato alle presse"
organizzata dal Gruppo
Editoriale Faenza Editrice,
Modena 8 giugno 2000.
La prima parte di questo articolo,
che è stata pubblicata su Ceramica
Informazione Speciale Cersaie
2000, analizzava la colorazione
esterna delle polveri atomizzate. In
questa seconda parte si dimostra
come sia possibile ottenere una
vasta gamma di colori micronizzati
aggiungendo all'impasto base
colori speciali da utilizzarsi nella
fase di micronizzazione.
I materiali ottenuti presentano una
serie di vantaggi tecnologici come
migliore colorabilità, migliore
indice di bianco, minore porosità e
sporcabilità.
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1 - INTRODUZIONE
Le tendenze attuali per gres porcellanato, spingono i produttori a riprodurre il più fedelmente possibile le
pietre naturali, tanto nella varietà di
superfici
che
di
colori,
il
conseguimento di questo obiettivo può
essere ostacolato dalla limitazione
del numero di atomizzati colorati
producibili e quindi impiegabili in
pressatura; nuove tecnologie qua-
D. Settembre Blundo.
li i mescolatori per colorazione a secco
e i sistemi di alimentazione multipla
alla pressa possono rappresentare
una soluzione al problema, ti Gruppo
Colorobbia propone due nuove
categorie di materiali: i pigmenti
speciali per colorazione a secco (serie
PGE 7000) e i colori speciali per
micronizzazione a secco (serie CMR)
[1].
In questa seconda parte si dimostra
come sia possibile ottenere una vasta
gamma di colori micronizzati per il
doppio caricamento facendo uso di
colori speciali da aggiungere all'impasto base o bianco solo al momento
della micronizzazione.
2 - IL DOPPIO CARICAMENTO E
L'USO DI MICRONIZZATI
Questa tecnologia consiste nel produrre una piastrella in gres porcellanato composta da uno strato di base
corrispondente approssimativamente
al 75% dello spessore totale che
garantisca le caratteristiche strutturali
del prodotto, al quale si sovrappone
uno strato superficiale con un valore
estetico e/o tecnico superiore a quello
dello strato di base.
CERAMICA INFORMAZIONE – GIUGNO 2001 – N. 407
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Qualora i requisiti richiesti allo strato
superiore
siano
principalmente
estetici la granulometria e lo spessore finale del secondo strato sono
regolabili a piacere in quanto non
sono in grado di compromettere le
proprietà meccaniche complessive
garantite dalla base. La complicazione del processo produttivo comporta un inevitabile calo di produttività, ma il conseguente aumento di
costo è compensato dall'ottenimento
di prodotti di alto valore aggiunto
con caratteristiche che non sarebbero ottenibili con un caricamento
normale.
Il vantaggio commerciale nasce dalla
possibilità di ottenere un prodotto
dalle caratteristiche tecniche ed
estetiche superiori riservando l'uso di
materie prime costose alla preparazione di uno strato limitato. Le
maggiori difficoltà per la realizzazione consistono nella ricerca della
compatibilità tra i materiali costituenti i due strati, principalmente in
termini dilatometrici ed eventualmente in termini di ritiro e di interfaccia; dal punto di vista impiantistico la maggiore attenzione deve essere rivolta alle fasi della pressatura:
uniformità e riproducibilità nei due
caricamenti
e
nella
pressione
specifica su tutta la superficie, estrazione e movimentazione che non
danneggino i pezzi sono aspetti basilari di tale processo.
Questa soluzione utilizza un carrello
per la polvere base disposto dietro la
pressa che in genere non subisce
modifiche rispetto ai modelli usati per
strati omogenei. Nella parte anteriore
della pressa viene utilizzato un
dispositivo, in genere mobile su ruote
per
facilitare
l'accesso
della
macchina, che incorpora una sezione
per il trasporto delle piastrelle
pressate e una sezione per il
caricamento vero e proprio. La soluzione
con
doppio
carrello
è
leggermente più penalizzante della
soluzione monocarrello quando si
producono
piastrelle
a
strati
disomogenei; non risulta invece
penalizzante quando si producono
piastrelle in doppio strato [2].
Gli impiantisti propongono diversi
dispositivi di carrelli per il doppio
caricamento; in uno di questi quando
il carrello principale avanza le
piastrelle vengono espulse e tramite
Fig. 1 - Schema del processo dì micronizzazione a secco.
uno scivolo motorizzato pervengono
alla sezione relativa al trasporto e
vengono evacuate. Appena esse hanno
abbandonato lo scivolo, questo si
abbassa, avanza la piastra su cui si
trova il cassetto della polvere colorata; tale piastra va a premere contro
la matrice allineandosi perfettamente
ad essa. Il carrello principale intanto,
dopo avere completato il caricamento
della polvere base, si posiziona a fine
corsa posteriore e lo stampo esegue
la seconda caduta. Il cassetto della
polvere colorata inizia la sua corsa,
passa dalla piastra mobile alla
matrice fino ad arrivare nella zona
degli alveoli in cui, depositando la
polvere colorata, riempie la cavità
formatasi in conseguenza della
seconda caduta. Nella sua corsa di
ritorno perfeziona il caricamento e
quando è risalito sulla piastra mobile
anche la prima arretra. La pressa
può iniziare il suo ciclo di pressatura
e quando la piastra è completamente
arretrata il cassetto si trova nella
posizione idonea per il caricamento
del colore e viene ripristinato il livello
in modo da potere essere pronto per il
ciclo successivo [3].
In un altro caso il ciclo di formatura
prevede il caricamento della base durante il percorso di andata del carrello e subito a seguire (senza risanamento intermedio della base) la
deposizione e relativo rasamento del
secondo strato durante la corsa di ritorno [4].
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Un terzo sistema prevede un carrello
dotato di un doppio sistema di alimentazioni polveri, che, oltre alla
tramoggia dell'atomizzato di base,
alimenta un tramoggino destinato ai
materiali del secondo caricamento,
attraverso un opportuno miscelatore.
Il carrello è provvisto di due griglie
autolivellanti: quella per la polvere di
base può muoversi indipendentemente,
mentre quella per i materiali da
depositare in secondo caricamento è
solidale con il carrello» [5].
Tra i prodotti che hanno riscosso
maggior successo impiegando questa
tecnologia, ricordiamo i travertini
che vengono realizzati facendo uso di
polveri
micronizzate
ottenute
attraverso la polverizzazione dei granelli di atomizzato e che vengono deposte su di uno strato di impasti atomizzati che fungono da supporto [6].
La micronizzazione può avvenire direttamente alla pressa tramite mulini a
pioli regolati da inverter, gli effetti
possono essere modificati agendo
sulle
velocità
dei
miscelatori
dell'alimentatore del carrello e su vari
parametri del ciclo di caricamento
degli alveoli della pressa [7]. Il
Gruppo Colorobbia, al fine di ampliare la gamma di colori per il doppio
caricamento, propone una serie di
polveri costituite da pigmenti e fritte
vetroceramiche (serie CMR) da addizionare all'impasto base o bianco
in fase di micronizzazione. In questo
modo si possono ottenere tutte le
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tonalità desiderate direttamente sulla
pressa, senza che sia necessario
atomizzare e stoccare tali colori.
L'impasto così modificato presenta
interessanti caratteristiche tecnologiche quali: indice di bianco, colorabilità, migliore greificazione e migliore resistenza agli agenti macchianti.
L'impianto per l'impiego di tali polveri può prevedere un sistema di piccoli silos di stoccaggio dei colori dotati di un opportuno dosaggio in grado
di garantire la costanza e la riproducibilità delle diverse ricette le
polveri vengono quindi convogliate
insieme all'atomizzato verso il micronizzatore all'interno del quale avviene l'omogeneizzazione dei materiali (Fig. 1).
Le polveri micronizzate vengono successivamente introdotte nel tramoggino appositamente dedicato nel carrello di doppio caricamento della
pressa.
In questo studio si analizza il comportamento alla sinterizzazione di
un impasto base da gres porcellanato, sia nella sotto forma consueta di
atomizzato,
che
micronizzato;
inoltre si è voluto confrontare l'effetto dell'aggiunta nella fase di micronizzazione di un normale pigmento, confrontandolo con l'equivalente colore speciale della serie CMR.
3 - MATERIALI E METODI
Le prove sono state condotte impiegando un impasto base da gres porcellanato tra i più diffusi nell'attuale
produzione italiana, la cui composizione chimica è riportata nella
Tabella I: si può osservare come il
Tabella I - Analisi chimica dell'impasto
utilizzato.
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Ossidi
SiO2
Al2O3
Fe2O3
TiO2
MgO
CaO
Na2O
K2O
P.F.
Wt (%)
68.9
19.5
0.4
0.6
0.2
0.5
4.4
1.4
3.6
Fig. 2 - Cicli dì cottura.
rapporto Na2O/K2O sia a favore del
sodio, mentre l'elevata percentuale
di AI2O3 può essere imputata all'uso
di argille ucraine.
L'impasto atomizzato, avente un'umidità pari al 5%, è stato pressato con
una pressa uniassiale Nanetti Mignon S 400 Kg/cm2, per ottenere
provini del diametro di 40.3 mm e
dello spessore di 5 mm. Allo stesso
modo si è micronizzato l'atomizzato
per mezzo di un mulino a lame rotanti,
quindi
sempre
micronizzando
l'impasto si è aggiunto nel mulino un
2% di pigmento arancio (Ti, Sb, Cr)
in un primo caso e un 5% di colore
CMR.
Le polveri granulate sono state pressate in una pressa uniassiale Nanetti
Mignon S a 400 Kg/cm2, per ottenere provini del diametro di 40.3
mm e dello spessore di 5 mm. Le
cotture sì sono realizzate in un forno
rapido a rulli Kemac secondo i cicli
indicati nella Fig. 2.
Per ogni campione si è determinato il
ritiro lineare per mezzo di un micrometro di precisione, l'assorbimento d'acqua secondo la norma EN
99 e la densità apparente impiegando il sistema d'immersione in
mercurio.
Le fasi cristalline degli impasti dopo
cottura, sono state identificate
attraverso un diffrattometro Philips
PW 1 710 con radiazione CuKa (‫= ג‬
1.54056 Å), filtro al Ni, voltaggio
40 Kv., amperaggio 30 mA., velocità
di scansione 0.05°/sec nel ran-
ge 10-60° 20. I riflessi sono stati
comparati per mezzo della equazione di Bragg n‫ = ג‬2d sen con i valori
d tabulati del JCPDS (The Joint
Committee of Power Diffraction Standards) utilizzando il programma
APD Philips.
Le curve di sinterizzazione sono state
eseguite impiegando un microscopio riscaldante Expert System,
con un gradiente di 10°C/minuto.
4 - RISULTATI E DISCUSSIONE
Nella Fig. 3 si possono osservare i
diagrammi di greificazione che indicano la variazione della densità apparente (a), del ritiro lineare (b) e
dell'assorbimento d'acqua (e) in funzione della temperatura di cottura. È
evidente come l'impasto micronizzato
con il colore speciale CMR greifichi
meglio del corrispondente atomizzato
e
dell'atomizzato
micronizzato,
fenomeno particolarmente palese
nell'andamento
dell'assorbimento
d'acqua. È stato possibile confermare
queste osservazioni attraverso le
curve di sinterizzazione eseguite al
microscopio riscaldante (Fig. 3d): la
temperatura di inizio sinterizzazione
è 1160°C per la polvere atomizzata e
la stessa micronizzata, mentre è pari
a 1150°C per il micronizzato
contenente il pigmento normale e
invece 1100°C per il micronizzato
contenente il colore speciale CMR.
La resistenza alla flessione (Fig. 4a)
dei materiali considerati mostra come
l'impasto contenente il colore spe-
CERAMICA INFORMAZIONE – GIUGNO 2001 – N. 407
RICERCA E SVILUPPO
ciale CMR presenti valori mediamente superiori rispetto a tutti gli
altri casi e anche la resistenza alla
macchiabilità (Fig. 4b) risulta
notevolmente migliorata anche a
basse temperature.
L'analisi diffrattometrica eseguita
sulla superficie dei campioni dopo
cottura a 1200°C, evidenzia come
le fasi cristalline principali siano
sempre
quarzo,
mullite
e
plagioclasi, mentre appaiono i
picchi del rutilo nei materiali
contenenti il pigmento arancio
(Ti,Sb,Cr).
5 - LA GAMMA
Fig. 3 – Curva di sinterizzazione dei materiali studiati, densità apparente (a), ritiro
lineare (B), assorbimento d’acqua (C) e curve di sinterizzazione (D).
Fig. 4 – Resistenza alla flessione (a) e alla macchiabilità (b), dei materiali considerati.
Fig. 5 – Difrattogrammi dopo cottura a 1200° dell’impasto base micronizzato (a),
dell’impasto base micronizzato con il pigmento convenzionale (b) e dell’impasto
micronizzato con il colore speciale CMR.
CERAMICA INFORMAZIONE – GIUGNO 2001 – N. 407
La gamma della serie speciale
CMR è costituita da quattro colori
fondamentali: Blu (CMR 101),
Giallo (CMR 203), Rosso (CMR
301) e Verdi (CMR 501); ai quali
si aggiunge Bianco (CMR 001), il
nero (CMR 401) ed il marrone
(CMR 601).
I colori fondamentali possono
essere mescolati tra di loro al fine
di ottenere tutte le tonalità
intermedie inoltre, facendo uso
del bianco, si possono sviluppare
tutte le tonalità pastellate. Diversi
dosaggi del bianco CMR 001,
permettono di realizzare una
gamma completa di bianchi e
superbianchi. Alcuni esempi
sono mostrati nella Fig. 6.
6 - LE POSSIBILI APPLICAZIONI
I colori della serie speciale CMR
posi
sono
essere
impiegati
normalmente"
attraverso
la
tecnologia del doppio caricamento, dove è possibile associare
sia la colorazione esterna a
secco dell'atomizzato base [1] per
il primo strato, che la micronizzazione a secco per il secondo
strato, come mostrato nella Fig. 1.
Le tipologie che si possono
sviluppare facendo uso dei colori
speciali della serie CMR, sono le
stesse
realizzabili
con
la
tecnologia del doppio caricamento, con il vantaggio di potere
estendere la gamma dei colori
impiegabili senza creare disagio
per la produzione e fornendo ai
tecnici nuove opportunità per la
realizzazione di prodotti sempre
nuovi.
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RICERCA E SVILUPPO
Nella Fig. 8 riportiamo l'esempio di
due marmi ottenuti con la tecnologia
di colorazione esterna e la micronizzazione a secco in doppio caricamento.
1 - CONCLUSIONI
Fig. 6 – Gamma della serie speciale CMR e alcune possibili combinazioni.
Fig. 7 – Doppio caricamento realizzato impiegando sia la serie speciale per
colorazione esterna PGE 7000, che i colori speciali della serie CMR.
Fig. 8 – Marmo tabacco (a) e almond (b), realizzati con i colori speciali della serie
CMR.
Attraverso l'uso dei colori della serie
CMR si possono preparare a secco,
direttamente sulla pressa, tutti i
micronizzati colorati desiderati, impiegando solo l'impasto base o bianco.
I materiali ottenuti presentano i
seguenti vantaggi tecnologici: migliore colorabilità, migliore indice di
bianco, minore porosità e sporcabilità, soprattutto sul levigato e
semplificazione del processo produttivo.
I colori della serie CMR, contenendo
fritte vetroceramiche, non ostacolano la greificazione dell'impasto, ma anzi la promuovono consentendo la preparazione di un impasto a secco con proprietà chimicofisiche simili a quelle riscontrabili
negli impasti sempre con fritte
vetroceramiche, ma preparati attraverso la macinazione e l'atomizzazione [7]
BIBLIOGRAFIA
[1] G. Baldi, D. Biserni, E. Generali, E.
Juncosa Gasco, D. Mazzini, D. Settembre
Blundo. Ceramica Informazione, Speciale
Cersaie (2000).
[2] P. Rivola. "La pressatura delle piastrelle ceramiche: problemi e prospettive". Corso per tecnologo ceramista per
l'industria delle piastrelle ceramiche.
(1995), Centro Ceramico Bologna.
[3] L. Mucci. Ceramica Informazione,
374 (1997) 517.
[4] A. Brusa. Ceramica Informazione,
395 (2000) 131.
[5] G.F. Berther, V. Baroffio. Ceramica
Informazione, 400 (2000) 738.
[6] F. Scocca. Ceramica Informazione,
387 (1999) 246.
520
[7] G. Baldi, D. Biserni, E. Generali, D.
Mazzini, D. Settembre Blundo. Ceramica
Informazione, 396 (2000) 262.
CERAMICA INFORMAZIONE – GIUGNO 2001 – N. 407