Tipologie di prodotti

LE FRITTE

Le fritte sono masse vetrose costituite per fusione di sostanze quali silicati alcalini e alcalino-terrosi, borati, fluoruri e feldspati. Attraverso l'immersione in acqua fredda passano repentinamente dallo stadio liquido a quello solido e, sgretolandosi, assumono la tipica forma dalla quale traggono il nome per analogia.

Hanno due distinte destinazioni:

• come superficie nell'industria ceramica
• in applicazioni su supporti metallici con le stesse funzioni ma trattate diversamente

Le sostanze principali appartenenti a questa categoria sono gli ossidi di alcuni o di tutti gli elementi indicati di seguito, ai quali si possono aggiungere i fluoruri degli stessi elementi: alluminio, antimonio, arsenico, bario, bismuto, boro, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto, rame, oro, ferro, lantanio, piombo, litio, magnesio, manganese, molibdeno, neodimio, nichel, niobio, fosforo, potassio, silicio, argento, sodio, stronzio, stagno, titanio, tungsteno, vanadio, zinco e zirconio.

Di solito le fritte sono vetrose ma talvolta possono contenere fasi cristalline; devono essere assolutamente omogenee, ma può capitare che compaia del materiale non fuso. Le fritte permettono l’impiego di composti chimici che non possono essere usati così come sono a causa della loro solubilità e tossicità; rappresentano la forma stabile degli elementi necessari alla preparazione degli smalti. Sono particolarmente vantaggiose nella preparazione degli smalti e nei processi di cottura perché i loro elementi sono già combinati in modo omogeneo. Le fritte non subiscono alcuna perdita durante la cottura (acqua, CO₂, sostanze organiche) perché le sostanze hanno già reagito tra loro. Le fritte vengono di solito raffreddate rapidamente in acqua (raffreddamento diretto per caduta in acqua) sotto forma di granuli oppure in aria dopo essere state laminate tra rulli (raffreddamento a rulli) nella forma di scaglie.

Le fritte sono normalmente i principali componenti degli smalti ceramici, dei composti, degli smalti per vetri e per porcellane. Questo tipo di classificazione non è soltanto utile per la valutazione dei rischi sul lavoro ma aiuta anche a scegliere i metodi di smaltimento.

SMALTI E COMPOSTI

Si usano parecchi nomi per gli smalti composti: composti, incomposti, smalti miscelati. 

Uno smalto viene normalmente composto con una o più fritte, con diverse materie prime e con l’aggiunta, se necessario, di pigmenti, sali, antiflocculanti, ecc. La preparazione viene fatta pesando separatamente i vari componenti e raccogliendoli in un contenitore (tramoggia, big bag, sacco, fusto).

La composizione completa prende il nome di smalto composto o composto. I componenti possono essere già macinati finemente in precedenza, possono essere molto disomogenei e avere una granulometria molto diversa.I componenti del composto possono essere tutti intimamente mescolati fra loro o semplicemente essere messi insieme nel contenitore in forma sfusa o sommariamente miscelati. Gli smalti composti sono pronti per essere macinati, normalmente in mulini a palle, con l’aggiunta di acqua e di qualche additivo (sale, CMC, antiflocculanti, ecc,). La massa semiliquida risultante viene normalmente chiamata smalto. Qualche volta il veicolo non è acqua. Talvolta gli smalti vengono macinati a secco e usati sia in sospensione acquosa sia asciutti per applicazioni speciali a secco.

COLORI CERAMICI

I colori ceramici, generalmente utilizzati per decorazione in stoviglieria, piastrelle e altri articoli, sono preparati a base di fritte, pigmenti ceramici e di varie materie prime inorganiche. La miscela di queste materie viene macinata fino ad ottenere una polvere molto fine. Sovente la miscela finemente macinata viene nuovamente calcinata al punto di rammollimento e poi macinata di nuovo. I colori ceramici sono messi in commercio con una precisa granulometria per ottenere effetti decorativi riproducibili. 

Secondo la tecnica di decorazione e secondo i requisiti specifici del prodotto finale decorato e cotto vengono messi in commercio tre diversi tipi di colori ceramici:

• colori sopra-smalto: da applicare sul supporto ceramico già smaltato e cotto (stoviglie, piastrelle). Gli articoli in ceramica vengono poi cotti nuovamente a temperature tra i 700 e i 950°C, secondo il ciclo di cottura. I colori sopra-smalto fanno corpo unico con la superficie del prodotto decorato; 
• colori entro-smalto: penetrano nello smalto durante la cottura. Nella produzione delle porcellane le temperature di cottura variano normalmente da 1150 a 1400°C, secondo la natura dell’impasto e le condizioni di cottura. I colori entro-smalto sono molto resistenti all’attacco chimico e all’usura;
• colori sotto-smalto:, sono normalmente ricoperti da smalto. Questa tecnica è ampiamente usata per la porcellana fine e per le maioliche in stoviglieria e anche per piastrelle. La temperatura di cottura è tra 1000 e 1250°C. La decorazione risultante resiste all’usura e all’attacco chimico.

I colori ceramici sono normalmente disponibili in polvere. Per poter essere applicati su supporto ceramico vengono mescolati con sostanze organiche liquide che le fanno aderire al substrato. Durante la cottura queste sostanze organiche leganti bruciano e i colori ceramici fondendo reagiscono con la superficie. In qualche caso i colori ceramici sono già mescolati dal fornitore con veicoli organici per facilitarne l’impiego da parte degli utilizzatori.

Per la decorazione delle porcellane dure vetrificate non smaltate (grès porcellanato) è stata sviluppata recentemente una nuova famiglia di colori ceramici. Questi consistono in chelati organici con ioni di metalli di transizione che vengono di solito disciolti nel solvente prima del loro impiego.

INCHIOSTRI PIGMENTATI

Gli inchiostri pigmentati per decorazione digitale rappresentano una delle innovazioni più importanti del settore ceramico. Infatti grazie ad essi, unitamente ai sistemi di stampa, il processo di decorazione ceramico ha avuto una svoltepocale con innumerevoli vantaggi produttivi ed estetici

Tali inchiostri nascono dal principio della quadricromia: ciano, magenta, giallo e nero che sono i colori primari, ovvero le quattro tinte fondamentali con le quali ottenere la più vasta varietà cromatica possibile.

Nel tempo la gamma degli inchiostri è aumentata in base alle esigenze dei produttori ceramici con blu, marrone, vari toni di giallo, rosa e bianco, in funzione anche dell’evoluzione dei sistemi di stampa. Gli inchiostri pigmentati sono di vari tipi a seconda delle stampanti digitali alle quali sono destinati, quindi con caratteristiche chimico-fisiche differenti, ma tutti richiedono processi produttivi con elevati standard qualitativi data la complessità della loro natura.

PREPARATI DI METALLI PREZIOSI E LUSTRI

I lustri sono preparati simili a lacche fatte di composti organometallici a base di metalli preziosi, combinati con resine che servono a formare una pellicola.

Cotti su vetro, maiolica o porcellana, essi producono strati molto sottili e intensamente colorati con spessore dello stesso ordine di grandezza della lunghezza d'onda della luce visibile. Interferenza e riflettenza luminosa producono effetti di luccichio e iridescenze di colore. Vengono distinti secondo la sfumatura del colore, il contenuto di metallo prezioso e il tipo di effetto, per esempio craquelé, marezzature, riflessi madreperlacei e aloni iridescenti.

I preparati di metalli brillanti sono miscele simili alle lacche fatte di composti organici a base di metalli preziosi combinati con altri fondenti organometallici per favorire l’adesione e con resine per ottenere la formazione di pellicole. Applicati su un substrato liscio, dopo cottura, formano un sottile strato metallico molto riflettente. A seconda della loro combinazione i vari metalli preziosi producono diversi colori, come ad esempio oro brillante (rosso-giallo), oro giallo brillante (giallo-verde, con lega Au/Ag) e anche platino brillante (colore oro bianco, lega Au/Pt) oppure, meno costoso, palladio brillante (colore oro bianco, lega Au/Pd).

I Preparati Matt sono simili a lacche e sono costituiti da composti organici contenenti metalli preziosi, combinati con fondenti organo-metallici e resine, contenenti una piccola quantità di un agente opacizzante. Cotti su supporti lisci, essi producono una superficie satinata simile a quella delle preparazioni per bruniture lucide ma senza la necessità di un successivo trattamento o processo.

I preparati metallici bruniti contengono un metallo prezioso o una lega di metalli preziosi con adesivi in forma solida finemente dispersa in resine liquide per la formazione di pellicola. Dopo cottura, si formano degli strati opachi, non brillanti, che devono essere lucidati con spazzole di fibra di vetro, sabbia o altro materiale per dare una finitura satinata. Analogamente ai preparati brillanti, il colore dopo cottura dipende dalla composizione dei metalli preziosi per esempio oro brunito, palladio brunito e platino brunito. L’argento brunito viene usato principalmente per la decorazione di articoli da regalo e contiene soltanto argento come metallo prezioso. Poiché, come è noto, l’argento reagisce con i composti di zolfo formando solfuro di argento, questo tipo di decorazione può annerire col tempo. Si può prevenire l’annerimento ricoprendo la decorazione con una vernice adatta.

I preparati per spolvero sono ottenuti partendo da scaglie d’oro (ritagli di lamine d’oro) e polvere d’oro precipitata. Vengono usati per decalcomanie di alta qualità e danno una pellicola metallica spessa e duratura che non ha bisogno di brunitura o di lucidatura. Si fa anche in questo caso una distinzione tra oro, oro bianco e argento da spolvero. Per quanto riguarda l’annerimento, per l’argento da spolveri valgono le stesse considerazioni dell’argento brunito.

PIGMENTI PER CERAMICA 

I pigmenti per ceramica o semplicemente “pigmenti” sono solidi inorganici ridotti in particelle che possono essere colorate, nere o bianche, sono fisicamente e chimicamente stabili e non influenzate dal veicolo o substrato in cui sonoincorporate.

A causa della loro solubilità estremamente bassa (sia in acqua sia in acidi e alcali) le loro biodisponibilità e tossicità sono molto basse, pertanto essi costituiscono un pericolo molto ridotto per l’ambiente

I pigmenti per ceramica mantengono la propria struttura reticolare o particellare durante tutto il processo di colorazione.
La maggior parte dei pigmenti è prodotta per calcinazione ad alta temperatura di miscele di polveri inorganiche molto fini, come carbonati, silicati, ossidi, ecc. di composti metallici colorati, di composti incolori e di agenti mineralizzanti. In questo modo si formano nuove strutture cristalline stabili.

Tra i più importanti pigmenti si ricordano: il giallo praseodimio, il blu cobalto, i rosa al ferro, al selenio e al calcio-stagno-cromo, i bruni al ferro e al manganese, il nero cromo-ferro-cobalto.

SMALTI PER VETRI

Gli smalti per vetri sono preparati di fritte (fondenti), di pigmenti ceramici e di altre materie prime.

La miscela viene macinata finemente e in qualche caso calcinata al suo punto di rammollimento e macinata di nuovo.

Gli smalti per vetri vengono normalmente forniti in polvere o, in qualche caso, in pasta. Vengono impiegati per ldecorazione di vetri piani e di articoli di vetro concavi, come parabrezza delle automobili, vetri architettonici, bottiglie, vasi e flaconi.

Per l’applicazione la polvere viene mescolata ad un veicolo ausiliare per decorazione che fa aderire lo smalto alla superficie dell’articolo in vetro. Durante la cottura il veicolo brucia e lo smalto per vetri fonde sulla superficie facendocorpo unico con l’articolo in vetro.

Le temperature di cottura possibili sono limitate dalla composizione del vetro da decorare. In generale, il vetro può essere decorato a temperature non superiori alla propria temperatura di rammollimento. Perciò le temperature di cottura dei colori per vetro vengono adattate al tipo di vetro su cui essi sono applicati e variano tra 500 e 800°C.

Sono disponibili vari tipi di smalti per vetro:

• smalti per vetro a basso punto di fusione, temperatura di cottura 500 - 580°C
• smalti per vetro da contenitori, temperatura di cottura 580 - 630°C
• smalti per vetro al borosilicato, temperatura di cottura a 580 - 650°C
• smalti per vetro piano (vetri per auto), temperatura di cottura 550 - 800°C

SMALTI PORCELLANATI

Lo smalto porcellanato è una sostanza antichissima, la cui applicazione a scopo decorativo è conosciuta sin dall'antichità.

Si tratta di un rivestimento di natura vetrosa, utilizzato per proteggere e contemporaneamente decorare varie superfici quali lo stesso vetro e i metalli. Esso rappresenta ancora oggi un rivestimento estremamente moderno, dotato di elevate caratteristiche prestazionali. È' ottenuto dalla fusione di diverse materie prime inorganiche di origine minerale e artificiale, attraverso la successiva solidificazione tramite raffreddamento rapido. I manufatti, a cui viene applicato,  vengono sottoposti a cottura in forni a elevatissime temperature per ottenere la vetrificazione dello smalto porcellanato. Dalla cottura,  che determina la stesura uniforme e la compenetrazione dello smalto sul supporto, deriva un nuovo materiale composito chiamato acciaio porcellanato. Le sue caratteristiche tecnologiche corrispondono in modo perfetto alle esigenze di qualità prestazionale, resistenza alla corrosione, agli agenti atmosferici e chimici, impermeabilità ai liquidi, durezza, resistenza all’abrasione e agli urti, incombustibilità, resistenza alle alte temperature, allo shock termico, bassissima conducibilità termica, resistenza e stabilità dei colori, all’usura del tempo.

I metalli ferrosi esposti all’aria si ossidano, arrugginiscono, degradandosi fino a distruggersi. Lo smalto porcellanato assolve principalmente alla funzione di proteggere i manufatti di metallo da questo inarrestabile processo, prolungandone indefinitamente la durata. La pioggia, le sostanze inquinanti contenute nell’atmosfera (prevalentemente ossidi di zolfo e azoto), la salinità delle zone marine rivierasche, la luce solare (con i raggi ultravioletti) e gli sbalzi di temperatura non danneggiano minimamente la superficie smaltata e non modificano il colore o la brillantezza superficiale.
Se integre, le superfici smaltate sono prive di porosità e di cavilli e quindi, del tutto impermeabili ai liquidi.

Lo smalto porcellanato può essere colorato in una ampia gamma di colori lucidi, opachi e semiopachi che si mantengono stabili nel tempo, non sbiadendo e mutando di tonalità.

OSSIDI METALLICI

Accanto agli specifici prodotti sintetici come fritte e pigmenti per l’industria ceramica (stoviglie, piastrelle, articoli sanitari, tegole, ecc.) ci sono parecchi minerali e materie prime inorganiche complementari molto importanti che entrano nellacomposizione degli smalti ceramici, decorazioni, smalti per metalli, ecc.

La maggior parte delle materie prime si trova in natura o viene arricchita mediante processi industriali (lavaggio, lisciviazione, flottazione, separazione) o, in alternativa, può essere ottenuta mediante processi di sintesi, chimici o termici. Ognuna delle materie prime suddette costituisce buona parte degli smalti e dei preparati per colori. Le schede disicurezza (SDS) di questi preparati devono contenere descrizioni molto chiare delle loro caratteristiche, del modo di trattarli, degli eventuali rischi connessi e della loro tossicità.

Il settore comprende anche alcune aziende produttrici di ossidi metallici che trovano diffusione, per ben oltre la metà del loro impiego, nei processi di reazione chimica intesi all'ottenimento di pigmenti e fritte. Sono, tuttavia, presenti, anche nella composizione di prodotti antiruggine e di stabilizzanti. Sono indispensabili anche nella cristalleria tecnica, artistica e nella realizzazione di batterie. Fanno parte di questa categoria gli ossidi di alluminio, stagno, titanio, litio, utilizzati per la formulazione di fritte, gli ossidi di ferro, cobalto, cromo, manganese utilizzati invece per la sintesi dei pigmenti.

COMPLESSI METALLICI

Risale all’inizio degli anni Novanta l’introduzione sul mercato di nuovi prodotti per la colorazione dei materiali ceramici non smaltati, in particolare per il gres porcellanato: i “sali solubili” meglio descritti come complessi metallici.

Nati come alternativa alla tradizionale colorazione mediante pigmenti solidi, i complessi metallici sono soluzioni acquose di sali inorganici o di complessi organici di metalli cromofori. Applicati mediante tecniche diverse alle superfici da decorare, queste soluzioni cromofore permettono la colorazione del solo strato superficiale del materiale ceramico; inoltre, grazie alle loro proprietà di penetrazione e diffusione, raggiungono una profondità di alcuni millimetri, rendendo così possibile la realizzazione di prodotti finiti levigati, naturali o lappati senza comprometterne il decoro.

Le tecniche di applicazione dei complessi metallici possono essere ad airless, aerografo, doppio disco, serigrafia piana, serigrafia rotativa a retino, stampa rotoflessografica con rulli siliconici oppure la largamente oggi diffusa stampa digitale.

I complessi metallici sono l’unica possibile forma di decorazione per evitare l’uso di smalti o vetrose di protezione della superficie, perché data la loro penetrazione nel substrato determinano un legame indissolubile con la materia ceramica che può essere così rifinita sia in modalità lucida che opaca.

Altro aspetto molto importante e peculiare dei complessi metallici è la non alterazione della superficie del manufatto qualora vi siano strutture o lavorazioni strutturanti, il complesso metallico colora senza apportare stratificazione.