ITMI20121163A1

ITMI20121163A1 - Materiale ceramico per decorazione e processo per la sua preparazione

Info

Publication number: ITMI20121163A1
Application number: IT001163A
Authority: IT
Inventors: Carlo Antonio Camorani; Franco Stefani
Original assignee: System Spa
Priority date: 2012-07-02
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2014-01-03
Also published as: BR112014032470A2; US20150152268A1; EP2867186A1; MX2014015790A; WO2014006548A1; IN2014KN02912A; EP2867186B1; PT2867186T; CN104520247A; RU2014153255A; ES2608081T3

Description

DESCRIZIONE

"Materiale ceramico per decorazione e processo per la sua preparazione"

La presente invenzione si riferisce ad un materiale granulare per la decorazione a controllo digitale, al suo uso come materiale decorativo, e ad un processo per la sua preparazione.

Stato dell'Arte

Sono noti sistemi di decorazione, cosÃ¬ detti a controllo digitale a secco, in cui Ã ̈ previsto preformare su un nastro, o una superficie, di trasferimento un'immagine costituita da liquido eiettato da apparati a getto di inchiostro (inkjet), fare aderire a questa immagine il materiale decoratore in forma di polvere o granuli (da cui la denominazione di decorazione "a secco") e trasferire poi la decorazione cosÃ¬ ottenuta sulla superficie ricevente dell'oggetto da decorare.

Rispetto alle tradizionali tecnologie ink-jet, tali sistemi presentano il vantaggio, non indifferente, di eliminare ogni pericolo di possibili intasamenti e usure dei delicati apparati ink-jet poichÃ© il materiale decoratore non passa attraverso l'apparato ink-jet, che si limita ad operare con semplici liquidi privi di sospensioni solide.

Esempi di tali sistemi sono descritti in IT1314624, W02005025828 e W02007096746, i quali come liquido prevedono l'acqua, che Ã ̈ particolarmente conveniente per le sue caratteristiche chimico-fisiche ed ecologiche. I materiali decoratori disponibili in commercio per questa ed altre tecnologie cosÃ¬ dette "a secco", devono presentare buona scorrevolezza e minima dispersione di polveri fini nell'ambiente e pertanto sono prodotti in forma di granuli utilizzando diversi metodi.

Un primo tipo di materiale Ã ̈ ricavato con una tecnologia che prevede la macinazione ad umido delle materie prime e la successiva atomizzazione, ricavandone con ciÃ² dei granuli pseudo sferici. Questi granuli, tuttavia, a causa del fatto che necessariamente contengono anche materiali plastici (argille, caolini ecc) ed altri additivi (leganti, fluidificanti, sospensivanti ecc), nel contatto con l'acqua dell'ink-jet tendono a disgregarsi superficialmente, rimanendo cosÃ¬ incollati in modo permanente alla superficie di trasferimento.

Un secondo tipo di materiale granulare Ã ̈ ottenuto mediante un metodo che comprende i seguenti passaggi: - macinazione ad umido delle materie prime come nel caso precedente;

- essiccazione e cottura della sospensione cosÃ¬ ottenuta all'interno di contenitori in materiale refrattario, in modo da ottenere (in rammollimento per fusione) un semilavorato compatto;

- frantumazione del semilavorato e classificazione per ottenere la desiderata granulometria.

Un terzo tipo di materiale granulare noto nell'arte Ã ̈ ottenuto mediante un metodo che comprende i seguenti passaggi :

- fusione di una composizione vetrosa all'interno di un forno fusorio;

- raffreddamento rapido in acgua della massa fusa in fuoriuscita dal forno fusorio;

- frantumazione e classificazione.

Quando si utilizzano i suddetti materiali del secondo e terzo tipo, sussistono difficoltÃ nella fase di distacco dalla superficie di trasferimento, poichÃ©, essendo i granuli poco assorbenti, l'acqua tende a rimanere nell'interfaccia fra granulo e superficie di trasferimento impedendone il distacco. Inoltre, essendo questi granuli di natura spigolosa ed abrasiva, si possono verificare usure o rotture sulla superficie di trasferimento. Infine, questa tecnologia di produzione Ã ̈ decisamente laboriosa e costosa.

Un quarto tipo di materiale granulare noto nell'arte per l'uso come materiale decoratore, Ã ̈ composto da microsfere di vetro. Queste non presentano problemi di abrasivitÃ ma sono difficoltose da distaccare dalla superficie di trasferimento a causa della loro mancanza di assorbenza.

Pertanto, scopo della presente invenzione Ã ̈ quello di risolvere i problemi sovraesposti, e cioÃ ̈ rendere disponibile un materiale granulare decoratore, che non subisca disgregazioni a contatto con l'acqua, e che sia facilmente e convenientemente utilizzabile in tecniche di decorazione a controllo digitale, in particolare nella tecnologia di decorazione "a secco" con ink-jet ad acqua.

Sommario dell'invenzione

In un primo aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un processo per la preparazione di un materiale granulare per la decorazione a controllo digitale, preferibilmente mediante macchine decoratrici del tipo ink-jet ad acqua, detto processo comprendente i passaggi di:

a) macinazione di una composizione solida comprendente materie prime ceramiche, preferibilmente in presenza di acqua;

b) granulazione della composizione macinata del passaggio a) in forma di agglomerati aventi dimensioni comprese tra 0,02 mm e 2 mm;

c) calcinazione di detti agglomerati ad una temperatura di almeno 500°C.

In un secondo aspetto, l'invenzione si riferisce ad un materiale granulare per la decorazione a controllo digitale, preferibilmente mediante macchine decoratrici del tipo inkjet ad acqua, ottenuto (o ottenibile) con il processo di cui sopra.

In un ulteriore aspetto, l'invenzione riguarda l'uso di detto materiale granulare come materiale decorativo, preferibilmente per piastrelle ceramiche.

Pertanto in un ulteriore aspetto, l'invenzione riguarda una superficie decorata con il presente materiale, preferibilmente una superficie ceramica.

Descrizione delle figure

Figura 1: sezione schematica di un granulo di materiale decoratore dell'invenzione dopo il passaggio b) di granulazione per atomizzazione.

Figura 2: sezione schematica di un granulo di materiale decoratore secondo l'invenzione, nella fase finale del processo di calcinazione c).

Figura 3: sezione schematica di un granulo di materiale decoratore dell'invenzione durante un'operazione di decorazione a controllo digitale.

Descrizione dettagliata

Come sopra accennato, la presente invenzione si riferisce ad un processo che permette di ottenere un materiale granulare per l'uso nella decorazione a controllo digitale, che comprende i passaggi di macinazione e granulazione di una composizione solida comprendente materie prime ceramiche, e caratterizzato da un successivo passaggio di calcinazione ad una temperatura di almeno 500° C.

In particolare, nel passaggio a) di macinazione del presente processo, una composizione solida comprendente materie prime ceramiche, eventualmente in miscela con almeno un altro componente additivo come di seguito descritto, viene sottoposta a macinazione tipicamente mediante tecniche note nell'arte quali, ad esempio, macinazione ad umido o a secco. In particolare, la macinazione ha lo scopo di ridurre la dimensione dei granuli dei vari componenti e di omogeneizzarne la distribuzione. Preferibilmente, al termine del passaggio di macinazione, la composizione presenta delle dimensioni minori di 0,04 mm, piÃ¹ preferibilmente minori di 0,02 mm.

In una forma di realizzazione preferita, la macinazione della composizione solida comprendente materie prime ceramiche avviene ad umido, in presenza cioÃ ̈ di un opportuno disperdente, quale acqua, preferibilmente mediante mulino intermittente a tamburo.

Detta composizione solida comprendente materie prime ceramiche puÃ² venire preparata al momento o anche preparata in un passaggio precedente, mediante tecniche note, ed utilizzata al momento del bisogno.

Per "materie prime ceramiche" si intende quel materiale noto all'esperto del ramo generalmente formato da composti inorganici come ad esempio, caolino, argilla, bentonite, biossido di titanio, sabbia di rutile, feldspato sodico, feldspato potassico, nefelina, pegmatite, fluorite, spodumene, talco, quarzo, wollastonite, silice, allumina, silicato di zirconio, ossido di magnesio, di titanio, di zinco, di cobalto, di ferro, di cromo, di rame, di manganese, di selenio, di cadmio, di cerio, di stagno, di piombo, di zirconio ecc., carbonato di bario, di calcio, di litio, di stronzio ecc., semilavorati quali, fritte, pigmenti coloranti, smalti ecc. Dette materie prime ceramiche sono disponibili in commercio ed acquistabili per esempio da: Bal-co S.p.a, Sassuolo (MO); Colorobbia Italia Spa, Sovigliana Vinci (FI); Smalticeram Unicer S.p.a, Roteglia di Castellarano (RE); Inco Industria colori S.r.l. Montebonello PAVULLO (MO).

In una forma di realizzazione aggiuntiva, la composizione solida del passaggio a) comprende il materiale ceramico di cui sopra, in miscela con almeno un componente additivo organico e/o inorganico in grado di decomporsi e di liberarsi in forma di gas, ad alte temperature cioÃ ̈ a temperature superiori ad almeno 300°C, preferibilmente superiori ad almeno 500°C. In questa direzione, componenti additivi preferiti sono scelti tra: lolla di cereali, preferibilmente di riso, amidi, carbone, carbonati o solfati alcalini o alcalino terrosi e farine di cereali, essendo queste ultime particolarmente preferite. Grazie alla presenza di almeno uno di detti additivi, si Ã ̈ osservato, infatti, che Ã ̈ possibile aumentare la porositÃ del materiale granulare ottenibile con il presente processo e quindi ottenere un piÃ¹ agevole distacco del materiale decoratore dalla superficie di trasferimento.

Eventualmente la composizione solida comprendente materiale ceramico puÃ² contenere ulteriori additivi noti nell'arte quali, ad esempio, agenti leganti, tensioattivi, sospensivanti, fluidificanti, deflocculanti e simili, utilizzabili sia singolarmente che in miscela.

Quando presente, l'additivo Ã ̈ impiegato in quantitÃ comprese tra 1% e 20% in peso rispetto alla quantitÃ di materie prime ceramiche utilizzate, preferibilmente in quantitÃ comprese tra 5 e 15%, ancor piÃ¹ preferibilmente tra 5 e 10%.

Pertanto, in una forma di realizzazione preferita, la composizione iniziale comprende materie prime ceramiche in miscela con almeno una farina di cereali in una percentuale in peso compresa tra 5 e 7%.

In una forma di realizzazione ugualmente preferita, la composizione iniziale comprende materie prime ceramiche in miscela con almeno un additivo deflocculante, al fine di rendere piÃ¹ fluida la sospensione acquosa durante il passaggio di macinazione ad umido, permettendo cosÃ¬ di ridurre il quantitativo di acqua utilizzato per la dispersione. A tal proposito, esempi di additivi deflocculanti utilizzabili sono sali polifosfati o silicati alcalini o alcalino-terrosi, preferibilmente scelti tra: tri-polifosfato di sodio e silicato di sodio. Preferibilmente, detto agente deflocculante Ã ̈ presente in una percentuale in peso compresa tra 0,2 e 2% rispetto al peso complessivo del materiale ceramico di partenza.

Il passaggio a) di macinazione avviene generalmente a temperatura ambiente (cioÃ ̈ compresa tra 15 e 40° C), per un tempo variabile in genere a seconda delle quantitÃ di materiale utilizzato e del tipo di impianto impiegato per la macinazione.

Al termine del passaggio a), la composizione macinata viene sottoposta al passaggio b) di granulazione, per formare cioÃ ̈ degli agglomerati aventi delle dimensioni comprese tra 0,02 mm e 2 mm, preferibilmente comprese fra 0,04 e 0,15 mm.

Il termine "agglomerato" indica un granulo formato da piccoli aggregati di particelle di materie prime ceramiche macinate.

In una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, il passaggio b) avviene mediante atomizzazione, ancor piÃ¹ preferibilmente eseguita mediante l'uso di un atomizzatore a torre cilindrica con parte inferiore conica convergente verso il basso.

Generalmente, la temperatura di esercizio durante il passaggio b) Ã ̈ compresa tra 400° C e 900° C, in dipendenza ad esempio del tipo e dell'efficienza dell'atomizzatore, e del tipo di materiale ceramico da atomizzare .

In una forma di realizzazione preferita, il passaggio b) di granulazione avviene in presenza di almeno un agente aggregante quale ad esempio derivati cellulosici o silicati alcalini, preferibilmente scelti tra: carbossimetilcellulosa (CMC) e silicato di sodio.

Al termine della granulazione, gli agglomerati vengono sottoposti al successivo passaggio c) di calcinazione, grazie al quale si ottiene il materiale granulare per la decorazione a controllo digitale secondo l'invenzione. In particolare, il passaggio di calcinazione avviene ad una temperatura di almeno 500°C, tale cioÃ ̈ da rendere detti aggregati stabili e non disgregabili in acqua, ed in grado di conservare un grado di porositÃ , espresso come volume libero tra le particelle, preferibilmente di almeno il 10%, piÃ¹ preferibilmente di almeno il 30%, ancor piÃ¹ preferibilmente, compreso tra 30% e 50% del volume totale.

Pertanto, temperature di calcinazione preferite sono maggiori di 600° C, ancor piÃ¹ preferibilmente maggiori di 1000° C.

Vantaggiosamente, il passaggio di calcinazione c) permette di eliminare l'acqua naturalmente presente nelle materie prime ceramiche utilizzate nel presente processo, permettendo inoltre la combustione di materiali organici, e dei composti derivanti per esempio dagli eventuali componenti additivi presenti nella composizione solida iniziale, come sopra descritto, quali carbonati, solfati e simili. La loro eliminazione, infatti, contribuisce ad aumentare la porositÃ del materiale finale in quanto permette di aumentare il volume libero, inteso come spazio presente tra le varie particelle che compongono il materiale finale.

Le dimensioni dei granuli che compongono il materiale dell'invenzione sono preferibilmente comprese tra 0,02mm e 2 mm, preferibilmente compreso fra 0,04 e 0,15 mm, ancor piÃ¹ preferibilmente compreso fra 0,04 e 0,10 mm. La porositÃ del materiale dell'invenzione, espressa come volume libero tra le particelle, Ã ̈ di almeno il 10%, piÃ¹ preferibilmente di almeno il 30%, ancor piÃ¹ preferibilmente, compreso tra 30 e 50% del volume totale. Valori di volume libero maggiori portano vantaggiosamente a migliori caratteristiche del prodotto finale in termini di miglior assorbimento dell'acqua e quindi permettono di ottenere un piÃ¹ agevole distacco del materiale decoratore dalla superficie di trasferimento.

Il passaggio c) del presente processo per la preparazione di un materiale granulare per uso decorativo, avviene generalmente per un tempo tale per cui si puÃ² garantire una sufficiente saldatura nei punti di contatto fra le varie particelle, mantenendo la porositÃ a valori come sopra descritti. In una forma di realizzazione, la calcinazione avviene per un tempo di almeno 1 minuto, preferibilmente per un tempo compreso tra 10 e 30 minuti.

Eventualmente, e in accordo con una forma preferita dell'invenzione, il passaggio di calcinazione c) puÃ² essere preceduto da un passaggio di setacciamento al fine di selezionare agglomerati aventi specifiche dimensioni .

Vantaggiosamente, il processo della presente invenzione, permette di ottenere un materiale "inerte", e cioÃ ̈ in grado di non rimanere incollato alla superficie di trasferimento della macchina decoratrice in presenza di acqua. Inoltre, il presente processo permette di realizzare un materiale granulare fine, con buona scorrevolezza, non abrasivo, economico, composto da granuli con alta porositÃ e a valore controllabile e che puÃ² essere facilmente e convenientemente utilizzabile in tecniche di decorazione a controllo digitale, in particolare nella tecnologia di decorazione "a secco" con inkjet ad acqua.

Pertanto, in un ulteriore aspetto, la presente invenzione si riferisce ad un materiale granulare per la decorazione a controllo digitale, preferibilmente mediante macchine decoratrici del tipo ink-jet ad acqua, ottenuto (o ottenibile) con il processo della presente invenzione come sopra descritto.

L'invenzione puÃ² essere rappresentata in una forma di realizzazione preferita dalle qui accluse figure. In particolare, in figura 1 Ã ̈ illustrato un granulo (1) ottenuto dopo il passaggio b) di granulazione mediante atomizzazione, comprendente una serie di particelle (2) del materiale ceramico utilizzato in miscela con altre particelle di componente additivo (3), quale ad esempio farina di cereali in quantitÃ pari al 5% in peso.

Questi granuli sono stati originati miscelando insieme i vari elementi (2) e (3) in presenza di acqua come disperdente e sottoponendo la cosÃ¬ ottenuta sospensione al passaggio a) di macinazione e successiva granulazione mediante atomizzazione. La calcinazione finale ad una temperatura di circa 1000° C, ha provocato la combustione delle particelle del componente additivo (3), lasciando nel granulo (1) delle cavitÃ (4) come indicato in figura 2.

Il materiale granulare della presente invenzione risulta essere perfettamente idoneo alla decorazione a controllo digitale, preferibilmente con macchine decoratrici del tipo inkjet ad acqua. Infatti, come illustrato ad esempio in figura 3, quando un granulo (1) del presente materiale Ã ̈ messo a contatto con l'acqua (5), presente nel nastro di trasferimento della macchina decoratrice, l'acqua (5) Ã ̈ immediatamente assorbita, tipicamente per capillaritÃ , dal granulo (1), il quale Ã ̈ cosÃ¬ in grado di distaccarsi agevolmente dal nastro stesso, senza subire sostanzialmente nessuna disgregazione e senza lasciare residui sulla superficie del nastro stesso.

Vantaggiosamente il presente materiale presenta caratteristiche di soliditÃ , resistenza al processo di decorazione digitale e facilitÃ di preparazione tali per cui il suo impiego Ã ̈ conveniente sia da un punto di vista economico che ambientale.

Pertanto, costituisce un ulteriore aspetto dell'invenzione, l'uso del materiale granulare, ottenuto secondo il presente processo, come materiale decorativo, preferibilmente per tecniche di decorazione a controllo digitale .

In un ulteriore aspetto, l'invenzione si riferisce ad una superficie solida decorata con il materiale granulare ottenuto secondo il processo della presente invenzione, dove detta superficie Ã ̈ preferibilmente una superficie ceramica, ancor piÃ¹ preferibilmente in forma di piastrella.

La presente invenzione verrÃ ora illustrata nella seguente parte sperimentale senza voler in alcun modo limitarne la portata.

Parte sperimentale

Esempio 1: processo di preparazione del materiale granulare ceramico dell'invenzione.

Tabella 1: Composizione solida di partenza comprendente le seguenti materie prime ceramiche:

Peso

Materia prima ceramica

(kg)

Fritta M05 (Micron) 51,7

Caolino Cam 40 (Bal-co) 4,9

V56 (Micron) 9,7

Zircobit M05 (Colorobbia) 2

Tale 320 (Balco) 6,8

Air 44 (Bal-co) 2

FsNaW30 (Bal-co) 20

Pigmento IC 18/999 (Inco) 2,9

Silicato di sodio 1,8

Alla composizione solida di partenza della Tabella 1 viene aggiunta acqua (26 Kg) e la sospensione cosÃ¬ ottenuta viene sottoposta a macinazione ad umido, in un mulino a tamburo con sfere in allumina sinterizzata, fino ad ottenere una dimensione delle particelle tutte inferiori a 0,02 mm.

Successivamente, viene sottoposta al passaggio di atomizzazione con ugelli nebulizzatori ad aria di diametro 0,9 mm della ditta PNR Italia S.r.l, ad una pressione della sospensione liquida di 1 bar, e ad una pressione dell'aria di nebulizzazione pari a 2,5 bar, ad una temperatura di circa 850° C. Viene poi eseguita una setacciatura per eliminare la frazione granulometrica superiore a 0,18 mm e viene quindi eseguito il passaggio finale di calcinazione con permanenza di 15 minuti a 900°C, in forno intermittente a muffola con granulato disposto in strati di altezza 12 mm, ottenendo un materiale finale con una distribuzione granulometrica del 90% in peso compreso nell'intervallo fra 0,03 mm e 0,15 mm.

La porositÃ volumetrica dei granuli Ã ̈ del 42%.

Nel test di decorazione, il granulato si distacca dal nastro di trasferimento senza lasciare significativi residui.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Un processo per la preparazione di un materiale granulare per la decorazione a controllo digitale, detto processo comprendente i passaggi di: a) macinazione di una composizione solida comprendente materie prime ceramiche, preferibilmente in presenza di acqua; b) granulazione della composizione macinata del passaggio a) in forma di agglomerati aventi dimensioni comprese tra 0,02 mm e 2 mm; e c) calcinazione di detti agglomerati ad una temperatura di almeno 500°C.
2. Il processo secondo la rivendicazione 1, in cui detta composizione solida comprende inoltre almeno un additivo scelto tra: lolla di cereali, preferibilmente lolla di riso, amidi, carbone, carbonati o solfati alcalini o alcalino terrosi, farine di cereali, agenti leganti, tensioattivi, sospensivanti, fluidificanti e deflocculanti , utilizzabili sia singolarmente che in miscela .
3. Il processo secondo la rivendicazione 2, in cui detti deflocculanti sono scelti tra: un sale polifosfato, un silicato alcalino o alcalino-terroso, preferibilmente tri-polifosfato di sodio e silicato di sodio.
4. Il processo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detto almeno un additivo Ã ̈ presente in quantitÃ comprese tra 1% e 20% in peso rispetto alla quantitÃ di materie prime ceramiche utilizzate, preferibilmente in quantitÃ comprese tra 10 e 15%.
5. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il passaggio b) di granulazione avviene mediante atomizzazione, ottenendo agglomerati aventi delle dimensioni comprese tra 0,02 mm e 2 mm, preferibilmente comprese fra 0,04 e 0,15 mm.
6. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il passaggio b) di granulazione avviene in presenza di almeno un agente aggregante scelto tra: derivati cellulosici e silicati alcalini .
7. Il processo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il passaggio c) di calcinazione avviene a temperature maggiori di 600° C, ancor piÃ¹ preferibilmente maggiori di 1000° C, preferibilmente per un tempo di almeno 1 minuto, ancor piÃ¹ preferibilmente per un tempo compreso tra 10 e 30 minuti .
8. Un materiale granulare per la decorazione a controllo digitale, ottenuto con il processo secondo le rivendicazioni 1-7.
9. Il materiale granulare secondo la rivendicazione 8, in cui il volume libero tra le particelle, Ã ̈ di almeno il 10%, piÃ¹ preferibilmente di almeno il 30%, ancor piÃ¹ preferibilmente compreso tra 30 e 50% del volume totale.
10. Uso del materiale granulare secondo la rivendicazione 8 o 9, come materiale decorativo, preferibilmente mediante tecnologia di decorazione a controllo digitale con macchine decoratrici del tipo ink-jet ad acqua.
11. Superficie solida, preferibilmente ceramica, ancor piÃ¹ preferibilmente in forma di piastrella, decorata con il materiale granulare secondo la rivendicazione 8 o 9.