Leganti per la ceramica

Nella produzione della ceramica, i leganti vengono utilizzati per aumentare la resistenza meccanica e coesiva delle ceramiche precotte "verdi". L'aumento di resistenza fornito dal legante in un sistema ceramico consente alle parti ceramiche formate di passare attraverso il processo di produzione e arrivare alla fase di cottura senza rompersi. I leganti ceramici sono disponibili in molte varietà ma per essere efficaci devono avere le seguenti caratteristiche:
  • Aumentare la resistenza meccanica delle parti in ceramica formate
  • Non fare attaccare la pasta ceramica alle apparecchiature di lavorazione
  • Bruciare con un basso contenuto di ceneri
 

Tipi di legante ceramico

Sebbene ci siano dozzine di leganti diversi utilizzati commercialmente per la produzione di ceramica, la maggior parte rientra in una delle due categorie: inorganico e organico.
 

Leganti inorganici
 

I leganti che rientrano nella categoria inorganica sono materiali a base minerale. Questi tipi di leganti sono spesso basati sulla chimica dei silicati e forniscono aumenti della resistenza meccanica a temperature incredibilmente elevate. Sebbene i leganti inorganici come il silicato di sodio e la bentonite siano relativamente economici, spesso richiedono un tasso di utilizzo più elevato rispetto ai leganti organici che possono causare problemi di viscosità che portano a difetti della ceramica.

Leganti organici
 

I leganti organici coprono tutti i materiali a base polimerica utilizzati nelle ceramiche che non sono a base minerale. Questo tipo di legante si comporta formando legami a idrogeno con particelle di ceramica durante l'essiccazione. I leganti organici sono in genere più costosi dei leganti inorganici, ma spesso possono essere utilizzati a una percentuale inferiore e offrono alcuni vantaggi aggiuntivi alla lavorazione della ceramica che gli inorganici non hanno.

METHOCEL™ - Il legante ceramico ideale
 

METHOCEL™ è una linea di polimeri di metilcellulosa e idrossipropilmetilcellulosa che sono eccellenti leganti organici e coadiuvanti di lavorazione per la produzione di ceramiche ad alte prestazioni. Questi polimeri idrosolubili sono unici in quanto, a differenza di altri leganti organici, le soluzioni METHOCEL™ formano una struttura gel tridimensionale a temperature elevate che fornisce una stabilità extra ai corpi ceramici verdi durante l'essiccazione e la fase iniziale della cottura. Questa funzione di gelificazione termica impedisce anche la migrazione del legante e riduce il rischio di crepe da sollecitazione e bolle durante la cottura.
 

L'effetto della gelificazione termica sulla forza verde

Quando le miscele ceramiche contenenti METHOCEL™ vengono mantenute al di sopra della temperatura di gelificazione termica, il risultato è un netto aumento della forza verde e della coesione. Il grafico sopra illustra questo aumento della resistenza al verde utilizzando un reometro dinamometrico per misurare la viscosità di una miscela ceramica di ossido di alluminio contenente METHOCEL™ A4M.

 

Miglioramento dei processi ceramici con METHOCEL™
 

Come mostrato sopra, METHOCEL™ è eccezionale nel migliorare la resistenza meccanica dei corpi ceramici verdi. Forse altrettanto impressionante è il modo in cui METHOCEL™ può semplificare i processi di produzione della ceramica e migliorare l'efficienza. La stessa caratteristica di gelificazione termica discussa in precedenza cambia le miscele ceramiche da adesivo a coesivo alla temperatura di gelificazione. Questo è dimostrato nelle immagini sottostanti.
 

Miscela di ceramica in un reometro di coppia

Una miscela di ceramica contenente METHOCEL™ è stata osservata in un reometro dinamometrico al di sotto del punto di gelificazione termica e al di sopra del punto di gelificazione termica. Come si puo’ notare, al di sopra del punto di gelificazione termica, l'impasto ceramico non si attacca e si separa in modo pulito dalle superfici metalliche. Questa è una caratteristica incredibilmente preziosa nell'estrusione e nello stampaggio a iniezione di ceramiche complesse.

Prevenzione della migrazione del raccoglitore
 

Molti leganti organici migreranno sulla superficie dei corpi ceramici essiccanti insieme al liquido in evaporazione. Ciò può causare la formazione di una "pelle" di legante sulla superficie che inibirà l'essiccazione. Al momento della cottura, la distribuzione irregolare del legante può portare a incrinature da sollecitazione, bolle superficiali e altri difetti superficiali. I leganti METHOCEL™ rimangono fissati nella rete tridimensionale formata durante la gelificazione termica e non migreranno in superficie. I corpi ceramici che contengono METHOCEL™ come legante sono più consistenti e hanno molte meno probabilità di mostrare difetti superficiali.
 

Variazione di gelificazione dei leganti METHOCEL™
 

La temperatura di gelificazione termica, la compattezza del gel e la viscosità dinamica di una miscela ceramica contenente METHOCEL™ variano in base al tipo e alla concentrazione di METHOCEL™ nel sistema. La gelificazione termica provoca un aumento significativo della viscosità apparente degli impasti ceramici al variare della concentrazione e della temperatura in base al grado. Questo rende facile ottenere il giusto equilibrio di proprietà per particolari applicazioni ceramiche.


 
Grado Concentrazione Temperatura (°C) Moment meccanico (meter-gramm)
METHOCEL™ A4M (Wt.%) Start Peak Start Peak
2.5 41 47 470 850
5.0 32 40
1180 1980
METHOCEL™ F4M 2.5 48 55 390 540
5.0 43 52 800 1420
METHOCEL™ K15M 2.5 64 68 350 420
5.0 52 63 760 1360
METHOCEL™ K4M 2.5 78 82 50 150
5.0 60 72 620 850

Come scegliere il prodotto METHOCEL™ giusto

La selezione del grado METHOCEL™ appropriato per un'applicazione ceramica dipende dalle vostre particolari esigenze di formulazione e lavorazione. I gradi elencati nella tabella seguente sono consigli di partenza basati sull'applicazione.
    Applicazzione
    Grado
    Percentuale
    Benefici
    Estruzione
    2.5 - 5.0%
    • Il controllo preciso della viscosità e della reologia aumenta la stabilità delle miscele
    • La lubrificazione riduce l'usura dell'estrusore e dello stampo - favorisce superfici più lisce
    • Bagnatura e legatura delle particelle migliorate per una maggiore resistenza del verde
    • La gelificazione termica consente l'estrusione di forme delicate con pareti sottili
    Stampaggio a Iniezione
    2.5 - 5.0%
    • Riempimento dello stampo uniforme e rapido
    • Finiture più lisce
    • Maggiore densità del verde e migliore forza del verde
    Pressatura isostatica
    1.0 - 3.0%
    • Imballaggio più stretto e più uniforme
    • Minor ritiro durante la cottura
    • Riduce l'attrito sulla parete dello stampo
    • Meno scarti
    Smalti
     
    0.15 - 0.5%
    • Viscosità e controllo della reologia migliorati
    Smalto porcellanato
    1.0 - 3.0%
    • Un legame più stretto con il greenware
    • Finiture più lisce
    • Durata migliorata
    • Brucia completamente in forno
    Malte refrattarie
    2.0 - 5.0%
    • Lavorabilità e proprietà applicative migliorate
    • Basso residuo di sale
    Colata dal nastro
    0.25 - 0.75%
    • Controllo della viscosità migliorato
    • Inibisce l'impostazione negli slip
    • Maggiore forza verde
    • Ridotto ritiro all'essiccazione
A seconda delle vostre particolari esigenze, possono essere raccomandati altri gradi e concentrazioni di METHOCEL™. I nostri specialisti METHOCEL™ sono a tua disposizione e saranno lieti di aiutarti a trovare il grado giusto e a procurarti un campione.

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