Nella produzione ceramica, i leganti sono additivi miscelati con polveri ceramiche per aumentare la resistenza meccanica e coesiva delle ceramiche verdi precotte. La maggiore resistenza fornita dal legante in un sistema ceramico consente ai pezzi ceramici di superare il processo di produzione e di arrivare alla fase di cottura senza rompersi o disgregarsi. I leganti ceramici sono disponibili in molte varietà, ma quelli ideali presentano le seguenti caratteristiche.
Aumenta la resistenza meccanica dei pezzi ceramici formati
Non fa aderire la pasta ceramica alle attrezzature di lavorazione
Si brucia con un basso contenuto di ceneri durante la cottura
Non interferisce con la smaltatura
Tipi di leganti ceramici
La maggior parte dei leganti ceramici rientra in una delle due categorie: inorganici o organici.
Leganti inorganici
I leganti inorganici sono materiali di origine minerale, spesso basati sulla chimica dei silicati, e aumentano la resistenza meccanica a temperature incredibilmente elevate. Sebbene i leganti inorganici come il silicato di sodio e la bentonite siano relativamente economici, spesso richiedono un consumo maggiore rispetto ai leganti organici e talvolta causano problemi di viscosità che portano a difetti ceramici.
Leganti organici
I leganti organici coprono tutti i materiali polimerici utilizzati nella ceramica che non siano di origine minerale. Questo tipo di legante forma legami a idrogeno con le singole particelle di polvere ceramica durante l'essiccazione. I leganti organici sono in genere più costosi dei leganti inorganici, ma possono essere utilizzati a un tasso inferiore e solitamente offrono vantaggi aggiuntivi alla lavorazione della ceramica che i leganti inorganici non offrono.
METHOCEL™: il legante ceramico ideale
METHOCEL™ è una linea di polimeri di metilcellulosa e idrossipropilmetilcellulosa che rappresentano eccellenti leganti organici e additivi ausiliari di processo per la produzione di ceramiche a pareti sottili o di forma complessa. Questi polimeri idrosolubili si distinguono dagli altri leganti organici in quanto formano una struttura gel tridimensionale a temperature elevate, conferendo maggiore stabilità agli impasti ceramici crudi durante l'essiccazione e la cottura iniziale. Questa caratteristica, nota come gelificazione termica, impedisce la migrazione del legante e riduce il rischio di cricche da stress e bolle durante la cottura. Il grafico seguente illustra l'aumento della resistenza a crudo in funzione della gelificazione termica, utilizzando un reometro a coppia per misurare la viscosità di una miscela ceramica di ossido di alluminio contenente METHOCEL™ A4M.
L'effetto della gelificazione termica sulla resistenza verde
Come illustrato, quando le miscele ceramiche contenenti METHOCEL™ vengono mantenute al di sopra della temperatura di gelificazione termica, si ottiene un netto aumento della resistenza iniziale e della coesione.
Migliorare i processi ceramici con METHOCEL™
Come mostrato sopra, METHOCEL™ è eccezionale nel migliorare la resistenza meccanica degli impasti ceramici verdi. Altrettanto impressionante è forse il modo in cui METHOCEL™ semplifica i processi di produzione della ceramica e ne migliora l'efficienza. La gelificazione termica modifica inoltre le proprietà adesive delle miscele ceramiche, migliorandone le proprietà coesive alla temperatura di gelificazione.
Nella figura sottostante, una miscela ceramica contenente METHOCEL™ è stata osservata in un reometro a coppia al di sotto e al di sopra del punto di gelificazione termica. Al di sotto del punto di gelificazione termica, la miscela ceramica aderisce al reometro. Tuttavia, al di sopra del punto di gelificazione termica, la miscela ceramica si separa nettamente dalle superfici metalliche. Questa è una caratteristica estremamente preziosa nell'estrusione, nello stampaggio a iniezione e nella colata a nastro di ceramiche complesse.
Miscela ceramica in un reometro di coppia
Oltre ai vantaggi della gelificazione termica, METHOCEL™ aumenta la lubrificazione della miscela ceramica. Le attrezzature per la lavorazione della ceramica, come stampi e filiere, sono soggette a usura a causa dell'attrito generato dalle particelle ceramiche. Aumentando la lubrificazione, METHOCEL™ contribuisce a ridurre l'usura delle particelle, aumentando la durata utile delle attrezzature e riducendo i costi energetici associati allo stampaggio, alla fusione e all'estrusione di componenti ceramici. Inoltre, METHOCEL™ brucia in modo pulito durante la cottura, garantendo che non rimangano residui che possano compromettere l'integrità strutturale o la forma del componente ceramico.
Prevenire la migrazione dei leganti
Molti leganti organici migreranno sulla superficie dei corpi ceramici in fase di essiccazione insieme al liquido in evaporazione. Ciò può causare la formazione di uno strato di legante sulla superficie ceramica, inibendo l'essiccazione. Durante la cottura, la migrazione e la conseguente distribuzione irregolare del legante possono causare cricche da stress, bolle superficiali e altri difetti superficiali. I leganti METHOCEL™ rimangono fissati nella rete tridimensionale formata durante la gelificazione termica e non migreranno in superficie. Pertanto, i corpi ceramici contenenti METHOCEL™ come legante sono più uniformi e molto meno inclini a presentare difetti superficiali.
Variazione di gelificazione dei leganti METHOCEL™
La temperatura di gelificazione termica, la consistenza del gel e la viscosità dinamica di una miscela ceramica contenente un additivo METHOCEL™ variano in base al tipo e alla concentrazione di METHOCEL™ nel sistema. In particolare, la gelificazione termica determina un aumento significativo della viscosità apparente delle miscele ceramiche a diverse concentrazioni e temperature, a seconda del grado utilizzato. Ciò semplifica l'ottenimento del giusto equilibrio di proprietà per ogni tipo di ceramica prodotta.
Oltre alle considerazioni di cui sopra, la scelta del grado METHOCEL™ appropriato per un'applicazione ceramica dipende dalla formulazione e dai requisiti di lavorazione delle tecniche di lavorazione. I gradi elencati nella tabella seguente rappresentano consigli di partenza basati su queste tecniche e applicazioni.
Altri gradi e concentrazioni di METHOCEL™ potrebbero essere consigliati a seconda delle vostre esigenze. I nostri specialisti METHOCEL™ saranno lieti di assistervi nella scelta del grado più adatto e nella fornitura di un campione. Cliccate qui sotto per contattarci.
