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XLVII
Marzo-Abril (2012)
BOLETIN DE LA SOCIEDAD ESPAÑOLA DE
NOTA TÉCNICA
Cerámica y Vidrio
Desarrollo de efectos cerámicos como acabados superficiales,
mediante tecnología de inyección digital
FERRO SPAIN, S.A.
Ctra. Nacional 340, Km. 61,5. 12550 Almazora. Castellón.
Ferro Spain, S.A. ha abordado la viabilidad práctica de la decoración de superficies cerámicas mediante la aplicación de capas
de muy reducido espesor mediante el uso de la tecnología de inyección digital por chorro de tinta y, específicamente en lo
relativo a efectos y acabados superficiales distintos de la coloración. Se han estudiado los diversos mecanismos que permiten
obtener dichos efectos y la influencia de las principales variables. También ha evaluado los resultados obtenidos atendiendo
a las normativas vigentes como es el caso del efecto antideslizante.
Palabras clave: esmalte digital, inyeccion tinta, efecto ceramico digital, mate, lustre, brillo, penetrante, metalico, antideslizante.
Develop of ceramic effects: surface finishes, through digital inkject technology
Ferro Spain SA has tackled the practical viability of tile surfaces decoration by means of applying layers of reduced thickness
by means of the use of digital injection technology by inkjet and, specifically, relating to effects and superficial finishes
different from colouring. It has been studied several mechanisms which allow to get those effects and the influence of the
main variables. It has also been assessed the obtained results dealing with the current regulations as in the case of non-slip
effect.
Key words: digital glaze, inkjet, effects for digital decoration, matt, luster, glossy, sinking, metallic, anti-slippery.
1. INTRODUCCIÓN
La tecnología de inyección digital ha permitido en los
últimos años mejorar la calidad del acabado estético de las
baldosas cerámicas. De forma que con el perfeccionamiento
tanto del nivel de definición como del control de la aplicación
“inkjet”, la traslación de la componente cromática del diseño
gráfico sobre el azulejo ha alcanzado niveles considerablemente
elevados.
Dentro del actual marco en el que se encuentra la tecnología
de decoración digital y conociendo el grado de avance en el
desarrollo de máquinas para realizar esta aplicación, según
las diferentes tipologías de cabezales de inyección para la
impresión “drop on demand”, se plantea conseguir diferentes
efectos decorativos sobre las piezas cerámicas mediante el uso
de dicha tecnología, los cuales para poder ser conseguidos en
la actualidad utilizan técnicas de serigrafía convencional.
La importancia del binomio definición-deposición juega
un papel crítico para la obtención de los citados efectos,
debido a que tanto la cantidad de material depositado como
la forma y cantidad de gotas proyectadas por el cabezal de
inyección, son determinantes a la hora de obtener ciertos
efectos cerámicos.
2. OBJETIVO DEL TRABAJO DE INVESTIGACION
El presente desarrollo plantea conseguir los siguientes
efectos cerámicos:
1. Efecto mate transparente
Aplicación de un material cerámico para conseguir efectos
de maticidad, contraste y capacidad de protección mediante la
superposición sobre otras superficies.
2. Efecto brillo
Material que permite modular la intensidad del brillo al
ser aplicado sobre otras superficies, para conseguir una mayor
luminosidad de la gráfica.
3. Efecto penetrante
Material que modifica una superficie plana para conseguir
profundidad, con el fin de crear una estructura con distintos
niveles.
4. Efecto lustre
Material que modifica la intensidad del brillo de una
superficie, mediante el diferente índice de refracción entre dos
vidriados, con el fin de conseguir contrastes de luz y reflejos.
Este trabajo ha participado en los premios Alfa de Oro en la Feria Internacional de Cerámica de Valencia CEVISAMA 2012
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FERRO SPAIN, S.A
5. Efecto metálico
Material que cambia el acabado superficial de las baldosas
cerámicas para lograr efectos de apariencia metálica.
6. Efecto anti-deslizante
Compuesto que altera la rugosidad superficial de la
baldosa cerámica con tal de incrementar la adherencia y
disminuir el deslizamiento.
En este sentido ya se había dado un primer paso en esta
línea de trabajo con la obtención de un efecto “opacificante”
o “blanqueante” mediante la aplicación de una tinta con
tecnología de inyección digital. Este ya es un producto
comercial desde principios del año 2011.
El trabajo tiene como objetivo pues, el desarrollo de
nuevas composiciones de tintas inkjet para lograr los efectos
anteriormente detallados, con las limitaciones que presenta
la tecnología actual asociada a los inyectores que depositan
la tinta sobre las piezas cerámicas. En concreto, las citadas
limitaciones son: el tamaño máximo de partícula aceptable
según la actual tecnología de cabezales de impresión así como
la cantidad máxima de tinta que se puede depositar según la
velocidad de la línea de esmaltado.
Para la consecución del objetivo del desarrollo planteado
se siguen los siguientes pasos:
• Estudiar de qué forma la limitación del tamaño de
partícula del material depositado influye en la obtención
de los efectos deseados. Al mismo tiempo es necesario
conocer el mecanismo por el cual cristalizan las diferentes
fases cristalinas, de distinto índice de refracción, que
influyen en la obtención de los diferentes efectos.
• Desarrollar los procesos específicos tanto a nivel de
laboratorio como a escala semi-industrial para la
obtención de las diferentes tintas con las que poder
aplicar en máquinas de decoración digital.
3. DESARROLLO EXPERIMENTAL
Durante la etapa de estudio y desarrollo del nuevo
conjunto de tintas, se analizaron las diferentes propiedades y
características técnicas necesarias para obtener los diferentes
efectos cerámicos deseados, particularmente, qué requisitos
teóricos son necesarios establecer para conseguir los objetivos
marcados. A continuación se detallan las principales
características de cada una de las tintas obtenidas.
Tinta efecto mate
Se ha desarrollado una nueva frita mate de alto punto
de reblandecimiento que evita ser modificada su estructura
cristalina por los esmaltes actuales, por lo que se consigue que
la tinta con este efecto, se mantenga “flotando” obteniéndose
un efecto de profundidad sobre la superficie vítrea.
Dicha frita es capaz de desvitrificar una alta proporción de
cristales de Cordierita que le confiere una alta resistencia al
tránsito y resistencia a ensayos físico-químicos.
Sólo la capa muy fina aplicada con tecnología inkjet,
de este tipo de frita es capaz de proporcionar este acabado
cerámico con unas propiedades técnicas excepcionales.
Tinta efecto brillo
Dado los buenos resultados obtenidos con la tinta de efecto
mate, se decidió desarrollar una tinta que presentara un efecto
opuesto al mate y que está muy extendido como es el efecto
brillo.
Para el desarrollo de esta tinta se ha buscado una frita cuya
superficie tuviera un alto brillo (alta capacidad de reflejar la
luz) y presentar un bajo punto de reblandecimiento ya que
las condiciones a las que se iba a aplicar la tinta con efecto
brillante no son las óptimas debido a que la capa es muy fina.
Adicionalmente con estas propiedades se pretende
conseguir que la superficie de la capa aplicada presente una
buena estirada y no presente defectos superficiales, es decir
tenga un buen poder cubriente.
Fig. Análisis Térmico Diferencial (ATD) de la frita de alto tránsito.
Fig. Microscopía de calentamiento de la frita de alto brillo.
Tinta efecto Anti-Slip
Además de buscar una cuidada estética, en los últimos años
se ha perseguido con especial interés el ofrecer un mayor valor
añadido a través del concepto de funcionalidades especiales,
como por ejemplo que sean resistentes al deslizamiento.
Por ello, se ha desarrollado una tinta, cuyo objetivo
principal es obtener unos valores de resistencia al deslizamiento
elevados manteniendo una superficie suave al tacto.
Dicha aplicación tiene que ser “invisible”, es decir
transparente y que no altere el aspecto del azulejo. Este hecho
se consigue mediante la combinación del tipo de grafica
aplicada y la cantidad de material depositado.
La estructura cristalina de esta tinta está basada en una
combinación de a-Alúmina altamente sinterizada con una
frita compatible capaz de unirse fuertemente a las partículas
de aquella y obtener resistencia química, transparencia y al
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DESARROLLO DE EFECTOS CERÁMICOS COMO ACABADOS SUPERFICIALES, MEDIANTE TECNOLOGÍA DE INYECCIÓN DIGITAL
tiempo que se alcanzan elevados valores de resistencia al
deslizamiento, determinada mediante el ensayo del péndulo
descrito en el Anexo A de la norma UNE-ENV 12633:2003.
Efecto Lustre
En el conjunto de efectos cerámicos, uno de los que tiene
una relevante importancia por el aporte estético que realiza
sobre los diseños, es el reflejo lustre. Este efecto consiste en
ser capaz de devolver la mayor parte de energía lumínica que
recibe.
El objetivo era conseguir una superficie lustre, transparente
y que respetara el desarrollo del color del resto de tintas.
Siendo que las actuales serigrafías lustre tienden a opacificar
y modifican seriamente el desarrollo del color de las tintas. A
parte de necesitar mayores cantidades de material depositado
para obtener el efecto lustre deseado.
Además, dada la actual problemática que existe con las
materias primas, entre ellas el óxido de cerio, la nueva tinta
con efecto lustre se posiciona como una alternativa importante
ya que dejaríamos de depender del óxido de cerio.
La alternativa al cerio es el wolframio, el compuesto de
wolframio se aplica en una capa muy fina que en cocción
reacciona con el esmalte dando una cristalización concreta
orientada y estable. Dicha cristalización tiene lugar gracias
a la formación de cristales de scheelita cuyo efecto lustre es
adamantino.
Tinta Efecto Penetrante
Una de las serigrafías de gran uso y conocidas desde
los inicios en cerámica es el efecto penetrante, dado que la
mayoría de nuestros clientes tienen un consumo de este tipo
de productos, obtener dicho efecto mediante una aplicación
con inyección era muy interesante. Por ello, el objetivo era
alcanzar un grado de hundimiento en el esmalte similar al
que se dispone con las serigrafías penetrantes actuales. Otra
de las características es que fuera transparente y no peligroso
para el medio ambiente ya que esta empresa tiene entre sus
principales objetivos el de desarrollar productos que no dañen
el medio ambiente.
El efecto de penetración en el esmalte de este tipo de tinta
viene determinado por su baja viscosidad y tensión superficial
en fundido.
Normalmente las serigrafías penetrantes tradicionales
necesitan una capa importante para poder alcanzar este tipo
de efecto, mientras que con esta composición en forma de tinta
se consigue el efecto deseado con una cantidad de material
depositado muy inferior.
Tinta Efecto Metálico
Dada la demanda del efecto metálico como elemento
decorativo en el sector cerámico, en nuestros laboratorios se
ha obtenido la posibilidad de aplicar dicho efecto mediante la
tecnología de inyección digital. Dado que de esta forma nos
permite poder decorar piezas en zonas muy concretas y con
una alta definición.
Las ventajas de esta aplicación son: precisión y control
de la capa de tinta que se deposita sobre la pieza por lo que
se aumentan las posibilidades de decoración y se elimina el
problema de tonos que suele aparecer cuando se trabaja con
metálicos.
Fig. Micrografía de Microscopía Electrónica de Barrido de las partícu-
las de la tinta con efecto Anti-slip.
Fig. Micrografía de Microscopía Electrónica de Barrido mostrando las
partículas de scheelita (puntos brillantes). Fig. Curva de Sinterización de la Tinta Efecto Penetrante.
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11. S. Magdassi. The Chemistry of Inkjet Inks. World Scientific. Singapore, 2010.
Es necesaria la aplicación de dos capas distintas de
material cerámico para que reaccionen entre sí para obtener
efecto lustre metalizado.
La primera capa se trata de una frita especial que actúa
como precursora de la orientación de los cristales que se
generan en la segunda capa (superficie) que dan como
resultado el efecto metálico.
FERRO SPAIN, S.A
Fig. Curva de Sinterización de la Frita que metaliza.
4. CONCLUSIONES
Se ha demostrado la viabilidad práctica, con procesos
e instalaciones actuales, de la obtención de una serie de
efectos estéticos y funcionales aplicando capas muy delgadas
utilizando la tecnología digital de inyección de chorro de tinta.
Entre los diversos mecanismos que permiten obtener estos
efectos, destaca el de la formación de una capa uniforme
de scheelita sobre la superficie del vidriado generando una
diferencia neta de índice de refracción y permitiendo de este
modo la difracción diferida que se observa como efecto lustre
por el observador.
Las variables más relevantes son la definición, volumen de
deposición, distribución de tamaño de partícula, naturaleza
de las partículas, reología, temperatura de reblandecimiento e
índice de refracción entre otras.
Fotografías de las piezas cerámicas con los distintos efectos
conseguidos:
Efecto mate, penetrante y blanca.
Efecto mate, penetrante y blanca. Efecto mate, pentrante y blanca.
