Appunti di Chimica applicata

La stru ura atomica dei materiali ceramici, cara erizzata da for legami direzionali e dall'assenza di ele roni liberi,

conferisce loro in generale buone cara eris che di resistenza al calore degli agen chimici, nonché l'isolamento

ele rico. Il comportamento meccanico, che notevolmente in uenzato dalla porosità del materiale, cara erizzato da

fragilità, elevata durezza e rigidità e buona resistenza a compressione. Il principale punto debole di ques materiali è

la loro bassa tenacità (bassa resistenza all’urto, energia che il materiale riesce a raggiungere prima di arrivare a a

ro ura), fa o che storicamente ne ha limitato notevolmente l’impiego. Oggi, con tecniche avanzate di preparazione,

si è in grado di o enere materiali ceramici con o ma resistenza alla fra ura fragile, ciò lascia presagire nel medio

periodo un allargamento del loro campo di applicazione.

I materiali ceramici tradizionali si dis nguono per tessitura, quindi la microstru ura del materiale. Essi si dividono in

prodo a tessitura porosa, che può arrivare no al 25%, e prodo a tessitura compa a, dove la porosità si a esta

intorno a valori di 1%. Seconda di erenza è il fa o che

siano rives o non rives , quindi smalta , ricoper da

uno strato a matrice vetrosa, che gli conferiscono un

migliore aspe o este co, impermeabilità, riduzione della

scivolosità e garan sce l’igienizzazione del prodo o (es.

bagno, vengono usate piastrelle, in quanto sulla super cie

possono crearsi delle mu e). I prodo non rives sono

laterizi o materiali refra ari, nel caso di una dis nzione

stru urale, sono in grado di reggere sollecitazioni, le

terreco e, in senso generale sono materiali non stru urali

o nelle applicazioni speciali possono essere eri o vasi

porosi. I materiali porosi rives possono essere faenze,

maioliche e terraglie. I prodo a tessitura compa a non

rives possono essere il grès porcellanato o porcellane

tecniche, quelli rives sono il grès per elemen fognari,

grès di qualità per stoviglieria e porcellana.

Struttura:

A livello atomico, la stru ura dei materiali ceramici è cara erizzata dalla presenza di elemen metallici e non

metallici lega da legami di po ionico e covalente. Gli atomi sono dispos in gruppi che si possono ripetere

periodicamente e formare un cristallo. A volte invece ques gruppi elementari non si ripetono con un ordine su

ampio raggio e, quindi, non danno luogo a una stru ura cristallina. Suddivisione funzionale dei componen del mix di

materie prime per la produzione di materiali ceramici per edilizia:

A. Funzione plas cante, materiali che mi servono per dare forma ad una miscela che inizialmente è grezza,

come le argille o altre sostanze a funzione plas cante;

B. Funzione smagrante, elemen che non vengono fusi, come le sabbie silicee o la chamo e;

C. Funzione fondente, carbonato e fosfa ;

Argille a funzione plas cante:

Con il nome di argille si indica una famiglia di rocce sedimentarie di deposito meccanico molto etero gene. I minerali

delle argille si presentano estremamente suddivise, con par celle di dimensioni dell'ordine dei micrometri, io salvano

l'importante funzione plas cante.

Assicura all'impasto, opportunamente umidi cato:

L'a tudine ad essere deformato plas camente, per applicazione di un'adeguata sollecitazione meccanica, quindi

• di una pressione esterna e di conservare la forma conseguita anche dopo la rimozione di tale azione meccanica.

Una coesione interna nel materiale formato, tale da assicurare una resistenza alla ro ura adeguata rispe o

• alle sollecitazioni prevedibili delle manipolazioni ed operazioni successive. Innanzitu o deve resistere al proprio

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peso, come linea di base, ma questo non è su ciente perché se ad esempio sto costruendo un vaso, dopo averlo

costruito devo trasportarlo, quindi mi serve una resistenza meccanica che non rovini il materiale.

Le argille sono cos tuite prevalentemente da silica idra di alluminio con stru ura re colare stra cata essi sono la

principale materia prima ad azione plas cante. I minerali argillosi lllosilica ci (xAl2O3 ySiO2 zH2O)

(materiali compos da un foglio di alluminio e un foglio di silicio insieme che sono divisi rispe o ad altri fogli di

alluminio e silicio da acqua, essi sono tra enu da legami deboli, quindi se applico uno sforzo di taglio essi scorrono

uno sopra l’altro, questo perme e che il materiale sia facilmente deformabile). In più ci possono essere altre sostanze

organiche, una parte inerte, come acidi umici, lignina, eventualmente presen nelle materie prime naturali (come ad

esempio le argille sedimentarie), oppure addi vi organici di sintesi (materiali polimerici). Ques cos tuen

esercitano rispe vamente le funzioni smagrante e fondente. I carbona tendono inoltre a neutralizzare il colore

rosso dell'argilla co a e ricche di ossido di ferro

Le temperature di co ura nel mondo ceramico sono al ssime, in par colare c’è un elevato consumo di energia

termica che deriva dal metano, ad esempio la co ura di un ma one può arrivare a temperature no a 900°,

considerate temperature basse.

Funzione smagrante:

I cos tuen iner , come ad esempio le sabbie silicee che hanno par celle di dimensioni notevolmente maggiori dei

silica idra di alluminio, esercitano una funzione smagrante, consentendo di ridurre il ri ro durante l'essiccamento

la co ura. Favoriscono inoltre la stabilità del crudo dopo la formatura.

Nella formula dei materiali llosilica ci (sopra) non ci sono coe cien stechiometrici, ma il gioco ruota a orno a

quanta acqua c’è tra i fogli. Tanta più acqua c’è tanto è più plas co il materiale. Le argille si dividono in argille magre,

con poca acqua, con prevalenza di cos tuen iner , o argille grasse, con tanta acqua, il materiale sarà più facilmente

deformabile, cioè con prevalenza di cos tuen plas ci. L’acqua prima o poi andrà via, ma nel caso di queste argille la

deformazione non sarà signi ca va, ma in caso di altri materiali dobbiamo tenere conto della variazione

dimensionale dalla dall’assorbimento dell’acqua.

La funzione smagrante perciò serve a regolare la plas cità e la resistenza alla deformazione dell'impasto ed assicura il

controllo delle variazioni dimensionali che accompagnano le fasi di essiccamento e co ura. La funzione smagrante è

importante in tu e le fasi di fabbricazione, dalla formatura all'essiccamento ed alla co ura. Le materie prime ad

azione smagrante: sabbie silicee, chamo e.

Si u lizza molto spesso la sabbia silicea, con un elevata presenza di quarzo, per questo

viene de nito un materiale polimorfo, o la chamo e, un'argilla in polvere co a in modo

da perdere completamente la plas cità oppure cocci di laterizi polverizza . A 573°C si ha

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la trasformazione Quarzo (stabile a temperatura ambiente) <—> Quarzo β (stabile a

temperature superiori a 573°). Questa trasformazione avviene con variazione di volume

speci co di circa il 2%, ciò ha delle conseguenze potenzialmente pericolose per l’integrità

del pezzo. Può essere un grosso problema nella fase di ra reddamento, se nella face di

riscaldamento il volume aumenta del 2%, non mi cambia molto, le par celle si spostano

leggermente ma non cambia, nella fase di ra reddamento devo far si che la variazione di

volume avvenga in maniera più lenta possibile, al ne di evitare uno shock termico che

porterebbe alla fra ura del materiale.

Talvolta, invece, l'argilla disponibile troppo magra allora si aggiungono all'impasto delle bentoni co sono le argille più

plas che.

Chamo e = Scarto co o macinato, u lizzato principalmente come cos tuente degli impas per prodo a stru ura

porosa.

Funzione fondente:

Durante la co ura di materiali ceramici, e necessario che si formi la fase liquida, questa in seguito al ra reddamento,

solidi ca formando un vetro compa o che le grandi del materiale e riempire i pori presen tra loro. La funzione

fondente presiede alla formazione di questa fase liquida, in quan tà e con cara eris che reologiche (viscosità) 17

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adeguate, una volta raggiunta la temperatura di co ura. Ad alte temperature la viscosità della fase vetrosa liquida è

bassa, in par colar modo quando la funzione fondente è assolta da sostanze carbona che.

La fase liquida - des nata a solidi care durante il ra reddamento, con formazione di una fase a stru ura

prevalentemente vetrosa - svolge un ruolo fondamentale nel meccanismo di "densi cazione/indurimento" del

componente ceramico durante la fase di co ura (in par colare durante il ra reddamento).

Come risulta evidente, la funzione fondente è importante essenzialmente nella fase di co ura.

I carbona e i feldspa si usano nella funzione fondente, ma nel

caso dei carbona essi si usano per fabbricare elemen a

matrice porosa, hanno un elevato assorbimento dell’acqua,

mentre dei feldspa , danno luogo a fasi fusa temperature più

elevate e si usano per fabbricare prodo a matrice compa a,

hanno un basso assorbimento dell’acqua. Io ho diversi fonden

che svolgono la stessa funzione, andando a formare la matrice

che va a racchiudere tu e le speci mineralogiche, ma si di erenziano per riduzione di porosità.

Materiali di riciclo:

Alcuni pi di prodo ceramici - ad esempio i laterizi e, in qualche misura le piastrelle - possono essere fabbrica

u lizzando impas contenen quan tà signi ca ve di materiali di scarto o residui, provenien dallo stesso processo

produ vo, o anche da altre lavorazioni.

I vantaggi sono sostanzialmente economici e ambientali, se io mi rimangio i miei scar , con la funzione smagrante, mi

aiuta da un punto di vista economico, in quanto il materiale che scarto è un materiale che non mi porta nessun

guadagno economico e poi in senso ambientale, perché non devo portare ques materiali in discarica o dovrò

smal re ques materiali.

Però ha anche dei rischi, in quanto ha dei possibili e e nega vi sulla qualità del prodo o e sulla resa produ va. Da

un punto di vista este co, gli scar possono esser tu di colori diversi, quindi non potrò u lizzare ques scar per

decorazioni che si vedono