La presente invención se refiere a una tinta esmalte digital, al método de preparación de la misma y al uso de la tinta esmalte digital para el recubrimiento funcional y/o decorativo de material cerámico y/o metálico.

TINTA ESMALTE DIGITAL

Campo de la invención

La presente invención se encuadra en general en el campo de los esmaltes y en concreto se refiere a una tinta esmalte digital de alta descarga.

5 Estado de la técnica

En cerámica, los esmaltes aportan al producto final, entre muchas cosas, un recubrimiento impermeable sin porosidad, acabados estéticos (brillo, mate, satinado…) , coloración (fondo) , una interfaz opaca homogénea sobre el soporte de arcilla para la decoración por serigrafía, la propia decoración (diseño por serigrafía) y efecto (lustre, metalizado…) , y también resistencia a la abrasión de la decoración superficial.

La forma más habitual de aplicar industrialmente esmaltes cerámicos se hace a temperatura ambiente mediante cortina con campana o técnicas analógicas por contacto como serigrafías planas o rotativas, el huecograbado y la flexografía.

Generalmente, el mismo fabricante de revestimiento cerámico se prepara los esmaltes por simple mezclado a partir de esmaltes secos en polvo, pigmentos cerámicos en polvo, vehículos serigráficos y agua. En estos casos, se utilizan tintas cuyo comportamiento reológico es claramente pseudo-plástico, más o menos pronunciado en función del proceso de aplicación pero necesario para controlar la sedimentación de las partículas sólidas, también se caracterizan por valores de viscosidad medios superiores a 600cP a altos gradientes de cizalla y valores de tensión superficial superiores a los 35mN/m.

En general, en cerámica es habitual aplicar una capa de esmalte con partículas sólidas de un tamaño medio de varias micras y un tamaño máximo (d100) de al menos 45 micras, con una cobertura de 1kg/m2 aproximadamente de esmalte.

En los últimos años, la tecnología inkjet ha demostrado ser una alternativa viable para aplicar materiales muy diversos sin contacto sobre una amplia variedad de soportes. Desde el año 2005, la tecnología inkjetDropOnDemand (DOD) permite aplicar tintas coloreadas pigmentadas para la decoración industrial de revestimiento cerámico. Desde entonces, y sobre todo en los últimos 3 años, el inkjet cerámico va sustituyendo las serigrafías convencionales con pantallas planas y rotativas con rodillos de silicona.

Las tintas coloreadas pigmentadas cerámicas no contienen esmalte, además son de tipo “ready to use” en base apolar o de baja polaridad y deben cumplir unas especificaciones muy estrictas dentro de unos rangos lo más estrechos posibles.

Los valores de viscosidad a la temperatura de trabajo de los cabezales de impresión inkjet, entre 35 y 55ºC, no suelen superar los 20cP a gradientes de cizalla superiores a los 1000/s, además los valores de tensión superficial también son bajos con valores entorno a los 30mN/m. Debido al pequeño y limitado diámetro de las boquillas de los cabezales inkjet DOD, la mayoría inferior a 50 μm, el tamaño de partículas de la parte sólida no debe superar 0, 5 μm.

Las maneras más comunes de integrar las tintas coloreadas pigmentadas cerámicas en el proceso de decoración industrial de soportes arcillosos prensados, antes del tratamiento térmico entre 500 y 1300ºC, son o bien sobre una base esmaltada, o bien sobre el engobe de la base o directamente sobre la base coloreada en masa y posteriormente aplicando una fina capa de esmalte como protección al desgaste. Los engobes, esmaltes y protecciones se siguen aplicando con los métodos convencionales (campana y discos mayoritariamente)

debido a que no existen todavía técnicas alternativas viables industrialmente y más económicas.

Sin embargo, la cerámica no es solo color o gráfica, es también un juego de materias, de contrastes, de tactos, de brillos, de texturas, que le aporta esa diferenciación respecto a otros revestimientos. En Esmalglass-itaca grupo, Esmaltes Digitales para un proceso de esmaltación y decoración totalmente digital, Bol.Soc.Esp. Ceram. Vid. Vol 50.2, marzo-abril 2011, pp. XXIII-XXVI se describen esmaltes en base aceite “readyto use” que se 45 pueden aplicar con cabezales inkjet DOD utilizados en cerámica (Seiko, Xaar, Dimatix por ejemplo) , y que permiten decorar y esmaltar simultáneamente e incluso de forma sincronizada y así poder aportar efectos matéricos a la decoración cerámica con todas las ventajas de los sistemas digitales.

No obstante, la cantidad aplicada es habitualmente entorno a los 10g/m2 por cabezal DOD y el contenido en sólidos está limitado por los requisitos reológicos. Todo esto junto con el reducido tamaño de partículas, en la 50 escala nanométrica, solo permite obtener una capa delgada de material cuyo rendimiento cerámico requiere nuevos y exclusivos desarrollos de esmaltes. La aplicación de esmaltes con estas características es adecuada para obtener efectos decorativos estéticos, comparables pero todavía limitados respecto a los esmaltes convencionales, pero en ningún caso la superposición de capas finas hasta obtener una capa gruesa resulta viable para un proceso industrial.

55 Llegado a este punto, todavía falta por llenar un vacío entre las técnicas convencionales e inkjet para producir industrialmente un azulejo íntegramente con tecnología digital, extendiendo al resto de materiales cerámicos lasmismas y numerosas ventajas que ofrece la digitalización para el color y la gráfica. Dicho hueco corresponde concretamente a poder aplicar digitalmente, con todas las ventajas de flexibilidad y versatilidad reconocidas de la tecnología inkjet, altas descargas de esmalte que superen los 100g/m2 de una sola pasada con la productividad industrial actual y con un coste lo suficientemente bajo para que el azulejo acabado sea competitivo en el mercado cerámico.

La aplicación de altos gramajes de esmaltes debe permitir obtener no solo efectos estéticos decorativos (brillo sobre mate y viceversa, satinados, lustres, metalizados etc…) y capas gruesas para efectos de espesorados idénticos a los obtenidos con serigrafías de pantallas planas o de rodillos de silicona, pero también infinidad de relieves que sólo se obtienen actualmente con los moldes de prensa.

Todo esto, que no se puede alcanzar con la tecnología inkjet DOD por sus limitaciones técnicas o económicas, permitiría aprovechar las enormes ventajas que aporta la tecnología digital al sector cerámico para poder aplicar materia y así completar una línea de esmaltación completamente digital con la que se conseguiría una gran innovación de proceso industrial.

Finalmente, debido a los importantes gramajes a aplicar, al menos diez veces superior al de las tintas coloreadas, los esmaltes digitales y su correspondiente proceso de fabricación deben de ser muy competitivos para su uso industrial. Además debido a estos altos gramajes, la descomposición del solvente (o mezcla de éstos) a las temperaturas de cocción cerámicas (entre 500-1300ºC) ha de ser buena, para que no se produzcan defectos de “pinchado”, “corazón negro”, etc, producidos por una mala desgasificación (tal y como sucede con los sistemas de oleofinas actuales de las tintas DOD) .

Recientemente se han desarrollado otras tecnologías digitales alternativas, de amplio espectro de aplicación, que permiten depositar materiales en cantidad suficiente, en la escala de kg/m2, para obtener recubrimientos comparables a los obtenidos con tecnologías convencionales pero con todas las ventajas productivas que aporta la tecnología digital aunque sin la alta definición de la inkjet (alta resolución con tamaño de punto pequeño) . Dichas tecnologías están descritas en las solicitudes de patente: WO99/46126, WO2006/027212 y EP2085225

por ejemplo, en la cuales se entiende que se podrían aplicar las mismas tintas que para sistemas convencionales o simplemente diluirlas con un médium.

No obstante, concretamente en el caso de la cerámica, no se obtienen resultados óptimos al utilizar esmaltes tradicionales, solo con tintas de esmaltes digitales de Alta Descarga cuyas propiedades son diferentes se consiguen buenas aplicaciones, y por lo tanto hacen el objeto de la presente solicitud de patente. Las principales propiedades como reología, viscosidad y tamaño de partícula, así como el uso de un medio polar acuoso constituyen la innovación que se presenta.

Existe pues la necesidad de una tinta esmalte que solucione los problemas mencionados anteriormente:

- Granulometría, reología y viscosidades adecuadas.

- Alta descarga... [Seguir leyendo]

1. Tinta esmalte digital que comprende una parte sólida compuesta por materiales orgánicos y/o inorgánicos dispersa en una parte líquida polar y/o acuosa caracterizada porque:

la parte sólida está comprendida entre un 10-70% del peso total de la tinta, el tamaño de partícula sólida es 5 menor a 40 μm y está compuesta por:

− al menos un material fundente, una materia prima cerámica o frita − al menos un anti-sedimentante

la parte líquida comprende:

− agua en un porcentaje de al menos 5% del total del peso de la tinta, − al menos un 5% del total del peso de uno o más solventes polares no acuosos − aditivos 2. Tinta esmalte digital según la reivindicación 1 donde el material fundente, materia prima cerámica o frita es al menos un elemento seleccionado de entre fritas, arenas, feldespatos, alúminas, arcillas, silicato de zirconio, óxido de zinc, dolomita, calcita, caolín, cuarzo, sílice, carbonato de bario, wollastonita, oxido de estaño, nefelina, oxido de bismuto, colemanita, carbonato de calcio, óxido de cerio, óxido de cobalto, óxido de cobre, oxido de hierro, fosfato de aluminio, carbonato de hierro, oxido de manganeso, fluoruro sódico, óxido de cromo, carbonato de estroncio, carbonato de litio, espodumeno, talco, óxido de magnesio, cristobalita, rutilo, anatasa, o mezcla de los mismos.

3. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el material anti-sedimentante es seleccionado de entre el negro de humo, arcilla, caolín, silicato de aluminio, carboximetilcelulosa, bentonita, óxido e hidróxido coloidal de magnesio, calcio, estroncio, bario, wolframio, zinc, aluminio, silicio, estaño y antimonio.

4. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende un pigmento cerámico seleccionado de entre óxidos colorantes naturales y/o sintéticos.

5. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los solventes polares no acuosos son seleccionados de entre alcoholes, alcoholes grasos alifáticos, glicoles, poliglicoles, ésteres de glicoles, éteres de glicoles, fenoles, alquilfenoles, ácidos grasos, alcoholes terpénicos, aceites terpénicos, y copolímeros de la vinilpirrolidona.

6. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los aditivos son seleccionados de entre los dispersantes, modificadores reológicos, surfactantes, antiespumantes, tampón para controlar el pH, bactericidas, fungicidas, conservantes.

7. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque tiene una viscosidad comprendida entr.

2. 70 cP a la temperatura de trabajo.

8. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque tiene un pH 35 comprendido entre 5-12.

9. Tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque tiene una tensión superficial a temperatura ambiente mayor de 30 mN/m.

10. Método para la preparación de la tinta esmalte digital según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende los siguientes pasos:

a) mezcla de las materias primas sólidas, b) introducción en el molino de los sólidos de la etapa a) junto con parte del agua, solventes y aditivos.

c) molienda, d) control del tamaño de la partícula para cerciorarse de la obtención de la distribución granulométrica adecuada, 45 e) adición del resto del agua, solventes y aditivos líquidos, f) descarga del molino con tamizado y filtrado, g) control y ajuste de la viscosidad,

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque el paso c) se realiza durante un tiempo comprendido entre 5-15 horas.

12. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10-11, caracterizado porque el paso d) se realiza mediante difracción de rayos láser en vía húmeda.

13. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, caracterizado porque el tamizado de la etapa f) se realiza a 80 μm y el filtrado a 40 μm.

14. Método según cualquiera de las reivindicaciones 10-13, caracterizado porque el ajuste de la viscosidad se realiza mediante agua y/o aditivos.

15. Uso de la tinta esmalte según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 para el recubrimiento funcional y/o decorativo de material cerámico y/o metálico.

16. Uso según la reivindicación 15, donde el recubrimiento del material cerámico y/o metálico se realiza mediante 10 un sistema digital de tinta.