Muchos de los problemas que afectan a un producto final provienen de aspectos tan básicos como la tensión superficial. Esta propiedad debe tenerse en cuenta en la formulación de productos para innumerables industrias, desde cerámica hasta cosmética, pasando por agroquímica o productos de limpieza.

Ajustar adecuadamente la tensión superficial puede prevenir la aparición de muchos problemas, así que hoy abordamos su papel en la industria cerámica, centrándonos en los problemas que pueden surgir si no se ajusta correctamente y sus posibles soluciones.

¿Qué es la tensión superficial?

Antes de entrar en sus aplicaciones en la industria, debemos tener claro qué es la tensión superficial. Se trata de una propiedad fisicoquímica en la que, debido a la atracción de las moléculas, la superficie de los líquidos se comporta como si estuviera recubierta una fina membrana elástica. Es una propiedad muy importante, ya que da respuesta a muchos de los comportamientos de los líquidos.

Para comprenderlo mejor, centrémonos en un líquido que todos conocemos: el agua. La tensión superficial del agua surge de las fuerzas de cohesión de los enlaces de hidrógeno entre las moléculas del líquido, que se atraen entre sí. Cada molécula experimenta una fuerza en todas las direcciones, pero estas se equilibran gracias a las fuerzas de las moléculas que la rodean. No obstante, aquellas moléculas que están situadas en la superficie del líquido, al no tener más agua encima de ellas, solo «hacen fuerza» hacia el interior del líquido y entre las moléculas vecinas.

De este modo, se forma la «membrana» que dificulta que otros tipos de moléculas penetren en el interior del líquido. Esta es la causa de que algunos insectos puedan posarse en el agua sin hundirse o que las moléculas de aceite no se mezclen con las de agua.

La tensión superficial también influye en cómo se distribuye el volumen de un líquido, ya que este tiende a ocupar la menor superficie posible. Esto explica por qué, ante la ausencia de otras fuerzas, las gotas adoptan la forma geométrica con menor superficie: la esfera.

Hemos hablado de la tensión superficial del agua pero hay que tener en cuenta que esta propiedad varía según el líquido. Además, otros factores como la temperatura también afectan a la tensión superficial.

La tensión superficial en la producción cerámica

La tensión superficial está íntimamente relacionada con la estabilización de las emulsiones de muchas formulaciones, incluyendo aquellas utilizadas en la producción cerámica. Como hemos visto, la tensión superficial es una propiedad de los líquidos, lo que implica que también es una propiedad de los esmaltes cerámicos. Por supuesto, nos referimos al esmalte cuando está fundido.

Como hemos mencionado arriba, debido a la tensión superficial, la superficie del esmalte se comporta como una membrana elástica. Los esmaltes ordinarios presentan en estado fundido una tensión superficial comprendida entre 40 y 55 mN/m. En comparación con el agua, se trata de una tensión superficial alta.

Problemas producidos por una tensión superficial incorrecta

Una incorrecta tensión superficial en el esmalte puede generar diversos problemas. En el caso de que esta sea demasiado alta, impide la formación de una capa intermedia entre el soporte y el esmalte, lo que favorece la retención de burbujas de aire en la superficie. Además, unos valores de tensión superficial elevados también pueden generar una textura ondulada conocida como “piel de naranja” en el azulejo. Esto se debe a que el esmalte se seca antes de alcanzar una superficie lisa. La tensión superficial es uno de los factores que se opone a que la superficie se estabilice. De hecho, si esta es lo bastante alta, podría no llegar a quedar lisa nunca. Por el contrario, unos valores bajos de tensión superficial conllevan una mayor reactividad del esmalte fundido.

Ajustar los valores de la tensión superficial del esmalte, no solo previene dichos problemas, sino que también puede ofrecer algunos beneficios, como facilitar el cierre de los cráteres que se forman al reventar las burbujas, resultando en una superficie del esmalte más lisa.

Aditivos químicos para ajustar la tensión superficial

Existen en el mercado diversos productos químicos que tienen la capacidad de ajustar la tensión superficial según el sistema de aplicación elegido (spray, vela o campana), ya sea de forma indirecta o directa. Otra forma de clasificar los aditivos cerámicos es según el efecto deseado en la pieza cerámica. A continuación, vamos a conocer cuáles son los tipos de aditivos químicos más comunes para modificar y ajustar la tensión superficial:

• Tensioactivos

Los tensioactivos son unas sustancias anfifílicas que cuentan con la capacidad de reducir la tensión superficial. Esto es gracias a su naturaleza dual: su cola hidrófoba tiende a permanecer fuera del agua, mientras que su cabeza hidrófila permanece en el agua.

Dado que los tensioactivos son completamente solubles en agua, su uso generalmente no conduce a defectos como poros o pinchados en los procesos de aplicación. Sin embargo, debido a su alto rendimiento, pueden generar espuma. Ese es uno de los motivos por los que hay que ser cuidadoso a la hora de elegir el producto adecuado.

Dentro de nuestra gama de tensioactivos para cerámica nos decantamos por el PRODUKT KG 9033. Se trata de un tensioactivo para azulejos e inkjet que también funciona como ligante y nivelante en esmaltes. Además, es antirrepelente y deaireante.

• Antiespumantes

Durante la producción de los esmaltes cerámicos, es común someter las suspensiones cerámicas a una agitación constante para prevenir fenómenos de sedimentación. Sin embargo, esta agitación tiende a incorporar aire en la mezcla, lo que facilita la formación de la espuma.

Para solucionar (o, idealmente, prevenir) este problema, se utilizan los antiespumantes, unos agentes químicos apolares. Estos actúan reduciendo la espuma promovida por los tensioactivos. No obstante, es importante manejarlos con cuidado para evitar otros efectos no deseados en el esmalte. Es decir, es necesario que el uso de antiespumantes se calibre según las necesidades y encontrar una solución a medida.

Entre nuestra gama de aditivos antiespumantes, te recomendamos CONTRASPUM KWE, un antiespumante versátil apto para azulejos, sanitario, vajilla y cerámica de la construcción. Otra opción es TU 99, un antiespumante que también hace función de nivelante y que está especialmente diseñado para ajustar la tensión superficial de los azulejos. Sin embargo, como ya te hemos adelantado, nosotros te recomendamos realizar un ajuste de la tensión superficial tras haber analizado las necesidades concretas de tu esmalte.

• Humectantes

Los humectantes son compuestos formados por moléculas orgánicas ligeramente solubles en agua que humedecen las partículas inorgánicas de los esmaltes cerámicos. Su actuación se produce tanto en la interfaz entre el soporte cerámico y el esmalte como en la interfase entre el esmalte y el aire,siendo esta última la que reduce la tensión superficial.

Además, esta misma disminución de la tensión superficial genera una desaglomeración de las partículas sólidas en suspensión, lo que a su vez favorece la dispersión homogénea dentro del sistema. Por tanto, los humectantes desempeñan una doble función: el ajuste de la tensión superficial y la acción niveladora sobre el esmalte.

Ambas están estrechamente interconectadas, ya que es la elevada tensión superficial la que impide que las moléculas de agua entren en los aglomerados para humedecer las partículas. Al ajustar la tensión superficial, el agua es capaz de penetrar entre las partículas del sólido en suspensión, lo que hace que se deslicen dentro del sistema y se nivelen adecuadamente sobre el soporte.

Su ligera solubilidad hace que se eviten fenómenos como la formación de espuma. No obstante, si no se tratan con cuidado puede que generen pinchados.

Dentro de nuestra cartera de productos, te recomendamos nuestro GLYDOL N 1003, un humectante en formato sólido cuyas moléculas orgánicas son capaces de humedecer las partículas inorgánicas de los esmaltes cerámicos. Como resultado, ajustan la tensión superficial y nivelan el esmalte de la cerámica refractaria.

Tensión superficial y creación de estructuras

Hemos visto como una tensión superficial incorrecta puede producir numerosos problemas durante la producción cerámica, siendo especialmente notables durante la formulación y aplicación del esmalte. Sin embargo, saber qué es y cómo funciona la tensión superficial también te permite utilizarla a tu favor.

Más allá de evitar problemas, podemos jugar con la tensión superficial para crear interesantes efectos. Por ejemplo, equilibrar la tensión superficial para obtener estructuras 3D. Si estás interesado, pregunta a nuestro equipo por nuestros productos para crear efectos 3D.

La tensión superficial en la industria cerámica: Conclusión

Saber ajustar el esmalte de forma correcta puede evitar sufrir ciertos problemas, así como aprovechar algunos de sus beneficios. La diversidad de opciones disponibles para su ajuste hace que la búsqueda de soluciones a medida sea una opción primordial. Es por ello que es de gran relevancia conocer y estudiar tus necesidades y requisitos para elegir el producto más adecuado para tu caso.

En Zschimmer & Schwarz contamos con expertos técnicos que te asesoran de forma personalizada durante todo el proceso para ayudarte a encontrar la solución más adecuada según tus necesidades. Contacta con nuestro equipo y deja que te aconsejemos.