¿Qué es un agente complejante en cerámica y qué tiene que ver con el comecocos?

¿Quién no ha jugado al clásico comecocos? El papel de los agentes complejantes es muy similar al objetivo de este conocido juego. Los complejantes capturan los cationes multivalentes para evitar que afecten negativamente al proceso cerámico. Pero, ¿cómo lo consiguen?

En este artículo, nos enfocamos en uno de los mecanismos detrás del proceso de defloculación: la complejación. Conoce qué son los agentes complejantes, sus propiedades y qué les diferencia de otras opciones.

¿Qué son los agentes complejantes?

Los agentes complejantes son moléculas compuestas por grupos funcionales formados por átomos con carga negativa, como oxígeno o nitrógeno.  Estos átomos atraen cationes multivalentes, tales como el calcio o el magnesio, que están presentes en el agua de molturación (aguas duras) y en las materias primas durante el tiempo de remanencia en las balsas previo a la atomización.

Al añadir agentes complejantes, se neutralizan las cargas multivalentes y se liberan cargas monovalentes, facilitando el intercambio catiónico. Este intercambio aumenta la distancia entre las partículas, lo que produce un efecto defloculante y reduce la viscosidad del fluido. Gracias a ello, los complejantes permiten aumentar el contenido en sólidos de la barbotina, lo que contribuye a disminuir el consumo de agua y de energía.

Propiedades de un agente complejante

Como veremos a lo largo del artículo, los agentes complejantes se distinguen de otros mecanismos de defloculación por sus propiedades específicas:

• Su alta solubilidad en agua hace que los agentes complejantes sean útiles en diversas aplicaciones.
• El agente complejante no se modifica antes de unirse al catión multivalente.
• Los agentes complejantes son altamente versátiles, por lo que se utilizan en gran variedad de aplicaciones.
• Al igual que un solo Pac-Man puede comerse varios fantasmas, una sola molécula de fosfonato puede complejar varios agentes floculantes, como el calcio y el magnesio.
• Naturaleza de la unión: el agente complejante puede unirse con un catión multivalente bien rodeándolo bien o formando un puente que conecta dos cationes.

Complejantes en cerámica: ¿cuándo se utilizan?

Para entender qué es un complejante y cómo actúa en el proceso cerámico, primero debemos remontarnos a lo más básico: ¿qué tienen que ver con la defloculación?

Las barbotinas cerámicas presentan un efecto tixotrópico: mientras están en reposo gelifican pero cuando se las somete a una simple agitación, se transforman en fluidas.

Esta característica estructural no siempre es beneficiosa. De hecho, cuando las micelas de la arcilla están suspendidas en poca agua, se produce una atracción electrostática entre las láminas de la arcilla que aumenta la viscosidad del sistema y, en algunos casos, la barbotina incluso llega a gelificarse.

Este es un problema para la producción cerámica, por lo que es necesario que el sistema vuelva a ser fluido.

Mecanismos de defloculación

Existen diversas formas de dar movilidad a las láminas de la arcilla y a las partículas en suspensión que la componen:

• Añadiendo cationes monovalentes: agregar cationes como el sodio a la mezcla permite sustituir las cargas positivas multivalentes por cargas eléctricas más débiles. Dicho de otra forma, se realiza un intercambio catiónico que disminuye la viscosidad de la barbotina cerámica.
• Utilizando dispersantes poliméricos: estas moléculas están formadas por cadenas de moléculas inactivas, lo que evita interacciones entre ellas y crea la suficiente distancia para que las partículas puedan fluir. Como resultado, se reduce la viscosidad.
• Uso de agentes complejantes: esta es la tercera posibilidad para reducir la viscosidad y generar un efecto defloculante. A continuación, profundizamos en esta alternativa.

Ejemplo de agente complejante: los fosfonatos

Uno de los complejantes más utilizados en la industria cerámica son los fosfonatos, que, gracias a que eliminan las cargas multivalentes, facilitan el intercambio catiónico. Esto resulta en un aumento de la distancia entre las partículas y una disminución de la viscosidad del sistema.

¿Qué sucede si no se añade un complejante?

Ahora que ya conoces qué son los complejantes y cuándo se usan, veamos qué sucede si no se añade un agente complejante al proceso cerámico.

Al igual que ocurre en el juego del comecocos, los fosfonatos tienen la capacidad de capturar y luego liberar cationes multivalentes como el calcio o el magnesio, ya que forman complejos inestables. Esta propiedad permite que incluso cantidades pequeñas de fosfonatos sean efectivas en su función como complejantes, ya que pueden neutralizar varios cationes evitando el efecto negativo. Otras alternativas no tienen esta ventaja, ya que capturan los cationes multivalentes y no los liberan.

Si no se añade un agente complejante en el proceso de producción cerámica, las consecuencias pueden variar según la aplicación:

• Esmaltes: el calcio y el magnesio de los esmaltes se solubilizan en el agua de molturación, aumentando la viscosidad del esmalte. Esto ocurre porque las partículas en el molino están rodeadas de cargas positivas, lo que favorece la aglomeración sin la intervención de un complejante.
• Pastas: si no se añaden agentes complejantes y las pastas no están en constante movimiento de cizallamiento, pueden adquirir la consistencia de un flan. Esto se debe a la atracción electrostática entre las partículas, que aumenta la viscosidad y puede llevar a la gelificación del sistema.

Ejemplos de agentes complejantes en la industria cerámica

En Zschimmer & Schwarz ponemos a tu disposición agentes complejantes en formato sólido y líquido.

Uno de nuestros complejantes más recomendados es el PRODUKT KD 8040, un agente complejante sólido que secuestra los iones de calcio y magnesio para que no interfieran en el proceso de producción cerámica. Además, también disponemos de complejantes en formato líquido como el DOLAPIX ED 4957.

Entre los beneficios de estos agentes complejantes destacamos:

• Estabilización de las suspensiones
• Reducción de la tixotropía
• Ahorro en energía y en tiempo en la molienda.

Desde Zschimmer & Schwarz trabajamos de la mano de nuestros clientes para ofrecer aditivos químicos personalizados que les ayuden a mejorar la eficiencia de sus procesos productivos, estudiando sus necesidades específicas y desarrollando fórmulas a medida para su caso concreto.