Studio e caratterizzazione di materiale ceramico con tendenza alla sporcabilità

The present work focuses on the analysis of staining and cleanability of unpolished matt glazed porcelain stoneware tiles, comparing a problematic sample (sample P) with a non problematic one (sample NP) to identify the causes of different performances. Porcelain stoneware represents the most widespread ceramic product in the construction sector due to its high density, surface hardness, abrasion resistance and stain resistance. The high degree of sintering provides reduced water absorption and frost resistance. “Glazed” porcelain stoneware, characterized by a predominantly vitreous coating, has conquered almost the entire market due to its aesthetic performance and ease of cleaning. It is therefore of great interest to investigate the surface factors of these tiles that influence their stain resistance and cleanability. Starting from a bibliographic research on the addressed topic, in this study two tiles from the same production series manufactured in different periods were compared. Despite identical nominal specifications, sample P manifested staining and cleanability issues. Surface characterization highlighted that sample P presents a smoother surface and greater brightness. Topographic investigation through optical profilometer revealed circular pores with depths of 30-60 [μm] in the glaze of sample P, identified as responsible for greater staining susceptibility: the penetrating dirt in these pores cannot escape due to the depth and geometric conformation. Stain resistance tests were conducted following the operational procedure defined by ISO 10545-14 standard, as ISO 13006 (the standard that defines the characteristics that glazed porcelain stoneware must possess in order to be sold) requires achieving class 3 as minimum requirement for product compliance. The tests were integrated with domestic agents (wine, coffee, coca-cola). Resistance classes were correlated with chromatic difference values ΔE measured through colorimeter, confirming the dirt entrapment mechanism in deep pores. XRD analysis revealed significant mineralogical differences. Tone NP presents crystalline phases similar to strontium feldspar (SrAl2O8Si2), microcline (Na0.11K0.89AlO8Si3), and hyalophane (Na0.13K0.47Ba0.4Al1.41Si2.59O8). Tone P shows phases analogous to labradorite (Al1.67Ca0.67Na0.33O8Si2.33). EDS analysis highlighted that sample P is rich in CaO and ZnO, while sample NP presents high concentrations of BaO and MgO. The conducted study shows that the samples differ significantly in topography, staining and cleaning performances, mineralogical and chemical composition. Sample P presents pores with a depth varying from 30 to 60 [μm] responsible for the entrapment of staining agents; this behavior manifests despite the surface of sample P showing smoother and more vitreous characteristics, properties that literature identifies as favorable for stain resistance and ease of cleaning.

Il presente lavoro di tesi si concentra sull'analisi della sporcabilità e pulibilità di piastrelle in grès porcellanato matt smaltate non lappate, confrontando un campione problematico (tono P) con uno conforme (tono NP) per identificare le cause delle diverse prestazioni. Il grès porcellanato rappresenta il prodotto ceramico più diffuso nel settore edilizio per l'elevata densità, durezza superficiale, resistenza all'abrasione e alle macchie. L'alto grado di sinterizzazione conferisce ridotto assorbimento d'acqua e resistenza al gelo. Il grès porcellanato smaltato, caratterizzato da rivestimento prevalentemente vetroso, ha conquistato la quasi totalità del mercato per la resa estetica e facilità di pulizia. Risulta quindi di grande interesse indagare i fattori superficiali di queste piastrelle che influenzano la loro resistenza alle macchie e la pulibilità. Partendo da una ricerca bibliografica sulla tematica trattata, in questo studio sono state confrontate due piastrelle della medesima serie produttiva realizzate in periodi diversi. Nonostante specifiche nominali identiche, il tono P manifestava criticità di macchiabilità e pulibilità. La caratterizzazione superficiale ha evidenziato che il tono P presenta superficie più liscia e maggiore brillantezza. L'indagine topografica tramite profilometro ottico ha rivelato pori circolari di profondità 30-60 [μm] nello smalto del tono P, identificati come responsabili della maggiore sporcabilità: lo sporco penetrante in questi pori non riesce a fuoriuscire a causa della profondità e conformazione geometrica. I test di resistenza alle macchie sono stati condotti seguendo la procedura operativa definita dalla normativa ISO 10545-14, in quanto la ISO 13006 (normativa che definisce le caratteristiche che il grès porcellanato smaltato deve possedere per la vendita) richiede il raggiungimento della classe 3 come requisito minimo per la conformità del prodotto. Le prove sono state integrate con agenti domestici (vino, caffè, coca-cola). Le classi di resistenza sono state correlate con i valori di differenza cromatica ΔE misurati tramite colorimetro, confermando il meccanismo di intrappolamento dello sporco nei pori profondi. L'analisi XRD ha rivelato differenze mineralogiche significative. Il tono NP presenta fasi cristalline simili a feldspato di stronzio (Sr Al2O8Si2), al microclino (Na0.11K0.89AlO8Si3) e all’ hyalophane (Na0.13K0.47Ba0.4Al1.41Si2.59O8). Il tono P mostra fasi analoghe alla labradorite (Al1.67Ca0.67Na0.33O8Si2.33). L'analisi EDS ha evidenziato che il tono P è ricco di CaO e ZnO, mentre il tono NP presenta elevate concentrazioni di BaO e MgO. Sulla base dello studio condotto si può quindi affermare che i campioni differiscono significativamente in topografia, prestazioni, composizione mineralogica e chimica. Il tono P presenta pori profondi 30-60 [μm] responsabili dell'intrappolamento degli agenti macchianti, comportamento che si manifesta nonostante la superficie mostri caratteristiche più lisce e vetrose, proprietà che la letteratura identifica come favorevoli per la resistenza alle macchie e facilità di pulizia.