Produzione con cera

I diversi tipi di cera sono di norma suddivisi in tre gruppi principali:

1. Le cere minerali, o cere a base fossile, costituiscono la maggior parte del mercato mondiale e provengono da materie prime non rinnovabili come il carbone o il greggio.

• La paraffina, o cera di petrolio, è uno dei tipi più comuni di cera ed è apprezzato per la sua purezza e consistenza. Questa morbida cera incolore derivata dal petrolio, dal carbone o dallo scisto bituminoso è usata in applicazioni quali candele, cosmetici, rivestimenti di carta, vernice, lubrificazione e isolamento elettrico. 
• La cera microcristallina è prodotta per disoleazione del petrolio all'interno del processo di raffinazione e di norma è più scura, più elastica e più collosa della cera di paraffina. Viene usata per candele, adesivi e cosmetici, nonché per ridurre l'attrito in sport come l'hockey su ghiaccio e lo snowboard. È inoltre ampiamente usata in associazione alla cera di paraffina nella produzione di plastica, gomma e pneumatici.
• La cera montana, o cera di lignite, è una cera dura estratta dalla lignite e dalla torba. Come la cera di carnauba e la cera d'api, contribuisce a fornire resistenza allo sfregamento, idrorepellenza e una finitura lucida, ma la cera montana è meno costosa. Circa un terzo di tutta la cera montana prodotta è destinato alla lucidatura delle auto. Viene inoltre usata nei lucidi da scarpe e negli strumenti musicali, nelle vernici e come lubrificante per lo stampaggio della carta e della plastica.
• La cera di torba è una sostanza scura estratta come sottoprodotto della produzione di catrame di torba. Presenta proprietà e utilizzi molto simili alla cera montana.

2. Le cere sintetiche sono create artificialmente a partire da materiali come il gas naturale e l'etilene.

• La cera Fischer-Tropsch è prodotta con gas naturale utilizzando una serie di reazioni chimiche note come processo Fischer-Tropsch. Tende ad avere una bassa viscosità ed è utilizzata per ottenere una superficie opaca e resistente ai graffi. Viene spesso impiegata per realizzare lubrificanti, inchiostri da stampa e vernici.
• La cera poliolefinica è una cera dura e può includere cera di polietilene, cera di polipropilene e cera di poliammide. È comunemente usata come additivo per modificare lo spessore e la viscosità di liquidi, creme e altre cere.
• La cera idrossilata si dissolve in acqua e viene spesso usata per costruire strutture di supporto temporanee per la modellazione, la fusione o la stampa 3D.
• La cera induribile ai raggi UV viene applicata come liquido e si solidifica esponendola alla luce UV. È usata in alcuni rivestimenti antiscivolo e in una serie di applicazioni di modellazione e stampa 3D.
• La cera di polietilene (PE) è termicamente stabile, chimicamente resistente e densa. La cera PE è usata principalmente come colorante per la plastica. È inoltre impiegata nei pastelli, nelle vernici, negli inchiostri e come agente distaccante per stampi.

3. Le cere naturali, o cere biologiche, vengono raccolte da piante e animali. Costituiscono una quota di mercato ridotta ma in rapida crescita, dal momento che produttori, rivenditori consumatori optano sempre più spesso per materiali e prodotti più rispettosi dell'ambiente.

• La cera d'api , prodotta nelle ghiandole delle api mellifere, è usata in una vasta gamma di applicazioni, dalla produzione di candele e cosmetici, ai lucidi fino agli additivi alimentari. 
• La lanolina, o cera di lana, è secreta dalle ghiandole sebacee degli ovini, principalmente le pecore. Idrorepellente, presenta una consistenza simile al grasso e proprietà idratanti se applicata sulla pelle. La lanolina viene impiegata nei cosmetici e nella salute, nonché in vari lubrificanti, rivestimenti antiruggine e lucidanti.
• La cera di soia deriva dalla conversione dell'olio di soia liquido in un grasso solido o semi-solido (idrogenazione). Vieni usata prevalentemente per realizzare candele come alternativa biodegradabile alla cera di paraffina. Più morbida, la cera di soia presenta un punto di fusione inferiore rispetto alle cere classiche, perciò le candele prodotte con essa di norma sono poste all'interno di un contenitore.
• La cera di candelilla è una cera dura e fragile estratta dalle foglie dei cespugli di candelilla, che si trovano negli Stati Uniti e in Messico. Usata in alternativa alla cera di carnauba e alla cera d'api, è usata in alcune vernici e cosmetici come ad esempio balsami per le labbra e lozioni. Il suo impiego principale è come legante per gomme da masticare.
• La cera di carnauba, o cera di parma, viene estratta dalle foglie della palma carnauba originaria del Brasile. Ipoallergenica e idratante, questa cera crea una finitura lucida, risultando ideale per l'uso in cosmetici e lucidi. Viene usata anche come distaccante per stampi per la produzione di materie plastiche fibrorinforzate e, in abbinamento con la cera d'api, come rivestimento impermeabile per prodotti in pelle.

Le tecniche usate per produrre la cera dipendono dalle materie prime e dal volume prodotto. I processi utilizzati nella produzione di cera d'api e paraffina risultano i più comuni:

Cera d'api

La cera d'api viene secreta dalle ghiandole dell'addome delle api mellifere. Le api masticano la cera per conferirle una consistenza più compatta, quindi la usano per costruire un favo.

1. Un apicoltore rimuove la cera dall'alveare, di solito sotto forma di tappi (tappini) che le api usano per sigillare ogni cellula a nido d'ape o con un vecchio pettine.
2. Questo materiale viene quindi posto in una centrifuga per rimuovere eventuali residui di miele.
3. Viene aggiunta acqua calda per separare eventuali impurità di grandi dimensioni.
4. Le impurità più piccole vengono rimosse facendo passare la cera attraverso vari filtri sotto pressione.
5. Nella maggior parte dei casi, la cera viene poi decolorata fino a diventare completamente bianca. Tuttavia, alcuni produttori preferiscono utilizzare soluzioni pulenti più delicate in modo che la cera mantenga il colore e il profumo del miele.
6. La cera viene quindi venduta in forma liquida o solida, di solito pellet, barrette o scaglie.

Cera di paraffina

Le cere di paraffina sono raffinate a partire dal petrolio greggio, che può contenere dal 2% al 30% di cera solida a seconda della sua qualità e origine.

1. Il petrolio greggio è una miscela contenente molti idrocarburi diversi che devono essere separati. Per farlo, si ricorre alla distillazione frazionata, un processo che sfrutta i diversi punti di ebollizione dei composti. 
2. La cera è contenuta in molti degli oli prodotti dalla distillazione. Per estrarla, l'olio viene miscelato con una serie di solventi.
3. Questa miscela viene riscaldata fino a formare un unico liquido dall'aspetto uniforme.
4. Viene quindi raffreddata in un refrigeratore progettato per eliminare eventuali solidi durante la formazione. Il solvente e l'olio restano nel refrigeratore, mentre la cera viene raccolta in forma cristallina.
5. I cristalli di cera passano attraverso un sistema di filtrazione sottovuoto e vengono lavati con del solvente per rimuovere l'olio rimanente.
6. La cera viene quindi venduta in forma liquida o solida, di solito pellet, barrette o scaglie.

Dopo questi passaggi, la cera con ogni probabilità sarà sottoposta a ulteriori lavorazioni a seconda dell'applicazione prevista. Ciò può includere l'aggiunta o la rimozione di colori e profumi o la miscelazione con altre cere e additivi per alterarne le proprietà.

Le tre tecniche di lavorazione della cera più diffuse sono:

• La fusione a cera persa, o fusione di precisione a cera persa, è una tecnica molto antica utilizzata per produrre forme metalliche elaborate che sarebbero difficili, costose o impossibili da lavorare a macchina in altri modi. L'oggetto viene prima scolpito a partire da un materiale morbido come l'argilla o la cera. Viene creato uno stampo di questa scultura contenente uno stampo interno morbido, che è l'esatto negativo del modello originale, e un guscio esterno duro. La cera fusa viene quindi versata nello stampo, in modo da riempirlo completamente o da rivestire le superfici interne.

Una volta indurita, questa versione in cera viene rimossa dallo stampo e rivestita con diversi strati di un materiale ignifugo simile allo stucco. Una volta asciutta, viene messa a testa in giù in un forno dove la cera si scioglie e fuoriesce lasciando un vuoto avente la forma e le dimensioni esatte dell'oggetto originale. Il metallo fuso viene versato in questo vuoto e, una volta raffreddato, il guscio di stucco viene sabbiato o martellato per rivelare un pezzo grezzo che può poi essere levigato, limato e lucidato.

• Lo stampaggio ad iniezione prevede in gran parte lo stesso processo usato per molti tipi di plastica. Lo stampaggio a iniezione con cera viene in genere impiegato per creare modelli per la fusione a cera persa, mentre lo stampaggio a iniezione con plastica viene utilizzato per produrre prodotti finiti. I pellet di cera vengono fusi e iniettati idraulicamente nella cavità di stampo a temperatura controllata. Lo stampo viene serrato e raffreddato in modo che la cera si indurisca assumendo la forma finale, per poi essere rimossa.

• La nano-emulsificazione è un metodo che permette alle cere non idrosolubili di essere mescolate con ingredienti a base d'acqua. Viene usata per numerose applicazioni delle cere, tra cui in alimenti, prodotti farmaceutici, vernici, lucidi e rivestimenti protettivi. È inoltre impiegata per aggiungere profumi e colori a base d'acqua a prodotti di cera solida come le candele.

Per ottenere una nano-emulsione, si espone la cera a specifiche sostanze chimiche o onde sonore ultrasoniche. In questo modo, la cera viene rotta in particelle microscopiche abbastanza piccole da mescolarsi con l'acqua e formare fluidi o gel lisci e stabili. 

Esistono diversi motivi per cui la cera viene ancora usata abitualmente in tutto il mondo:

1. Versatilità – Esistono molti diversi tipi di cere, ognuno con specifiche proprietà e caratteristiche.
2. Miscele di cere – Se una cera non possiede i punti di forza necessari, può essere facilmente migliorata mescolandola con altre cere, additivi, coloranti o profumi. 
3. Producibilità – La cera è facile da lavorare e può essere scolpita per ottenere un'ampia serie di forme e dimensioni. Può inoltre essere preparata per l'uso in pochi semplici passaggi senza bisogno di costose attrezzature specialistiche.
4. Struttura solida – La maggior parte delle cere presenta un basso punto di fusione, pur restando solidi malleabili a temperatura ambiente. Alcune sviluppano persino una superficie liscia che le rende adatte alla lucidatura o alla lubrificazione. 
5. Idrorepellente – La maggior parte delle cere, se applicate abbondantemente, forma una superficie impermeabile che può essere utilizzata per proteggere la superficie dei materiali o aggiunta a vernici e adesivi.

La cera presenta anche diversi inconvenienti:

1. Durabilità – La cera è usata da molto tempo come superficie impermeabile protettiva. Tuttavia, le alternative moderne sono ormai più economiche da produrre, offrendo una protezione più dura e più duratura.
2. Fuliggine – Se bruciata, la cera produce un sottile residuo fuligginoso. In alcuni casi, soprattutto nelle cere a base fossile, questo residuo può rilasciare piccole quantità di tossine chimiche.
3. Idoneità alla colata di oggetti di grandi dimensioni – Pur essendo ancora impiegato abitualmente, la scarsa integrità strutturale di questo materiale fa sì che la colata di cera persa non sia adatta alla produzione di oggetti grandi e voluminosi. 
4. Fonti non rinnovabili – Le cere derivate da materie prime non rinnovabili come il carbone, il greggio o il gas naturale costituiscono la maggior parte delle cere usate a livello mondiale. Alternative come la cera di soia e la cera d'api sono in generali migliori per l'ambiente, ma tendono a essere più costose e la loro produzione su scala industriale deve essere effettuata in modo sostenibile.