EP1483338A1 - Utilisation de silice precipitee dispersee pour l obtention d un colorant par melange avec un pigment inorganique, color ant ainsi obtenu et application a la coloration de materiaux ceramiques - Google Patents

Utilisation de silice precipitee dispersee pour l obtention d un colorant par melange avec un pigment inorganique, color ant ainsi obtenu et application a la coloration de materiaux ceramiques

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EP1483338A1
EP1483338A1 EP03738167A EP03738167A EP1483338A1 EP 1483338 A1 EP1483338 A1 EP 1483338A1 EP 03738167 A EP03738167 A EP 03738167A EP 03738167 A EP03738167 A EP 03738167A EP 1483338 A1 EP1483338 A1 EP 1483338A1
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EP
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dye
silica
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inorganic pigment
calcination
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Withdrawn
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EP03738167A
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Gilles Orange
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Rhodia Chimie SAS
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Rhodia Chimie SAS
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to the use of precipitated silica in dispersed form as a raw material for obtaining a dye by mixing said silica with an inorganic pigment, in particular with an inorganic pigment based on an iron compound. .
  • a dye capable of being obtained by calcination, then optional grinding, of a mixture of precipitated silica in dispersed form and of an inorganic pigment, in particular of an inorganic pigment based on an iron compound. It also relates to the use of such a dye for coloring ceramic materials, and to the ceramic materials thus colored.
  • Natural or synthetic pigments are used as colorants in the ceramic industry, in particular for the production of traditional colored tiles and tiles.
  • the coloring is carried out by the addition of specific pigments to the ceramic paste before the shaping by pressing and sintering of the tiles / tiles obtained.
  • Classic pigments for ceramics are natural products. So the
  • Thiviers sandstone generally comprising approximately 90% of quartz and approximately 10% of goethite (FeOOH), makes it possible to obtain colors from red to brown which are the main colors developed traditionally for tiles and especially floor tiles, and in particular porcelain stoneware tiles (Porcellenato Stoneware) obtained using a “fast firing” process.
  • a new concept of dye for ceramic materials has recently appeared: it consists in previously including the pigment in a mineral matrix, more particularly silica.
  • the potential advantage of including the pigment in an inert vitreous or crystallized matrix is the great stability with respect to severe thermal and chemical conditions, such as those encountered in the ceramic industry, and has thus made it possible the development of new coloring powders.
  • this dye acts as a chromatic unit from a pigmentation point of view and the color is not developed by introduction of an ion into the lattice of the matrix or by formation of a solid solution; the crystals responsible for coloring are in fact small crystals included during the cooking / sintering process of the matrix.
  • This new concept is the synthesis of red / brown inorganic pigments for ceramic applications, by inclusion of hematite ( ⁇ -Fe 2 0 3 ) in a silica matrix.
  • a dye made from microsilica (or silica fume) and iron oxide is described in WO 00/53680: the process uses intensive grinding in a humid environment, drying, high temperature calcination and grinding.
  • the mixture between silica and iron oxide must be perfect. This implies for example that the silica powder is extremely well disaggregated by intensive grinding in order to obtain agglomerates having a size close to or less than that of the iron pigment, that is to say a few microns.
  • the intensive contact of silica with the pigment is of great importance in the formation of color, in particular for obtaining a high level of red, a high gloss and a high intensity (red / brown after cooking). This is particularly the case in the presence of intensive grinding of the constituents.
  • One of the aims of the present invention is to provide an alternative to the techniques known from the prior art, while dispensing with an intense grinding step and while making it possible, in particular, to achieve very good colorimetric performance. (in particular high stability), and avoiding the drawbacks mentioned above.
  • the invention firstly relates to the use of precipitated silica (advantageously amorphous) in dispersed form (in water) as a raw material for obtaining a dye by mixing said silica with a inorganic pigment.
  • Said inorganic pigment is preferably based on a metallic compound (for example a soluble metallic salt), and, even more preferably, based on an iron compound.
  • This iron compound is generally chosen from Fe 2 0 3 , Fe 3 0 4 , FeOOH, a soluble iron salt or their mixtures. It can thus consist of iron oxide powder Fe 2 0 3 , Fe 3 0 4 or iron hydrate FeOOH. It is also possible to use one (or more) soluble iron salt (s), such as soluble iron nitrate (in the form of powder or solution), preferably soluble iron sulphate (in the form of powder or solution).
  • precipitated silica is understood to mean any silica obtained by the precipitation reaction of a silicate, such as an alkali metal silicate (sodium silicate for example), with an acid (sulfuric acid for example); the precipitation mode of the silica can be arbitrary here: in particular, addition of acid on a silicate base stock, simultaneous total or partial addition of acid and silicate on a base stock of water or silicate solution .
  • a silicate such as an alkali metal silicate (sodium silicate for example)
  • acid sulfuric acid for example
  • the precipitation mode of the silica can be arbitrary here: in particular, addition of acid on a silicate base stock, simultaneous total or partial addition of acid and silicate on a base stock of water or silicate solution .
  • the precipitated silica in dispersed form which is used consists of:
  • an aqueous suspension of precipitated silica said suspension preferably being obtained by disintegration (fluidification), then optionally grinding wet and / or stabilization with an additive, of a filter cake resulting from the precipitation reaction; it should be noted, even if this does not constitute the preferred variant of the invention, that said precipitated silica suspension used can be that obtained at the end of the precipitation reaction, before the filtration step.
  • the silica is precipitated, the suspension obtained is filtered, a filtration cake is obtained which is washed if necessary, this cake can then be disintegrated.
  • the precipitated silica preferably has a BET specific surface of at least 50 m 2 / g, in particular at least 90 m 2 / g, in particular between 100 and 400 m 2 / g, for example between 110 and 250 m 2 / g.
  • the BET specific surface is determined according to the BRUNAUER - EMMET - TELLER method described in "The Journal of the American Chemical Society", Vol. 60, page 309, February 1938 and corresponding to standard NF T 45007 (November 1987).
  • inorganic pigment In general, 2 to 30% is used, in particular 5 to 25%, for example 5 to 15%, by weight of inorganic pigment relative to the weight of silica (dry equivalent) + pigment.
  • the precipitated silica in dispersed form advantageously consisting of a filtration cake resulting from the precipitation reaction, or a suspension of precipitated silica, preferably obtained by disintegration, then optionally stabilization of a filtration cake resulting from the precipitation reaction, can be very easily mixed with the inorganic pigment, preferably based on a metallic compound, without any grinding or controlled flocculation process.
  • the metal compound is generally introduced in powder form, without prior dissolution.
  • the consistency of the silica / pigment mixture can be adapted in particular by adding water in order to obtain a more fluid system, or by adding silica in powder form in order to obtain a drier paste.
  • the silica / pigment mixture obtained is preferably subjected to calcination, optionally after prior drying (for example between 80 and 110 ° C).
  • the calcination is generally carried out at a temperature between 400 and 1300 ° C, in particular between 600 and 1300 ° C, preferably between 800 and 1200 C.
  • the calcination can thus be carried out at a temperature between 800 and 1000 ° C, or, even more preferably, at a higher temperature, in this case between 1000 and 1200 ° C., depending on the colorimetric parameters sought in the final ceramic material after firing.
  • the duration of the calcination is preferably at least 30 minutes, in particular at least 45 minutes, for example between 45 and 80 minutes.
  • the calcination is carried out at a temperature between 1000 and 1200 ° C, for at least 45 minutes, for example for 45 to 80 minutes.
  • the calcination is most often followed by grinding (or crushing), in particular in order to obtain the desired particle size.
  • a fine dye powder is thus obtained, for example having a BET specific surface of between 15 and 75 m 2 / g, in particular between 20 and 50 m 2 / g, in particular between 20 and 40 m 2 / g.
  • the subject of the invention is also a dye (capable of being) obtained by calcination, then optional grinding, of a mixture of precipitated silica in dispersed form and of an inorganic pigment.
  • a dye capable of being obtained by calcination, then optional grinding, of a mixture of precipitated silica in dispersed form and of an inorganic pigment.
  • the dye according to the invention or resulting from the use of precipitated silica in dispersed form according to the invention is particularly suitable for the coloring of ceramic materials, for example in stoneware, in particular in porcelain stoneware (Porcellenato stoneware), by its very good color properties; it gives them, in particular in the case where the initial inorganic pigment used is based on an iron compound, in particular a high gloss and a high intensity (red / brown).
  • the invention can also make it possible not to use auxiliary additives such as a silicone oil or a silane. In addition, it does not require the use of sol-gel type techniques such as controlled flocculation of silica.
  • the dye, in powder form, can be mixed with the ceramic paste before shaping by pressing and (after possible drying) firing / sintering at high temperature (in particular between 1000 and 1300 ° C, for example between 1200 and 1250 ° C), in particular for 20 to 150 minutes, for example between 25 and 70 minutes or between 45 and 90 minutes, of total cycle (coloring in the mass).
  • high temperature in particular between 1000 and 1300 ° C, for example between 1200 and 1250 ° C
  • 20 to 150 minutes for example between 25 and 70 minutes or between 45 and 90 minutes, of total cycle (coloring in the mass).
  • Ceramic materials for example formed from sandstone, in particular porcelain stoneware (Porcellenato stoneware), containing at least one dye as described above constitute one of the objects of the invention.
  • Ceramic materials can in particular be tiles, tiles for example made of porcelain stoneware (Porcellenato stoneware), in particular red to brown in color when the initial inorganic pigment used is based on an iron compound.
  • the dye according to the invention or resulting from the use of precipitated silica in dispersed form according to the invention is also suitable for the coloring of materials with a hydraulic or bituminous binder.
  • These materials with a hydraulic or bituminous binder containing at least one such dye also constitute one of the objects of the invention.
  • the Z145 silica filter cake (precipitated silica marketed by the Applicant), resulting from the precipitation reaction of this silica, is mixed with iron oxide type Goethite (iron hydroxide) FeOOH (sold by the company Johnson Matthey) in powder form: introduction of the powder during the mixing of the cake.
  • the proportions are as follows: 10% by weight of Fe 2 0 3 and 90% by weight of silica (dry equivalent) (iron content at 6.6%). Mixing is carried out by kneading for 25 minutes at 100 rpm
  • the product After calcination, the product is coarsely crushed so as to obtain a fine powder of dye: the grain size is fixed by sieving at 100 ⁇ m.
  • the dye thus prepared is introduced into a ceramic paste type sandstone (Grès Porcellenato), in the following proportions: 4% by weight of dye and 96% by weight of ceramic paste.
  • the composition obtained is moistened with 4% by weight of water, then shaped by pressing in order to obtain pellets.
  • the pellets are then dried at 120 ° C (for 6 hours), then introduced into a sintering oven. Sintering is carried out in a dynamic oven at 1220 ° C - 10 minutes for a total cycle of 35 minutes.
  • Applicant resulting from the precipitation reaction of this silica, is mixed with iron sulfate III (sold by the company Prolabo) in powder form: introduction of the powder during the kneading of the cake.
  • the proportions are as follows: 10% by weight of Fe 2 0 3 and 90% by weight of silica (dry equivalent) (iron content at 6.6%).
  • the mixing is carried out by kneading for 25 minutes at 100 rpm (internal kneader, Brabender type).
  • the product obtained is then dried at 90 ° C for 6 hours, then calcined at 1020 ° C for 5 minutes. After calcination, the product is roughly crushed so as to obtain a fine powder of dye: the particle size is fixed by sieving at 100 ⁇ m.
  • the dye thus prepared is introduced into a ceramic paste type sandstone (Grès Porcellenato), in the following proportions: 4% by weight of dye and 96% by weight of ceramic paste.
  • the composition obtained is moistened with 4% by weight of water, then shaped by pressing in order to obtain pellets.
  • the pellets are then dried at 120 ° C (for 6 hours), then introduced into a sintering oven. Sintering is carried out in a dynamic oven at 1220 ° C - 10 minutes for a total cycle of 35 minutes.
  • Applicant resulting from the precipitation reaction of this silica, is mixed with iron sulfate III (sold by the company Prolabo) in powder form: introduction of the powder during the kneading of the cake.
  • the proportions are as follows: 10% by weight of Fe 2 0 3 and 90% by weight of silica (dry equivalent)
  • the mixing is carried out by kneading for 25 minutes at 100 rpm (internal kneader, Brabender type).
  • the product obtained is then dried at 90 ° C for 6 hours, then calcined at 1020 ° C for 60 minutes.
  • the product After calcination, the product is coarsely crushed so as to obtain a fine powder of dye: the particle size is fixed by sieving to
  • the dye thus prepared is introduced into a ceramic paste of the sandstone type.
  • the composition obtained is moistened with 4% by weight of water, then shaped by pressing in order to obtain pellets.
  • the pellets are then dried at 120 ° C (for 6 hours), then introduced into a sintering oven. Sintering is carried out in a static oven at 1225 ° C - 10 minutes for a total cycle of 60 minutes.
  • the Z145 silica filter cake (precipitated silica sold by the Applicant), resulting from the precipitation reaction of this silica, is mixed with iron III sulphate (sold by the company Prolabo) in powder form: introduction of the powder during mixing the cake.
  • the proportions are as follows: 10% by weight of Fe 2 0 3 and 90% by weight of silica (dry equivalent) (iron content at 6.6%). Mixing is carried out by kneading for 25 minutes at 100 rpm
  • the product After calcination, the product is roughly crushed so as to obtain a fine powder of dye: the particle size is fixed by sieving at 100 ⁇ m.
  • the dye thus prepared is introduced into a ceramic paste type sandstone (Grès Porcellenato), in the following proportions: 4% by weight of dye and 96% by weight of ceramic paste.
  • the composition obtained is moistened with 4% by weight of water, then shaped by pressing in order to obtain pellets.
  • the pellets are then dried at 120 C C (for 6 hours), then introduced into an oven sintering. Sintering is carried out in a static oven at 1225 ° C - 10 minutes for a total cycle of 60 minutes.

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Abstract

Linvention concerne l’utilisation de silice précipitée sous forme dispersée comme matière première pour l’obtention d’un colorant, par mélange avec un pigment inorganique, en particulier avec un pigment inorganique à base d’un composé de fer. Elle est également relative à un colorant susceptible d’être obtenue par calcination d’un mélange de silice précipitée sous forme dispersée et d’un pigment inorganique, notamment d’un pigment inorganique à base d’un composé de fer. Le colorant obtenu peut être utilisé pour la coloration de matériaux céramiques, comme les tuiles ou les carreaux en céramique, et de matériaux à liant hydraulique ou bitumineux.

Description

UTILISATION DE SILICE PRECIPITEE DISPERSEE POUR L'OBTENTION D'UN COLORANT PAR MELANGE AVEC UN PIGMENT INORGANIQUE. COLORANT AINSI OBTENU ET APPLICATION A LA COLORATION DE
MATERIAUX CERAMIQUES
La présente invention est relative à l'utilisation de silice précipitée sous forme dispersée comme matière première pour l'obtention d'un colorant par mélange de ladite silice avec un pigment inorganique, en particulier avec un pigment inorganique à base d'un composé de fer.
Elle concerne également un colorant susceptible d'être obtenu par calcination, puis éventuel broyage, d'un mélange de silice précipitée sous forme dispersée et d'un pigment inorganique, notamment d'un pigment inorganique à base d'un composé de fer. Elle est aussi relative à l'utilisation d'un tel colorant pour la coloration de matériaux céramiques, et aux matériaux céramiques ainsi colorés.
Elle concerne enfin l'utilisation d'un tel colorant pour la coloration de matériaux à liant hydraulique ou bitumineux, et aux matériaux à liant hydraulique ou bitumineux ainsi colorés. Des pigments naturels ou synthétiques sont employés en tant que colorants dans l'industrie des céramiques, en particulier pour la production de tuiles et carreaux traditionnels colorés. Notamment dans ce cas, la coloration est réalisée par l'addition de pigments spécifiques à la pâte céramique avant la mise en forme par pressage et le frittage des tuiles/carreaux obtenus. Les pigments classiques pour céramique sont des produits naturels. Ainsi, le
Grès de Thiviers, comprenant généralement environ 90 % de quartz et environ 10 % de goethite (FeOOH), permet d'obtenir des couleurs de rouge à brun qui sont les principales couleurs développées traditionnellement pour les tuiles et surtout les carreaux de sol, et notamment les carreaux en grès cérame (Grès Porcellenato) obtenu selon un procédé de «fast firing ».
Cependant, ces produits naturels, comme par exemple le Grès de Thiviers, présentent un certain nombre d'inconvénients : des propriétés de coloration limitées, une qualité et une reproductibilité non constantes, des ressources naturelles en baisse. Aussi, l'industrie des céramiques recherche de plus en plus des pigments (colorants) synthétiques ayant des propriétés équivalentes ou supérieures à celles des pigments naturels.
Un nouveau concept de colorant pour matériaux céramiques est récemment apparu : il consiste à inclure préalablement le pigment dans une matrice minérale, plus particulièrement de la silice. L'intérêt potentiel d'inclure le pigment dans une matrice inerte vitreuse ou cristallisée est la grande stabilité vis-à-vis de conditions thermiques et chimiques sévères, telles que celles que l'on rencontre dans l'industrie céramique, et a permis ainsi le développement de nouvelles poudres colorantes. De plus, en présence de glaçure ou de frittage, ce colorant agit comme une unité chromatique d'un point de vue pigmentation et la couleur n'est pas développée par introduction d'un ion dans le réseau de la matrice ou par formation d'une solution solide ; les cristaux responsables de la coloration sont en effet de petits cristaux inclus durant le procédé de cuisson/frittage de la matrice. Une application de ce nouveau concept est la synthèse de pigments inorganiques rouge/brun pour des applications céramiques, par inclusion d'hématite (α-Fe203) dans une matrice de silice.
F. Bondioli et al. enseignent (Materials Research Bulletin, Vol. 33, No. 5, pages 723-729, 1998) la mise en œuvre de silice amorphe de pyrogénation et de goehtite de synthèse.
Dans US 6228160 est décrit un colorant rouge/brun préparé par mélange d'un pigment de fer, d'une matrice pulvérulante à base de silice et d'additifs auxiliaires comme une huile silicone, ledit mélange étant effectué plutôt à l'état sec ; le colorant est ici obtenu directement sans la nécessité de mettre en œuvre une étape de calcination.
Un colorant fabriqué à partir de microsilice (ou fumée de silice) et d'oxyde de fer est décrit dans WO 00/53680 : le procédé met en œuvre un broyage intensif en milieu humide, un séchage, une calcination haute température et un broyage. Dans ces procédés de fabrication de poudre colorante, le mélange entre la silice et l'oxyde de fer doit être parfait. Ceci implique par exemple que la poudre de silice soit extrêmement bien désagglomérée par broyage intensif afin d'obtenir des agglomérats ayant une taille voisine ou inférieure à celle du pigment de fer, c'est-à-dire quelques microns. La mise en contact intensif de la silice avec le pigment est d'une grande importance dans la formation de la couleur, en particulier pour l'obtention d'un niveau de rouge élevé, une haute brillance et une forte intensité (rouge/brun après cuisson). Ceci est particulièrement le cas en présence de broyage intensif des constituants.
L'un des buts de la présente invention est de proposer une alternative aux techniques connues de l'art antérieur, tout en s'affranchissant d'une étape de broyage intense et tout en permettant d'atteindre, notamment, de très bonnes performances colorimétriques (en particulier une haute stabilité), et en évitant les inconvénients précédemment cités.
Dans ce but, l'invention a d'abord pour objet l'utilisation de silice précipitée (avantageusement amorphe) sous forme dispersée (dans l'eau) comme matière première pour l'obtention d'un colorant par mélange de ladite silice avec un pigment inorganique. Ledit pigment inorganique est préférentiellement à base d'un composé métallique (par exemple un sel métallique soluble), et, de manière encore plus préférée, à base d'un composé de fer. Ce composé de fer est en général choisi parmi Fe203, Fe304, FeOOH, un sel soluble de fer ou leurs mélanges. Il peut ainsi consister en de la poudre d'oxyde de fer Fe203, Fe304 ou d'hydrate de fer FeOOH. On peut également employer un (ou plusieurs) sel(s) soluble(s) de fer, tel que du nitrate de fer soluble (sous forme de poudre ou de solution), de préférence du sulfate de fer soluble (sous forme de poudre ou de solution).
On entend par silice précipitée toute silice obtenue par réaction de précipitation d'un silicate, tel qu'un silicate de métal alcalin (silicate de sodium par exemple), avec un acide (acide sulfurique par exemple) ; le mode de précipitation de la silice peut ici être quelconque : notamment, addition d'acide sur un pied de cuve de silicate, addition simultanée totale ou partielle d'acide et de silicate sur un pied de cuve d'eau ou de solution de silicate.
De manière très avantageuse, la silice précipitée sous forme dispersée qui est utilisée consiste en :
- un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation, ou
- une suspension aqueuse de silice précipitée, ladite suspension étant de préférence obtenue par délitage (fluidification), puis éventuellement broyage humide et/ou stabilisation avec un additif, d'un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation ; il est à noter, même si cela ne constitue pas la variante préférée de l'invention, que ladite suspension de silice précipitée mise en œuvre peut être celle obtenue à l'issue de la réaction de précipitation, avant l'étape de filtration.
En d'autres termes, on réalise la précipitation de la silice, on filtre la suspension obtenue, on obtient un gâteau de filtration qui est lavé si nécessaire, ce gâteau pouvant être ensuite délité.
La silice précipitée possède de préférence une surface spécifique BET d'au moins 50 m2/g, en particulier d'au moins 90 m2/g, notamment comprise entre 100 et 400 m2/g, par exemple entre 110 et 250 m2/g.
La surface spécifique BET est déterminée selon la méthode BRUNAUER - EMMET - TELLER décrite dans "The Journal of the American Chemical Society", Vol. 60, page 309, février 1938 et correspondant à la norme NF T 45007 (novembre 1987).
En général, on emploie 2 à 30 %, en particulier 5 à 25 %, par exemple 5 à 15 %, en poids de pigment inorganique par rapport au poids silice (équivalent sec) + pigment.
La silice précipitée sous forme dispersée consistant avantageusement en un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation, ou en une suspension de silice précipitée, de préférence obtenue par délitage, puis éventuellement stabilisation d'un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation, peut être très facilement mélangée au pigment inorganique, préférentiellement à base d'un composé métallique, sans aucun broyage, ni procédé de floculation contrôlée. Le composé métallique est en général introduit sous forme poudre, sans mise en solution préalable.
Eventuellement, la consistance du mélange silice/pigment peut être adaptée notamment par ajout d'eau afin d'obtenir un système plus fluide, ou par ajout de silice sous forme poudre afin d'obtenir une pâte plus sèche. Le mélange silice/pigment obtenu est préférentiellement soumis à une calcination, éventuellement après un séchage préalable (par exemple entre 80 et 110 °C). La calcination est en général effectuée à une température comprise entre 400 et 1300 °C, notamment entre 600 et 1300 °C, de préférence entre 800 et 1200 C. La calcination peut ainsi être effectuée à une température comprise entre 800 et 1000 °C, ou, de manière encore plus préférée, à plus haute température, en l'occurrence entre 1000 et 1200 °C, en fonction des paramètres colorimétriques recherchés dans le matériau céramique final après cuisson.
La durée de la calcination est, de préférence, d'au moins 30 minutes, en particulier d'au moins 45 minutes, par exemple comprise entre 45 et 80 minutes.
De manière avantageuse, la calcination est mise en œuvre à une température comprise entre 1000 et 1200 °C, pendant au moins 45 minutes, par exemple pendant 45 à 80 minutes.
La calcination est le plus souvent suivie d'un broyage (ou concassage), notamment afin d'obtenir la granulométrie désirée.
On obtient ainsi une poudre fine de colorant, présentant par exemple une surface spécifique BET comprise entre 15 et 75 m2/g, en particulier entre 20 et 50 m2/g, notamment entre 20 et 40 m2/g.
L'invention a également pour objet un colorant (susceptible d'être) obtenu par calcination, puis éventuel broyage, d'un mélange de silice précipitée sous forme dispersée et d'un pigment inorganique. L'exposé précédent s'applique aussi à cet objet de l'invention.
Le colorant selon l'invention ou issu de l'utilisation de silice précipitée sous forme dispersée selon l'invention est particulièrement adapté pour la coloration de matériaux céramiques, par exemple en grès, notamment en grès cérame (Grès Porcellenato), de par ses très bonnes propriétés colorimétriques ; il leur confère, en particulier dans le cas où le pigment inorganique initial employé est à base d'un composé de fer, notamment une haute brillance et une forte intensité (rouge/brun). L'invention peut permettre également de ne pas utiliser d'additifs auxiliaires comme une huile silicone ou un silane. De plus, elle ne nécessite pas le recours à des techniques type sol-gel comme une floculation contrôlée de la silice.
Le colorant, sous forme de poudre, peut être mélangé à la pâte céramique avant mise en forme par pressage et (après éventuel séchage) cuisson/frittage à haute température (en particulier entre 1000 et 1300 °C, par exemple entre 1200 et 1250 °C), notamment pendant 20 à 150 minutes, par exemple entre 25 et 70 minutes ou entre 45 et 90 minutes, de cycle total (coloration dans la masse).
En général, on met en œuvre 1 à 10 % en poids, par exemple 2 à 7 % en poids, de colorant, pour 90 à 99 % en poids, par exemple 98 à 93 % en poids, de pâte céramique (% exprimé par rapport au poids total colorant + pâte céramique).
Les matériaux céramiques, par exemple formés de grès, notamment grès cérame (Grès Porcellenato), contenant au moins un colorant tel que décrit ci- dessus constituent l'un des objets de l'invention. Les paramètres de colorimétrie desdits matériaux céramiques frittes, déterminés par la méthode CIE, peuvent être par exemple tels que : L < 65, notamment L < 60 ; a > 10 (en particulier lorsque la calcination est mise en œuvre à une température comprise entre 1000 et 1200 °C, pendant au moins 45 minutes) ; b >10 (par exemple, b = 19 à 20 pour les couleurs jaune-ocre et b ≈ 13 à 14 pour les couleurs rouge brique).
Ces matériaux céramiques peuvent être notamment des tuiles, des carreaux par exemple en grès cérame (Grès Porcellenato), en particulier de couleur rouge à brun lorsque le pigment inorganique initial employé est à base d'un composé de fer.
Ce peut être également des glacures à base de mélanges d'oxydes, la barbotine d'émail étant alors déposée sur le biscuit avant cuisson (coloration en surface).
Le colorant selon l'invention ou issu de l'utilisation de silice précipitée sous forme dispersée selon l'invention est également adapté pour la coloration de matériaux à liant hydraulique ou bitumineux. Ces matériaux à liant hydraulique ou bitumineux contenant au moins un tel colorant constituent aussi l'un des objets de l'invention.
Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois en limiter la portée.
Exemple 1
Le gâteau de filtration de silice Z145 (silice précipitée commercialisée par le Demandeur), issu de la réaction de précipitation de cette silice, est mélangé avec de l'oxyde de fer type Goethite (hydroxyde de fer) FeOOH (commercialisé par la société Johnson Matthey) sous forme poudre : introduction de la poudre pendant le malaxage du gâteau. Les proportions sont les suivantes : 10 % en poids de Fe203 et 90 % en poids de silice (équivalent sec) (taux de fer à 6,6%). Le mélange est réalisé par malaxage pendant 25 minutes à 100 tr/min
(malaxeur interne, type Brabender). Le produit obtenu est ensuite séché à 90 °C pendant 6 heures, puis calciné à 1020 °C pendant 5 minutes.
Après calcination, le produit est grossièrement concassé de manière à obtenir une fine poudre de colorant : la granuiométrie est fixée par tamisage à 100 μm.
Le colorant ainsi préparé est introduit dans une pâte céramique type grès (Grès Porcellenato), dans les proportions suivantes : 4 % en poids de colorant et 96 % en poids de pâte céramique.
Après homogénéisation en phase aqueuse, puis séchage et désagglomération, la composition obtenue est humidifiée avec 4 % en poids d'eau, puis mise en forme par pressage afin d'obtenir des pastilles. Les pastilles sont ensuite séchées à 120 °C (pendant 6 heures), puis introduites dans un four de frittage. Le frittage est effectué en four dynamique, à 1220 °C - 10 minutes pour un cycle total de 35 minutes. Les paramètres de colorimétrie du matériau céramique fritte, déterminés par la méthode CIE, sont tels que : L = 61,0 ; a = 3,5 ; b = 13,7.
Exemple 2
Le gâteau de filtration de silice Z145 (silice précipitée commercialisée par le
Demandeur), issu de la réaction de précipitation de cette silice, est mélangé avec du sulfate de fer III (commercialisé par la société Prolabo) sous forme poudre : introduction de la poudre pendant le malaxage du gâteau. Les proportions sont les suivantes : 10 % en poids de Fe203 et 90 % en poids de silice (équivalent sec) (taux de fer à 6,6%).
Le mélange est réalisé par malaxage pendant 25 minutes à 100 tr/min (malaxeur interne, type Brabender). Le produit obtenu est ensuite séché à 90 °C pendant 6 heures, puis calciné à 1020 °C pendant 5 minutes. Après calcination, le produit est grossièrement concassé de manière à obtenir une fine poudre de colorant : la granulométrie est fixée par tamisage à 100 μm.
Le colorant ainsi préparé est introduit dans une pâte céramique type grès (Grès Porcellenato), dans les proportions suivantes : 4 % en poids de colorant et 96 % en poids de pâte céramique.
Après homogénéisation en phase aqueuse, puis séchage et désagglomération, la composition obtenue est humidifiée avec 4 % en poids d'eau, puis mise en forme par pressage afin d'obtenir des pastilles. Les pastilles sont ensuite séchées à 120 °C (pendant 6 heures), puis introduites dans un four de frittage. Le frittage est effectué en four dynamique, à 1220 °C - 10 minutes pour un cycle total de 35 minutes.
Les paramètres de colorimétrie du matériau céramique fritte, déterminés par la méthode CIE, sont tels que : L = 56,8 ; a = 7,9 ; b = 14,1.
Exemple 3
Le gâteau de filtration de silice Z145 (silice précipitée commercialisée par le
Demandeur), issu de la réaction de précipitation de cette silice, est mélangé avec du sulfate de fer III (commercialisé par la société Prolabo) sous forme poudre : introduction de la poudre pendant le malaxage du gâteau. Les proportions sont les suivantes : 10 % en poids de Fe203 et 90 % en poids de silice (équivalent sec)
(taux de fer à 6,6%).
Le mélange est réalisé par malaxage pendant 25 minutes à 100 tr/min (malaxeur interne, type Brabender). Le produit obtenu est ensuite séché à 90 °C pendant 6 heures, puis calciné à 1020 °C pendant 60 minutes.
Après calcination, le produit est grossièrement concassé de manière à obtenir une fine poudre de colorant : la granulométrie est fixée par tamisage à
100 μm. Le colorant ainsi préparé est introduit dans une pâte céramique type grès
(Grès Porcellenato), dans les proportions suivantes : 4 % en poids de colorant et
96 % en poids de pâte céramique. Après homogénéisation en phase aqueuse, puis séchage et désagglomération, la composition obtenue est humidifiée avec 4 % en poids d'eau, puis mise en forme par pressage afin d'obtenir des pastilles. Les pastilles sont ensuite séchées à 120 °C (pendant 6 heures), puis introduites dans un four de frittage. Le frittage est effectué en four statique, à 1225 °C - 10 minutes pour un cycle total de 60 minutes.
Les paramètres de colorimétrie du matériau céramique fritte, déterminés par la méthode CIE, sont tels que : L = 52,4 ; a = 11 ,6 ; b = 13,2.
L'augmentation du temps de calcination à 1020 °C par rapport à l'exemple 2 a notamment permis d'accroître le niveau en rouge (a).
Exemple 4
Le gâteau de filtration de silice Z145 (silice précipitée commercialisée par le Demandeur), issu de la réaction de précipitation de cette silice, est mélangé avec du sulfate de fer III (commercialisé par la société Prolabo) sous forme poudre : introduction de la poudre pendant le malaxage du gâteau. Les proportions sont les suivantes : 10 % en poids de Fe203 et 90 % en poids de silice (équivalent sec) (taux de fer à 6,6%). Le mélange est réalisé par malaxage pendant 25 minutes à 100 tr/min
(malaxeur interne, type Brabender). Le produit obtenu est ensuite séché à 90 °C pendant 6 heures, puis calciné à 1100 °C pendant 60 minutes.
Après calcination, le produit est grossièrement concassé de manière à obtenir une fine poudre de colorant : la granulométrie est fixée par tamisage à 100 μm.
Le colorant ainsi préparé est introduit dans une pâte céramique type grès (Grès Porcellenato), dans les proportions suivantes : 4 % en poids de colorant et 96 % en poids de pâte céramique.
Après homogénéisation en phase aqueuse, puis séchage et désagglomération, la composition obtenue est humidifiée avec 4 % en poids d'eau, puis mise en forme par pressage afin d'obtenir des pastilles. Les pastilles sont ensuite séchées à 120 CC (pendant 6 heures), puis introduites dans un four de frittage. Le frittage est effectué en four statique, à 1225 °C - 10 minutes pour un cycle total de 60 minutes.
Les paramètres de colorimetrie du matériau céramique fritte, déterminés par la méthode CIE, sont tels que : L •*•= 56,4 ; a = 13,0 ; b = 15,5.
L'augmentation de la température de calcination par rapport à l'exemple 3 a notamment permis d'accroître les niveaux en rouge (a) et jaune(b).

Claims

REVENDICATIONS
1 - Utilisation de silice précipitée sous forme dispersée comme matière première pour l'obtention d'un colorant par mélange de ladite silice avec un pigment inorganique.
2- Utilisation selon la revendication 1 , caractérisée en ce que ledit pigment inorganique est à base d'un composé métallique, de préférence à base d'un composé de fer.
3- Utilisation selon la revendication 2, caractérisée en ce que ledit composé métallique est choisi parmi Fe203, Fe304, FeOOH, un sel soluble de fer ou leurs mélanges.
4- Utilisation selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisée en ce que ledit composé métallique est choisi parmi la poudre de Fe304, la poudre de FeOOH, du sulfate de fer soluble, du nitrate de fer soluble ou leurs mélanges.
5- Utilisation selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que ledit composé métallique est de la poudre de FeOOH, de la poudre de sulfate de fer soluble ou leur mélange.
6- Utilisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite silice sous forme dispersée consiste en un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation.
7- Utilisation selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que ladite silice sous forme dispersée consiste en une suspension aqueuse de silice précipitée, ladite suspension étant de préférence obtenue par délitage, puis éventuellement broyage humide et/ou stabilisation avec un additif, d'un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation.
8- Utilisation selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que ladite silice précipitée possède une surface spécifique BET d'au moins 50 m2/g, en particulier d'au moins 90 m2/g, notamment comprise entre 100 et 400 m2/g. 9- Utilisation selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisée en ce que l'on emploie 2 à 30 %, en particulier 5 à 25 %, en poids de pigment inorganique par rapport au poids silice (équivalent sec) + pigment.
10- Utilisation selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisée en ce que le mélange silice/pigment obtenu est soumis à une calcination, puis, éventuellement, à un broyage.
11- Utilisation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la calcination est effectuée à une température comprise 600 et 1300 °C, de préférence entre 800 et 1200 °C.
12- Utilisation selon l'une des revendications 10 et 11 , caractérisée en ce que la calcination est effectuée à une température comprise entre 1000 et 1200 °C.
13- Utilisation selon l'une des revendications 10 à 12, caractérisée en ce que la durée de la calcination est d'au moins 30 minutes, en particulier d'au moins 45 minutes.
14- Colorant susceptible d'être obtenu par calcination, puis éventuel broyage, d'un mélange de silice précipitée sous forme dispersée et d'un pigment inorganique.
15- Colorant selon la revendication 14, caractérisé en ce que ledit pigment inorganique est à base d'un composé métallique, de préférence à base d'un composé de fer
16- Colorant selon la revendication 15, caractérisé en ce que ledit composé métallique est choisi parmi Fe203, Fe304, FeOOH, un sel soluble de fer ou leurs mélanges.
17- Colorant selon l'une des revendications 15 et 16, caractérisé en ce que ledit composé métallique est de la poudre de FeOOH, de la poudre de sulfate de fer soluble ou leur mélange.
18- Colorant selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que ladite silice sous forme dispersée consiste en un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation. 19- Colorant selon l'une des revendications 14 à 17, caractérisé en ce que ladite silice sous forme dispersée consiste en une suspension aqueuse de silice précipitée, ladite suspension étant de préférence obtenue par délitage, puis éventuellement broyage humide et/ou stabilisation avec un additif, d'un gâteau de filtration issu de la réaction de précipitation.
20- Colorant selon l'une des revendications 14 à 19, caractérisé en ce que ladite silice précipitée possède une surface spécifique BET d'au moins 50 m2/g, en particulier d'au moins 90 m2/g, notamment comprise entre 100 et 400 m2/g.
21- Colorant selon l'une des revendications 14 à 20, caractérisé en ce que l'on emploie 2 à 30 %, en particulier 5 à 25 %, en poids de pigment inorganique par rapport au poids silice + pigment.
22- Colorant selon l'une des revendications 14 à 21 , caractérisé en ce que la calcination est effectuée à une température comprise entre 600 et 1300 °C, de préférence entre 800 et 1200 °C.
23- Colorant selon l'une des revendications 14 à 22, caractérisé en ce que la calcination est effectuée à une température comprise entre 1000 et 1200 °C.
24- Utilisation d'au moins un colorant issu de l'utilisation selon l'une des revendications 1 à 13 ou d'au moins un colorant selon l'une des revendications 14 à 23 pour la coloration de matériaux céramiques, notamment en grès.
25- Matériau céramique caractérisé en ce qu'il contient au moins un colorant issu de l'utilisation selon l'une des revendications 1 à 13 ou au moins un colorant selon l'une des revendications 14 à 23.
26- Matériau céramique selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il est formé de grès. 27- Tuile ou carreau, en particulier de couleur rouge à brun, consistant en un matériau céramique selon l'une des revendications 25 et 26.
28- Utilisation d'au moins un colorant issu de l'utilisation selon l'une des revendications 1 à 13 ou d'au moins un colorant selon l'une des revendications 14 à 23 pour la coloration de matériaux à liant hydraulique ou bitumineux.
29- Matériau à liant hydraulique ou bitumineux caractérisé en ce qu'il contient au moins un colorant issu de l'utilisation selon l'une des revendications 1 à 13 ou au moins un colorant selon l'une des revendications 14 à 23.
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