ES2337007B1 - Pasta ceramica que incorpora en su formulacion materias primas con unbajo punto de fusion para aumentar la resistencia mecanica de las piezas conformadas y secas. - Google Patents
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Abstract
Pasta cerámica que incorpora en su formulación
materias primas con un bajo punto de fusión para aumentar la
resistencia mecánica de las piezas conformadas y secas.
El objeto de la invención es la incorporación
materias primas naturales o elaboradas a base de fósforo que
presentan bajos puntos de fusión. La finalidad de la invención es
incrementar la resistencia mecánica de las piezas cerámicas,
mediante la fusión parcial de dichas materias primas en el proceso
de secado de las baldosas cerámicas. La incorporación de estas
materias primas, a la formulación de las pastas cerámicas, permite
una mayor complejidad en la decoración de las piezas, reduciendo las
bajas asociadas a la falta de resistencia mecánica originadas entre
las etapas de secado y cocción de los productos cerámicos.
Description
Pasta cerámica que incorpora en su formulación
materias primas con un bajo punto de fusión para aumentar la
resistencia mecánica de las piezas conformadas y secas.
La invención se relaciona, en general, con la
fabricación de productos cerámicos y, en particular, se refiere a
una pasta cerámica que comprende una materia prima con un bajo coste
de fusión confiriendo al conjunto una mayor resistencia mecánica
respecto a la que se consigue utilizando composiciones de pastas
cerámicas tradicionales.
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La elaboración de la cerámica tradicional se ha
basado en la utilización de minerales arcillosos, como principal
componente de las pastas cerámicas. Sin embargo, en los últimos años
y debido a una mayor tendencia del mercado hacia productos más
sofisticados, a la globalización en la producción cerámica y al
desarrollo de equipos de conformado de piezas cerámicas con una
mayor capacidad (prensas de gran tonelaje), ha dado lugar al
desarrollo de pastas cerámicas con un menor contenido en mineral
arcilloso.
Esta disminución en el porcentaje de minerales
arcillosos se ha compensado con un incremento en otro tipo de
materiales más desgrasantes, que confieren a la pasta cerámica unas
mejores propiedades físico-químicas (fundencia,
blancura), una mayor rentabilidad económica o una mayor
disponibilidad de materias primas en las proximidades de los centros
de producción.
Estas materias primas sustitutivas de los
minerales arcillosos son, entre otros: los feldespatos, las arenas
feldespáticas, arenas silicias, el talco, el silicato de circonio,
la alúmina, las fritas o vidrios, la dolomita, las pegmatitas, etc.
y su utilización depende de la disponibilidad de las mismas en las
áreas de producción cerámica, así como, del resultado
físico-químico final que se quiere obtener de la
pieza cerámica (baja absorción de agua, elevada resistencia
mecánica, blancura, etc.).
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Esta tendencia dentro de la cerámica tradicional
por desarrollar productos con mejores prestaciones técnicas, queda
reflejado en el fuerte incremento en la producción de gres
porcelánico. Dicho producto tiene como principales características:
una baja absorción de agua (inferior al 0,5%) y la blancura del
soporte cerámico. Para su formulación, se ha sustituido los
minerales arcillosos (arcillas y caolines) por:
- -
- material fundente con un bajo contenido de óxidos cromóforos (óxidos de hierro y titanio): feldespatos, talco, dolomita, frita, etc.
- -
- materiales con un coste económico bajo: arenas feldespáticas, cuarzos, etc.
- -
- materiales que confieren una mayor blancura al soporte cerámico: silicato de circonio o alúmina.
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Sin embargo, la reducción del contenido de
arcilla o su sustitución por arcillas con una menor plasticidad en
las formulaciones de gres porcelánico ha llevado asociado, en
algunos casos, una disminución de la resistencia mecánica de la
pieza conformada y seca. Para mejorar dicha resistencia mecánica se
han instalado en el sistema productivo prensas de mayor capacidad, o
se ha introducido en las formulaciones de gres porcelánico
materiales que actúan como ligantes. Dichos materiales se añaden en
un porcentaje pequeño, generalmente inferior al 1% y son,
principalmente, de naturaleza orgánica (hidroxipropil metil
celulosa, alcohol polivinílico, acetato polivinílico, celulosa,
hidroxipropil celulosa, lignosulfatos, goma arábica, etc.), aunque
también cabe la posibilidad de introducir compuestos de boro que
facilitan el conformado de la pieza cerámica y presentan bajos
puntos de fusión.
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A continuación se expone una composición
habitual de una pasta cerámica utilizada para la elaboración de gres
porcelánico esmaltado:
- Arcilla
- 20-40%
- Feldespato
- 30-60%
- Arena Feldespática
- 0-10%
- Caolín
- 0-20%
- Desfloculantes
- 0,5%
\newpage
Si se pretende generalizar, se puede decir, que
no existe una formulación única en cerámica tradicional, pero si se
puede establecer un intervalo de composiciones que engloban la
mayoría de formulaciones, este intervalo sería:
- Materias primas plásticas
- 5-100%
- Materias primas desgrasantes
- 0,1-95%
Para formulaciones de pastas rojas para
pavimento o revestimiento, el 99,7% de su composición en vía húmeda
y el 100% en vía seca están formuladas con materiales plásticos. Sin
embargo, las formulaciones de materiales similares al gres
porcelánico o de las porcelanas, el contenido de material plástico
disminuye ostensiblemente hasta porcentajes bajos.
La introducción del desfloculante es necesaria
cuando se realiza la molturación de la pasta cerámica por vía
húmeda. Los desfloculantes son productos que disminuyen la
viscosidad y tixotropía de la barbotina, y permite una mayor
efectividad en la molturación, así como un menor tiempo de descarga
del molino. Los desfloculantes utilizados para la elaboración de las
pastas cerámicas por molienda en líquido son: poliacrilatos,
metasilicatos sódicos, hexametafosfato sódico, tripolifosfato sódico
o fosfonatos. Generalmente, y para obtener una mayor efectividad, se
utiliza una mezcla de dos o más tipos de desfloculantes.
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Para realizar el conformado de las piezas
cerámicas, previamente se debe adecuar la pasta cerámica a las
condiciones necesarias para cada tecnología de conformado (prensado,
extrusionado o colado). Esta preparación de la pasta cerámica se
realiza habitualmente mediante dos vías:
- -
- Vía seca, donde una vez realizada la molturación en seco de los diferentes componentes que conforman la pasta cerámica, se humectan o amasan hasta una humedad que permite el conformado de la pieza.
- -
- Vía húmeda, donde la molturación realiza en medio líquido con el objetivo de conseguir una mejor distribución de partículas. Esta pasta líquida, llamada barbotina, se seca, generalmente mediante atomizado, hasta una humedad adecuada para el conformado de la pieza. Para facilitar la molienda y la descarga de la barbotina de los molinos, se incorporan aditivos (desfloculantes), que modifican la reología de la barbotina.
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Por último, cabe mencionar que los compuestos de
fósforo han sido ampliamente utilizados en la cerámica tradicional,
su función ha sido, principalmente, como:
- -
- Elaboración de la cerámica de huesos mediante la incorporación de cenizas procedentes de la calcinación de huesos.
- -
- Desfloculantes, con el objetivo de adecuar las condiciones reológicas de las barbotinas. Dentro de esta tipología de compuestos de fósforo se encuentran: el tripolifosfato sódico, el hexametafosfato sódico y los fosfonatos.
- -
- Como opacificantes en la elaboración de fritas o vidrios.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, los fosfatos, especialmente el ácido
fosfórico, los fosfatos monoamónicos y los fosfatos de alúmina,
magnesio o calcio, son utilizados en la industria de la cerámica
avanzada y de refractarios, como ligantes. Dicho efecto se describe,
por ejemplo, en las patentes: US 4.417.925 "Mezcla refractaria con
fibra de cerámica", US 4.770.943 "Método para crear un film
rígido de un compuesto de fosfato cálcico", US 6.013.321
"Método para fabricar cerámica unida con fosfatos", US 5328879
"Binding and plasticizing agent for preparing
carbón-containing, refractory, ceramic materials and
material prepared therewith" o US3888687 "Refractario de
Alumina-Cromo".
También en la patente ES 2.193.864 A1 "Pastas
cerámicas con formulación no convencional con contenidos de fósforo
superiores al 2%. Procedimiento para su elaboración y ventajas",
se describe la formulación de una pasta cerámica que utiliza como
ligantes y plastificantes, los compuestos de fósforo monovalentes,
como sustitutos de la arcilla en las formulaciones de cerámicas
tradicionales, en especial, en la elaboración de baldosas cerámicas
con baja absorción de agua.
En la presente invención el porcentaje de
fosfato introducido no es suficiente para actuar de ligante y
plastificante. Por lo tanto se debe incorporar el material plástico
natural o sintético necesario para la elaboración de las pastas
cerámicas tradicionales.
Por otro lado, la tipología y el porcentaje de
fosfatos necesarios para la presente invención, no tienen como
finalidad el sellar los poros de la pieza cerámica en su proceso de
cocción. Para dicha finalidad, en la formulación de la pasta
cerámica se incorporará materiales que en las temperaturas de
cocción de los productos cerámicos fundan total o parcialmente.
Estas materias primas son entre otras: todas las tipologías de
feldespatos, fritas, compuestos de boro, fosfatos con puntos de
fusión superiores a los descritos en la presente invención,
arcillas, etc.
Es objeto de la presente invención proporcionar
una pasta cerámica que incorpora en su formulación materias primas
con un punto de fusión igual o inferior a 500ºC, que presenta la
siguiente formulación en peso seco:
- -
- Materias primas plásticas en un rango comprendido entre 5-99,9%;
- -
- Materias primas desgrasantes en un rango comprendido entre 0,1-94,9%; y
- -
- Materias primas con un punto de fusión igual o inferior a 500ºC en un rango comprendido entre 0,1-7%.
\vskip1.000000\baselineskip
El objetivo de esta invención es mejorar la
resistencia mecánica de la pieza cerámica conformada y seca,
mediante la incorporación a la formulación en dicha pasta cerámica
de materias primas con un bajo punto de fusión. Estas materias
primas son básicamente: fosfatos de amonio, fosfatos o
hidrógeno-fosfatos de elementos monovalentes con
valencia +1, o mezclas de fosfatos o
hidrógeno-fosfatos de amonio y elementos
monovalentes con valencia +1. Estos compuestos presentan
generalmente temperaturas de fusión inferiores a los 500ºC. Un
ejemplo de lo anteriormente comentado sería el fosfato monoamónico
cuyo punto de fusión según la bibliografía es de 190ºC, sin embargo,
en el laboratorio, y previamente disolución de la sal en agua,
presenta un inicio de la fusión a menor temperatura. Otros ejemplos
de esta tipología de materiales serían: El fosfato potásico
monobásico cuya temperatura de fusión es 253ºC y el fosfato potásico
dibásico que presenta una temperatura de fusión de 465ºC.
La temperatura de fusión total o parcial de
estas materias primas se alcanza en el proceso de secado de la pieza
conformada. Esta fusión total o parcial y la posterior
solidificación del material fundido durante el enfriamiento de la
pieza seca, produce un incremento de la resistencia mecánica de la
baldosa, facilitando los procesos posteriores a los que son
sometidos los productos cerámicos hasta su cocción final. Dichos
procesos son: el esmaltado, la decoración de las piezas cerámicas,
el trasiego desde el secadero hasta el horno, el rectificado en
crudo de las piezas, etc.
El aumento de la resistencia mecánica hace
disminuir las posibilidades de rotura de las piezas cerámicas en
dichos procesos, lo que implica, un aumento del porcentaje de
calidad del material acabado y una disminución de los costes
productivos.
La incorporación de estas materias primas con un
bajo punto de fusión se realiza en los procesos de adecuación de las
pastas cerámicas antes del conformado de las mismas. Dichos
compuestos, que excluyen a los actuales desfloculantes
(tripolifosfato o hexametafosfato sódico), se adicionan,
generalmente, durante la elaboración de la composición. La
incorporación de dichos compuestos no modifica los actuales procesos
de preparación de la pasta cerámica para su posterior
conformado.
\vskip1.000000\baselineskip
La pasta utilizada en esta realización consiste
en una pasta de gres porcelánico con una fundencia elevada, donde se
incorpora un 1% de fosfatos monoamónico. Dicha pasta queda con la
siguiente formulación en % peso:
- Arcilla
- 30
- Feldespato Sódico
- 68,15
- Fosfato monoamónico
- 1
- Carbonato sódico
- 0,5
- Desfloculante (hexametafosfato sódico)
- 0,35
\vskip1.000000\baselineskip
Posteriormente, dicha pasta, se mezcla con una
cantidad suficiente de agua, y se moltura en un molino planetario de
laboratorio, obteniéndose una barbotina que presenta las siguientes
características:
- Viscosidad en copa Ford de 4 mm
- 25 segundos
- Densidad:
- 1670 Kg/m^{3}
- Rechazo sobre un tamiz de 63 mieras:
- 1%
\vskip1.000000\baselineskip
A continuación, se procede a secar dicha
barbotina en una estufa a temperatura de 150ºC durante un periodo de
24 horas, para su posterior humectación y prensado en una prensa de
laboratorio. La presión ejercida sobre el polvo humectado a una
humedad del 5.5% fue de aproximadamente 106 bares obteniéndose una
plaquetas rectangulares con unas dimensiones de 110x50x12 mm. Dichas
plaquetas son, de nuevo, secadas en la estufa del laboratorio, a una
temperatura de 150ºC, durante 24 horas, donde se produce la fusión
parcial del fosfato monoamónico. Posteriormente, se procedió a
caracterizar las probetas, midiéndose la densidad aparente y la
resistencia mecánica de la pieza seca:
- Densidad aparente:
- 1928 Kg/m^{3}
- Carga de rotura:
- 34,5 N/cm^{2}
Por último, se realizó la cocción del material
en una mufla a una temperatura máxima de 1140ºC, durante 15 minutos,
y un ciclo de cocción total de 60 minutos, obteniéndoselos
siguientes valores de la pieza cerámica:
- \quad
- Absorción de agua, según método UNE-EN ISO 10545-3: 0,00%
- \quad
- Densidad aparente de la pieza cocida: 2401 Kg/m^{3}
- \quad
- Contracción Lineal: 8.39%
- \quad
- Coordenadas cromáticas: L = 67,60 a = 1.69 b =11,94
La incorporación de fosfatos o hidrógeno
fosfatos de amonio o de elementos monovalentes, aporta a las pastas
cerámicas, una mayor resistencia mecánica en crudo, debido
principalmente, a la fusión parcial de los compuestos de fósforo.
Este incremento de la resistencia mecánica de aproximadamente el 50%
respecto a la misma fórmula con ausencia de este tipo de compuesto
de fósforo.
Otros ejemplos realizados con diferentes
tipologías de materias primas, y en especial, de arcillas, son:
- 1)
- Incorporación de compuestos de fósforo a la elaboración de pastas de gres porcelánico con materias primas procedentes de Europa.
- 2)
- Formulación de pastas de porcelánico con arcillas y materias primas procedentes de Sur América.
Las ventajas que incorpora esta mayor
resistencia son:
- -
- Disminución de las bajas debidas a las roturas que se producen en la línea durante el trasiego de las baldosas entre su conformado hasta su cocción.
- -
- Aumento del número de aplicaciones decorativas que se pueden realizar sobre la pieza conformada y seca, debido a su mayor resistencia a la rotura. Hasta el momento, los diferentes procesos de decoración se basan en una transferencia de esmalte o base serigráfica desde el sistema de decoración hasta la baldosa por medio de un contacto físico. Dicha transferencia somete a la baldosa a una presión que puede originar la rotura de la misma, con la consecuente pérdida económica. El aumento de la resistencia mecánica posibilita un mayor número de aplicaciones en la decoración de la pieza cerámica.
- -
- La mayor resistencia mecánica de la baldosa permite la elaboración de baldosas con relieves más pronunciados.
- -
- La incorporación de los compuestos de fósforo de la presente invención presentan una baja temperatura de fusión, facilitando, junto al resto de materiales fundentes que se incorporan en la elaboración de las piezas cerámicas, la sinterización total o parcial de dichos productos.
Claims (7)
1. Pasta cerámica que incorpora en su
formulación materias primas con un punto de fusión igual o inferior
a 500ºC, que presenta la siguiente formulación en peso seco:
- -
- Materias primas plásticas en un rango comprendido entre 5 - 99,9%;
- -
- Materias primas desgrasantes en un rango comprendido entre 0,1- 94,9%; y
- -
- Materias primas con un punto de fusión igual o inferior a 500ºC en un rango comprendido entre 0,1-7%,
caracterizada porque:
- -
- dichas materias primas con bajo punto de fusión igual o inferior a 500ºC son compuestos de fósforo, más concretamente una sal o una combinación de distintas sales que consisten en fosfatos o hidrógeno-fosfatos de amonio, fosfatos o hidrógeno-fosfatos de elementos con valencia +1, o una mezcla de distintos fosfatos o hidrógeno-fosfatos de amonio y elementos con valencia +1, el resto de materiales plásticos o desgrasantes, consisten en materias primas naturales o sintéticas esenciales para la elaboración de la pasta cerámica, que comprenden entre 0-15% de elementos monovalentes con valencia -1 o elementos con valencias múltiples que incluyen la valencia -1.
2. Pasta cerámica según la reivindicación 1,
caracterizada porque comprende entre 0-90% de
un óxido de un elementos monovalente que responde a la fórmula
general [1]: Me(I)_{2} O [1] donde Me(I) es
un elementos monovalente, o un elemento con valencias múltiples que
incluyen la valencia +1, o una mezcla de distintos óxidos de
elementos monovalentes que responden a dicha formulación general
[1], o una mezcla de distintos óxidos de elementos con valencias
múltiples que incluyen la valencia +1.
3. Pasta cerámica según la reivindicación 1,
caracterizada porque comprende entre 0-70% de
un óxido de un elementos divalente que responde a la fórmula general
[2]: Me(II) O [2] donde Me(II) es un elemento
divalente o un elemento con valencias múltiples que incluyen la
valencia +2, o de una mezcla de distintos óxidos de elementos
divalentes que responden a dicha formulación general [2], o una
mezcla de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que
incluyen la valencia +2.
4. Pasta cerámica según la reivindicación 1,
caracterizada porque comprende entre 0-100%
de un óxido de un elemento trivalente de fórmula general [3]: Me
(III)_{2}O_{3} [3] donde Me(III) es un elemento
trivalente o un elemento con valencias múltiples que incluye la
valencia +3, o de una mezcla de distintos óxidos de elementos
trivalentes que responden a dicha formula general [3], o una mezcla
de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que
incluyen la valencia +3.
5. Pasta cerámica según la reivindicación 1,
caracterizada porque comprende entre 0-100%
de un óxido de un elemento tetravalente de fórmula general [4]:
Me(IV) O_{2} [4] donde Me(IV) es un elemento
tetravalente o un elemento con valencias múltiples que incluyen la
valencia +4, o de una mezcla de distintos óxidos de elementos
tetravalentes que responden a dicha fórmula general [4] o una mezcla
de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que
incluyen la valencia +4; donde todos los porcentajes son referidos
al total de elementos u óxidos que aporta la combinación de todos
los materiales que conforman la pasta cerámica parcial o totalmente
sinterizada junto a los compuestos de fósforo.
6. Pasta cerámica según la reivindicación 1,
caracterizada porque entre el conformado de las piezas
cerámicas y su cocción final, dichas piezas cerámicas deben ser
sometidas a un tratamiento térmico con temperaturas inferiores a los
500ºC.
7. Pasta cerámica según la reivindicación 1,
caracterizada porque es adecuada para la fabricación de la
cerámica tradicional, pasta cerámica parcial o totalmente
gresificadas, esmaltadas como no esmaltadas, pasta cerámica adecuada
para la fabricación de ladrillos, azulejos, tejas, sanitarios, loza,
porcelana, gres y porcelánico, y pasta cerámica adecuada para la
fabricación de cerámica para aislantes eléctricos.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200850091A ES2337007B1 (es) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Pasta ceramica que incorpora en su formulacion materias primas con unbajo punto de fusion para aumentar la resistencia mecanica de las piezas conformadas y secas. |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2337007A1 ES2337007A1 (es) | 2010-04-19 |
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|---|---|---|---|
| ES200850091A Expired - Fee Related ES2337007B1 (es) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Pasta ceramica que incorpora en su formulacion materias primas con unbajo punto de fusion para aumentar la resistencia mecanica de las piezas conformadas y secas. |
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| ES (1) | ES2337007B1 (es) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3888687A (en) * | 1973-10-01 | 1975-06-10 | Taylors Sons Co Chas | Alumina-chrome refractory |
| US5328879A (en) * | 1992-03-08 | 1994-07-12 | Veitscher-Magnesitwerke-Actien-Gesellschaft | Binding and plasticizing agent for preparing carbon-containing, refractory, ceramic materials and material prepared therewith |
| WO2003059840A1 (es) * | 2002-01-16 | 2003-07-24 | Neos Cerámica E Investigación, S.L. | Pastas cerámicas con formulación no convencional con contenidos de fósforo superiores al 2% en peso. procedimiento para su elaboración y ventajas que introduce |
-
2006
- 2006-05-16 ES ES200850091A patent/ES2337007B1/es not_active Expired - Fee Related
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| ES2337007A1 (es) | 2010-04-19 |
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