PT93975B - Processo para a manufactura de um esmalte vidrado - Google Patents
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Description
□ presente invento refere-se a um método de fabrico de um corpo de esmalte vidrado, o qual compreende a formação de partículas de um material vítreo e a fu.são das partículas em conjunto para se formar o corpo.
termo material vítreo é aqui utilizado num sentido amplo e abrange os materiais de vidro, vitrocristalinos e vitroceramicos. Os corpos feitos de esmaltes vidrados fundidos são úteis para muitos fins. 0 corpo pode ser constituído na forma de um revestimento, por exemplo de um revestimento liso em artigos sanitários tais como banheiras, ou na forma de um revestimento simples ou segundo um determinado padrão em azulejos cerâmicos, ou na forma de um artigo auto-sustentado tal como □ tampo de um fogão doméstico. 0 corpo de esmalte pode ser totalmente compacto, isto é sem vazios, como é desejável no caso de revestimentos de esmalte de banheiras, ou então pode ser menos compacto, ou seja, mais poroso. Um exemplo de um artigo autosustentado poroso é um elemento filtrante vítreo.
Deste modo, existem requisitos aos quais devem obedecer os corpos de esmalte vítreos fundidos que apresentam graus diferentes de compactação e é por isso um objectivo deste invento proporcionar-se um método para o fabrico destes corpos.
De acordo com este invento, proporciona-se um método de fabrico de um corpo de esmalte vidrado que compreende a formação de partículas de um material vítreo e a fusão das mesmas conjunto para se obter o corpo, o qual é caracterizada por partículas de material vítreo serem transformadas em esferas serem seleccianadas face às suas propriedades granulométricas, em as e
de ecordu com o grau de compactação requerido para o esmalte acabado.
corpo de
J
Descobrimos que, por controlo das propriedades granulométricas das partículas vítreas utilizadas na formação do corpo, é possível -fabricarem-se esses corpos com diversos graus cie compactação. Descobrimos que, normalmente, para se obter um elevado grau de compactação é desejável utilizarem-se partículas vítreas com um espectro granulométrico muito amplo, ao passo qus para corpos com um grau de compactação pequeno é desejável utilizarem-se partículas vítreas com um espectro granulométrico estreito. Evidentemente que é sabido que, numa massa de partículas dispersas de um determinado material, a densidade aparente diminui (isto é, a quantidade de vazias aumenta) com a diminuição do espectro granulométrico daquelas partículas, mas o que é surpreendente é que isto é mantido num corpo formado por um processo segundo o qual as partículas podem ser totalmente fundidas. 0 que é ainda mais surpreendente é o facto do controlo das propriedades granulométricas das partículas vítreas dar origem a um corpo com um determinada grau de compactação que é suficientemente reprodutível para um fabrico seguro à escala industrial. A utilização de partículas vítreas na forma de esferas dá uma maior garantia de que um determinado grau de compactação pode ser obtido a partir de uma quantidade de partículas vítreas com uma determinada granulometria, e também permite a obtenção de um maior grau de compactação do que aquele que pode ser simplesmente obtido por utilização de partículas vítreas fragmentadas, sem estarem na forma de esferas.
As partículas vítreas na forma de esferas podem ser obtidas de várias maneiras. F'or exemplo, as partículas de material vítreo fragmentado podem ser transformadas em esferas num forno de esferificação convencional, de maneira conhecida per se. De preferência, no entanto, as referidas partículas de material vítreo são formadas e depois transformadas em esferas numa única etapa, por dispersão do material vítreo fundido na forma de contas por força centrífuga. 0 fabrico das partículas vítreas em forma cie esferas por este processo permite um controlo fácil do seu diâmetro médio e produz as mesmas com uma distribuição granulométrica que é conveniente e que traz vantagens para muitos dos propósitos em vista. As partículas vítreas em forma de esferas podem por exemplo ser formadas por um processo como o referido em qualquer um dos Pedidos de Patente Britânicos N° 1.066.683, 1.060.664 e 1.255.968.
Quando se formam partículas vítreas por um processo centrífugo, é desejável que a composição vítrea utilizada apresente uma zona de transformação muito estreita. A expressão zona de transformação é utilizada para indicar a gama de temperaturas dentro da qual a viscosidade do material vítreo se 5 4 situa entre 1000 poise ( 100 Pa s) e 10 poise (10 Pa s). Se a. zona de transformação for muito ampla, por exemplo com um valor de 280°C a 300°C, como é normalmente o caso do vidra para janela de soda-lima ordinário, uma determinada, porção do material vítreo centrifugado tende a formar fibras ou gotas com a forma de lágrimas. Por isso, para uma produção segura de partículas vítreas na forma de esferas é preferível que a diferença entre as temperaturas ás quais o material vítreo tem uma viscosidade de I000 poise (100 Pa s) e de 10 poise (10 Pa s) seja menor do que 250'-'C, de preferência menor do que 20O°C, e, com maior preferência, menor do que 150°C.
Um exemplo de uma frita de esmalte com uma zona de transformação adequadamente estreita que, por exemplo, pode ser utilizada na formação de um revestimento de esmalte sobre artiqos metálicos, tais como banheiras, tem a seguinte composição calculada:
SiO7
Na^O
A1?O^
CaO
ZrO2
F
Um vidro com dade-temperatura que é i
corresDondente à zona
29, 00 em peso
18,00 14,00 14,00 12,00 9,00 4,00 esta composição tem uma curva de viscosimuito inclinada na gama de viscosidades de transfarmação, conforme definida. A temperatura para uma viscosidade de 100 F'a s é de 830°C, ao passo 4 qu.e a temperatura para uma viscosidade 10 F'a sé de 7ó0'-'U. Deste modo, a gama de temperaturas da zona de transformação é muito estreita, num intervalo de 70*C, e o vidro é adequado para a formação de microcontas por meio de um processo centrífugo.
Nos modelos de realização mais preferidos do presente invento, as referidas partículas na forma de esferas de material vítreo têm praticamente todas um diâmetro inferior a 800 mícrones. As partículas na forma de esferas com estas dimensões são muito úteis para serem fundidas a fim de formarem um corpo esmaltado e, em virtude das suas dimensões, é conveniente referilas como microcontas vítreas.
Em algumas formas de realização do presente invento, as referidas partículas na forma de esferas de material vítreo apresentam um diâmetro médio gue varia, entre 400 micrómetros e 500 micrómetros. As microcontas vítreas destas dimensões são especialmente úteis azulejos cerâmicos.
para formarem revestimentos esmaltados em
Noutras formas de realização preferidas do presente invento, as referidas partículas na forma de esferas de material vítreo têm praticamente todas um diâmetro inferior a 150 micrómetros. Estas microcDntas vítreas são especialmente úteis para a formação de revestimentos de esmalte em artigos sanitários.
□ diâmetro médio i das microcontas vítreas formadas por centrifugação pode ser controlado facilmente. Descobrimos que o diâmetro médio (medido em centímetros) pode ser traduzido pela seguinte equação:
1/9 em que σ é a tensão superficial (dines/cm) e 0 é a viscosidade dinâmica, (poise) do material vítreo quando deixa um rotor centrífugo de raio F; (cm) que gira a uma velocidade angular de Ω (rad/seq). 0 material vítrea tem uma densidade de 5 (g/cm°) e é fornecido ao rotor a um débito de Q (cm''/seg) . C é uma constante „ las a um d ímensSes pode ser
A fim de se promover a compacidade de um corpo de esmalte a. partir de partículas na forma de esferas, é possível uti1izarem-se partículas com um espectro granulométrico muito amplo, sendo a dimensão das partículas distribuída, uniformemente ao longo do espectro. Contudo, a concretização disto na prática envolve alguns problemas. Não é fácil encontrar-se um processo de esferificação ou de fabrico que só por ele produza uma distribuição uniforme das partículas na forma de esferas sobre um espectro granulométrico muito grande; a aplicação destas partícusu.bstrato, de tal forma que a distribuição das suas sobre a área do referido substrato permaneça uniforme, difícil; o tipo de revestimento requerido pode não permitir a utilização de partículas com um espectro granulométrico muito amplo.
problema para se alcançar uma elevada compacidade pode contudo ser ultrapassado por utilização de uma mistura de duas ou mais -fracções de partículas na forma de esferas com distribuições granulométricas relativamente apertadas, mas de diâmetros médios diferentes. F'or isso, em alguns modelos de realização preferidos do presente invento as referidas partículas na forma, de esferas podem compreender uma mistura de duas ou mais fracções diferentes, em que as partículas da primeira fracção (grossos”) possuem um diâmetro médio que é pelo menos duas vezessuperior, e de preferência três vezes superior, ao diâmetro médio da segunda fracção (finos). Nestas formas de realização, a mistura de partículas em forma de esferas compreende de preferência a referida, fracção fina, numa proporção entre 207. e 407., e com maior preferência entre 257. e 3Θ7., do volume aparente, da mistura total.
Em algumas formas de realização do presente invento, a diferença entre os diâmetros médios das partículas da fracção dos grossos e dos finos é grande. Isto permite, por exemplo, a formação de revestimentos esmaltados que apresentem uma superfície ligeiramente texturada. Estes revestimentos podem ser aplicados para se obter uma zona não-escorregadia numa bacia de um chuveiro. No entanto, para além de uma determinada relação entre os diâmetros médios das partículas das fracções de grossos e de finos, deixa de haver um ganho apreciável em compacidade e podem surgir problemas durante a. operação, devidos por exemplo à seqregaçãD das diferentes fracções. Por isso, de preferência, as partículas desta fracção de grossos têm um diâmetro que não é maior do que 17 vezes o diâmetro médio das partículas da referida fracção fina.
problema da obtenção de uma baixa compacidade, isto é uma elevada porosidade, é atenuado por escolha de partículas na forma de esferas de maneira que a sua distribuição granulamétrica seja o mais estreita possível, e que, portanto, a sua distribuição granulométrica média seja grande.
Nalgumas formas de realização preferidas do presente invento, o corpo de esmalte acabado é um artigo auto-sustentado. □ produto do processo do invento pode ser por exemplo um corpo poroso, tal como um elemento filtrante vítreo, ou um corpo praticamente não-poroso com um elevado grau de compacidade, tal como o tampo vitrocerãmico de um forno doméstico.
Noutras forinas de realização preferidas do presente invento, o corpo de esmalte acabado é um revestimento formado sobre um substrato. Este revestimento pode ser formado sobre substratos de vários materiais. Por exemplo, o substrato pode ser um material cerâmico tal como uma bacia de lavagem ou um azulejo, ou pode ser um metal ta.l como uma banheira de ferro.
Para formar um revestimento, as microcontas vítreas podem ser aplicadas como uma camada ao substrato de variadas formas. Por exemplo, as microcontas podem ser aplicadas com um ligante. Alternativamente, estas microcontas podem ser aplicadas na forma de um pó sobre um revestimento de um material ligante já aplicado ao substrato. Um tal ligante pode ser orgânico ou inorgânico. A utilização de um ligante apresenta vantagens na obtenção de uma camada de revestimento uniforme, especialmente quando o substrato a revestir tem uma forma demasiado complicada, por exemplo no caso de um artigo sanitário. Nalgumas formas de realização preferidas do presente invento, as referidas partículas na forma de esferas de material vítreo são aplicadas como uma camada, de revestimento e são fixadas por meio de um ligante antes de serem fundidas i n si tu
A utilização de um ligante também permite a deposição serigré.fica das microcontas de maneira a. se obter uma camada esmaltada segundo um determinado padrão.
Em algumas circunstâncias, contudo, a utilização de um ligante pode dar origem a problemas quando se inflama o esmalte. A presença do ligante pode prejudicar a forma pela qual o esmalte se funde em conjunto, ou então, os resíduas do ligante podem prejudicar as propriedades do revestimento resultante. Noutras formas de realização preferidas do invento, contudo, as referidas partículas na forma de esferas de material vítreo são aplicadas como uma camada de revestimento por meio de uma técnica de pulverização electrostática e são fundidas in situ. Esta técnica é especialmente adequada para utilização em substratos planos tais como azulejos, bem como noutras formas simples. A técnica de pulverização electrostática não necessita da presença de um ligante, de modo que os problemas associados à utilização dos ligantes são evitados.
Ds técnicos da especialidade serão capazes de determinar com facilidade qual a técnica mais apropriada para formação de uma camada de esmalte sobre um determinado artigo, se através da utilização de um ligante, se através da aplicação de uma técnica de pulverização electrostática.
Ainda noutras formas de realização do inventa, o carpa de esmalte pode ser constituído como uma massa de soldadura entre outros dois corpos. Estes outros corpos podem ser feitos por exemplo de um material cerâmico ou vítreo. Um tal corpo de esmalte é também útil para ligar um corpo cerâmico ou vítrea a um corpo metálico.
presente invento estende-se a um artigo que compreende um corpo de esmalte vidrado manufacturado por um processo tal como o aqui definido.
As forma de realização preferidas do invento serão descritas a seguir unicamente a título exemplificativo.
EXEMPLO 1
Pretende-se aplicar um revestimento de esmalte a uma. banheira de ferro fundido. Funde-se vidro num forno (que pode ser um forno contínuo ou um forno de cadinho) e este é alimentado ao aparelho descrito nas Figuras 1 a 4 da Memória Descrita da Patente Britânica N2 1.255.768. D vidro tem a seguinte composição calculada:
| Β,-XL. | 27,0© |
| SiO, | 18,00 |
| Na.^0 | 14,00 |
| Al^O^ | 14,00 |
| CaO | 12,00 |
| ZrCL, | 7,00 |
| F | 4,00 |
disco utilizado tinha um diâmetro de 40 cm e rodou à velocidade de 2700 rpm. A temperatura do vidro foi controlada de modo que este apresentasse uma. viscosidade de cerca de 5 Pa s altura do seu contacta com o disco. 0 vidro foi alimentado caudal de 10 kg por hora. Isto resultou na formação de partículas vítreas na forma de esferas com um diâmetro médio de cerca de 80 micrómetros, com um espectro granulométrico relativamente na ao )
amplo, para promover uma boa compactação, ou baixa porosidade, para o revestimento de esmalte acabado»
As microcoritas vítreas são pulverizadas electrostaticamente sobre a banheira de ferro fundido e a peça à entãD incendiada a óO0':'C, durante 1 hora, para fundir o esmalte num revestimento compac to.
Esta banheira esmaltada pode ser submetida a um ensaio de envelhecimento qu.e consiste em submetei*—se a mesma ao contacto com uma solução detergente aquosa durante 24« horas a 60c‘C. A solução é analisada quanto à remoção por dissolução do revestimento de esmalte e procede-se à medição da rugosidade do revestimento. Uma banheira esmaltada fabricada de acordo com este Exemplo dá resultados muito sa.tisf atórios quando é submetida a este ensaio.
De acordo com uma variante deste Exemplo, e a fim de se promover um elevado grau de compactação para o revestimento de esmalte, utilizou-se uma mistura formada por uma fracção de finos e por uma fracção de grossos de partículas. □ disco rotativo foi posto a girar a 310« rpm a fim de produzir uma fracção fina de partículas vítreas na forma de esferas com um diâmetro médio de cerca de 2« micrómetros. 0 disco rotativo foi então posto a girar a 25«« rpm a fim de produzir uma fracção de grossos de partículas vítreas na forma de esferas com um diâmetro médio de cerca de 12« micrómetros. As fracçSes de finos e de grossos foram misturadas em conjunto na proporção de 3 litros de partículas finas para 7 litros de partículas grossas.
De acordo com uma segunda variante, utilizou—se um vidro com a seguinte composição calculada:
Si 0.-, Na,-. Ο PbO CaO Ti O-,
Li^O
F
ZnQ í 2,00 1 & , 00 7,00
6, 93 6,52 2,78 1,80 0,54
EXEMPLO 2
Pretende-se aplicar um revestimento de esmalte com um determinada padrão a azulejos cerâmicos. 0 material vítreo foi fundido num forno. 0 material vítreo tem a seguinte composição calculada:
.)
| SiCL, | 56,92 |
| 12,18 | |
| ZrOn | 8,00 |
| Z | |
| Al-,0-^ | 6,82 |
| BaD | 5,21 |
| Na-,0 | 4,77 |
| Z | |
| CaO | 3,00 |
| ZnO | 1,86 |
| K-.0 | 0,83 |
| MgO | 0,19 |
| Feo0? | 0,14 |
| TiQ-, z | 0, 08 |
) material fundido é deitado em água, ou é feito passar entre rolos arrefecidos, de uma maneira conhecida per se, de modo que o vidro solidificado seja fragmentado por choque térmico. Os fragmentos do vidro, que são opalescentes, são então moídos e transformados em esferas num forno de esferificação que pode ser aquecido electricamente ou à chama. As microcontas resultantes são crivadas para se obter uma fracção relativamente fina com diâmetros entre 105 e 21© micrómetros e uma fracção de grossos com diâmetros entre 500 e 84© micrómetros. As duas fracções de microcontas são misturadas uma com a outra na proporção de 2,5 litros da fracção de finos para 7,5 litros da fracção de grossos, e a. mistura daquelas partículas é então aplicada aos azulejos cerâmicos por meio de um técnica serigráfica. Os azulejos são incendiados a 1ΘΘ0°Ο durante 3 horas a uma pressão sub-atmosférica e sob condições que induzam a formação de uma fase cristalina no esmalte. Isto resulta na formação de uma camada vitrocrista— lina, de baixa porosidade, com um determinada padrão sobre os azu. lej os.
EXEMPLO 3 )
Pretende-se formar um tampo vitroceramico para um fogão doméstico. 0 material vítrea é fundido num forno. 0 material tem a seguinte composição calculada:
| SiO^ | 69,70 7. |
| Alo0^ | 17,80 |
| TiCL, | 4,70 |
| LiOQ | 2,80 |
| MgO | 2,60 |
| Zn D | 1,00 |
| As., CL, | 0,60 |
| Nao0 | 0,40 |
| k2Ô | 0,20 |
| Zr0o | 0,1 0 |
| Fe^O-, | 0,10 |
O material vítreo é formado em partículas e estas são transformadas em esferas. As microcontas resultantes são crivadas para se obter uma fracção relativamente fina, da qual pelo menos 70 7. passa num crivo de 44 micrómetros, e uma fracção de grossos com diâmetros entre 50O e 840 micrómetros.
As duas fracções de microcontas são misturadas uma com a outra na proporção de 2,8 litros da fracção dos finos para 7,2 litros da fracção dos grassos, as partículas na forma de esferas são então comprimidas e moldadas para a forma, desejada e são então fundidas em conjunto para formarem o tampo do fogão.
Após fusão do esmalte, o arrefecimento é controlado para se alcançar a fase de separação, que inclui a formação de (1-espodumene que tem uma expansão térmica baixa e uma elevada resistência mecânica. 0 tampo resultante tem uma melhor resistência aos choques mecânicos do que um tampo fabricado da mesma maneira a partir de grãos r.ão esféricas com a mesma granu.lametr ia e composição, mesmo quando incendiada e arrefecida da mesma maneira.
De acordo com uma variante deste Exemplo, as partículas vítreas na forma de esferas são aplicadas como uma camada sobre um substrato metálico para se formar um revestimento de esmalte.
Claims (9)
- REIVINDICAÇÕES;Ιέ. - Processo para a manufactura de um corpo de esmalte vidrado, o qual compreende a formaçao de partículas de material vítreo e a fusão destas partículas em conjunto para se obter um corpo, caracterizado por as referidas partículas de material vítreo serem transformadas em esferas e serem seleccionadas em função das suas propriedades granulométricas de acordo com o grau de compactação requerido para o corpo esmaltado acabado.
- 2έ. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por as referidas partículas de material vítreo serem formadas e transformadas em esferas numa única etapa, por dispersão do material vítreo fundido por meio de força centrífuga de maneira a se obter a forma de pérolas.
- 3ê. - Processo de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a diferença entre as temperaturas às quais o material vítreo apresenta uma viscosidade de 1 poise ( 1005 4Pa-s) e 1Ô1· poise (10 Pa«s) ser menor do que 25O':'C, de preferência menor do que 200-'C, e, em condiçSes óptimas, menor do que 150 *C.
- 4έ. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as referidas partículas transformadas em esferas de material vítreo terem praticamente todas um diâmetro inferior a SOO micrómetros.
- 5â·. - Processo de acordo com a rei vindicação 4, caracterizado por as referidas partículas transfarmadas em esferas de material vítrea terem um diâmetro média entre 400 micrómetros e500 micrómetros.·)62. - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por as referidas partículas transformadas em esferas de material vítreo terem praticamente todas um diâmetro inferior a 150 micrómetros.
- 7â. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por as referidas partículas transformadas em esferas serem constituídas por uma mistura de duas ou mais fraeções, em que as partículas da primeira fracção (grossos) apresentam um diâmetro médio que é pelo menos igual a duas vezes, e de preferência igual a três vezes, o diâmetro médio da segunda fracção (finos).
- 8â.Processo de acordo com a reivindicação 7, caracum terizado por as partículas da referida fracção de grossos ter diâmetro médio que não é superior a 17 vezes o diâmetro médio das partículas da referida fracçãD de finos.
- 9â.caracterizado esferas ser- Processo de acordo com a reivindicação 7 ou 8, por a mistura de partículas transformadas em onstituída pela referida fracção de finos numa proporção que varia entre 207. e 407., e de preferência entre 25% e307., por volume aparente, relativamente ao total da mistura.
- 10â. - Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o referido corpo de esmalte acabado ser um artigo auto-sustentado.113. - Processa de acordo com qualquer uma das reivindicações la 9, caracterizado por o referido corpo de esmalte acabada ser um revestimento constituída sobre uma base.123·. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por as referidas partículas transformadas em esferas de material vítreo serem aplicadas sob a forma de uma camada de revestimento e serem mantidas em posição por meio de um ligante, antes de serem fundidas in situ.133. - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por as referidas particulas transformadas em esferas de material vítreo serem aplicadas sob a forma de uma camada de revestimento, por meio de um técnica de pulverização electrostãtica, e por serem fundidas in situ.143. - Artigo que compreende um corpo de esmalte vidrado, caracterizado por ser manufacturado pelo processo de acordo com qualquer u.ma das reivindicaçSes anteriores.
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