ES2246720A1 - Procedimiento de impermeabilizacion de superficies de materiales ceramicos porosos, mediante tratamiento con radiacion laser de dichas superficies previamente impregnadas con una solucion quimica precursora de oxidos formadores de vidrio. - Google Patents
Procedimiento de impermeabilizacion de superficies de materiales ceramicos porosos, mediante tratamiento con radiacion laser de dichas superficies previamente impregnadas con una solucion quimica precursora de oxidos formadores de vidrio.Info
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- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/0036—Laser treatment
Abstract
Procedimiento de impermeabilización de superficies de materiales cerámicos porosos, especialmente apropiado para materiales de construcción como baldosas no esmaltadas y ladrillos de cara vista, basado en la reducción de la porosidad de dichas superficies mediante su modificación estructural por vitrificación de la capa superficial del material cerámico, como resultado de la aplicación de radiación láser, pulsada o continua, a la superficie previamente impregnada con una solución química precursora de óxidos formadores de vidrio, y de viscosidad y tensión superficial adecuadas para penetrar en el material cerámico, y de ese modo producir una disminución de la capacidad de absorción de agua de dicha capa superficial del material cerámico.
Description
Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos, mediante tratamiento
con radiación láser de dichas superficies previamente impregnadas
con una solución química precursora de óxidos formadores de
vidrio.
La presente invención está relacionada con el
sector industrial de la cerámica en general, y por tanto, con el
sector de la construcción, en especial con la fabricación de
materiales cerámicos porosos, pavimentos y productos de
recubrimiento de interior o de exterior, tales como baldosas no
esmaltadas y ladrillos de cara vista.
Los cuerpos de productos cerámicos, denominados
bizcochos, destinados a productos para la construcción como
ladrillos y baldosas, se obtienen por el procesamiento de la pasta
cerámica cruda, consistente en una mezcla de materias primas
principalmente naturales.
Más concretamente, el procesamiento tradicional
de productos cerámicos no esmaltados incluye un proceso de moldeo
plástico de la pasta cruda consistente en la adición previa de agua
en cantidad suficiente, ulterior secado para eliminación de una
porción importante del agua de moldeo, y una etapa final de
cocción.
Durante dicha etapa de cocción tiene lugar la
deshidratación total de la pasta moldeada, la deshidroxilación de
ciertos constituyentes de la misma, principalmente los minerales
arcillosos y otros filosilicatos, la descomposición térmica de
determinados constituyentes que pueden presentarse en la pasta,
tales como carbonatos, materia orgánica, sulfuros, óxidos
hidratados, etc., así como la formación de nuevas fases diferentes
de las inicialmente existentes en la pasta cruda, tales como fases
cristalinas y/o fases amorfizadas y/o fases vítreas.
Algunas de estas reacciones involucradas en la
cocción implican la eliminación de componentes químicos de la pasta
original, generándose poros cuya distribución de tamaños depende de
la composición de la pasta y del ciclo de cocción aplicado a la
misma, y que pueden oscilar entre 50 y 700 nm. de diámetro.
En el caso de los productos cerámicos denominados
gresificados, éstos son sometidos a un proceso conocido como
gresificación o sinterización inicial, durante el cual tiene lugar
la ocupación de espacios porosos intergranulares por una fase
vítrea, lo que conlleva una importante reducción de la porosidad
generada, por pérdida total o parcial de determinados componentes
químicos de la pasta.
Entre los materiales cerámicos principalmente
utilizados en la construcción en España, se encuentran los
productos más usados en pavimentos y revestimientos interiores, las
baldosas cerámicas, y los productos de cerámica estructural o de
tierra cocida, tales como los ladrillos y las tejas.
Entre las baldosas, se incluyen materiales
porosos no esmaltados como son los productos denominados baldosín
catalán y barro cocido (grupos AIIb-III y
AIIb2ª-III respectivamente de la Norma UNE 67-087),
y materiales esmaltados, como los denominados azulejos (grupo III
de la Norma UNE 67-087).
En determinadas ocasiones, el uso en la industria
de la construcción de baldosas porosas no esmaltadas se ve limitado
sensiblemente al carecer de algunas prestaciones que sí están
presentes en baldosas no porosas y en baldosas esmaltadas, como son
sus ventajas higiénicas y su facilidad de limpieza, de mucha
importancia en la prevención de la aparición de humedades, y en el
impedimento del desarrollo de colonias de gérmenes, hongos,
etc.
Por otro lado, los productos de tierra cocida se
pueden clasificar de diferentes modos: según su proceso de moldeo,
según su proceso de cocción, según su utilización y calidad, según
su ubicación en obra, según su forma, etc. Atendiendo a factores
como su calidad y utilización, la norma UNE 41004 incluye en el
tipo A los ladrillos que han de quedar a la vista, siendo entre
éstos muy frecuentes los ladrillos macizos, bien sin agujeros, bien
con agujeros, así como los macizos prensados, o los perforados tipo
gafas.
Como consecuencia de sus características de
porosidad y distribución de tamaño de poros, estos productos de
tierra cocida presentan una expansión en volumen irreversible
debida a la humedad, que en condiciones normales es de 0,05% a
0,06%, la cual puede depender del tipo de arcilla de la materia
prima, de su ciclo de cocción, del tiempo transcurrido entre la
fabricación y la colocación de la pieza en la obra, y de la humedad
ambiental, siendo fundamental actuar sobre dichos factores para
minimizar su influencia negativa en la obra.
Adicionalmente, la resistencia a la intemperie de
dichos productos es limitada, principalmente por su baja
resistencia a la helada -heladicidad-, la cual es debida a
deterioros estructurales en la pieza originados por la dilatación
ocasionada por la congelación del agua contenida en el interior del
cuerpo cerámico poroso.
Para corregir el efecto de succión del agua en
aquellas caras de las piezas expuestas a la intemperie,
habitualmente se recurre a tratamientos de impregnación superficial
de las mismas con un agente hidrofugante, que se lleva a cabo
normalmente por inmersión en un tanque de remojo, antes de la salida
de las piezas de la fábrica, de modo que se consigue reducir
parcialmente la succión del agua y limitar la heladicidad, durante
un período de tiempo limitado, que depende de las condiciones
ambientales (insolación, temperatura media, humedad, etc.).
Igualmente, para su utilización en interiores de
edificios, el empleo de estos materiales de tierra cocida descritos
presenta los inconvenientes ya señalados para baldosas cerámicas
porosas en cuanto a menor facilidad de limpieza y desventajas
higiénicas, como la eventual proliferación de colonias de
microorganismos, hongos, etc.
La presencia de porosidad abierta en la
superficie de las piezas determina la posibilidad de succión de
agua bien por condiciones de intemperie o en caso de lavado o en
otra circunstancia. En el uso de la pieza en interiores, la
porosidad abierta procura vías de acceso de líquidos que
eventualmente pueden originar manchas de difícil eliminación o bien
mayor facilidad para el desarrollo de colonias de gérmenes, hongos,
etc.
En usos exteriores de piezas de tierra cocida
para cara vista, los inconvenientes de baja resistencia a la
intemperie, se corrigen frecuentemente mediante impregnación
superficial con agentes hidrofugantes.
Con el procedimiento de impermeabilización
alternativo que se describe en la presente invención se consigue
reducir la porosidad superficial de todos aquellos materiales
cerámicos porosos por un tiempo indefinido, y es especialmente
indicado en los materiales de construcción arriba descritos, tales
como baldosas porosas no esmaltadas y ladrillos de cara vista,
proporcionándoles unas características funcionales adicionales que
se traducen en una drástica reducción de su porosidad superficial,
lo que habilita su uso en determinadas aplicaciones, como son su
empleo en revestimientos o caravistas, interiores o exteriores,
permitiéndose así una óptima limpieza de tales revestimientos y
evitándose el posible desarrollo de de cualquier tipo de hongo,
microorganismo, vegetal, etc., en los espacios porosos.
Este procedimiento puede asimismo aplicarse a
otros tipos de baldosas, piezas de tierra cocida, piezas de
refractarios, u otros tipos de productos cuya porosidad
superficial, bien propia del tipo de producto o bien derivada de un
procesamiento inadecuado o de un defecto sobrevenido, se desea
reducir para habilitar su uso en una determinada utilización.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de impermeabilización de materiales cerámicos
porosos, especialmente apropiado para materiales de la industria de
la construcción, tales como productos de tierra cocida para cara
vista y baldosas de los grupos AIIb-III y AIIb2ª-III
según Norma UNE 67-087-, si bien también dicho
tratamiento es aplicable a otros tipos de baldosas, o de piezas de
tierra cocida, o de materiales refractarios, cuya porosidad
superficial se desea reducir. Dicho procedimiento de
impermeabilización se realiza mediante un tratamiento
físico-químico que consigue disminuir notablemente
la porosidad superficial de los materiales cerámicos porosos,
consiguiendo una impermeabilización de las superficies
tratadas.
Dicho procedimiento
físico-químico consiste en un tratamiento de las
piezas de material cerámico poroso que comprende, entre otras, dos
etapas fundamentales. La primera de ellas consiste en una
impregnación previa del material con una solución química
precursora de óxidos formadores de vidrio (silicatos, boratos,
fosfatos, etc.), y por tanto capaz de aportar los componentes
químicos susceptibles de actuar como fundentes a baja temperatura
en la matriz compacta del material que engloba a los granos
cristalinos mayores situados en la superficie de la pieza cerámica
que será irradiada posteriormente, y que además presenta una
elevada absorbancia a la longitud de onda del láser utilizado en la
etapa posterior. Asimismo dicha solución química posee unas
características de viscosidad y tensión superficial adecuadas para
la correcta impregnación del material cerámico a tratar.
La segunda etapa fundamental del procedimiento
descrito en la presente invención consiste en un tratamiento
mediante láser pulsado o continuo, que puede ser un láser de
CO_{2}, un láser Nd:YAG, o bien diódos láser de alta potencia,
que produce una vitrificación parcial o total de un elemento de
volumen del bizcocho, y que en condiciones optimizadas de potencia y
velocidad de desplazamiento del haz de láser permite la mayor
extensión superficial de dicho volumen vitrificado, consiguiéndose
este efecto incluso cuando se parte de materiales cerámicos
altamente porosos. Adicionalmente, y empleándose una composición
química adecuada de la solución de impregnación previa a la
irradiación mediante láser, pueden conseguirse eventualmente
efectos decorativos y/o de coloración de la superficie del material
irradiado.
Más concretamente, este procesamiento del
material cerámico se aplica en tres fases consecutivas: 1°)
impregnación del material con la solución arriba descrita, bien por
inmersión del material, bien por aspersión de la solución sobre
dicho material, o bien por otros medios, 2°) secado de la superficie
impregnada, lo cual afecta favorablemente la fusibilidad de la capa
superficial de la superficie tratada por la radiación, y 3°)
irradiación de la superficie con el láser, debiéndose efectuar
estos tres procesos con velocidades óptimas adecuadas para
conseguir minimizar la porosidad del producto tratado al máximo
deseado. La propiedad de porosidad del material cerámico es
evaluada mediante la determinación de la capacidad de absorción de
agua (CAA) según la norma UNE-EN ISO
10545-3.
Un procesamiento análogo puede también aplicarse
a baldosas o ladrillos cara vista sobre cuya superficie a irradiar
mediante láser se hubiera dispuesto por cualquier procedimiento
conocido una cubierta vitrificable, siendo la naturaleza de dicha
cubierta, su porosidad y espesor, parámetros a considerar en la
optimización del proceso.
Estas etapas arriba descritas pueden llevarse a
cabo, en parte o en su totalidad, en la propia planta de
fabricación cerámica, o bien efectuarse fuera de la misma, en la
planta de almacenamiento de los materiales cerámicos. En cualquier
caso y atendiendo a las normativas vigentes en materia de salud
laboral, para la fase de irradiación deberá habilitarse un entorno
adecuado para el trabajo con el equipo de láser. Dicho entorno debe
asegurar la seguridad de los operarios en dos aspectos. En primer
lugar, debe estar equipada con unas pantallas de material
completamente opaco que aíslen los reflejos de radiación láser al
incidir sobre los materiales a tratar. Estas pantallas deben rodear
el espacio donde se encuentre el cabezal de emisión de la
radiación. Por otra parte, cada operario debe estar provisto de
gafas de protección para la radiación del láser de CO_{2}. En
segundo lugar, las instalaciones deben estar provistas de unos
sistemas de extracción de aire que aseguren la eliminación de las
partículas en suspensión procedentes de la superficie del material
irradiado.
Para el tratamiento descrito en el procedimiento
objeto de esta solicitud de patente, los equipos de láser pulsado
de CO_{2} se consideran especialmente adecuados, siendo la
potencia de trabajo y la velocidad de operación, parámetros del
proceso a controlar, en función de la reducción de porosidad del
material que se desee. No obstante, cualquier tipo de fuente láser
puede utilizarse si se garantizan las condiciones adecuadas de
operación.
La figura 1 es un Difractograma de la superficie
del bizcocho cerámico;
La figura 2 es el aspecto de la cubierta vítrea
en sección transversal (fotografía de microscopía óptica -barra=100
\mum-);
La figura 3 es el aspecto de la cubierta vítrea
en sección transversal (fotografía de microscopía electrónica de
barrido -barra=250 \mum).
El siguiente ejemplo pretende describir la
realización de la presente invención pero sin limitarla a las
condiciones de operación en adelante descritas.
Baldosa de mayólica obtenida a partir de pasta
para mayólica cuya composición química se indica en la Tabla 1, y
cuyos constituyentes mineralógicos son wollastonita, cuarzo,
mullita y anortita y cuyo difractograma de polvo obtenido en la
superficie previamente al tratamiento se ilustra en la Figura 1. El
valor medio de CAA se obtiene aplicando el método al vacío descrito
en la norma UNE-EN ISO 10545-3. En
dicho método se pesan las probetas secas, para posteriormente
someterlas a vacío durante 30 min., sumergiéndolas a continuación
en agua durante 15 min. Con la diferencia de masas entre las
probetas secas y húmedas se calcula el porcentaje de agua absorbida
(respecto a la masa seca). El valor medio de CAA obtenido para las
probetas de mayólica ensayadas previamente al tratamiento
(\varnothing) se recoge en la Tabla 2.
| SiO_{2} | Al_{2}O_{3} | Fe_{2}O_{3} | TiO_{2} | CaO | MgO | K_{2}O | Na_{2}O | Pérdida | |
| (% masa) | 56.1 | 13.3 | 0.6 | 0.6 | 4.3 | 11.5 | 1.5 | 0.1 | 11.7 |
| Probeta | CAA (%) |
| \varnothing | 12,2 |
| A | 0,2 |
| B | 4,6 |
| C | 1,5 |
| D | 10,6 |
Las probetas de mayólica son sometidas a
impregnación mediante inmersión total en una solución básica de
K_{2}SiO_{3}, durante un tiempo de 5 min., eliminándose el
exceso de solución por contacto con papel secante.
Las probetas son tratadas con un láser Macsa
Scriptmark 100W de CO_{2} de modo continuo, con una lente focal
de 195 mm. La potencia nominal es de 85 W, y la velocidad máxima de
trabajo de 700 mm/s. El haz es dirigido por dos espejos
galvanométricos controlados por ordenador con un área máxima de
trabajo de 100 cm^{2}. Su longitud de onda principal es de 10.6
\mum, presentando otra secundaria a 9.6 \mum. En la Tabla 3 se
muestran los cuatro ejemplos de condiciones instrumentales
ensayadas.
| Potencia | Velocidad | Focalización | Resolución | Interlienado | |
| (W) | (m/s) | (mm) | (%) | (mm) | |
| A | 85 | 0.7 | +50 | 50 | 0.1 |
| B | 85 | 0.7 | +50 | 50 | 0.05 |
| C | 85 | 0.7 | 0 | 50 | 0.1 |
| D | 85 | 0.7 | 0 | 50 | 0.05 |
Los resultados de la determinación del CAA en
probetas cúbicas a cuyas caras se les ha aplicado el tratamiento
descrito anteriormente se muestran en la Tabla 2, en la cual se
pone de manifiesto las notables reducciones del CAA, con valores
incluso inferiores al 1%.
La figura 2 corresponde a una microfotografía de
una sección transversal, realizada mediante microscopía polarizante
de luz transmitida, en la que se aprecia un espesor del cuerpo del
bizcocho vitrificado del orden de 200 \mum que se extiende a lo
largo de la sección del lado de la cara irradiada mediante
láser.
La figura 3 ilustra el aspecto de la superficie
vitrificada mediante el procedimiento descrito, observada en una
sección transversal en microscopía electrónica de barrido. En ella
se aprecia claramente la cubierta vítrea generada en la superficie,
con un espesor de unas 200 \mum, y una textura claramente
diferente del resto del cuerpo cerámico que forma el bizcocho.
Claims (7)
1. Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos caracterizado
por la aplicación sobre dichas superficies cerámicas de un
tratamiento físico-químico, que comprende una etapa
previa de impregnación del material con una solución química
precursora de óxidos formadores de vidrio, y que además presenta una
elevada absorbancia a la longitud de onda del láser utilizado en el
procedimiento, y una etapa posterior de irradiación de la
superficie impregnada del material mediante una fuente de láser,
que puede ser pulsada o continua, consiguiéndose mediante este
procedimiento una vitrificación total de dicha superficie del
material cerámico que modifica sus características estructurales y
funcionales, lo que produce una efectiva disminución de su
capacidad de absorción de agua.
2. Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos según la reivindicación
1ª, caracterizado porque la fuente de láser es de
Nd:YAG.
3. Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos según la reivindicación
1ª, caracterizado porque la fuente de láser es de
CO_{2}.
4. Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos según la reivindicación
1ª, caracterizado porque la fuente de láser es de diodos
láser de alta potencia.
5. Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos según las
reivindicaciones 1ª a 4ª, caracterizado porque incluye
además una etapa intermedia, posterior a la impregnación del
material y previa a la irradiación con láser de la superficie del
mismo, consistente en la eliminación del exceso de solución sobre la
superficie mediante cualquier procedimiento (por absorción,
evaporación, etc.).
6. Procedimiento de impermeabilización de
superficies de materiales cerámicos porosos según las
reivindicaciones 1ª a 5ª, caracterizado porque mediante la
variación de la composición química de la solución de impregnación,
se consiguen efectos de coloración o de decoración de la superficie
del material cerámico, obtenidos tras la irradiación de la misma
por láser.
7. Materiales cerámicos porosos
caracterizados por presentar una impermeabilización
superficial, obtenida mediante el procedimiento de
impermeabilización de superficies de materiales cerámicos porosos
según las reivindicaciones 1ª a 5ª.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200401994A ES2246720B1 (es) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Procedimiento de impermeabilizacion de superficies de materiales ceramicos porosos, mediante tratamiento con radiacion laser de dichas superficies previamente impregnadas con una solucion quimica precursora de oxidos formadores de vidrio. |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| ES200401994A ES2246720B1 (es) | 2004-08-02 | 2004-08-02 | Procedimiento de impermeabilizacion de superficies de materiales ceramicos porosos, mediante tratamiento con radiacion laser de dichas superficies previamente impregnadas con una solucion quimica precursora de oxidos formadores de vidrio. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2246720A1 true ES2246720A1 (es) | 2006-02-16 |
| ES2246720B1 ES2246720B1 (es) | 2006-11-01 |
Family
ID=35883635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2246720B1 (es) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1292174A (en) * | 1969-08-28 | 1972-10-11 | American Optical Corp | A method of forming an adherent coating on the surface of an article |
| US6531191B1 (en) * | 1996-04-17 | 2003-03-11 | Koninklijke Philips Electronics N.V. | Method of manufacturing a sintered structure on a substrate |
-
2004
- 2004-08-02 ES ES200401994A patent/ES2246720B1/es active Active
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Non-Patent Citations (4)
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| LAWRENCE, J. , LI, L. y SPENCER, J.T. A two-stage ceramic tile grout sealing process using a high power diode laserùGrout development and materials characteristics. Optics & Laser Technology. 6 de Abrill de 1998. Vol. 30, paginas 205-214. * |
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| LAWRENCE, J. y LI, L. The influence of a high power diode laser (HPDL) generated glaze on the wetting characteristics and the subsequent HPDL enamelling of ordinary Portland cement. Surface and Coatings Technology. 1 de Marzo 2001. Vol.137, paginas 77-85. * |
| LAWRENCE, J. y LI, L. The influence of a high power diode laser (HPDL) generated glaze on the wetting characteristics and the subsequent HPDL enamelling of ordinary Portland cement. Surface and Coatings Technology. 1 de Marzo 2001. Vol.137, páginas 77-85. * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2246720B1 (es) | 2006-11-01 |
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