ES2266575T3

ES2266575T3 - Procedimiento para la produccion de losas y paneles en material ceramico y producto obtenido a partir del mismo.

Info

Publication number: ES2266575T3
Application number: ES02772815T
Authority: ES
Inventors: Marcello Toncelli
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2002-09-04
Publication date: 2007-03-01
Anticipated expiration: 2022-09-04
Also published as: EP1534483A1; DE60212727T2; DE60212727D1; CA2494853A1; EP1534483B1; PT1534483E; WO2004022295A1; AU2002337620A1; BR0215846A; CA2494853C; CN100352636C; CN1668430A; ATE330763T1

Abstract

Procedimiento para la producción de losas y paneles de cerámica, del tipo en el que se prepara una mezcla formada por: - material cerámico que presenta la forma de arena, en una cantidad no superior a 60% en volumen secado, - una etapa de aglutinación constituida por polvos cerámicos y un aditivo constituido por silicato sódico en la forma de una solución acuosa. a los que se aplica una acción de vibrocompactación al vacío antes de una etapa de secado y una etapa de cocción, caracterizado porque al menos 1,1% en volumen de fibras inorgánicas transparentes de alta fusión se añade a dicha mezcla, presentando dicho material cerámico una granulometría inferior a 2,5 mm.

Description

Procedimiento para la producción de losas y paneles en material cerámico y producto obtenido a partir del mismo.

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de losas de cerámica y el producto resultante.

Las losas de material cerámico ya son conocidas y producidas bajo la marca registrada Lapitech. Se producen utilizando un procedimiento de vibrocompactación que difiere de la tecnología convencional utilizada en el sector de la cerámica, en el que la formación de losas y paneles se suele obtener por medio de la exclusiva acción de la presión aplicada por medio de prensas que deben generar grandes presiones, lo que explica el motivo de que en la tecnología convencional existan límites en lo que respecta al tamaño -realmente bastante limitado- de las losas o paneles que se pueden producir.

El procedimiento Lapitech se da a conocer en la patente italiana nº 1.311.858 y consiste, con el fin de producir losas de material cerámico, en la preparación de una mezcla constituida por un granulado, que presenta, preferentemente, la forma de arena, obtenido a partir de la granulación de materiales de piedra natural o de material cerámico (también denominados en la jerga técnica como "charnottes" o "precocidos") y una etapa de aglutinación que consiste en polvos cerámicos que se mezclan con un aglutinante inorgánico, con base de agua, de modo que le imparte una movilidad suficiente.

Haciendo referencia especial a la composición de la mezcla inicial, se debe subrayar que:

-: el granulado (que presenta un tamaño de grano máximo no inferior a 2,5 mm) puede estar compuesto por materiales naturales tales como feldespato, porfirio, granito, sienitas, basalto, aunque, según se explica a continuación, su utilización da lugar a problemas y es preferible emplear materiales cerámicos, tales como porcelana y grés;

-: la etapa de aglutinación está constituida por polvos cerámicos y un aglutinante refractario, en la que:

(i): los polvos de cerámica (que presentan un tamaño de grano inferior a 0,04 mm) son feldespato, nefelina, sienitas mezcladas con arcillas y/o caolín, y mezclas obtenidas a partir de dichos materiales con la adición, además, de otros ingredientes. Estos polvos, después de la cocción final, forman la matriz cerámica continua de la losa final;

(ii): El aglutinante refractario está constituido preferentemente por silicato sódico (cristal soluble) en la forma de una solución acuosa u opcionalmente otros tipos de aglutinantes refractarios y se introduce durante la etapa de secado.

En condiciones normales, durante la puesta en práctica actual de este procedimiento, se utilizan solamente materiales cerámicos que presentan la forma de arenas, puesto que los gránulos de material natural plantean dificultades por cuanto que no son estables a temperaturas elevadas, haciendo prácticamente imposible producir el producto: la variación en sus dimensiones, o en su fusión durante el ciclo térmico, da lugar a grietas microscópicas o picaduras en el producto.

Por lo tanto, las cerámicas precocidas, que presentan la forma de arenas, se utilizan en cantidades tales que estabilicen suficientemente el producto, para evitar, de esta manera, una contracción excesiva que pudiera dar lugar a fisuras, formando dichas cantidades aproximadamente un 60% de la composición final.

El aditivo aglutinante, que suele estar constituido -como ya se ha mencionado- por una solución acuosa de silicato sódico, debe añadirse en cantidades suficientes para poder saturar los intersticios presentes entre los polvos.

El procedimiento para la producción de losas o paneles está constituido por una etapa de formación, en la que la mezcla se hace vibrar, aplicando al mismo tiempo una presión sobre la mezcla por medio del ariete hidráulico de una prensa y produciendo un cierto vacío.

El producto así obtenido se seca primero y a continuación, se cuece a alta temperatura, obteniéndose una losa que presenta las características típicas de los materiales cerámicos. En particular, presenta una baja absorción de agua del orden de magnitud del 0,30 al 0,35% en peso.

Durante la etapa de secado, el agua, contenida en el silicato sódico, se evapora con lo que el producto sufre una contracción lineal de aproximadamente un 1,1%. Durante la posterior etapa de cocción, se produce una contracción lineal de 5% a 6%, aproximadamente, lo que significa un valor de contracción total de un 18% en volumen.

Durante la etapa de secado, las partículas que forman los polvos cerámicos, debido a la acción del silicato sódico, se aglutinan juntas, haciendo que la losa secada sea rígida y robusta en tal medida que se pueda manipular; los gránulos, que forman el "precocido", se mueven en cambio entre sí, pero es de fundamental importancia que no entren mutuamente en contacto, puesto que ello podría evitar una contracción mayor del producto con la consiguiente formación de grietas.

Hasta ahora, para evitar el fenómeno no deseable de formación de fisuras durante la etapa de secado, el granulado precocido debe presentar una granulometría, cuyo valor máximo debe ser, preferentemente, mayor que 3 mm, aun cuando valores de 2,5 mm son, sin embargo, aceptables.

Por el contrario, con granulometrías máximas menores que 2 a 2,5 mm, el producto se agrietaría.

Según una explicación plausible, el granulado cerámico presenta el efecto de estabilizar el producto mientras se está secando, pero una reducción en la granulometría por debajo de los valores mencionados daría lugar a grietas en el producto secado.

Para evitar este problema, se consideró la posibilidad de añadir fibras a la mezcla, con el fin de reforzarla y estabilizarla, evitando, de este modo, grietas durante el secado. El porcentaje de precocido, en la composición final, se puede reducir, de este modo, a valores incluso inferiores a 60% en peso.

Las fibras realizan su función de reforzar la mezcla durante el proceso de secado y, por consiguiente, durante la contracción inicial; a medida que la mezcla pierde agua, el aglutinante inorgánico realiza su función, de modo que, al final de la etapa de secado, las losas presentan una consistencia notable que a continuación se mantiene durante la etapa de cocción en hornos de cilindros (hasta unos 1.200ºC) según la naturaleza refractaria del aglutinante. En primer lugar, se consideró la posibilidad de utilizar fibras orgánicas que, al comienzo de la etapa de cocción (en torno a 400ºC), debido al calor, se queman, y por tanto desaparecen, dichas fibras; sin embargo, presentan el inconveniente de que generan pequeñas cavidades en el material que, a un nivel superficial, dan lugar a defectos estéticos, que son claramente visibles.

Con el fin de superar este inconveniente, se consideró la posibilidad, además, de preparar dos mezclas, ambas con la misma composición, con el fin de crear dos capas, una dispuesta encima de la otra, en la que se añadieron fibras orgánicas a la capa inferior, mientras que la capa superior estaba desprovista de ellas. Evidentemente, la capa inferior estaba destinada a formar la superficie no visible de la losa final (puesto que presentaba defectos en su superficie), mientras que la capa superior, al estar libre de defectos, estaba prevista para formar la superficie visible de la losa resultante. Por lo tanto, el resultado fue un producto compuesto en el que la capa inferior actuaba como soporte para la capa superior (durante la etapa de secado) evitando, de este modo, el riesgo de que se produzcan grietas.

Evidentemente, el proceso industrial correspondiente era más complejo y la losa final estaba sujeta a una posible falta de uniformidad en sus propiedades mecánicas.

El uso de fibras inorgánicas, tales como fibras de vidrio, fue adoptado posteriormente. No obstante, incluso cuando se utiliza fibras de vidrio normales, durante la etapa de secado, realizan la función de refuerzo para evitar la formación de grietas, pero son objetivo de fusión durante la cocción posterior creando, de este modo, cavidades visibles que resultan en defectos.

A su vez, el uso de cerámicas que presentan la forma de arenas, con la granulometría a la que se hizo referencia anteriormente, es decir, normalmente superior a 2,5 mm, da lugar a los inconvenientes siguientes:

-: en el producto final se pueden apreciar claramente los grandes gránulos de la cerámica que presentan la forma de arenas y esto presenta un efecto negativo sobre su apariencia estética;

-: no es posible crear efectos veteados;

-: el enlace químico que se forma entre la matriz de polvos y los gránulos de cerámica, que presenta la forma de arenas, no es muy fuerte en vista de la falta de compatibilidad completa y de este modo, la resistencia mecánica, aunque es satisfactoria, no es muy grande, alcanzando solamente valores de la resistencia a la tracción-flexión de 20 a 25 N/mm^{2}.

Con el fin de obtener un efecto estético agradable, al mismo tiempo que conserva esta granulometría, sería, por lo tanto, necesario utilizar arenas que presenten el mismo color que el de la matriz; sin embargo, en este caso, siempre que sea preciso variar este aspecto, sería necesario utilizar arenas de diferentes colores con la consecuencia, por una parte, de modificaciones en el proceso de producción de arenas y, por otra parte, de una mayor complejidad de las instalaciones de producción.

Sin embargo, aun cuando se utilicen arenas con el mismo color que la matriz de polvos, los gránulos seguirían siendo visibles.

Si el tamaño de grano tuviera que reducirse, el impacto visual de las arenas se vería muy reducido y de este modo, sería posible utilizar arenas con un solo color -blanco translúcido (semitransparente)- y proporcionar la coloración final añadiendo pigmentos coloreados a la mezcla, dependiendo del efecto deseado. Sin embargo, hasta ahora, esto no fue factible debido a la aparición, ya citada, de fisuras en la losa.

Además, si se utilizaron arenas finas, la resistencia mecánica del producto aumentaría de forma considerable.

El objetivo principal de la presente invención consiste en resolver, de una manera industrialmente ventajosa, los problemas e inconvenientes citados anteriormente y, en particular, producir, utilizando el procedimiento de vibrocompactación por vacío, del tipo antes indicado, losas de material cerámico, también de tamaño considerable y posiblemente, de un grosor limitado, a partir de polvos cerámicos precocidos y cerámicas que presenten la forma de arenas, con un contenido reducido de estas últimas, en particular no mayor que el 60% al 65% en volumen del producto final y en el que, además, el tamaño del grano de la cerámica, que presenta la forma de arenas, se reduce sustancialmente a valores, bastante menores que 2,5 mm.

Un objetivo particular de la presente invención consiste en producir losas del tipo citado anteriormente utilizando los polvos cerámicos indicados anteriormente, de modo que, por una parte, se mejoran las características estéticas de producto resultante y, por otra parte, no solamente no se producen grietas ni fisuras en el material de losa producido, sino que también aumenta considerablemente la resistencia mecánica del material resultante.

Estos y otros objetivos se consiguen con el procedimiento, según la presente invención, para la producción de losas de material cerámico, del tipo en el que se prepara una mezcla constituida por material cerámico que presenta la forma de arena, en una cantidad no superior al 60% en volumen del producto secado y una etapa de aglutinación consistente en polvos cerámicos tal como fue definido anteriormente y de silicato sódico, en forma de solución acuosa como un aditivo, cuya mezcla se somete a una acción de vibrocompactación en vacío, preferentemente del tipo descrito en la patente italiana nº 1.311.858, anterior a una etapa de secado y una etapa de cocción, caracterizado porque:

-: dicho material cerámico, que presenta la forma de arena, presenta un tamaño de grano inferior a 2,5 mm, preferentemente inferior a 1 mm y todavía más preferentemente, entre 0,3 y 0,5 mm;

-: dicha solución acuosa de silicato sódico presenta una concentración superior a 24º Baumé, preferentemente 36º Baumé, y porque

-: se añaden, a dicha mezcla, fibras transparentes inorgánicas de alta fusión, preferentemente fibras de vidrio de alta fusión.

En una forma de realización preferida de la presente invención, dichas fibras de vidrio de alta fusión presentan una longitud de entre 3 y 14 mm y se añaden a la mezcla inicial en una cantidad equivalente a aproximadamente un 2% en volumen.

Según una forma de realización alternativa, destinada a la producción de una losa con las características citadas anteriormente, que presenta asimismo propiedades de resistencia al aplastamiento, dicha losa es fabricada mediante distribución, en sucesión, dentro del molde de formación, de dos capas de mezcla de la composición antedicha y colocando, entre las dos capas de material, con una disposición aleatoria, alambres (aproximadamente de 20 mm de longitud y de un diámetro de 0,6 mm) realizados en acero inoxidable (opcionalmente niquelados) o de aleaciones metálicas que no se oxida a altas temperaturas de cocción (por ejemplo, aleación Inconel). Alternativamente, es posible utilizar una malla resistente al aplastamiento realizada en el mismo tipo de material.

En la definición anterior, la expresión "fibra de alta fusión" se entiende como una fibra inorgánica refractaria que, a las temperaturas utilizadas para cocer el producto suministrado a partir de la etapa de secado, no se funde pero que, en su mayor parte, sufre un ablandamiento, de modo que no da lugar a los desagradables efectos estéticos citados anteriormente. Además, una fibra inorgánica con estas características no impide que el producto se contraiga durante la etapa de secado.

Una fibra de vidrio de alta fusión (con óxido de zirconio), comercialmente disponible bajo el nombre de "Cemfil" ha demostrado ser especialmente ventajosa para la presente invención.

En lo que se refiere a la solución acuosa de silicato sódico, según la presente invención, se descubrió que se obtienen resultados particularmente ventajosos cuando la concentración de silicato sódico es de 36º Baumé.

Concentraciones superiores a 48º Baumé son todavía más ventajosas en términos de acción aglutinante durante la etapa de secado pero, en este caso, la duración de secado se amplía de forma considerable.

Por último, hay que subrayar que un tamaño menor de la cerámica que presenta la forma de arenas en la mezcla inicial aumenta su adhesión a los polvos cerámicos (previstos para formar la matriz de cerámica continua) y, en consecuencia, se produce un aumento en la resistencia mecánica del producto que alcanza valores de 40 N/mm^{2} en las pruebas de rotura por tracción-flexión.

Además, la considerable disminución en el tamaño del grano del material cerámico, que presenta la forma de arenas (que en la forma de realización preferida se reducen desde valores superiores a 2,5 mm a valores entre 0,3 y 0,5 mm) no resulta solamente en mejoras sustanciales en términos de efecto visual, en el sentido de evitar la visibilidad de los gránulos individuales sobre la superficie, sino que también permite obtener un efecto de veteado, que es muy similar al de los materiales naturales.

Según la presente invención, las losas de material cerámico se caracterizan, por lo tanto, por un aspecto estético mejorado, debido a la falta de defectos en la superficie y porque los gránulos de cerámica, que presentan la forma de arenas, no son visibles, sino que, por el contrario, se obtiene un efecto veteado.

Se caracterizan, además, por una resistencia mecánica mejorada que alcanza valores tan altos como 40 N/mm^{2} en las pruebas de rotura por flexión-tracción.

Otra importante propiedad de las losas, según la presente invención, es la de su porosidad disminuida; en efecto, presentan una absorción de agua de aproximadamente un 0,10% en peso.

Por último, no debe olvidarse que estas losas se pueden producir en tamaños grandes, que son particularmente útiles para solados y revestimiento de paredes; en este último caso, es también posible combinar un efecto resistente al aplastamiento que, en el caso de sucesos extraordinarios (tales como movimientos sísmicos), evita la rotura de las losas en numerosos fragmentos, que se desprenderían de la pared y caerían al suelo.

A título de ejemplo no limitativo, se dan a conocer a continuación dos formas de realización de la presente invención.

Ejemplo 1 Formulación volumétrica para una mezcla con una proporción de arena/polvo de 60/40

Silicato sódico a 36º Baumé	22,8%
Mezcla de polvos cerámicos	30,0%
Cerámica que presenta la forma de arena (granulometría de 0 a 0,6 mm)	45,2%
Fibra "Cemfil"	2,0%

Ejemplo 2 Formulación volumétrica para una mezcla con una proporción de arena/ polvo de 50/50

Silicato sódico a 36º Baumé	26,5%
Mezcla de polvos cerámicos	35,8%
Cerámica que presenta la forma de arena (granulometría de 0 a 0,6 mm)	45,2%
Fibra "Cemfil"	2,0%

Aunque la invención ha sido descrita haciendo referencia a las formas de realización preferidas, se apreciará que pueden introducirse modificaciones y variaciones conceptualmente diferentes sin apartarse del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Por ejemplo, como ya fue mencionado, en lugar de una solución acuosa de silicato sódico se pueden utilizar otros aglutinantes refractarios, también en forma de solución acuosa.

Claims

1. Procedimiento para la producción de losas y paneles de cerámica, del tipo en el que se prepara una mezcla formada por:

-: material cerámico que presenta la forma de arena, en una cantidad no superior a 60% en volumen secado,

-: una etapa de aglutinación constituida por polvos cerámicos y un aditivo constituido por silicato sódico en la forma de una solución acuosa.

a los que se aplica una acción de vibrocompactación al vacío antes de una etapa de secado y una etapa de cocción, caracterizado porque al menos 1,1% en volumen de fibras inorgánicas transparentes de alta fusión se añade a dicha mezcla, presentando dicho material cerámico una granulometría inferior a 2,5 mm.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material cerámico que presenta la forma de arena tiene una granulometría inferior a 1 mm.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho material cerámico que presenta la forma de arena tiene una granulometría de entre 0,3 y 0,5 mm.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la cerámica que presenta la forma de arena es del tipo precocido.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha solución acuosa de silicato sódico presenta una concentración superior a 24º Baumé.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque dicha solución acuosa de silicato sódico presenta una concentración de 36º Baumé.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque dichas fibras inorgánicas transparentes de alta fusión son fibras de vidrio de alta fusión.

8. Procedimiento según la reivindicación 7, caracterizado porque dichas fibras de vidrio de alta fusión presentan una longitud de entre 3 y 14 mm y se añaden en cantidades de aproximadamente 2% en volumen.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque, con el fin de presentar propiedades de resistencia al aplastamiento, la losa o el panel se fabrica depositando en sucesión dos capas de la mezcla dentro del molde de formación y colocando entre dichas dos capas, en una disposición aleatoria, alambres realizados en acero inoxidable o en aleaciones de metales que no se oxidan a las altas temperaturas de cocción.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado porque dichos alambres presentan una longitud de aproximadamente 20 mm y un diámetro de aproximadamente 0,6 mm.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque dichos alambres están realizados en acero inoxidable que está opcionalmente niquelado.

12. Procedimiento según la reivindicación 10, caracterizado porque dichos alambres están realizados en una aleación de Inconel.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, caracterizado porque dichos alambres presentan la forma de una malla preformada.

14. Losa de material cerámico, formada por medio de secado y cocción de una mezcla inicial constituida por:

-: material cerámico que presenta la forma de arena, en una cantidad no superior a 60% en volumen de peso secado; y

-: una etapa de aglutinación constituida por polvos cerámicos y un aditivo constituido por silicato sódico en la forma de una solución acuosa,

caracterizada porque al menos 1,1% en volumen de fibras inorgánicas transparentes de alta fusión se añaden a dicha mezcla, presentando dicho material cerámico una granulometría inferior a 2,5 mm.

15. Losa según la reivindicación 14, caracterizada porque dicho material cerámico que presenta la forma de arena tiene una granulometría inferior a 1 mm.

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16. Losa de material cerámico según la reivindicación 14, caracterizada porque dicho material cerámico que presenta la forma de arena tiene una granulometría entre 0,3 y 0,5 mm.

17. Losa de material cerámico según la reivindicación 14, caracterizada porque dicha solución acuosa de silicato sódico presenta una concentración superior a 24º Baumé.

18. Losa de material cerámico según la reivindicación 14, caracterizada porque dicha solución acuosa de silicato sódico presenta una concentración superior a 36º Baumé.

19. Losa de material cerámico según la reivindicación 14, caracterizada porque dichas fibras inorgánicas de alta fusión son fibras de vidrio de alta fusión.

20. Losa de material cerámico según la reivindicación 19, caracterizada porque dichas fibras de vidrio de alta fusión presentan una longitud de entre 3 y 14 mm y se añaden en una cantidad de aproximadamente 2% en volumen.

21. Losa de material cerámico, según la reivindicación 14, que presenta propiedades de resistencia al aplastamiento, caracterizada porque está constituida por dos capas de dicha mezcla entre las que, antes del secado y de la cocción, se han distribuido en una disposición aleatoria alambres realizados en acero inoxidable o en aleaciones de metales que no se oxidan a altas temperaturas de cocción.

22. Losa de material cerámico según la reivindicación 21, que presenta propiedades de resistencia al aplastamiento, caracterizada porque dichos alambres adoptan la forma de una malla preformada.

23. Losa de material cerámico según la reivindicación 14, caracterizada porque en las pruebas de rotura por flexión-tracción, presenta valores de 40 N/mm^{2} y presenta una absorción de agua de aproximadamente 0,10% en peso.