ES2288332A1 - Nuevo material refractario provisto de revestimiento porcelanico, procedimiento para su preparacion y sus aplicaciones. - Google Patents
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Abstract
Nuevo material refractario provisto de
revestimiento porcelánico, procedimiento para su preparación y sus
aplicaciones.
Dicho material comprende una primera zona (1)
constituida por un revestimiento vítreo porcelánico y una segunda
zona (2) constituida por un material refractario, dispuestas de tal
modo que dicho revestimiento vítreo porcelánico se encuentra sobre
dicho material refractario firmemente adherido al mismo y rellenando
íntegramente sus poros y microfisuras superficiales.
Dicho procedimiento comprende someter una
composición base de partida, constituida por arcilla porcelánica
(50-80% p/p) y sílice (50-20% p/p),
a una operación de cocción con prensado por doble carga.
Aplicación dentro del sector de la industria
cerámica, para la elaboración de piezas de construcción en general y
de piezas para aplicaciones arquitectónicas.
Description
Nuevo material refractario provisto de
revestimiento porcelánico, procedimiento para su preparación y sus
aplicaciones.
La presente invención se encuadra dentro del
campo de la industria cerámica y más especialmente del sector
correspondiente a los materiales refractarios.
De forma más especifica, la presente invención
proporciona un nuevo material refractario provisto de un
revestimiento porcelánico, que presenta importantes ventajas sobre
los materiales refractarios convencionales.
En la actualidad los materiales refractarios se
están fabricando a base de arcillas aluminosas y extraaluminosas,
cocidas a altas temperaturas, que ofrecen unos niveles de
resistencia a todo tipo de agentes externos, suficientemente altos
como para proporcionarles una estabilidad y durabilidad muy
aceptables por parte del consumidor.
Sin embargo, es bien sabido, que las mezclas de
arcillas de partida para la elaboración de materiales refractarios
poseen un alto contenido en óxido de hierro, presente bajo
diferentes formas minerales, junto con otros minerales
contaminantes.
Esta composición de la mezcla base conlleva
ciertos problemas, como son por ejemplo:
- la dificultad de decoración a nivel industrial
de la superficie de dichos materiales refractarios;
- la dificultad de incorporar una etapa de
esmaltado con garantías de calidad final, debido a las altas
temperaturas requeridas en el proceso de fabricación;
- la dificultad para aumentar la resistencia
mecánica y al desgaste en la superficie, derivada de la falta de
uniformidad en la granulometría del material refractario y su
elevada porosidad, lo que provoca el desgrane por tensiones de
cizalla durante su uso.
Dada la amplia diversidad de aplicaciones y usos
tanto industriales como decorativos que tienen los materiales
refractarios y la creciente demanda que está experimentando este
tipo de productos en el sector, sería muy deseable poder ofrecer
nuevos productos con los que se superasen los inconvenientes
expuestos anteriormente.
El solicitante ha encaminado sus esfuerzos
investigadores en esta línea y ha culminado exitosamente su
investigación con el desarrollo de un nuevo material refractario de
extraordinarias características y propiedades técnicas y
decorativas, que le han permitido concluir su invención, la cual se
expone con todo detalle en los siguientes apartados de la presente
memoria descriptiva.
La presente invención, tal y como se indica en
su enunciado, se refiere a un material refractario provisto de un
revestimiento porcelánico, a un procedimiento para su preparación y
a sus aplicaciones.
El nuevo material refractario provisto de
revestimiento porcelánico de la presente invención se caracteriza
porque comprende dos zonas bien diferenciadas, a saber: una primera
zona 1 constituida por un revestimiento vítreo porcelánico y una
segunda zona 2 constituida por un material refractario, dispuestas
de tal modo que dicho revestimiento vítreo porcelánico se
encuentra sobre dicho material refractario firmemente adherido al
mismo y rellenando íntegramente sus poros y
micro-fisuras superficiales, dotándole así de
completa impermeabilidad y de elevada resistencia superficial.
El material refractario de la invención se
ilustra en la Figura 1 donde se representa un corte transversal de
una pieza en el que pueden apreciarse claramente dichas zonas 1 y
2.
Si bien el espesor del revestimiento vítreo
porcelánico puede variar dentro de ciertos límites comprendidos
entre 0,10 mm y 10 mm, normalmente suele estar comprendido entre
0,25 mm y 5 mm.
La composición base de partida para dicho
material refractario es la siguiente:
- -
- Arcilla porcelánica: 50-80% (p/p)
- -
- Sílice: 50-20% (p/p)
pudiendo incluir dicha composición
proporciones variables de un pigmento, ajustadas lógicamente con
las cantidades de los otros dos componentes, para que la suma de
porcentajes sea del
100%.
Dicho pigmento no reviste especial importancia
dentro del alcance de la presente invención y los expertos en el
campo están perfectamente capacitados para elegir uno u otro,
dentro de los comúnmente empleados en el campo, siempre que no
afecte negativamente a las propiedades del producto final y sea
capaz de dotar al material refractario del color deseado dentro de
una amplia gama de tonalidades.
El procedimiento para la obtención del material
refractario de acuerdo con la presente invención, se caracteriza
porque comprende someter dicha composición base de partida
constituida por 50-80% (p/p) de arcilla
porcelánica, 50-20% (p/p) de sílice y pigmento a una
operación de cocción con prensado por doble carga, a una
temperatura comprendida entre 1100°C y 1320°, preferentemente de
1260°C.
La duración del proceso está comprendida entre
30 y 90 minutos, siendo normalmente de 1 hora aproximadamente.
El proceso se lleva a cabo en los hornos
convencionales para la fabricación para productos refractarios,
tanto por vía seca como por vía húmeda, pero dentro del ámbito de
la invención debe considerarse incluida la realización del
procedimiento en cualquier otro tipo de horno capaz de vitrificar
la arcilla porcelánica.
Hasta aquí, la genialidad de la invención reside
por una parte, en haber formulado una nueva composición química de
partida para la fabricación de un material refractario y, por otra,
en haber combinado la técnica de cocción (ya conocida para
fabricación de productos refractarios) con la técnica de prensado
por doble carga (ampliamente conocida para la fabricación de gres
porcelánico), para aplicarla a dicha nueva formulación.
Como resultado de este tratamiento se consigue
que al cocer la mezcla para obtener el soporte refractario, se
produzca la vitrificación del revestimiento superficial constituido
principalmente por elevados porcentajes de arcilla porcelánica
atomizada, sílice natural y el pigmento de la tonalidad
deseada.
El material refractario de la presente invención
es susceptible de conformarse en piezas del tamaño y la forma que
se desee en función de la aplicación que se le vaya a dar.
Asimismo, dichas piezas son susceptibles de ser decoradas con
diferentes tipos de motivos y relieves. Así por ejemplo, en las
Figuras 2 y 3 se ilustran diferentes tipos de piezas de material
refractario provistas de revestimiento porcelánico según la
invención. Precisamente dichas piezas fueron algunas de las que se
mostraron en el Salón Internacional de la Cerámica -CEVISAMA 2004-
(2 a 6 de marzo de 2.004 que se reivindica como prioridad de la
presente solicitud de patente).
El material refractario de la presente
invención, además de las aplicaciones y usos convencionales de los
materiales refractarios, gracias a sus prestaciones mecánicas y
decorativas es especialmente útil para aplicaciones arquitectónicas
de altas prestaciones, por ejemplo, decoración de chimeneas y
revestimiento de superficies sometidas a ambientes agresivos; y en
construcción en general, por ejemplo, pavimentos, revestimientos
cerámicos rústicos; enmallados, ladrillos, maceteros, barbacoas,
hornos, etc.
En el apartado de "Modos de Realización de la
Invención" que se expondrá más adelante, se indicarán una serie
de ensayos a que ha sido sometido el material refractario de la
presente invención, poniéndose de manifiesto las propiedades
técnicas que posee a diferencia de las que adolecen los materiales
refractarios convencionales.
Es por ello, que la presente invención ha
conseguido de una forma sencilla y económica, que no supone al
sector grandes cambios tecnológicos, sino pequeñas adaptaciones de
sus medios, proporcionar un producto que mejora enormemente las
propiedades técnicas y decorativas de los actuales haciéndole
extraordinariamente competitivo en el sector de la construcción en
general y en aplicaciones arquitectónicas de altas prestaciones, en
particular.
Figura 1.- Corte transversal del material
refractario de la invención. 1: Revestimiento vítreo porcelánico;
2: Material refractario.
Figura 2.- Piezas de material refractario de la
invención.
Figura 3.- Piezas decoradas de material
refractario de la invención.
Figura 4.- Fotografía microscópica (vista
frontal) de una zona de una pieza de material refractario de la
invención conteniendo micro-fisuras cubiertas de
recubrimiento vítreo porcelánico.
Figuras 5 y 6.- Fotografías microscópicas
(vistas transversales) de sendas zonas de una pieza de material
refractario de la invención conteniendo
micro-fisuras completamente rellenas con el
recubrimiento vítreo porcelánico.
La presente invención se ilustra adicionalmente
mediante los siguientes Ejemplos, los cuales no deben considerarse
en absoluto restrictivos de su alcance
\newpage
Ejemplo
1
Se fabricaron piezas cuadradas (20 x 20 cm) de
material refractario, como las ilustradas en las Figura 2, a partir
de una composición que contenía 79% (p/p) de arcilla porcelánica,
20% (p/p) de sílice y 1% de pigmento de tonalidad rojiza. La mezcla
se sometió a un proceso de cocción con prensado por doble carga, a
una temperatura del orden de 1260°C durante 1 hora.
El proceso se repitió para obtener baldosas
cuadradas más pequeñas de 11 x 11 cm.
Las baldosas refractarias así obtenidas, se
sometieron a diferentes ensayos para determinar sus
propiedades.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
2
Se sometieron las piezas a ensayos de absorción
de agua siguiendo las especificaciones de la norma
UNE-EN ISO 10545-3, con el
procedimiento que se describe a continuación:
Se realizó el ensayo de 3 baldosas enteras de
formato 20 x 20 cm y una de 11 x 11 cm. que previamente se habían
secado a 110°C hasta peso constante. Se pesó cada probeta en
balanza electrónica con una precisión de \pm 0,1 g y se anotaron
los resultados.
A las probetas pesadas se les aplicó el método
de ebullición. Para ello se colocaron las probetas verticalmente
en un recipiente calentador lleno de agua por encima del nivel de
las piezas, una altura superior a 5 cm, altura que se mantuvo
durante todo el ensayo. Se llevó el agua a ebullición y se mantuvo
en estas condiciones durante 2 horas. A continuación se retiró la
fuente de calentamiento y se dejaron enfriar las probetas sumergidas
en agua hasta que alcanzaron la temperatura ambiente añadiendo una
pequeña cantidad de agua. Se secaron las paredes de las probetas
con una gamuza húmeda y escurrida y se pesaron las mismas.
Para la determinación de la cantidad de agua
absorbida por la probeta se aplicó la siguiente ecuación de
cálculo:
Se sometieron las baldosas a ensayos de
resistencia a ácidos siguiendo el procedimiento descrito en la
norma UNE-EN ISO 10545-13, para
baldosas esmaltadas.
La solución utilizada fue una solución de ácido
clorhídrico al 3% (v/v), preparada a partir de ácido clorhídrico
concentrado (\rho = 1,19 g/l). Dicha solución se mantuvo durante
cuatro días con agitación suave una vez al día y se reemplazó al
cabo de dos días del ensayo.
El examen visual por reflexión de luz de las
zonas atacadas en las piezas sometidas a examen no presentó ningún
efecto visible de cambio de aspecto, observándolas desde cualquier
ángulo.
Para medir este valor se sometieron las baldosas
a ensayos descritos en la norma UNE-EN ISO
10545-7 "Determinación de la resistencia a la
abrasión superficial de las baldosas esmaltadas".
Se sometieron las baldosas a 12000 revoluciones
con la carga abrasiva normalizada y tras la observación visual de
las piezas ensayadas junto a una baldosa no ensayada, no se
apreciaron diferencias de aspecto después de ser manchadas y
limpias según la norma ISO 10545-14 en su apartado
D. Esto permitió clasificar las baldosas como pertenecientes a la
clase 5.
De las piezas cocidas se cortó una probeta
pequeña para el ensayo y se siguió el procedimiento que establece
la norma UNE-EN ISO 10545-8,
"Determinación de la dilatación térmica lineal de baldosas
cerámicas", para determinar la expansión térmica de una baldosa
cerámica.
Se secó la probeta a 110°C hasta alcanzar un
peso constante y se dejó enfriar en un desecador. Se midió la
probeta antes de la dilatación L_{0}=40,3 mm.
Se sometió la probeta a ensayo en un dilatómetro
marca BAHR, MODELO DIL 801 L, con un ciclo de calentamiento hasta
una temperatura de 1000°C con una velocidad de calentamiento de
5°C/min como indica la norma mencionada.
El equipo registra datos de temperatura
(°C)-expansión térmica (\mum) a razón de 19
datos/min, lo que nos asegura una precisión por encima de la
requerida.
La ecuación de cálculo aplicada para el valor
del coeficiente de dilatación, \alpha, es:
El resultado del coeficiente de dilatación del
soporte \alpha_{20-300}=65, 5 \cdot
10-7 ºC^{-1}.
La observación visual de aparentes
micro-fisuras en la superficie de las piezas hizo
dudar de la posible impermeabilidad de la superficie proporcionada
por el revestimiento vítreo porcelánico. Para conocer la situación
real, se realizaron fotografías de la superficie de las piezas y de
piezas cortadas por estas micro-fisuras. El equipo
utilizado fue una lupa Leica de 6-80 aumentos
equipada con cámara de fotografía JVC.
En la Figura 4, se muestra la fotografía de la
vista frontal de la superficie que presenta una estructura de
microfisuras localizadas alrededor de grandes granos de cuarzo, con
un fondo brillante de aspecto vítreo desarrollado durante la
cocción.
En las fotografías de la vista transversal de
las piezas cortadas (Figuras 5 y 6) se puede apreciar que las
fisuras están circunscritas al entorno de los granos de cuarzo de
mayor granulometría. Se aprecia que presentan un fondo brillante de
aspecto vítreo que las envuelve por completo, evitando que se
prolonguen hacia el interior.
Se aprecia también que la formación de la fase
vítrea del recubrimiento impermeabiliza por completo el soporte de
material refractario.
Claims (13)
1. Material refractario provisto de
revestimiento porcelánico, caracterizado porque comprende
dos zonas bien diferenciadas, a saber: una primera zona 1
constituida por un revestimiento vítreo porcelánico y una segunda
zona 2 constituida por un material refractario, dispuestas de tal
modo que dicho revestimiento vítreo porcelánico se encuentra sobre
dicho material refractario firmemente adherido al mismo y
rellenando íntegramente sus poros y micro-fisuras
superficiales.
2. Material refractario según la reivindicación
1, caracterizado porque el espesor de dicho revestimiento
vítreo porcelánico está comprendido entre 0,10 mm y 10 mm.
3. Material refractario según la reivindicación
2, caracterizado porque dicho espesor está comprendido entre
0,25 mm y 5 mm.
4. Material refractario según la reivindicación
1, caracterizado porque la composición base de partida para
dicho material refractario es la siguiente:
- -
- Arcilla porcelánica: 50-80% (p/p)
- -
- Sílice: 50-20% (p/p)
pudiendo incluir adicionalmente
dicha composición un
pigmento.
5. Material refractario según la reivindicación
4, caracterizado porque dicha composición base de partida
comprende esencialmente:
- -
- Arcilla porcelánica: 80% (p/p)
- -
- Sílice: 20% (p/p)
y, opcionalmente, un
pigmento.
6. Procedimiento para la obtención de un
material refractario, tal y como se ha definido en la
reivindicación 1, caracterizado porque comprende someter una
composición base de partida, tal y como se ha definido en la
reivindicación 4, a una operación de cocción con prensado por doble
carga, a una temperatura comprendida entre 1100°C y 1320°C.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque dicha temperatura es de 1260°C.
8. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado porque la duración de dicha operación de
cocción con prensado está comprendida entre 30 y 90 minutos.
9. Procedimiento según la reivindicación 8,
caracterizado porque la duración de dicha operación es de
aproximadamente 1 hora.
10. Uso del material refractario provisto de
revestimiento porcelánico definido en la reivindicación 1, en la
elaboración de piezas para aplicaciones arquitectónicas.
11. Uso según la reivindicación 10,
caracterizado porque dichas piezas están seleccionadas entre
piezas decorativas para chimeneas y para el revestimiento de
superficies sometidas a ambientes agresivos.
12. Uso del material refractario provisto de
revestimiento porcelánico definido en la reivindicación 1, en
elaboración de piezas para construcción.
13. Uso según la reivindicación 12,
caracterizado porque dichas piezas se seleccionan del grupo
formado por pavimentos, revestimientos cerámicos rústicos,
enmallados, ladrillos, maceteros, barbacoas, hornos.
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