ES2288332B1 - 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.
Campo técnico de la invención
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.
Estado de la técnica anterior a la invención
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.
Descripción detallada de la invención
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 1100ºC y 1320º, preferentemente de 1260ºC.
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.
Breve descripción de las figuras
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.
Modos de realización de la invención
La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes Ejemplos, los cuales no deben considerarse en absoluto restrictivos de su alcance.
\newpage
Ejemplo 1
Fabricación de piezas de material refractario
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 1260ºC 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
Ensayos de determinación de propiedades de las piezas de material refractario Ensayo de absorción de agua
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 110ºC 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:
1
Datos del ensayo realizado
2
Resistencia a ácidos
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.
Resistencia a la abrasión
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.
Dilatación térmica
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 110ºC 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 1000ºC con una velocidad de calentamiento de 5ºC/min como indica la norma mencionada.
El equipo registra datos de temperatura (ºC)-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:
3
El resultado del coeficiente de dilatación del soporte \alpha_{20-300}=65, 5 \cdot 10-7 ºC^{-1}.
Observación microscópica de la superficie de las piezas
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 1100ºC y 1320ºC.
7. Procedimiento según la reivindicación 6, caracterizado porque dicha temperatura es de 1260ºC.
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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