ES2965350T3 - Baldosas o losas de material cerámico compactado - Google Patents

Baldosas o losas de material cerámico compactado Download PDF

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Abstract

La invención se refiere a tejas o losas que comprenden un material cerámico cocido que tiene una composición química con una combinación particular de óxidos; a un método para la fabricación de dichas losas o losas; y al uso de los mismos para aplicaciones de construcción o decoración. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Baldosas o losas de material cerámico compactado
Campo de la invención
La invención se refiere a composiciones y propiedades de baldosas o losas, especialmente baldosas o losas de gran formato, que comprenden un material cerámico, tal como un material cerámico altamente compactado. Estas baldosas o losas pueden usarse para aplicaciones de construcción y decoración. La invención también se refiere a un método de fabricación de las baldosas o losas.
Antecedentes de la invención
Actualmente existe una tendencia constante en el mercado de las baldosas de cerámica hacia baldosas o losas de grandes dimensiones (o de gran formato) que tienen una porosidad abierta y una absorción de agua extremadamente reducidas, junto con una excelente resistencia mecánica y química/UV.
Muchas de estas baldosas o losas de gran formato comprenden una capa de cerámica porcelánica vitrificada muy compactada, que frecuentemente incorpora capas o depósitos adicionales para decoración, protección o texturización, aplicadas a una o ambas superficies principales de la capa de cerámica. Las baldosas o losas normalmente se consideran de gran formato cuando superan por ejemplo 1,2 m x 0,6 m, pudiendo alcanzar hasta 3,2 x 1,6 m o más, en una diversidad de espesores de 3 mm a 30 mm.
Las baldosas o losas de gran formato, que pueden proporcionarse con decoraciones de superficie y de cuerpo muy ricas, están encontrando un uso cada vez mayor en aplicaciones en las que anteriormente se empleaban losas de gran formato de piedras naturales o artificiales, tales como encimeras de cocina o tocador, salpicaderos de cocina, revestimiento de pared, revestimiento de muebles, tableros de mesa, baldosas de fachada ventilada, tableros de estufas, chimeneas, entre otros. Para la mayoría de estas aplicaciones, las baldosas o losas de gran tamaño, frecuentemente de 12 a 30 mm de grosor, deben cortarse a medida, para adaptarlas al uso previsto (por ejemplo, como encimera de cocina, baldosa de fachada o tablero de mesa).
Se conocen composiciones y procesos para la fabricación de las referidas baldosas o losas de gran formato, comercializando múltiples fabricantes actualmente esos productos y la maquinaria para su producción a escala industrial.
Frecuentemente se usa circón u otros minerales o materiales que tienen un alto contenido de circón en cantidades relativas elevadas como materia prima en la fabricación de las capas de cerámica utilizadas en las losas y baldosas de gran formato, tal como en capas de cerámica de pasta muy blanca, debido a sus buenas características opacificantes. El circón aumenta la luminosidad del color blanco de la capa de cerámica.
Estas capas de cerámica que contienen altas cantidades de circona, cuando se fabrican con la blancura deseada, alta resistencia mecánica, alta densidad y baja porosidad (baja absorción de agua), tienen el importante inconveniente de que tienden a ser difíciles de cortar, incluso para canteros expertos que usan herramientas especializadas, más notablemente si el espesor de la capa de cerámica en la losa o baldosa es > 12 mm.
El documento WO2016193500 desvela materiales cerámicos compactados, incluyendo losas de 3,20 x 1,44 m2 de superficie y 0,7-3 cm, con baja porosidad, obtenidas cociendo determinadas mezclas de arcilla, caolín y feldespato a una temperatura máxima de 1.000 - 1.200 °C.
El documento CN104926281A se refiere a un método para la preparación de ladrillos o baldosas porcelánicos de bajo coste. Los ladrillos o baldosas desvelados no contienen ningún circón, tienen al menos el 1,5 % de Fe<2>O<3>+TiO<2>y en todos los casos tienen una porosidad abierta residual que conduce a una absorción de agua >0,13 %. En el documento EP3459919A1, se forman losas con una longitud superior a 1,2 m y una anchura superior a 0,6 m.
Por lo tanto, todavía existe la necesidad de otros materiales cerámicos que comprendan circona, que tengan alta resistencia mecánica, alta densidad y baja porosidad (baja absorción de agua) y que se puedan cortar más fácilmente.
Sumario de la invención
Los inventores han descubierto sorprendentemente que las baldosas o losas que comprenden un material cerámico cocido con una composición química que comprende una combinación de óxidos como se define en el presente documento presentan ventajas relevantes en comparación con baldosas o losas similares en la técnica, ventajas que son de especial importancia cuando se considera la fabricación y manipulación de piezas de grandes dimensiones. Notablemente, las baldosas o losas mejoradas de acuerdo con la invención pueden cortarse más eficientemente con las herramientas disponibles. Por esto se entiende que las baldosas o losas de la invención pueden cortarse a una velocidad más rápida sin defectos y sin dañar el disco de corte o las herramientas, y/o que pueden cortarse más baldosas o losas con el mismo disco sin tener que afilarlo o reemplazarlo.
Simultáneamente, se ha descubierto que el material cerámico tiene una densidad significativamente reducida, reduciendo de este modo el peso de la losa o baldosa.
La manipulación del material cerámico compactado sin cocer en las líneas de fabricación, por ejemplo, el transporte desde la prensa a través de los hornos de secado y estaciones para la aplicación de capas adicionales (por ejemplo, tintas, esmaltes), a los hornos de cocción, lo que es especialmente delicado en el caso de formas de grandes dimensiones, puede mejorarse significativamente.
Adicionalmente, también se ha descubierto que la contracción del material cerámico durante la cocción se reduce en comparación con las composiciones de cerámica con alto contenido de circona conocidas anteriormente. Por consiguiente, se obtiene más superficie de la baldosa o losa por ciclo de compactación/cocción.
De manera importante, estas ventajas se logran sin comprometer o deteriorar las otras propiedades deseables de las baldosas o losas que comprenden materiales cerámicos de circona, tales como una absorción de agua baja o insignificante, una excelente colorimetría (blancura) o una alta resistencia mecánica.
Por lo tanto, en un primer aspecto, la invención se refiere a una baldosa o losa que comprende un material cerámico cocido, en donde el material cerámico cocido tiene una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m, y tiene una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
basándose en el peso total del material cerámico cocido.
En un segundo aspecto, la invención se refiere al uso de una baldosa o losa de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención para la fabricación de una encimera de cocina o tocador, salpicadero de cocina, plato de ducha, revestimiento de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tablero de mesa, baldosa de fachada ventilada, tablero de estufa, escalón de escalera o chimenea.
En otro aspecto, la invención se refiere a una encimera de cocina o tocador, salpicadero de cocina, plato de ducha, revestimiento de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tablero de mesa, baldosa de fachada ventilada, tablero de estufa, escalón de escalera o chimenea hecha de una baldosa o losa de acuerdo con el primer aspecto de la invención.
En un aspecto adicional, la invención se refiere a un método para la fabricación de una baldosa o losa de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, que comprende:
a) preparar aglomerados discretos de materias primas cerámicas;
b) conformar y compactar los aglomerados para proporcionar un material conformado y compactado con una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m;
c) cocer el material conformado y compactado con un perfil de temperatura que tenga un máximo entre 1.100 °C y 1.300 °C;
en donde las materias primas cerámicas de la etapa a) comprenden:
(i) el 25-45 % en peso de materiales arcillosos, comprendiendo los materiales arcillosos uno o varios de caolín, arcillas de bentonita, arcillas cocidas, arcillas de gres, arcillas de bola o mezclas de los mismos; y
(ii) el 55-75 % en peso de materiales no arcillosos, comprendiendo los materiales no arcillosos uno o varios de feldespatos, sienita nefelínica, talco, corindón, minerales de cuarzo o mezclas de los mismos, basándose en el peso total de dichas materias primas cerámicas;
y caracterizadas por que los materiales no arcillosos (ii) también comprenden:
- el 4-12 % en peso de un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate o mezclas de los mismos, y
- el 2-10 % en peso de un material que contiene circonio seleccionado de un material que comprende el 45 100 % en peso de ZrO<2>;
basándose en el peso total de las materias primas cerámicas en a).
Descripción detallada de la invención
La expresión "material cerámico" o "material cerámico cocido" como se usa en el presente documento se refiere a un material que consiste en compuestos inorgánicos, policristalinos, no metálicos, cuya característica fundamental es que se consolidan en estado sólido por medio de tratamientos térmicos a alta temperatura (cocción) y están formados por una combinación de fases cristalinas y vítreas. Los compuestos inorgánicos están formados por elementos químicos metálicos y no metálicos unidos por enlaces iónicos o covalentes.
Se prefiere que el material cerámico (cocido) de acuerdo con la presente invención sea un material cerámico compactado o ultracompactado. Es decir, un material cerámico que se ha compactado a una presión de al menos 350 kg/cm2, por ejemplo, al menos 400 kg/cm2
Los términos "baldosa" o "losa", como se usan en el presente documento, tienen por objeto en general referirse a un artículo esencialmente plano y de espesor uniforme, preferentemente de forma paralelepípeda cuadrada o rectangular, es decir, un artículo que define una longitud y una anchura, así como un espesor de dimensión menor que la longitud y la anchura. Se debe entender que estos términos incluyen y son intercambiables con tablero, placa, plancha, panel, lámina, bloque y similares. Los términos "longitud", "anchura" y "grosor" se usan en el presente documento como se entienden generalmente; por ejemplo, "longitud" se refiere a la más larga de las tres dimensiones de un objeto, "anchura" se refiere a la dimensión más larga de un objeto que es perpendicular a la longitud y "espesor" se refiere a la dimensión restante que es perpendicular a la longitud y a la anchura.
La composición del material cerámico cocido y de las materias primas podría obtenerse, por ejemplo, mediante fluorescencia de rayos X (FRX), una técnica bien establecida en el campo tecnológico de los minerales. La composición indicada en el presente documento corresponde preferentemente al promedio, calculado a partir de al menos 3 repeticiones de la medición, de la composición de muestras que contienen una masa del material cerámico o de la materia prima (por ejemplo, 1 gramo de material).
La cantidad de fases cristalinas en el material cerámico (cocido) y en las materias primas puede determinarse, por ejemplo, mediante análisis por difracción de rayos X (DRX) de polvo usando el método de Rietveld para la cuantificación, una técnica ampliamente utilizada en el campo.
En la presente invención, se entiende que "fase vítrea" o "fase vitrificada" significa la fase amorfa, no cristalina (es decir, sin orden atómico de largo alcance) y/o la fase con difracción de rayos X no coherente, que incluye las fases cristalinas. La fase vítrea o vitrificada puede cuantificarse, por ejemplo, mediante DRX.
El experto entiende fácilmente que, cuando una composición o material se define por los valores de porcentaje en peso de todos los componentes que comprende, estos valores nunca pueden sumar un valor que sea superior al 100 %. La cantidad de todos los componentes que comprende dicho material o composición suma hasta el 100 % del peso de la composición o material.
A menos que se indique específicamente otra cosa, o a menos que sean claramente incompatibles, todas las realizaciones presentadas en el presente documento son combinables para cada aspecto de la invención, y también entre los diferentes aspectos.
En un primer aspecto, la invención se refiere a una baldosa o losa que comprende un material cerámico cocido que tiene una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m, en donde el material cerámico cocido tiene una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
basándose en el peso total del material cerámico cocido.
El contenido de SiO<2>puede estar en el intervalo del 56,0-62,0 % en peso.
El contenido de AhO<3>puede variar entre el 18,3-22,3 % en peso.
Las realizaciones del presente documento pueden caracterizarse adicionalmente por tener una relación de porcentajes en peso de SiO<2>/Al<2>O<3>en el intervalo de 2,4-3,3 o 2,5-3,2.
En realizaciones particulares, el ZrO<2>comprendido en el material cerámico cocido podría variar adecuadamente entre el 3,1-5,8%en peso o el 3,2-5,5%en peso. En una realización, el contenido de ZrO<2>puede estar en el intervalo del 3,2-5,1 % en peso.
El contenido de CaO en el material cerámico puede variar entre el 3,2-5,5 % en peso.
El contenido de MgO en el material cerámico varía preferentemente entre el 1,2-3,8 % en peso.
Como alternativa, o además de las realizaciones anteriores, el material cerámico cocido se caracteriza por tener una composición donde la suma de los porcentajes en peso de CaO MgO está preferentemente en el intervalo del 4,3 7,3 % en peso, o en el intervalo del 4,8-6,8 % en peso.
El material cerámico cocido puede comprender otros óxidos, tales como K<2>O, Na<2>O, Fe<2>O<3>y/o TiO<2>, preferentemente en una cantidad total inferior al 10,0 % en peso basándose en el peso total del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido también puede comprender Fe<2>O<3>y/o TiO<2>, preferentemente en una cantidad total inferior al 1,3 % en peso o inferior al 0,9 % en peso, basándose en el peso total del material cerámico cocido. Preferentemente, la suma de las cantidades de Fe<2>O<3>+ TiO<2>en la composición del material cerámico puede ser del 0,1-1,3 % en peso o el 0,1-0,9 % en peso. En una realización, la suma de las cantidades de Fe<2>O<3>+ TiO<2>está en el intervalo del 0,1 0,6 % en peso.
En realizaciones particulares, el material cerámico comprende Fe<2>O<3>en el intervalo del 0,05-0,6 % en peso o el 0,1 0,5 % en peso. En una realización, comprende Fe<2>O<3>en el intervalo del 0,1-0,4 % en peso.
En realizaciones particulares, el material cerámico comprende TiO<2>en el intervalo del 0,05-0,3 % en peso o el 0,05 0,2 % en peso. En una realización, comprende TiO<2>en el intervalo del 0,05-0,15 % en peso.
El material cerámico cocido también puede comprender K<2>O y/o Na<2>O como óxidos adicionales en la composición, preferentemente en una cantidad total inferior al 8,0 % en peso o inferior al 7,0 % en peso, basándose en el peso total del material cerámico cocido. Preferentemente, la suma de la cantidad de K<2>O Na<2>O en la composición del material cerámico puede ser del 2,5-8,0 % en peso o el 3,9-7,0 % en peso. En una realización, la suma de la cantidad de K<2>O Na<2>O está en el intervalo del 5,3-6,4 % en peso.
En realizaciones particulares, el material cerámico comprende K<2>O en el intervalo del 1,0-4,2 % en peso o el 1,9-3,7 % en peso. En una realización, comprende K<2>O en el intervalo del 2,8-3,5 % en peso.
En realizaciones particulares, el material cerámico comprende Na<2>O en el intervalo del 1,5-3,8% en peso o el 2,0 3,3 % en peso. En una realización, comprende Na<2>O en el intervalo del 2,5-2,9 % en peso.
Se prefiere que la suma de la cantidad de SiO<2>, A^O<3>, CaO, MgO y ZrO<2>represente al menos el 80 % en peso, más preferentemente al menos el 85 % en peso, del peso total del material cerámico cocido. En una realización adicional, la suma de la cantidad de SiO<2>, A^O<3>, CaO, MgO y ZrO<2>representa al menos el 90 % en peso del peso total del material cerámico cocido.
Se prefiere que la suma de la cantidad de SiO<2>, A^O<3>, CaO, MgO, ZrO<2>, K<2>O, Na<2>O, Fe<2>O<3>y TiO<2>, represente al menos el 90 % en peso, más preferentemente al menos el 95 % en peso, del peso total del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido puede tener una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
basándose en el peso total del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido puede tener una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
basándose en el peso total del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido puede tener una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
basándose en el peso total del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido puede tener una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
basándose en el peso total del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido puede tener una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
Puede haber otros óxidos inorgánicos presentes en la composición del material cerámico, así como algo de material que se calcina y desorbe durante el análisis por FRX a 1050 °C hasta que no se pierde más peso (conocido como peso "pérdido por ignición" o L.O.I., por sus siglas en inglés).
Preferentemente, el L.O.I. es inferior al 10,0 % en peso, más preferentemente inferior al 6,0 % en peso o inferior al 5,0 % en peso, basándose en el peso del material cerámico. En una realización, el L.O.I. es inferior al 3,0 % en peso basándose en el peso del material cerámico. En una realización adicional, la cantidad de L.O.I. está en el intervalo del 0,01 - 6,0 % en peso o el 0,5 - 5,0 % en peso, basándose en el peso del material cerámico.
El material cerámico cocido podrá estar compuesto por una fase predominantemente vitrificada (o vítrea o amorfa), con al menos el 40 % en peso, preferentemente al menos el 50 % en peso de fase vítrea o amorfa, basándose en el peso total del material cerámico cocido. Dicho porcentaje puede determinarse, por ejemplo, mediante DRX. En una realización, el material cerámico cocido comprende el 50-80 % en peso de fase vítrea, preferentemente el 55-75 % en peso de fase vítrea basándose en el peso del material cerámico.
Se considera ventajoso en determinadas realizaciones que el material cerámico cocido no comprenda o comprenda menos del 10 % en peso, preferentemente menos del 5 % en peso e incluso más preferentemente menos del 2 % en peso de mullita como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido puede comprender el 1-11 % en peso o el 1-9 % en peso de circón como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido. En una realización, comprende el 4-9 % en peso de circón como fase cristalina.
Asimismo, el material cerámico cocido puede comprender el 1-8 % en peso o el 1-6 % en peso de cuarzo como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido. En una realización, comprende el 4-6 % en peso de cuarzo como fase cristalina.
El material cerámico cocido puede comprender el 5-25% en peso o el 10-20% en peso de anortita como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido.
Asimismo, el material cerámico cocido puede comprender el 1-10 % en peso o el 1-8 % en peso de albita como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido. En una realización, comprende el 4-8 % en peso de albita como fase cristalina.
Dichas fases cristalinas pueden medirse, por ejemplo, mediante DRX, como se describe en el presente documento.
De acuerdo con una realización de la invención, el material cerámico cocido comprende el 50-80 % en peso de fase vítrea, el 0-5 % en peso de mullita como fase cristalina, el 1-11 % en peso de circón como fase cristalina y el 1-8 % en peso de cuarzo como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido.
De acuerdo con una realización de la invención, el material cerámico cocido comprende el 50-80 % en peso de fase vítrea, el 0-5 % en peso de mullita como fase cristalina, el 1-11 % en peso de circón como fase cristalina y el 1-8 % en peso de cuarzo como fase cristalina, el 5-25 % en peso de anortita como fase cristalina y el 1-10 % en peso de albita como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido.
En una realización adicional, el material cerámico cocido comprende el 50-80 % en peso de fase vítrea, el 0-2 % en peso de mullita como fase cristalina, el 1-9 % en peso de circón como fase cristalina y el 1-6 % en peso de cuarzo como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido.
En otra realización, el material cerámico cocido comprende el 50-80 % en peso de fase vítrea, el 0-2 % en peso de mullita como fase cristalina, el 1-9 % en peso de circón como fase cristalina y el 1-6 % en peso de cuarzo como fase cristalina, el 10-20% en peso de anortita como fase cristalina y el 1-8% en peso de albita como fase cristalina, basándose en el peso del material cerámico cocido.
El material cerámico cocido de la invención podría ser un material porcelánico, por ejemplo, un material porcelánico como se define en la sección 3 de la norma EN 14411:2016 o en la sección 3 de la norma ISO 13006:2018. Preferentemente, el material cerámico cocido es un material porcelánico del grupo I (ya sea AI o BI), y más preferentemente, un material porcelánico del grupo BIa, de acuerdo con, por ejemplo, la clasificación de la Tabla 1 de la norma EN 14411:2016. El material cerámico cocido también podría ser un gres porcelánico.
El material cerámico cocido se caracteriza preferentemente por tener una absorción de agua < 0,5 %, o más preferentemente < 0,1 %, o incluso más preferentemente < 0,05 %, cuando se mide, por ejemplo, de acuerdo con la norma ISO 10545-3:2018 (método de vacío). En realizaciones particulares, la absorción de agua del material cerámico es < 0,01 % cuando se mide de acuerdo con este método.
De acuerdo con las realizaciones del presente documento, el material cerámico cocido puede tener una densidad aparente <2,55 g/cm3 Preferentemente de 2,20-2,55 g/cm3, más preferentemente de 2,25-2,50 g/cm3, incluso más preferentemente de 2,25-2,45 g/cm3, medida, por ejemplo, de acuerdo con la norma ISO 10545-3:2018 (método de vacío).
También se prefiere que el material cerámico cocido de cualquiera de las realizaciones tenga una forma paralelepípeda rectangular. Preferentemente, está en forma de una capa. También se prefiere que tenga un formato grande, con una longitud de al menos 1,2 m y con una anchura de al menos 0,6 m, o de al menos 2,4 m de longitud y al menos 1,2 m de anchura. En una realización, tiene al menos 3,1 m de longitud y al menos 1,4 m de anchura. La longitud del material cerámico cocido puede ser de 1,2 - 3,5 m, con una anchura de 0,6 -1 ,6 m, o 2,4 - 3,5 m de longitud y 1,2 -1 ,6 m de anchura, o 3,1 - 3,5 m de longitud y 1,4 -1,6 m de anchura. El espesor del material cerámico cocido puede variar entre 3-40 mm o entre 4-30 mm.
En una realización particular, el espesor del material cerámico cocido puede variar entre 12-40 mm o entre 12-30 mm.
El material cerámico cocido puede tener 1.200-3.500 mm de longitud, 600-1.800 mm de anchura y 3-40 mm de espesor. En otra realización, el material cerámico cocido puede tener 2.000-3.500 mm de longitud, 1.000-1.800 mm de anchura y 3-40 mm de espesor. En una realización adicional, el material cerámico cocido puede tener 2.400-3.200 mm de longitud, 1.200-1.500 mm de anchura y 4-30 mm de espesor, o 12-30 mm de espesor.
El material cerámico cocido de cualquiera de las realizaciones desveladas en el presente documento es un componente de las baldosas o losas de la invención. El material cerámico cocido podría representar el 85-100 % en peso o el 90-100% en peso, del peso total de la losa o baldosa. En una realización, el material cerámico cocido representa el 95-100 % en peso del peso total de la losa o baldosa.
En una realización, la baldosa o losa consiste en el material cerámico cocido de la invención.
Como alternativa, la baldosa o losa puede comprender materiales o componentes adicionales además del material cerámico cocido, como se sabe en la materia. Por ejemplo, podría comprender una o más capas o depósitos de al menos un material adicional seleccionado de materiales cerámicos o porcelánicos adicionales (distintos del material cerámico cocido de la invención), esmaltes, engobes, tintas, fritas, granillas y mezclas de los mismos. Dichos materiales adicionales se emplean por lo general para decoración, protección y/o texturización.
En una realización, el material cerámico cocido está en forma de una capa y el al menos un material adicional está en forma de una capa o depósitos en una o ambas superficies principales de la capa de material cerámico cocido.
Se prefiere que el al menos un material adicional represente el 0-10 % en peso, preferentemente el 0-5 % en peso, del peso total de la baldosa o losa.
Se prefiere que la baldosa o losa de la invención tenga un formato grande, con una superficie principal de al menos 1,2 m de longitud y al menos 0,6 m de anchura, o al menos 2,4 m de longitud y al menos 1,2 m de anchura. En una realización, podría tener al menos 3,1 m de longitud y al menos 1,4 m de anchura. El espesor de la baldosa o losa puede variar entre 3-40 mm o entre 4-30 mm.
En una realización particular, el espesor de la baldosa o losa puede variar entre 12-40 mm o entre 12-30 mm.
La baldosa o losa de la invención puede tener 1.200-3.500 mm de longitud, 600-1.800 mm de anchura y 3-40 mm de espesor. En otra realización, puede tener 2.000-3.500 mm de longitud, 1.000-1.800 mm de anchura y 3-40 mm de espesor. En una realización adicional, puede tener 2.400-3.200 mm de longitud, 1.200-1.500 mm de anchura y 4 30 mm de espesor, o 12-30 mm de espesor.
Las baldosas o losas de la invención pueden usarse para aplicaciones de construcción o decoración. Son especialmente adecuadas como superficie para encimeras de cocina o tocador, salpicaderos de cocina, platos de ducha, revestimientos de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tableros de mesa, baldosas de fachada ventilada, tableros de estufas, perfiles, chimeneas o similares.
Por lo tanto, en otro aspecto, la invención se refiere al uso de una baldosa o losa de acuerdo con la presente invención para la fabricación de una encimera de cocina o tocador, salpicadero de cocina, plato de ducha, revestimiento de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tablero de mesa, baldosa de fachada ventilada, tablero de estufa, escalón de escalera o chimenea. La baldosa o losa se corta preferentemente a medida en la fabricación de estos productos.
En otro aspecto, la invención se refiere a una encimera de cocina o tocador, salpicadero de cocina, plato de ducha, revestimiento de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tablero de mesa, baldosa de fachada ventilada, tablero de estufa, escalón de escalera o chimenea hecha de una baldosa o losa de acuerdo con la invención. En este aspecto, la baldosa o losa de la invención se corta preferentemente a medida para fabricar la encimera de cocina o tocador, salpicadero de cocina, plato de ducha, revestimiento de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tablero de mesa, baldosa de fachada ventilada, tablero de estufa, escalón de escalera o chimenea.
En un aspecto adicional, la invención se refiere a un método para la fabricación de una baldosa o losa de acuerdo con la presente invención, que comprende:
a) preparar aglomerados discretos de materias primas cerámicas;
b) conformar y compactar los aglomerados para proporcionar un material conformado y compactado con una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m;
c) cocer el material conformado y compactado con un perfil de temperatura que tenga un máximo entre 1.100 °C y 1.300 °C;
en donde las materias primas cerámicas de la etapa a) comprenden:
(i) el 25-45 % en peso de materiales arcillosos, comprendiendo los materiales arcillosos uno o varios de caolín, arcillas de bentonita, arcillas refractarias, arcillas de gres, arcillas de bola o mezclas de los mismos; y (ii) el 55-75 % en peso de materiales no arcillosos, comprendiendo los materiales no arcillosos uno o varios de feldespatos, sienita nefelínica, talco, corindón, minerales de cuarzo o mezclas de los mismos, basándose en el peso total de dichas materias primas cerámicas; y
caracterizadas por que los materiales no arcillosos (ii) comprenden:
- el 4-12 % en peso de un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos, y
- el 2-10 % en peso de un material que contiene circonio que comprende el 45-100 % en peso de ZrO<2>, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas en a).
En consecuencia, los materiales no arcillosos (II) comprenden un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos; un material que contiene circonio que comprende el 45-100 % en peso de ZrO<2>y uno o más de feldespatos, sienita nefelínica, talco, corindón, minerales de cuarzo o mezclas de los mismos.
Como se usa en el presente documento, las materias primas cerámicas tienen por objeto ser las materias primas que, tras su procesamiento y cocción, darían como resultado un material cerámico (cocido). Estas materias primas cerámicas pueden ser naturales o sintéticas, tales como minerales, fritas, materiales sinterizados, etc.
Las materias primas cerámicas se seleccionan de manera que el material cerámico después de la cocción tenga una composición que comprenda una combinación de óxidos como se define en el presente documento. El experto conoce y comprende cómo calcular la proporción de cada materia prima cerámica disponible (arcillosa y no arcillosa) basándose en sus composiciones respectivas, y cómo combinarlas, para obtener la composición objetivo del material cerámico después de la cocción. Las materias primas cerámicas específicas podrán intercambiarse por materiales alternativos con una composición diferente, por ejemplo, ya que podrían estar disponibles en un área geográfica determinada, ajustando su proporción y las proporciones de las demás materias primas en la mezcla de materia prima cerámica.
Las materias primas cerámicas utilizadas para la fabricación del material cerámico cocido están disponibles en el mercado de proveedores conocidos. La industria cerámica normalmente distingue entre dos grupos de materia prima cerámica, materiales arcillosos y materiales no arcillosos. Las materias primas cerámicas de la invención comprenden materiales arcillosos y materiales no arcillosos. La cantidad de materiales arcillosos puede variar entre el 25-45 % en peso del peso total de las materias primas cerámicas. La cantidad de materiales no arcillosos puede variar entre el 55-75 % en peso. En una realización, las materias primas cerámicas en a) consisten en el 25-45 % en peso de materiales arcillosos y el 55-75 % en peso de materiales no arcillosos; es decir, la suma de la cantidad de materiales arcillosos y materiales no arcillosos es del 100 % en peso.
Los materiales arcillosos son aquellos que presentan una alta plasticidad y pueden incluir arcillas bentoníticas, arcillas refractarias, arcillas de gres, caolín, arcillas de bola o mezclas de los mismos. La plasticidad es la capacidad del material para deformarse bajo una tensión sin romperse y sin tendencia a volver a la forma inicial, un parámetro ampliamente utilizado para clasificar las materias primas en la industria cerámica. Los materiales arcillosos comprenden preferentemente el 5-35 % en peso o el 15-30 % en peso de caolín, con respecto al peso total de las materias primas cerámicas. Es decir, los materiales arcillosos comprenden preferentemente caolín en una cantidad de manera que las materias primas cerámicas comprendan el 5-35% en peso o el 15-30% en peso de caolín basándose en el peso total de las materias primas cerámicas. Caolín se refiere a una arcilla que contiene el mineral caolinita como su constituyente principal, preferentemente con más del 80 % en peso de caolinita. El caolín es preferentemente un caolín con un contenido bajo de hierro (por ejemplo, contenido de Fe<2>O<3>< 1,0 % en peso) que tiene más del 30 % en peso de AhO<3>.
De acuerdo con una realización, los materiales arcillosos comprenden el 1-15% en peso o el 2-10% en peso de bentonita, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas. Por lo tanto, en una realización, las materias primas cerámicas comprenden el 1-15 % en peso o el 2-10 % en peso de bentonita basándose en el peso total de las materias primas cerámicas.
Los materiales no arcillosos son aquellos que presentan una plasticidad baja o no significativa y actúan funcionalmente normalmente como fundentes, cargas, opacificantes, pigmentos u otros aditivos. Los materiales no arcillosos pueden comprender feldespato, minerales de cuarzo, sienita nefelínica, talco, corindón o mezclas de los mismos.
Las materias primas cerámicas comprenden el 4-12% en peso de un material o mineral que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas. Este material que contiene calcio se considera un material no arcilloso. En una realización particular, las materias primas cerámicas comprenden preferentemente el 4-12 % en peso de wollastonita, diópsido o mezclas de los mismos, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas. La wollastonita y/o el diópsido podrían ser minerales naturales. Los materiales naturales de wollastonita y/o diópsido pueden comprender minerales accesorios. Preferentemente, el mineral wollastonita tiene un contenido de CaO de al menos el 40 % en peso con respecto al peso del mineral. En el caso del mineral de diópsido, el contenido de CaO MgO es preferentemente de al menos el 30-45 % en peso con respecto al peso del mineral. La wollastonita y/o el diópsido también podrían ser sintéticos, por ejemplo, fabricados mediante tratamiento a alta temperatura de otros minerales, o mediante fusión/templado en fritas amorfas, mediante procesos conocidos en la técnica. En el caso de la wollastonita sintética, el contenido de CaO del material es de al menos el 43 % en peso con respecto al peso de la wollastonita sintética. El diópsido sintético tiene preferentemente un contenido de CaO MgO de al menos el 35-50 % en peso con respecto al peso del diópsido sintético.
Los materiales de wollastonita y/o diópsido comprenden preferentemente Fe<2>O<3>en una concentración < 0,7% en peso y/o TiO<2>en una concentración < 0,1 % en peso, basándose en el peso de dichos materiales, como se mide, por ejemplo, mediante FRX.
Las materias primas cerámicas para la fabricación del material cerámico cocido de la invención comprenden, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas, el 2-10 % en peso de un material que contiene circonio que comprende al menos el 45 % en peso de ZrO<2>basándose en el peso del material que contiene circonio.
Los materiales que contienen circonio que comprenden el 45-100% en peso de ZrO<2>incluyen materiales que contienen circonio natural (tales como circón o baddeleyita), materiales que contienen circonio sintético y mezclas de los mismos.
De acuerdo con una realización particular, las materias primas cerámicas para la fabricación del material cerámico cocido de la invención comprenden, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas, ya sea el 4-10 % en peso de un material o mineral que contiene circonio seleccionado de un material que comprende el 45-69 % en peso de ZrO<2>(tal como circón) o el 2-5 % en peso de un material que contiene circonio que comprende el 70-100 % en peso de ZrO<2>(tal como la baddeleyita). Los materiales que contienen circonio se consideran en el grupo de los materiales no arcillosos. Las materias primas cerámicas comprenden preferentemente el 4-10 % en peso de circón o el 2-5 % de baddeleyita, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas. De manera adecuada, el circón y la baddeleyita son minerales naturales, aunque también pueden ser sintéticos, por ejemplo, el circón puede sintetizarse mediante fusión de SiO<2>y ZrO<2>en un horno de arco. Los minerales naturales circón y baddeleyita pueden comprender minerales accesorios. Preferentemente, los materiales de circón tienen un contenido de ZrO<2>de al menos el 45 % en peso y los materiales de baddeleyita tienen un contenido de ZrO<2>de al menos el 70 % en peso, con respecto al peso del material.
En una realización particular, los materiales no arcillosos (ii) comprenden:
- el 4-12 % en peso de un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos, y
- el 4-10% en peso de un material que contiene circonio que comprende el 45-55% en peso de ZrO<2>, preferentemente el 4-10 % en peso de circón,
basándose en el peso total de las materias primas cerámicas en a).
En unas realizaciones, los materiales no arcillosos comprenden un material que contiene magnesio, tal como un silicato de magnesio. El material que contiene magnesio es preferentemente talco (o esteatita). El material que contiene magnesio, silicato de magnesio o talco, puede tener una composición que comprende al menos el 28 % en peso de MgO, o al menos el 30 % en peso de MgO, y hasta el 31,7 % en peso de MgO, con respecto al peso del material que contiene magnesio. El material que contiene magnesio, silicato de magnesio o talco, puede estar comprendido en un intervalo entre el 1-10 % en peso o el 2-8 % en peso con respecto al peso de las materias primas cerámicas.
En una realización particular, los materiales no arcillosos (ii) comprenden:
- el 4-12 % en peso de un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos, y
- el 4-10% en peso de un material que contiene circonio que comprende el 45-55% en peso de ZrO<2>, preferentemente el 4-10%en peso de circón,
- el 1-10 % en peso de un material que contiene magnesio que comprende al menos el 28 % en peso de MgO, preferentemente el 1-10 % en peso de talco,
basándose en el peso total de las materias primas cerámicas en a).
Los materiales no arcillosos podrían comprender minerales de cuarzo, entendidos como minerales que tienen un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso. Sin embargo, los inventores descubrieron que se prefiere particularmente cuando las materias primas cerámicas, si comprenden algún mineral de cuarzo, comprenden, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas, < 5 % en peso, o < 3 % en peso, o < 1 % en peso de mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso basándose en el peso del mineral de cuarzo. Preferentemente, las materias primas cerámicas no comprenden mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso basándose en el peso del mineral de cuarzo. Los materiales no arcillosos pueden comprender el 0-5 % en peso de un mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso basándose en el peso del mineral de cuarzo. Es decir, no comprende un mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso o, si comprende dicho mineral de cuarzo, está presente en una cantidad no superior al 5 % en peso, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas. Los minerales de cuarzo podrían seleccionarse del grupo de cuarzo, arena feldespática, sílex, arena de sílice o mezclas de los mismos. Sin querer quedar ligados a teoría alguna, se cree que el contenido bajo de minerales de cuarzo minimiza el efecto de expansión/contracción del material cerámico durante la cocción y el posterior enfriamiento, provocado por la inversión de fases de cuarzo, lo que se traduce en menores tensiones internas en el material cerámico cocido producido. La reducción de las tensiones internas lograda por el contenido bajo de materia prima de cuarzo es especialmente ventajosa en materiales cerámicos cocidos de gran formato, puesto que son más propensos a ser frágiles y a fracturarse cuando se cortan y/o manipulan si esas tensiones están presentes.
En una realización particular, los materiales no arcillosos (ii) comprenden:
- el 4-12 % en peso de un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos, y
- el 4-10% en peso de un material que contiene circonio que comprende el 45-55% en peso de ZrO<2>, preferentemente el 4-10 % en peso de circón,
- el 1-10 % en peso de un material que contiene magnesio que comprende al menos el 28 % en peso de MgO, preferentemente el 1-10 % en peso de talco,
- el 0-5 % en peso de un mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas en a).
En unas realizaciones, los materiales no arcillosos también podrían comprender carbonatos tales como calcita o dolomita. Sin embargo, en realizaciones preferidas, el contenido de carbonato en las materias primas cerámicas, si está presente, es <3 % en peso, o <1 % en peso, o del 0-3 % en peso, o del 0-1 % en peso, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas.
Especialmente cuando se pretende que el material cerámico cocido tenga una alta blancura, la combinación de todas las materias primas cerámicas para la fabricación de los aglomerados de cerámica en la etapa a) puede comprender Fe<2>O<3>en una concentración < 0,6 % en peso, o < 0,5 % en peso y/o del TiO<2>en una concentración < 0,3 % en peso o < 0,15 % en peso, basándose en el peso de las materias primas cerámicas. Es decir, dichos materiales podrían no comprender Fe<2>O<3>y/o TiO<2>, o si están presentes, están en una cantidad inferior al % en peso desvelado anteriormente.
La fabricación del material cerámico cocido comprendido en las baldosas o losas comienza con el suministro de aglomerados de cerámica discretos (por ejemplo, granulados, partículas finas o polvos) de materias primas cerámicas. En un ejemplo, para la fabricación de los aglomerados de cerámica, las materias primas pueden molerse en un molino de bolas con agua para producir una barbotina acuosa, que podría almacenarse después de la tamización para su uso posterior. Después, la barbotina se seca por aspersión pulverizándola a través de boquillas en una corriente de aire caliente, retirando la mayor parte del agua y produciendo los aglomerados de cerámica discretos que se descargan por la parte inferior del secador por aspersión.
Son posibles, se conocen en la técnica y pertenecen al alcance de la invención otros métodos para la fabricación de los aglomerados de cerámica discretos. Por lo tanto, por ejemplo, los aglomerados de cerámica podrían fabricarse triturando las materias primas sin adición de grandes cantidades de agua, por ejemplo, en molinos pendulares o de martillos, y posteriormente podrían aglomerarse en granuladores de polvo con una pequeña cantidad de agua.
El término discreto significa que los aglomerados no se han conformado ni moldeado, por ejemplo, en la forma de una capa, pero están en forma de unidades individuales o discretas.
Los aglomerados de cerámica discretos tienen preferentemente una humedad del 4-10 % en peso, basándose en el peso de dichos aglomerados. El tamaño del diámetro (tamaño de partícula) de los aglomerados puede variar adecuadamente entre 125-800 micrómetros.
En la presente solicitud, el término "aglomerados" por lo general se refiere a unidades individuales o discretas (por ejemplo, granulados, partículas finas o partículas de polvo). Por lo tanto, el término abarca unidades que varían desde partículas de polvo infinitesimales hasta gránulos comparativamente grandes de material. Este término abarca productos discretos de una diversidad de formas y tamaños, incluyendo partículas de grano, granulados, polvos finos, polvos o combinaciones de éstos.
Después, los aglomerados de cerámica discretos se conforman para formar un material conformado, preferentemente una capa, que puede ser continua o discreta. Se entenderá por conformación la recogida de una pluralidad de los aglomerados de cerámica discretos en una forma definida y repetible, por ejemplo, mediante dispensación a una superficie, o en un molde. El material o capa conformado tiene preferentemente un espesor uniforme, es homogéneo, con variaciones mínimas de densidad y composición. Para lograr el material conformado o capa de aglomerados de cerámica, por ejemplo, los aglomerados de cerámica podrían transportarse de un depósito donde se almacenan a un sistema dispensador que los deposita sobre una cinta transportadora en movimiento o a una cavidad de moldeo. Se conocen en la técnica sistemas de formación como el descrito, por ejemplo, para la formación de materiales o capas conformados a partir de aglomerados de cerámica secados por aspersión. Son posibles, se conocen y pertenecen a la invención otros métodos de formación de materiales o capas conformados.
El material o la capa conformados de aglomerados de cerámica se compacta (por ejemplo, posteriormente) a altas presiones. En una realización particular, la etapa b) comprende conformar y después compactar. La compactación se realiza preferentemente por medio de una prensa axial hidráulica o una prensa de doble correa, o una combinación de ambas, por ejemplo, usando una prensa de doble correa para una etapa de precompactación, antes de que el material o la capa conformados se compacte en una prensa axial. La presión máxima durante la compactación alcanza preferentemente al menos 350 kg/cm2 o 350-600 kg/cm2, o 400-600 kg/cm2 o 500-600 kg/cm2. Las presiones altas favorecen la producción de materiales cerámicos cocidos con mayor resistencia mecánica y mínima porosidad.
El material compactado conformado, en unas realizaciones, se proporciona con una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m, o de al menos 2,4 m de longitud y al menos 1,2 m de anchura. En una realización, el material compactado conformado se proporciona con al menos 3,1 m de longitud y al menos 1,4 m de anchura. La longitud del material compactado puede ser de 1,2 - 3,5 m, con una anchura de 0,6 -1,6 m o 2,4 - 3,5 m de longitud y 1,2 - 1,6 m de anchura, o 3,1 - 3,5 m de longitud y 1,4 - 1,6 m de anchura. En caso de que el material conformado forme una capa continua, la combinación deseada de longitud/anchura puede proporcionarse recortando esta capa antes de la compactación (por ejemplo, cuando se usa compactación por prensado axial) o después de la compactación (por ejemplo, cuando se usa compactación con prensa de doble correa).
En las realizaciones del presente documento, pueden aplicarse capas, depósitos o precursores de los mismos, al material compactado sin cocer (es decir, después de la etapa b)), por ejemplo, a una o ambas superficies principales del material cerámico sin cocer compactado, con el objetivo de proporcionar decoración, protección, texturización, funcionalidad u otros efectos superficiales al material cerámico cocido. Dichas capas, depósitos o precursores de los mismos incluyen, por ejemplo, esmaltes, engobes, fritas, granillas, tintas, sus precursores o mezclas de los mismos. Por precursor se entiende las sustancias, materiales, mezclas o composiciones, que dan como resultado las capas o depósitos después de su cocción simultánea con el material sin cocer compactado. Adicionalmente, o como alternativa, las capas, depósitos o precursores de los mismos pueden aplicarse al material cerámico después de la cocción (es decir, después de la etapa c)) y, opcionalmente, someter las capas, depósitos o precursores de los mismos sobre el material cerámico cocido a etapas adicionales posteriores tales como cocción, endurecimiento o secado.
Opcionalmente, el material cerámico sin cocer compactado, con o sin capas, depósitos o precursores adicionales de los mismos, puede secarse para reducir el contenido de humedad al 0,0-1,0% en peso o el 0,0-0,7% en peso, basándose en el peso del material cerámico sin cocer compactado, antes de cocer el material compactado (es decir, antes de la etapa c)). Esto puede realizarse, por ejemplo, con el material cerámico sin cocer en orientación horizontal usando secadores de cerámica convencionales.
Después de la compactación y el secado opcionales, el material cerámico compactado (sin cocer) se cuece con un perfil de temperatura que tiene el máximo en el intervalo de 1.100-1.300 °C o 1.150-1.250 °C, preferentemente 1.170 1.230 °C, más preferentemente 1.170-1.220 °C. En una realización, el perfil de temperatura tiene un máximo en el intervalo de 1.100-1.215 °C o 1.150-1.210 °C. El perfil de cocción de temperatura (o ciclo de cocción) incluye adecuadamente fases de precalentamiento, calentamiento y enfriamiento, finalizando la fase de enfriamiento cuando la temperatura alcanza los 60 °C. El perfil de cocción (incluidas las fases de precalentamiento, calentamiento y enfriamiento) tiene preferentemente una duración que varía entre 60-500 minutos, preferentemente 70-440 minutos, dependiendo del espesor del material cerámico. El tiempo de residencia a la temperatura máxima varía preferentemente entre 10-50 minutos, dependiendo del espesor del material cerámico. En una realización, el tiempo de residencia a la temperatura máxima varía preferentemente entre 30-70 minutos. La cocción puede realizarse en un horno de rodillos para alta temperatura u otro tipo de horno utilizado para productos de cerámica. Esta temperatura máxima de cocción da como resultado la sinterización, la reacción y la vitrificación de las materias primas compactadas, aumentando la compacidad y la dureza del material cerámico cocido.
Después de la cocción, la baldosa o losa puede cortarse y/o calibrarse a las dimensiones finales deseadas, y puede terminarse (pulirse, perfeccionarse, etc.) en una o ambas de sus superficies más grandes, dependiendo de la aplicación prevista.
A menos que se especifique otra cosa, las proporciones y concentraciones de materias primas cerámicas presentadas en la presente descripción se refieren a las materias secas, obviando o descartando cualquier humedad que pudieran contener.
Debe entenderse que el alcance de la presente divulgación incluye todas las combinaciones posibles de las realizaciones desveladas en el presente documento.
El término "comprende" abarca los términos las expresiones "que consiste esencialmente en" y "que consiste en". Por lo tanto, en cada aparición en la presente solicitud, la expresión "que comprende/n" podrá reemplazarse por la expresión "que consiste/n esencialmente en" o "que consiste/n en".
Definiciones y métodos de ensayo:
FRX: El análisis de óxidos podría realizarse mediante fluorescencia de rayos X en un espectrómetro de FRX comercial. Por ejemplo, se mezcla un disco de aproximadamente 1 g de muestra con tetraborato de litio y se calcina en una atmósfera de aire a una temperatura de 1.050 °C durante 25 minutos antes del análisis en el espectrómetro. Los resultados se publican como porcentaje en peso relativo de los óxidos (SiO<2>, A^O<3>, etc.), junto con el peso "perdido por ignición" durante la calcinación (evaporación/desorción de compuestos volátiles, descomposición de la materia orgánica). El espectrómetro se calibra previamente con curvas de calibración de múltiples puntos de concentración conocida de patrones. Para el análisis por FRX puede seguirse la norma internacional ISO 12677:2011.
DRX: A modo de ejemplo, la identificación y cuantificación de fases cristalinas puede realizarse mediante difracción de rayos X de polvo (DRX) y el método de Rietveld, combinado con el uso de un patrón interno. Este método también permite cuantificar la fase amorfa global. La metodología del patrón interno requiere que se mezcle y homogeneice totalmente una cantidad conocida de patrón de referencia (corindón, por ejemplo) con cada muestra que ha de analizarse, opcionalmente empleando una pequeña cantidad de isopropanol u otro adyuvante de mezcla/homogeneización. Puede usarse un monocromador de Ge (111) que genera radiación de CuKa<1>y un detector X'Celerator de un equipo comercial (por ejemplo, difractómetro automatizado PANalytical X'Pert Pro). Los patrones de difracción de rayos X de polvo pueden registrarse entre 4° - 70° en 20 a 60 s/etapa, mientras se gira para aumentar la distribución de estadísticas de partículas. Una vez que se obtienen los datos de difracción de rayos X de polvo, puede usarse un software (por ejemplo, DIFFRAC.EVA de Brucker) para realizar la identificación de las fases cristalinas mediante comparación con patrones de difracción catalogados. La cuantificación por las fases cristalina y amorfa puede realizarse con el método de refinamiento de Rietveld, por ejemplo, usando el software TOPAS (de Coelho Software). El contenido de fases cristalinas y fase amorfa global se calcula como porcentaje en peso de la muestra analizada, después de restar la cantidad del patrón interno utilizado.
El tamaño de partícula, también denominado diámetro de partícula, de los aglomerados puede medirse mediante una separación por cribado conocida usando tamices de diferente tamaño de malla. La expresión "tamaño de partícula", como se usa en el presente documento, significa el intervalo en el que cae el diámetro de las partículas individuales en los aglomerados. Puede medirse mediante la retención de partículas o el paso a través de tamices calibrados que tienen aberturas de tamaño de malla medidas, donde una partícula pasará a través (y, por lo tanto, será más pequeña que) o será retenida por (y, por lo tanto, será más grande que) un determinado tamiz cuyo tamaño de aberturas se mide y se conoce. Los tamaños de partículas se definen como dentro de un determinado intervalo de tamaño determinado por la capacidad de una partícula para pasar a través de un tamiz con aberturas de malla u "agujeros" más grandes y no pasar a través de un segundo tamiz con aberturas de malla más pequeñas. Para aglomerados con un tamaño de partícula < 200 micrómetros, la distribución de tamaño de partícula puede medirse mediante difracción láser con un equipo comercial (por ejemplo, Malvern Panalytical Mastersizer 3000 provisto de una celda Hydro). Para la medición, la muestra de aglomerado puede dispersarse en agua desmineralizada asistida por una sonda de ultrasonido. El difractómetro láser proporciona curvas de distribución de partículas (volumen de las partículas frente a tamaño de partícula) y los valores estadísticos D10, D50 y D90 de la población de partículas (es decir, valores de tamaño de partícula donde el 10 %, el 50 % o el 90 % de la población de partículas de muestra para una distribución de volumen se encuentra por debajo de este valor, respectivamente).
La absorción de agua y la densidad aparente de la capa de cerámica cocida se midieron de acuerdo con la norma ISO 10545-3:2018 (método de vacío).
La colorimetría puede medirse usando un espectrofotómetro, tal como un espectrofotómetro Ci64 de X-Rite Inc. Este espectrofotómetro normalmente se ubica sobre la superficie limpia de un área representativa de la muestra que ha de analizarse, a temperatura ambiente, y la medición se realiza siguiendo las instrucciones del fabricante. El resultado promediado de tres mediciones se proporciona como coordenadas L*, a* y b* en el espacio de color CIE Lab.
El índice piroplástico (IP) indica la tendencia de un material a deformarse durante la cocción en condiciones controladas. Para determinar el IP, una sonda de dimensiones conocidas se dispone como un puente sobre dos soportes y se somete a un ciclo de cocción. El IP se calcula como:
Donde s es la deformación máxima de la sonda determinada ópticamente, b es el espesor de la sonda e I es la distancia entre los soportes. Cuando todos los parámetros se ingresan en centímetros, el IP tiene dimensiones de cm-1. El IP puede medirse mediante un flexímetro óptico, por ejemplo, el flexímetro Misura FLEX de Expert System Solutions S.r.l.
La contracción durante la cocción puede medirse siguiendo la norma ISO 10545-2:2018.
Ejemplos de acuerdo con la invención y ejemplos comparativos
Ejemplo 1:
Una mezcla A (con una composición que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con la invención) y dos mezclas comparativas diferentes B y C se prepararon de manera similar por separado añadiendo materias primas y agua a un molino de bolas y después recogiendo la barbotina formada después de que las mezclas son homogéneas y el tamaño de partícula es predominantemente inferior a 63 micrómetros (con un máximo del 1,0 % de partículas en una distribución de volumen superior a este tamaño). Después, las mezclas de barbotina se secaron parcialmente hasta un contenido de humedad de aproximadamente el 7,5 % en peso, se moldearon y se precompactaron con una presión de 450 kg/cm2 a muestras de ensayo conformadas de 100x50 mm2 con un espesor de 7,0 mm.
Las materias primas de las mezclas A, B y C incluían materiales arcillosos en una cantidad del 30-40 % en peso y materiales no arcillosos en una cantidad del 60-70 % en peso. El % en peso no consideró ninguna humedad ni contenido de agua de las materias primas. La suma de materiales arcillosos y no arcillosos sumó el 100 % en peso.
Los materiales arcillosos comprendían diferentes cantidades de bentonitas, arcillas en forma de bola y/o caolines. Los materiales no arcillosos incluían diferentes cantidades de feldespatos, minerales de talco y/o alúmina. Las materias primas arcillosas y no arcillosas eran productos disponibles en el mercado obtenidos de proveedores conocidos por el experto. La cantidad de cada materia prima se ajusta, teniendo en cuenta sus composiciones, para dar como resultado la composición cocida después de la cocción enumerada en la Tabla 1 a continuación.
Las mezclas A, B y C comprendían el 5,0-6,0 % en peso de bentonita, con respecto al peso total de las materias primas en esas mezclas.
Las materias primas para la mezcla A comprendían también el 7,0-8,0 % en peso de wollastonita, mientras que las mezclas B y C no comprendían wollastonita. Por otra parte, la mezcla A no comprendía ningún mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso (es decir, una mezcla de minerales donde el cuarzo es predominante, tal como minerales de cuarzo o arenas feldespáticas), mientras que las mezclas B y C comprendían el 3-10 % en peso de arena feldespática que tenía el 80-85 % en peso de cuarzo.
La mezcla A comprendía adicionalmente el 8,0 % en peso de circón, la mezcla B comprendía el 12,0 % en peso de circón y la mezcla C comprendía el 17,0 % en peso de circón.
Las mezclas A, B y C comprendían el 3,5 - 5,0 % en peso de talco, comprendiendo el talco >30 % en peso de MgO.
Después, las muestras de ensayo moldeadas se prensaron con una presión que alcanzó 450 kg/cm2 antes de secarlas a 110 °C para disminuir el contenido de humedad a <1,0% en peso y después, se cocieron en un horno de mufla durante 110 minutos alcanzando una temperatura máxima de 1.190 °C, dando como resultado las correspondientes muestras de ensayo cocidas A, B y C.
Las composiciones de las muestras de ensayo cocidas A, B y C obtenidas determinadas mediante FRX se representan en la tabla 1.
Tabla 1
(continuación)
Las diferentes fases cristalinas formadas durante la cocción de las tres muestras de ensayo A, B y C, y su concentración relativa, medidas mediante DRX, se enumeran en la Tabla 2.
Tabla 2
Los resultados de DRX de la Tabla 2 evidencian las diferencias en las fases minerales cristalinas formadas durante la cocción para las diferentes composiciones. La fase de mullita pasa de ser mayoritaria entre las fases cristalinas en la muestra de ensayo B, a no ser medible en la muestra de ensayo A. A cambio, las fases minerales cristalinas dominantes en la muestra de ensayo A provienen de fases minerales que contienen calcio.
La Tabla 3 muestra una comparación de las propiedades de las muestras de ensayo antes y después de la cocción:
Tabla 3
En comparación con las muestras de ensayo B y C, la muestra de ensayo A muestra una densidad aparente significativamente reducida después de la cocción, junto con una contracción por cocción significativamente menor. La reducción de la contracción por cocción es una ventaja de gran relevancia cuando se considera la producción industrial de baldosas de gran formato de más de 3,0 m de longitud y 1,2 m de anchura, donde pueden obtenerse significativamente más metros cuadrados de baldosas cocidas a partir de baldosas prensadas sin cocer del mismo tamaño con la composición de la muestra de ensayo A en comparación con B y C.
Sin querer quedar ligados a teoría alguna, parece que la formación de fases cristalinas que contienen calcio y/o sodio durante la cocción, que tienen una densidad de compactación menor que la mullita y el circón, ayuda a reducir la densidad y la contracción de la muestra de ensayo A en comparación con las muestras B y C.
Simultáneamente, el índice piroplástico reducido para la muestra de ensayo A en comparación con B y C indica una menor tendencia a la deformación de la muestra moldeada durante la cocción. Este parámetro vuelve a tener especial relevancia cuando se considera la fabricación de baldosas de gran formato con espesores de hasta 3,0 cm, donde la deformación durante la cocción se traduce en defectos y tensiones internas del material.
Las ventajas mencionadas se obtienen para la muestra de ensayo A, sin que la estabilidad mecánica se vea comprometida (ni antes ni después de la cocción), y aun así consiguiendo una blancura y una colorimetría excepcionales. La absorción de agua en los tres casos sigue siendo insignificante, por debajo del 0,01 %, lo que indica una porosidad abierta casi inexistente.
Ejemplo 2:
La mezcla D (con una composición que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con la invención) y tres mezclas comparativas diferentes E, F y G se prepararon siguiendo el mismo proceso general que para las muestras A-C.
La mezcla D, E y F se prepararon siguiendo lo que se ha descrito anteriormente para la Mezcla A en el Ejemplo 1, sin embargo, aunque la mezcla D (como la mezcla A) comprendía aproximadamente el 3-5 % en peso de talco (que tenía un contenido de MgO del >30 % en peso), las mezclas E y F no comprendían talco. Adicionalmente, la mezcla F no comprendía bentonita. la mezcla D comprendía aproximadamente el 8 % en peso de circón, la mezcla E aproximadamente el 8,4 % en peso de circón y la mezcla F aproximadamente el 8,9 % en peso de circón.
La mezcla G comprendía aproximadamente el 18 % en peso de arcilla ilítica y aproximadamente el 10 % en peso de caolín. La mezcla G comprendía además aproximadamente el 10 % en peso de arena feldespática (que tenía el 80 85 % en peso de cuarzo), aproximadamente el 5 % en peso de circón, el 2 % en peso de calcita, el 10 % en peso de una frita (que tenía el 26 % en peso de CaO, el 12 % en peso de ZrO<2>, el 55 % en peso de SiO<2>y el 2 % en peso de Al<2>O<3>con respecto al peso de la frita) y el 45 % en peso de feldespato sódico. A diferencia de la Mezcla D, la Mezcla G no comprendía wollastonita, bentonita o talco. La Mezcla G comprendía el 28 % en peso de materiales arcillosos y el 72 % en peso de materiales no arcillosos.
Al igual que en el Ejemplo 1, las muestras de ensayo moldeadas de las de mezclas D-G se prensaron con una presión que alcanzó 450 kg/cm2 antes de secarlas a 110 °C para disminuir el contenido de humedad a <1,0 % en peso y después, se cocieron en un horno de mufla durante 110 minutos alcanzando una temperatura máxima de 1.190 °C, dando como resultado las correspondientes muestras de ensayo cocidas D, E y F.
Las composiciones de las muestras de ensayo cocidas D, E y F obtenidas determinadas mediante FRX se representan en la tabla 4.
Tabla 4:
*Peso perdido por ignición
La Tabla 5 muestra una comparación de las propiedades de las muestras de ensayo D - G antes y después de la cocción:
Tabla 5
Las muestras de ensayo E, F y G presentan una concentración baja de MgO en su composición, puesto que no se usó talco ni bentonita en sus correspondientes mezclas. En comparación con la muestra de ensayo D, las muestras E - G muestran una reducción marcada en la estabilidad mecánica de la muestra compactada antes de la cocción.
La estabilidad mecánica del material cerámico sin cocer es de importancia crítica especialmente cuando se fabrican losas o baldosas de gran formato, es decir, con dimensiones superiores a 1,2x0,6 m2 El material cerámico sin cocer compactado de gran formato debe transportarse mediante cintas, rodillos, a través de diferentes estaciones en la línea de producción, antes de su cocción. Estas estaciones entre la prensa y el horno de cocción incluyen normalmente estaciones para la aplicación de capas (por ejemplo, esmaltes, capas decorativas), hornos de secado, etc. Un valor inferior de estabilidad mecánica antes de la cocción significa que el material cerámico compactado sin cocer es más propenso a deformarse, agrietarse o romperse durante su transporte, provocando una menor eficiencia de producción y una mayor relación de desperdicio.
Simultáneamente, las muestras de ensayo E - G presentan valores altos de absorción de agua y una resistencia mecánica reducida contra la fractura. En cambio, la composición que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con la invención (muestra D) condujo a valores muy bajos de absorción de agua y una resistencia mecánica alta a la fractura incluso cuando la cocción se realizó a una temperatura inferior a 1.200 °C, lo que representa al menos una ventaja económica en comparación con otros métodos de fabricación que requieren temperaturas superiores.
En vista de la baja estabilidad mecánica del material cerámico sin cocer, así como de su reducida resistencia mecánica y su absorción de agua elevada después de la cocción, las composiciones de las mezclas E - G se consideran no aptas para la fabricación industrial de baldosas o losas de gran formato.
Ejemplo 3:
Las formulaciones para la muestra de ensayo A y la muestra de ensayo comparativa B en el Ejemplo 1 se emplearon como base para la fabricación a escala industrial de baldosas de al menos 3,2 m de longitud y 1,4 m de anchura, y con un espesor de 2,0 cm. Las Baldosas A comprendían una capa de cerámica cocida basada en la formulación para la muestra de ensayo A, mientras que las Baldosas B comparativas comprendían una capa de cerámica cocida basada en la formulación de la muestra de ensayo B.
En la producción industrial de las capas de cerámica cocidas de las Baldosas A y B, se siguieron las mismas etapas básicas que para la preparación de las muestras de ensayo A y B. Sin embargo, en la fabricación industrial, después de la molienda en húmedo de las materias primas en el molino de bolas, las barbotinas se secaron parcialmente en un secador por aspersión industrial para obtener polvos que tenían un contenido de humedad del 8,5 % y tamaños de partículas predominantemente <800 micrómetros. Después, los polvos se conforman dispensándolos como una capa uniforme sobre una cinta formadora y se precompactan antes de someterlos a compactación a una presión de al menos 450 kg/cm2. La capa de cerámica compactada (sin cocer) se cortó a una longitud de 3,55 m y una anchura de 1,63 m, y se secó adicionalmente hasta alcanzar un contenido de humedad del 0,0-1,0 % en peso, antes de cocerla en un horno de rodillos alcanzando una temperatura máxima de aproximadamente 1.190 °C y un tiempo de residencia a esta temperatura máxima de aproximadamente 10-30 minutos.
En la Tabla 6 se muestra la composición promedio de la capa de cerámica cocida en las Baldosas A y B obtenidas.
Tabla 6
La capa de cerámica cocida de la Baldosa A tenía una longitud y una anchura después de la cocción de 3,34*1,52 m, mientras que la capa de cerámica cocida de la Baldosa B tenía una longitud y una anchura de 3,24*1,47 m, lo que significa que la capa de cerámica cocida de la Baldosa A tuvo un aumento de superficie del 6,6 % con respecto a la capa de cerámica cocida de la Baldosa B.
La densidad aparente de la capa de cerámica cocida fue de 2,35 g/cm3 y 2,57 g/cm3 para la Baldosa A y la Baldosa B, respectivamente. En ambos casos de la Baldosa A y la Baldosa B, la absorción de agua de la capa de cerámica cocida fue < 0,01 %.
Las Baldosas A y B se cortaron en ángulos de 90° y 45° con una sierra de puente CNC provista de un disco comercial recién afilado apropiado para gres porcelánico. Se registró la velocidad máxima, a la que el que el disco puede moverse mientras corta a través de la baldosa a 2400 rpm produciendo cortes limpios, sin astillas ni grietas en las baldosas. Aunque la velocidad máxima de corte de la Baldosa B no se pudo aumentar más allá de 0,8 m/min, puesto que se astillaría o agrietaría, la Baldosa A pudo cortarse a 1,3 m/min sin problemas.
En otro ejemplo, las Baldosas A y B se cortaron a 90 °C usando una sierra de puente CNC provista de discos comerciales sin usar apropiados para gres porcelánico. Los cortes se realizaron a 2400 rpm, longitudinalmente a lo largo de la longitud de la baldosa, y separados 2 cm. En total, los cortes se extendieron por más de 200 metros lineales. Aunque la Baldosa B no pudo cortarse a velocidades superiores a 0,8 m/min sin que se astillara o incluso se fracturara la baldosa, la Baldosa A pudo cortarse a una velocidad de 1,6 m/min o incluso superior sin presentar problemas similares.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES 1. Baldosa o losa que comprende un material cerámico cocido, en donde el material cerámico cocido tiene una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m, y tiene una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
    basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  2. 2. Baldosa o losa de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el porcentaje en peso de ZrO<2>está en el intervalo del 3,1-5,8 % en peso, preferentemente del 3,2-5,1 % en peso, basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  3. 3. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, en donde la suma de los porcentajes en peso de CaO MgO está en el intervalo de 4,3-7,3 % en peso, preferentemente del 4,8-6,8 % en peso, basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  4. 4. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el material cerámico cocido tiene una composición química que comprende: - 56,0-62,0 % en peso de SO<2>; y/o -18,3-22,3 % en peso de A^Os; y/o - 3,2-5,5 % en peso de CaO; y/o - 1,2-3,8 % en peso de MgO; basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  5. 5. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde el material cerámico cocido tiene una composición química que comprende además: - 1,5-3,8 % en peso, preferentemente 2,8-3,5, de Na<2>O; y/o - 1,0-4,2 % en peso, preferentemente 1,9-3,7, de K<2>O; y/o - 0,05-0,6 % en peso, preferentemente 0,1-0,5, de Fe<2>Os; y/o - 0,05-0,3 % en peso, preferentemente 0,5-0,2, de TO<2>; basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  6. 6. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el material cerámico cocido tiene una composición química que comprende una combinación de óxidos de acuerdo con:
    basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  7. 7. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el material cerámico cocido no comprende o comprende menos del 10 % en peso de mullita como fase cristalina, preferentemente menos del 5 % en peso, basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  8. 8. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el material cerámico cocido comprende al menos el 40 % en peso de fase amorfa, preferentemente al menos el 50 % en peso, basándose en el peso total del material cerámico cocido.
  9. 9. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el material cerámico cocido tiene una longitud de al menos 2,4 m y una anchura de al menos 1,2 m.
  10. 10. Baldosa o losa de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde la baldosa o losa comprende además una capa o depósito de porcelana, esmalte, engobe, tinta, frita y/o granilla.
  11. 11. Una encimera de cocina o tocador, salpicadero de cocina, plato de ducha, revestimiento de paredes o suelos, revestimiento de muebles, tablero de mesa, baldosa de fachada ventilada, tablero de estufa, escalón de escalera o chimenea hecha a partir de una baldosa o losa como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
  12. 12. Método para la fabricación de una baldosa o losa como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende: a) preparar aglomerados discretos de materias primas cerámicas; b) conformar y compactar los aglomerados para proporcionar un material conformado y compactado, teniendo el material conformado y compactado una longitud de al menos 1,2 m y una anchura de al menos 0,6 m; c) cocer el material conformado y compactado con un perfil de temperatura que tenga un máximo entre 1.100 °C y 1.300 °C; en donde las materias primas cerámicas de la etapa a) comprenden: (i) el 25-45 % en peso de materiales arcillosos, comprendiendo los materiales arcillosos uno o varios de caolín, arcillas de bentonita, arcillas refractarias, arcillas de gres, arcillas de bola o mezclas de los mismos; y (ii) el 55-75 % en peso de materiales no arcillosos, comprendiendo los materiales no arcillosos uno o varios de feldespatos, sienita nefelínica, talco, corindón, minerales de cuarzo o mezclas de los mismos, basándose en el peso total de dichas materias primas cerámicas; y caracterizadas por que los materiales no arcillosos (ii) comprenden: - el 4-12 % en peso de un material que contiene calcio seleccionado de wollastonita, diópsido, tremolita, granate y mezclas de los mismos, y - el 2-10 % en peso de un material que contiene circonio que comprende el 45-100 % en peso de ZrO<2>, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas en a).
  13. 13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en donde los materiales no arcillosos (ii) comprenden, basándose en el peso total de las materias primas cerámicas, el 0-5 % en peso de un mineral de cuarzo con un contenido de cuarzo superior al 70 % en peso.
  14. 14. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13, en donde la compactación de la etapa b) se realiza aplicando una presión de 350-600 kg/cm2, preferentemente de 400-600 kg/cm2.
  15. 15. Método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, que comprende además una etapa de proporcionar una capa, depósito o un precursor de los mismos, de un esmalte, pigmento, engobe, granilla, frita, tinta o una combinación de los mismos sobre el material moldeado y compactado obtenido después de la etapa b).
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