IT201900016535A1 - Additivo solido per impasti ceramici - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
Annessa a domanda di brevetto per INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo
“ADDITIVO SOLIDO PER IMPASTI CERAMICI”
La presente invenzione ha per oggetto una composizione solida contenente nitrati per ridurre il difetto degli articoli ceramici, in particolare delle piastrelle, denominato cuore nero.
STATO DELL’ARTE
Nel settore ceramico, con il difetto denominato “cuore nero” ci si riferisce ad una zona più o meno estesa di colore che varia dal marrone scuro a nero, riconoscibile in frattura nella parte più interna del pezzo ceramico. La presenza del cuore nero indica un’insufficiente ossidazione dei residui carboniosi provenienti dalla decomposizione termica della materia organica presente negli impasti ceramici durante la cottura del pezzo ceramico.
Ridurre il difetto del cuore nero presenta quindi il vantaggio di diminuire la quantità di prodotto di scarto o di seconda scelta, aumentando la produttività delle linee.
Le principali cause del cuore nero sono l’elevata quantità di materiale organico nelle materie prime che costituiscono l’impasto; la presenza di un elevato tenore di solfuri, la scarsa ossigenazione in cottura e i cicli di cottura troppo brevi.
La decomposizione delle sostanze organiche avviene fra i 400°C e i 600°C. Affinché il processo avvenga in maniera completa in tutta la massa ceramica è necessario dare tempo e modo all’ossigeno di penetrare all’interno del corpo del pezzo ceramico in cottura, di reagire con la materia organica presente e lasciando fuoriuscire l’anidride carbonica formatasi. E’ quindi necessaria un’adeguata ventilazione all’interno del forno per garantire l’apporto di ossigeno e la rimozione dei gas di scarico, nonché un tempo di contatto sufficiente per fare in modo che la reazione avvenga.
Ulteriori fattori che favoriscono lo sviluppo di questa difettosità sono la presenza di ingobbi o smalti che fondono a basse temperature sigillando la superficie del pezzo e impedendo la diffusione dei gas, nonché la pressione di pressatura troppo elevata che compatta eccessivamente le polveri.
Il cuore nero costituisce un difetto tale da compromettere, in alcuni casi, la funzionalità del prodotto. Le principali conseguenze della formazione del cuore nero sono la riduzione della resistenza meccanica del materiale, la presenza di rigonfiamenti e/o deformazioni, il deterioramento delle caratteristiche estetiche e tecniche degli smalti ed il deterioramento delle caratteristiche estetiche del pezzo tagliato e/o rettificato, in particolare delle piastrelle.
I metodi noti nell’arte per ridurre cuore nero comprendono quindi l’uso di materie prime povere di sostanze organiche, l’adozione di cicli di cottura più lunghi e, più raramente, l’utilizzo di additivi chimici nell’impasto.
E’ noto nel settore l’utilizzo di sali dell’acido nitrico per ridurre il fenomeno del cuore nero. Tuttavia, i prodotti attualmente in commercio si presentano in forma granulare o liquida e presentano delle gravi limitazioni che ne rendono l’uso nel settore ceramico quasi impraticabile.
I prodotti granulari infatti sono di norma altamente igroscopici ed il loro stoccaggio per lunghi periodi risulta problematico. Inoltre, presentano generalmente una granulometria grossolana che ha lo svantaggio di rendere difficoltosa la miscelazione del prodotto all’impasto ceramico atomizzato.
Le soluzioni acquose di sali dell’acido nitrico non possono essere aggiunte alla barbottina contenente l’impasto ceramico perché sono dei potenti agenti flocculanti che ne causerebbero la precipitazione. Tali soluzioni non possono essere tantomeno aggiunte all’impasto spruzzando i granuli di atomizzato a causa dell’elevato potere corrosivo della soluzione sugli elementi di impianto con cui la soluzione stessa viene a contatto.
In questo contesto, il presente trovato si pone quindi come compito precipuo quello di fornire un additivo per impasti ceramici in grado di prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero in un articolo ceramico. Nell’ambito di questo compito, un ulteriore scopo del trovato è quello di fornire un additivo che possa essere aggiunto all’impasto ceramico senza alterarne le caratteristiche chimico fisiche e senza avere un effetto negativo sulle (ovvero danneggiare le) apparecchiature utilizzate per l’additivazione.
Un altro scopo del trovato è fornire un additivo che possa essere impiegato in un processo di produzione di articoli ceramici, in particolare di piastrelle ceramiche, senza richiedere sostanziali variazioni del lay-out degli impianti esistenti e/o o l’introduzione di apparecchiature normalmente non presenti in un impianto ceramico.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione riguarda una composizione solida comprendente almeno un sale dell’acido nitrico, almeno un minerale argilloso e almeno una silice amorfa, in cui l’almeno un sale dell’acido nitrico ha dimensione delle particelle:
- Dv(90) minore o uguale di 500 micron, preferibilmente minore o uguale di 400 micron, più preferibilmente minore o uguale di 300 micron; e/o
- Dv(50) minore o uguale di 100 micron, preferibilmente minore o uguale di 80 micron, più preferibilmente minore o uguale di 50 micron, più preferibilmente minore o uguale di 40 micron.
La Richiedente ha sorprendentemente trovato che la composizione solida comprendente almeno un sale dell’acido nitrico con granulometria come descritto in seguito nel dettaglio, almeno un minerale argilloso e almeno una silice amorfa può essere agevolmente aggiunta alle materie prime secche comprese in un impasto ceramico, prevenendo e/o riducendo e/o impedendo la formazione del cuore nero durante la cottura dell’impasto. In un suo ulteriore aspetto, il trovato riguarda pertanto l’uso della composizione solida come descritta nella rivendicazione 1 e/o nelle rivendicazioni da essa dipendenti che ne evidenziano aspetti specifici, per prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero in un articolo ceramico.
La prevenzione e/o riduzione del difetto permette di utilizzare materie prime ceramiche contenenti maggiori quantità di sostanze organiche, le quali conferiscono maggiore plasticità all’impasto.
Inoltre, un impasto ceramico comprendente la composizione solida oggetto del trovato può essere sottoposto a un ciclo di cottura più breve rispetto al medesimo impasto non additivato, aumentando la produttività dell’impianto e riducendo i costi di esercizio.
Ancora, l’utilizzo della composizione solida secondo il trovato permette di aumentare la resa di produzione dell’impianto riducendo il numero di pezzi ceramici difettosi prodotti.
In un suo ulteriore aspetto, il trovato ha ad oggetto un impasto ceramico comprendente 0,1-3,0% in peso della composizione solida secondo la rivendicazione 1 o secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da essa dipendenti.
Ancora, il trovato riguarda un procedimento per produrre un articolo ceramico comprendente:
(i) predisporre un impasto ceramico comprendente 0,1-3,0% in peso della composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7;
(ii) formare l’impasto ceramico e cuocere l’impasto ceramico formato.
Vantaggiosamente, l’additivazione dell’impasto ceramico con la composizione solida può essere fatta utilizzando apparecchiature normalmente presenti in un impianto ceramico, quali ad esempio un impianto per la colorazione a secco degli impasti e/o un impianto di macinazione a secco delle materie prime. Le apparecchiature utilizzate non vengono inoltre danneggiate dalla composizione solida.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
Nel contesto della presente descrizione e delle rivendicazioni allegate, i termini “temperatura ambiente” e “pressione ambiente” si riferiscono rispettivamente ad una temperatura di 20-25°C e ad una pressione di circa 101,32 kPa.
In un suo primo aspetto, il trovato riguarda una composizione solida comprendente almeno un sale dell’acido nitrico, almeno un minerale argilloso e almeno una silice amorfa, in cui l’almeno un sale dell’acido nitrico ha dimensione delle particelle:
- Dv(90) minore o uguale di 500 micron, preferibilmente minore o uguale di 400 micron, più preferibilmente minore o uguale di 300 micron; e/o
- Dv(50) minore o uguale di 100 micron, preferibilmente minore o uguale di 80 micron, più preferibilmente minore o uguale di 50 micron, più preferibilmente minore o uguale di 40 micron.
In una forma di realizzazione, i valori di Dv(90) e di Dv(50) delle particelle dell’almeno un sale dell’acido nitrico ricadono negli intervalli sopra riportati. In una forma di realizzazione, l’almeno un sale dell’acido nitrico ha inoltre dimensione delle particelle Dv(99) minore o uguale a 1000 micron, preferibilmente minore o uguale a 800 micron, più preferibilmente minore o uguale a 600 micron.
In una forma di realizzazione preferita, l’almeno un sale dell’acido nitrico ha dimensione delle particelle Dv(99) minore o uguale a 600 micron, Dv(90) minore o uguale a 300 micron e Dv(50) minore o uguale a 40 micron.
In una forma di realizzazione, per ciascuno degli intervalli sopra riportati il valore di Dv(99) è in ogni caso maggiore di 500 micron e/o il valore di Dv(90) è in ogni caso maggiore di 200 micron e/o il valore di Dv(50) è maggiore di 25 micron.
Secondo questa forma di realizzazione preferita, la composizione solida secondo il trovato ha elevata scorrevolezza, si miscela facilmente all’impasto ceramico, disperdendosi in modo uniforme nello stesso.
Il sale dell’acido nitrico può essere almeno un sale di un metallo alcalino o alcalino terroso, detto sale dell’acido nitrico essendo preferibilmente scelto nel gruppo costituito da: calcio nitrato, sodio nitrato, potassio nitrato e loro combinazioni.
In una forma di realizzazione preferita, il sale dell’acido nitrico è calcio nitrato.
L’almeno un minerale argilloso può essere scelto nel gruppo costituito da minerali appartenenti al gruppo delle: caoliniti, delle smectiti, delle illiti, delle cloriti, e loro combinazioni. Preferibilmente, detto minerale argilloso può essere almeno un minerale appartenete al gruppo delle caoliniti.
In una forma di attuazione preferita, detto almeno un minerale argilloso è compreso in un’argilla e/o in un caolino, preferibilmente in un caolino.
In una forma di realizzazione, il 99,9% delle particelle dell’argilla e/o del caolino ha/hanno dimensioni minori di 45 micron (ovvero solamente lo 0,1% ha dimensioni maggiori o uguali a 45 micron).
In una forma di realizzazione particolarmente preferita, l’almeno un minerale argilloso è compreso in un caolino micronizzato avente la granulometria sopra riportata.
La silice amorfa può essere preferibilmente scelta nel gruppo costituito da: gel di silice, silice precipitata, fumed silica e loro combinazioni, più preferibilmente silice precipitata.
In una forma di realizzazione, detta silice amorfa può avere dimensione delle particelle Dv(50) minore o uguale a 50 micron, preferibilmente minore o uguale a 30 micron, più preferibilmente minore o uguale a 25 micron.
In una forma realizzazione, per ciascuno degli intervalli sopra riportati il valore di Dv(50) è in ogni caso maggiore di 15 micron.
In una forma di realizzazione, la silice amorfa e l’argilla e/o il caolino hanno granulometria che rientra negli intervalli sopra riportati.
La composizione solida oggetto del trovato è poco o per nulla sensibile all’umidità ambientale ed è caratterizzata da una buona scorrevolezza che ne rende agevole l’incorporazione nell’impasto ceramico.
In una forma di realizzazione preferita, la composizione solida comprende: 60-80% in peso dell’almeno un sale dell’acido nitrico, preferibilmente calcio nitrato;
0,5-25% in peso di argilla e/o caolino, preferibilmente caolino; e
5-30% in peso dell’almeno una silice amorfa, preferibilmente silice precipitata,
in cui le percentuali sono riferite al peso complessivo della composizione solida, essendo il peso complessivo della composizione solida pari a 100%.
La composizione solida secondo il trovato può essere preparata miscelando a secco i componenti, opzionalmente macinando i componenti durante la miscelazione per ottenere la granulometria preferita. Per tale operazione possono essere impiegate apparecchiature per la macinazione a secco note nel settore ceramico.
La composizione solida secondo il trovato è efficacie per prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero in un articolo ceramico. Pertanto, in un suo ulteriore aspetto il trovato riguarda l’uso della composizione solida come sopra descritta nel dettaglio per prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero in un articolo ceramico, in particolare per prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero in una piastrella.
La composizione solida si è dimostrata efficacie per prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero quando aggiunta ad un impasto ceramico in quantità dallo 0,1% al 3,0% in peso, preferibilmente dallo 0,1 al 1,0% in peso, più preferibilmente dallo 0,1% al 0,6% in peso, in cui la quantità di composizione solida è riferita al peso complessivo dell’impasto ceramico additivato, ovvero alla somma del peso delle materie prime ceramiche comprese nell’impasto e della composizione solida.
In un suo ulteriore aspetto, il trovato riguarda pertanto anche un impasto ceramico additivato, in particolare un impasto ceramico crudo, comprendente 0,1-3,0% in peso, preferibilmente 0,1-1,0% in peso, più preferibilmente dallo 0,1% al 0,6% in peso, della composizione solida come precedentemente descritta nel dettaglio e una miscela di materie prime ceramiche, in cui la quantità di composizione solida è riferita al peso complessivo dell’impasto ceramico, ovvero alla somma del peso delle materie prime e della composizione solida.
Le materie prime ceramiche comprendono materiali plastici, ad esempio argille e/o caolini; materiali fondenti, ad esempio feldspati; materiali inerti, ad esempio sabbia e quarzo; e loro combinazioni. La quantità di ciascuna materia prima ceramica nell’impasto viene dosata in funzione del tipo di materiale ceramico che si vuole ottenere (gres, monoporosa, etc.).
La composizione solida secondo il trovato non altera le caratteristiche fisico-meccaniche dell’impasto ceramico crudo e/o del verde e/o dell’articolo ceramico cotto.
In un suo ulteriore aspetto, il presente trovato si riferisce inoltre a un procedimento per produrre un articolo ceramico, preferibilmente una piastrella ceramica, in cui il procedimento comprende:
(i) predisporre un impasto ceramico 0,1-3,0% in peso, preferibilmente 0,11,0% in peso, più preferibilmente dallo 0,1% al 0,6% in peso, della composizione solida come precedentemente descritta nel dettaglio e una miscela di materie prime ceramiche, in cui la quantità di composizione solida è riferita al peso complessivo dell’impasto ceramico, ovvero alla somma del peso delle materie prime ceramiche comprese nell’impasto e della composizione solida;
(ii) formare e cuocere l’impasto ceramico formato.
La fase (i) comprende preferibilmente miscelare a secco le materie prime ceramiche e la composizione solida. Secondo questa forma di attuazione del procedimento, la composizione solida non esplica alcuna azione corrosiva nei confronti delle apparecchiature con le quali viene a contatto. In una forma di attuazione preferita, la fase (i) comprende miscelare a secco la composizione solida con materie prime ceramiche atomizzate, ad esempio utilizzando un impianto per la colorazione a secco dell’impasto. Vantaggiosamente, la miscelazione della composizione solida oggetto del trovato alle materie prime ceramiche non richiede sostanziali variazioni al lay-out degli impianti ceramici esistenti e non richiede significative variazioni di processo. Pertanto, la fase (i) può essere attuata facilmente e a costi ridotti sugli impianti ceramici esistenti.
Opzionalmente, la fase (i) può comprendere una fase (i.a) di colorare a secco l’impasto ceramico. Per colorare l’impasto ceramico possono essere utilizzati nella fase (i.a) pigmenti solidi noti nel settore per la colorazione a secco degli impasti.
Detta fase (i.a) può essere attuata prima e/o dopo e/o simultaneamente alla fase di miscelare la composizione solida e le materie prime ceramiche.
La fase (ii) di formare l’impasto ceramico può preferibilmente comprendere pressare o estrudere l’impasto ceramico, preferibilmente pressare l’impasto.
La fase (ii) può comprendere inoltre almeno una fase (ii.a) di colorare e/o decorare l’impasto ceramico formato, utilizzando tecniche di colorazione e/o decorazione superficiale di per sé note nel settore.
Ad esempio, l’impasto ceramico formato può essere colorato e/o decorato con serigrafia piana e/o serigrafia rotativa e/o stampa a getto d’inchiostro. La fase di decorare l’impasto ceramico formato può comprendere smaltare l’impasto ceramico formato.
La fase (ii) può ulteriormente comprendere una fase (ii.b) di essiccare l’impasto ceramico formato e, opzionalmente colorato e/o decorato.
La fase di cuocere l’impasto ceramico formato, e opzionalmente colorato e/o decorato e/o essiccato, può essere attuata in un formo ceramico utilizzando cicli di cottura standard a seconda dell’articolo ceramico da produrre.
Vantaggiosamente, l’impasto ceramico formato comprendente la composizione solida oggetto del trovato può essere cotto con cicli di cottura più brevi rispetto allo stesso impasto che non comprende la composizione solida prevenendo e/o riducendo e/o impedendo la formazione del cuore nero nell’articolo ceramico, in particolare nelle piastrelle.
Il trovato è di seguito illustrato attraverso alcuni esempi non limitativi.
I seguenti metodi analitici sono utilizzati per determinare le proprietà riportate nella descrizione e negli esempi.
ESEMPI
Dimensione delle particelle: determinata per diffrattometria laser (granulometro Malvern).
Esempi 1 e 2 e esempio di confronto 3
Le materie prime ceramiche sono state macinate ad umido, ottenendo una barbottina. Successivamente la barbottina è stata esiccata, macinata ed umidificata con umidità intorno al 6%, miscelando accuratamente a secco le materie prime ceramiche e la composizione solida nelle quantità riportate in tabella 1. I componenti della composizione solida e le relative quantità sono riportati in tabella 2.
Tabella 1
Tabella 2
Successivamente, gli impasti ceramici additivati sono stati atomizzati e pressati in una pressa da laboratorio ottenendo provini 50x100mm, aventi spessore di circa 10mm.
I provini sono stati essiccati, smaltati con uno smalto basso-fondente e cotti in un formo elettrico da laboratorio con il seguente ciclo di cottura: 15 minuti a 650°C, 15 minuti a 1210°C, 15 minuti a 650°C e 15 minuti di raffreddamento naturale a camino aperto.
Dopo la cottura i provini sono stati rotti per osservarne l’interno. Il provino dell’esempio comparativo 3 presentava una marcata presenza di cuore nero, che diminuisce significativamente nei provini degli esempi 1 e 2, in modo direttamente proporzionale alla quantità di composizione solida aggiunta all’impasto.
Claims (10)
- RIVENDICAZIONI 1. Composizione solida comprendente almeno un sale dell’acido nitrico, almeno un minerale argilloso e almeno una silice amorfa, in cui l’almeno un sale dell’acido nitrico ha dimensione delle particelle: - Dv(90) minore o uguale di 500 micron, preferibilmente minore o uguale di 400 micron, più preferibilmente minore o uguale di 300 micron; e/o - Dv(50) minore o uguale di 100 micron, preferibilmente minore o uguale di 80 micron, più preferibilmente minore o uguale di 50 micron, più preferibilmente minore o uguale di 40 micron.
- 2. Composizione solida secondo la rivendicazione 1, in cui il sale dell’acido nitrico è scelto nel gruppo costituito da: calcio nitrato, sodio nitrato, potassio nitrato e loro combinazioni.
- 3. Composizione solida secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto almeno un minerale argilloso è compreso in un’argilla e/o in un caolino, preferibilmente in un caolino.
- 4. Composizione solida secondo la rivendicazione 3, in cui il 99,9% delle particelle di argilla e/o di caolino ha/hanno dimensioni minori di 45 micron.
- 5. Composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la silice amorfa è silice precipitata.
- 6. Composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta silice amorfa ha dimensione delle particelle Dv(50) minore o uguale a 50 micron, preferibilmente minore o uguale a 30 micron, più preferibilmente minore o uguale a 25 micron.
- 7. Composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti comprendente: 60-80% in peso dell’almeno un sale dell’acido nitrico, preferibilmente calcio nitrato; 0,5-25% in peso di argilla e/o caolino, preferibilmente caolino; e 5-30% in peso dell’almeno una silice amorfa, preferibilmente silice precipitata, in cui le percentuali sono riferite al peso complessivo della composizione solida.
- 8. Uso della composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7 per prevenire e/o ridurre e/o impedire la formazione del cuore nero in un articolo ceramico, detto articolo ceramico essendo preferibilmente una piastrella.
- 9. Impasto ceramico additivato comprendente 0,1-3,0% in peso, preferibilmente 0,1-1,0% in peso, più preferibilmente dallo 0,1% al 0,6% in peso, della composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7 e una miscela di materie prime ceramiche, in cui la quantità della composizione solida è riferita al peso complessivo dell’impasto ceramico additivato.
- 10. Procedimento per produrre un articolo ceramico comprendente: (i) predisporre un impasto ceramico comprendente 0,1-3,0% in peso, preferibilmente 0,1-1,0% in peso, più preferibilmente dallo 0,1% al 0,6% in peso, della composizione solida secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-7 e una miscela di materie prime ceramiche; (ii) formare l’impasto ceramico e cuocere l’impasto ceramico formato.
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| JPH08310853A (ja) * | 1995-05-12 | 1996-11-26 | Takasago Ind Co Ltd | 陶磁用素地 |
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