MXPA00009536A - Metodo para preparar composiciones de ceramica. - Google Patents

Abstract

Se da a conocer un metodo para preparar pastas acuosas de particulas de ceramica, que tienen propiedades reologicas controladas, para permitir el proceso ulterior a cuerpos de ceramica crudos, que tienen una compactacion, resistencia en crudo y densidad en crudo mejoradas. Aditivos de polimero que contienen unidades de monomero del 0.1 al 20% de acido acrilico y/o acido metacrilico, son especialmente utiles en controlar la viscosidad de las pastas acuosas, con alto contenido en solidos, de las particulas de ceramica y actuan como aglutinantes para mejorar la resistencia de los articulos de ceramica acabados. Tal como fregaderos, balnearios, accesorios para banos y articulos sanitarios.

Description

MÉTODO PARA PREPARAR COMPOSICIONES DE CERÁMICA ANTECEDENTES La invención se refiere al uso de aditivos poliméricos que suministran una plasticidad, densidad y resistencia aumentadas en la formación de artículos de cerámica. En particular, la presente invención implica el uso de aditivos de polímeros seleccionados junto con materiales de matrices minerales, para suministrar cuerpos de cerámica en crudo, tal como los usados en artículos sanitarios, que tienen una resistencia mejorada en crudo y una pérdida reducida en subproductos de desperdicio. Además, los aditivos de polímeros seleccionados facilitan el manejo, en etapas de proceso antes de la formación del cuerpo en crudo, por hacer posible que pastas acuosas de partículas de cerámica, con alto contenido en sólidos, sean preparadas, las cuales tienen viscosidades controlables dentro de un intervalo seleccionado. Los materiales de cerámica se preparan típicamente mezclando óxidos de cerámica en polvo en una pasta acuosa, junto con auxiliares del proceso, tal como dispersantes y aglutinantes. La pasta acuosa puede ser deshidratada para producir partículas de cerámica, después de lo cual las partículas se agregan (compactan) en un "cuerpo crudo", que tiene una configuración deseada; alternativamente, la pasta acuosa puede ser cargada a un molde, donde ocurre la formación y deshidratación de la configuración combinada, para formar el cuerpo en crudo . Los cuerpos en crudo se someten a un tratamiento de calor (sinterización) para convertir el cuerpo en crudo en una "cerámica calcinada", que tiene características satisfactorias de resistencia y durabilidad para su uso en una variedad de productos, por ejemplo, medios cromatográficos, auxiliares de molienda, abrasivos, catalizadores, adsorbentes, lozas de mesa, azulejos, componentes electrónicos, componentes de construcción, componentes de máquinas y particularmente, fregaderos, balnearios, accesorios para baño, artículos sanitarios y artículos de arquitectura. Las propiedades de los cuerpos en crudo afectan generalmente las propiedades del producto final de cerámica. Si la densidad del cuerpo en crudo es demasiado baja, las propiedades mecánicas del artículo, tal como la dureza y firmeza, disminuirán. Si la resistencia en crudo es demasiado baja, llega a ser difícil o imposible procesar este cuerpo en crudo. Así, es conveniente suministrar cuerpos de cerámica en crudo con suficiente densidad y resistencias en el -estado sin tratar. La densidad en crudo se determinó por lo bien que los materiales de cerámica se compactan durante el proceso. La carencia de plasticidad en las partículas de cerámica resulta en una dureza aumentada del cuerpo en crudo. La dureza aumentada reduce la compactación de las partículas durante la formación del cuerpo en crudo, y, por lo tanto, reduce la densidad de los cuerpos en crudo después de la compactación. La baja densidad en crudo resulta en una baja densidad después de sinterizar, lo cual reduce la resistencia mecánica del producto final de cerámica. Se han usado plastificantes comunes para mejorar las propiedades del cuerpo en crudo, y ellos incluyen el agua, etilen-glicoles, polietilen-glicoles, glicerol, ftalato de dibutilo y ftalato de dimetilo (James S. Reed, en Principies of Ceramic Processing, Segunda Edición, John Wiley and Sons, p. 204. New York, (1995). Estos plastificantes son o solubles en agua o insolubles en agua. Los plastificantes insolubles en agua son difíciles de incorporar en las pastas acuosas de cerámica que se basan en el agua. Los plastificantes solubles en agua son también menos convenientes, puesto que ellos son sensibles a cambios en la humedad, es decir, ellos son higroscópicos. Así, los cuerpos de cerámica en crudo, obtenidos por procesos que usan plastificantes solubles en agua, exhiben variabilidad en la compactación, densidad en crudo, resistencia en crudo, encogimiento y se pegan al troquel, conforme la humedad varía (Whitman et al., en Humidi ty Sensi tivi ty of Dry Press Binders, Documento No SXV Ib-92-94-, presentado en 96 Sesión Anual de The American Ceramic Society, Indianápolis, IN, 25 de abril de 1994) . Además, puesto que los plastificantes, antes mencionados, son o de moléculas pequeñas o polímeros de peso molecular muy bajo, ellos suministran poca o ninguna adhesión para los polvos de cerámica durante el proceso. Los cuerpos de cerámica en crudo, procesados con estos tipos de plastificantes, tienen una resistencia reducida. Un método de aumentar la compactación, aumentando así la densidad en crudo y la resistencia en crudo de los cuerpos de cerámica en crudo, es usar un aglutinante como un auxiliar del proceso. La patente de E.U.A:, No. 5,487,855 da a conocer aglutinantes para su uso en materiales de cerámica basados en los copolímeros hidrolizados solubles en agua, obtenidos de monómeros que tienen grupos funcionales de éster o de amida. La patente de E.U.A:, No. 5,908,889 dan a conocer el uso de poliamidas solubles en agua, obtenidas por la polimerización de condensación, como aglutinantes para los materiales de cerámica. Debido a que ellas son solubles en agua, estos aglutinantes tienen la desventaja de ser sensibles a los cambios en la humedad y el potencial para causar ~ la variabilidad en las propiedades durante el proceso . La patente de E.U.A., No. 4,968,460 describe varias ~~ clases de polímeros en emulsión, útiles como aglutinantes para materiales de cerámica, que incluyen los polímeros de esteres de acrilato. Estos aglutinantes suministran una aumentada resistencia en crudo y densidad en crudo a los cuerpos de cerámica sin tratar, cuando estos cuerpos se someten a una etapa de tratamiento de energía, tal como la irradiación de. haces de electrones, irradiación de rayos X, radiación ultravioleta, tratamiento por calentamiento de 50 hasta 200°C, o combinaciones de calor y presión; los tratamientos adicionales añaden tiempo y costo durante la producción de los cuerpos de cerámica en crudo.

La presente invención se dirige a. superar los problemas que implican el uso de los aditivos de la técnica anterior en preparar composiciones de cerámica, usando aditivos de polímeros seleccionados, que suministran pastas acuosas de partículas de cerámica, que tienen características de viscosidad controladas, permitiendo así que los aditivos deseados sean formulados en la composición de cerámica sin perjudicar las propiedades de manejo de las pastas acuosas usadas para preparar los cuerpos en crudo, especialmente cuando las etapas de proceso involucran el almacenamiento de la pasta acuosa, transferencia de la pasta acuosa, secado por rociado, moldeo de barbotina o prensado del filtro.

EXPOSICIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención suministra un método para preparar una composición de cerámica, que comprende: (a) formar una pasta acuosa de cerámica, que incluye del 45 al 85 por ciento en peso de un_ material de matriz mineral, basado en el peso de la pasta acuosa de cerámica, y del 0.05 al 10 por ciento en peso de un aditivo polimérico, con base en el peso del material de matriz mineral; (b) deshidratar la pasta acuosa de cerámica para formar un compuesto de material de matriz mineral y aditivo de polímero, por un proceso seleccionado de uno o más del secado por rociado, moldeo de, barbotina y prensado de filtro; (c) compactar el compuesto de material de matriz mineral - aditivo de polímero para formar un cuerpo crudo; y (d) sinterizar el cuerpo crudo; en que el aditivo del polímero se selecciona de uno o más polímeros que comprenden, como unidades polimerizadas, del 0.1 al 20 por ciento en peso, con base en el peso del polímero, de un monómero que contiene ácido, seleccionado de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio; y en que la pasta acuosa de cerámica retiene una viscosidad de cuando menos 0.15 hasta menos de 1.5 Pascales-segundo, durante al menos 24 horas, después que el aditivo del polímero se ha agregado a la pasta acuosa de cerámica. La presente invención además suministra un método para estabilizar una pasta acuosa de cerámica, el cual comprende: (a) formar una pasta acuosa de cerámica, que incluye del 45 al 85 por -ciento en peso de un material de matriz mineral, basado en el peso total de la pasta acuosa de cerámica; y (b) agregar del 0.05 al 10 por ciento en peso de un aditivo polimérico, basado en el peso del material de matriz mineral, a una pasta acuosa de cerámica; en que el aditivo de polímero se selecciona de uno o más polímeros, que comprenden como unidades polimerizadas, del 0.1 al 20 por ciento en peso, con base en el peso del polímero, de un monómero que contiene ácido, seleccionado de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio; y en que la pasta acuosa de cerámica retiene una viscosidad de cuando menos 0.15 hasta menos de 1.5 Pascales-segundo, durante al menos 24 horas, después que se ha agregado el aditivo del polímero a la pasta acuosa de cerámica.

DESCRIPCIÓN DETALLADA El proceso de la presente invención es útil para preparar un número de composiciones de cerámica, adecuadas para su uso en formar artículos terminados, tal como artículos sanitarios y accesorios del baño y cocina. Se ha descubierto que el uso de aditivos de polímero seleccionados en formular composiciones de cuerpo crudo resulta en la estabilización y el control de las características reológicas (tal como la viscosidad y la homogeneidad de la mezcla) de pastas acuosas de cerámica, con alto contenido en sólidos, permitiendo así la transferencia y el proceso sin obstáculos de las pastas acuosas de cerámica, mientras, al mismo tiempo, suministra una resistencia mejorada y mejores propiedades del desempeño de los artículos de cerámica acabados . Según se usa aquí, el término de " (met) acrilato de alquilo" se refiere a un éster de acrilato o metacrilato correspondiente; similarmente, el término de " (met) acrílico" se refiere a un ácido acrílico o metacrílico y sus derivados correspondientes, tal como los esteres o amidas. Según se usa aquí, todos los porcentajes referidos serán expresados en por ciento (%) en peso, con base en el peso total del polímero o la composición involucrados, a no ser que se especifique de otra manera. Según se usa aquí, el término de "copolímero" se refiere a las composiciones de polímeros que contienen unidades de dos o más diferentes monómeros. El "polímero de forma de emulsión", según se usa aquí, se refiere a un polímero insoluble en agua, que _se prepara por las técnicas de la polimerización en emulsión. La "temperatura de transición a vidrio" o "Tg", según se usa aquí, significa la temperatura a la cual o arriba de la cual un polímero vidrioso sufrirá un movimiento de segmentos de la cadena de polímeros. Aditivos poliméricos, adecuados para su uso en el método de esta invención, tienen típicamente una Tg dentro del intervalo de -50 hasta +90 °C y preferiblemente de -50 hasta +50°C. La Tg de un polímero se puede medir por varias técnicas, que incluyen, por ejemplo, la calorimetría de barrido diferencial ("DSC"). Aditivos de polímero, útiles en la presente invención, tienen típicamente un peso molecular promedio ponderal (Mw) de 30,000 hasta 2,000,000, preferiblemente de 50,000 a 1,0O0,000, y más preferiblemente de 100,000 hasta 500,000. Los pesos moleculares promedio ponderales se basan en el análisis de la cromatografía de permeacdión de gel ("GPC"), usando estándares de polímeros conocidos, adecuados para las composiciones de polímeros implicados. Mientras no se desea estar unido por la teoría, creemos que, en el caso de la presente invención, los polímeros que contienen del 0.1 al 20% de unidades de monómeros del ácido acrílico o del ácido metacrílico, son capaces de suministrar una resistencia aumentada en la composición resultante de cuerpo en crudo, mientras, al mismo tiempo, suministran pastas acuosas de partículas de cerámica que tienen propiedades reológicas controladas y benéficas, que facilitan el proceso a través de las varias etapas de la formación del artículo de cerámica. Los aditivos de polímero se pueden preparar por cualquier método convencional conocido para la polimerización: técnicas en masa, suspensión, solución o emulsión. Los polímeros de vinilo, insolubles en agua, son particularmente preferidos; especialmente preferidos son los polímeros en forma de emulsión, puesto que ellos suministran insensibilidad a la humedad de los productos intermedios, al igual que a la composición de cuerpo en crudo resultante, durante el proceso. Aditivos de polímeros preferidos, útiles en el método de la presente invención, incluyen, por ejemplo, los polímeros y copolímeros acrílicos, formados de esteres de (met) acrilato de alquilo (C1-C22) . tal como, por ejemplo, el acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de propilo, acrilato de isopropilo, acrilato de butilo, acrilato de isobutilo, acrilato de butilo secundario, acrilato de t-butilo, acrilato de pentilo, acrilato de neopentilo, acrilato de hexilo, acrilato de heptilo, acrilato de octilo, acrilato de isooctilo, acrilato de 2-etilhexilo, acrilato de decilo, acrilato de isodecilo, acrilato de laurilo, acrilato de bornilo, acrilato de isobornilo, acrilato de miristilo, acrilato de pentadecilo, acrilato de estearilo, metacrilato de metilo, metacrilato de etilo, metacrilato de propilo, metacrilato de isopropilo, metacrilato de butilo, metacrilato de isobutilo, metacrilato de hexilo, metacrilato de octilo, metacrilato de isooctilo, metacrilato de decilo, metacrilato de isodecilo, metacrilato de laurilo, metacrilato de bornilo, metacrilato de isobornilo, metacrilato de miristilo, metacrilato de pentadecilo, metacrilato de estearilo, metacrilato de icosilo y metacrilato de behenilo. Esteres de (met) acrilato preferidos incluyen el acrilato de metilo, acrilato de etilo, acrilato de butilo, acrilato de 2 -etilhexilo, metacrilato de metilo, metacrilato de butilo, metacrilato de isodecilo y metacrilato de laurilo. Los aditivos poliméricss, útiles en la presente invención, contienen, como unidades polimerizadas, del 0.1 al 20%, típicamente menos del 20%, preferiblemente del 0.5 al 15%, más preferiblemente del 1 al 10% y especialmente preferido del 2 al 5%, de uno o más monómeros que contienen ácido, seleccionados de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio. Además de las unidades de monómeros del ácido acrílico o el ácido metacrílico, hasta el 10% de otros monómeros que contienen ácido pueden estar presentes, tal como el ácido itacónico, ácido maléico, ácido fumárico y sus sales de metales alcalinos (por ejemplo, de sodio y de potasio) y de amonio. El monómero preferido que contiene ácido es el ácido acrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio correspondientes . Aditivos poliméricos útiles en la presente invención contienen, opcionalmente, como unidades polimerizadas, del cero hasta el 70%, y preferiblemente del 15 al 65%, de uno o más monómeros monoaromáticos de vinilo o vinilideno. Monómeros monoaromáticos de vinilo o vinilideno adecuados incluyen, por ejemplo, el estireno, y el estireno que e^stá substituido en el anillo aromático con uno o más radicales de alquilo (C1-C4) , radicales hidroxilo, átomos de cloro o átomos de bromo. Preferiblemente, el monómero monoaromático de vinilo o vinilideno es el estireno, a-metil -estireno, cloroestireno o vinil-fenol, y más preferiblemente es el estireno. Aditivos poliméricos preferidos, útiles en la presente invención, pueden contener como unidades polimerízadas, hasta un 10% de uno o más de otros monómeros copolimerizables. Otros monómeros copolimerizables adecuados incluyen, por ejemplo, el butadieno, acrilonitrilo, etileno, acetato de vinilo, (met) acrilatos de hidroxialquilo, amidas de ácidos carboxílicos insaturados etilénicamente (C3-C6) , amidas de ácidos carboxílicos insaturados etilénicamente (C3-C6) , que están substituidas en el nitrógeno por uno o dos grupos de alquilo (Cx-C4) , acrilamida, metacrilamida y N-metilol (met) acrilamida. Preferiblemente, los aditivos de polímero de la presente invención incluyen, por ejemplo, polímeros que comprenden, como unidades polimerizadas, (i) del 25 al 98% de uno o más monómeros de (met) acrilato de alquilo (C1-C22) , del 0.1 al 20% de monómeros que contienen ácido, seleccionados de uno o más del ácido acrílico y el ácido metacrílico, (iii) del 0 al 10% de uno o más ácidos carboxílicos insaturados etílénicamente (C4-C6) , además del ácido metacrílico, y (iv) del 0 al 70% de uno o más monómeros monoaromáticos de vinilo o vinilideno insaturados. Más preferiblemente, los aditivos de polímero se basan en polímeros que comprenden, como unidades polimerizadas, (i) del 30 al 80% de uno o más monómeros de (met) acrilato de alquilo , (ii) del 1 al 10% de monómeros que contienen ácido, seleccionados de uno o más del ácido acrílico y ácido metacrílico, e (iii) del 15 al 65% de no o más monómeros monoaromáticos de vinilo vinilideno insaturados Preferiblemente, el monómero que contiene ácido es el ácido acrílico y el monómero monoaromático de vinilo o vinilideno insaturado es el estireno. Materiales de matriz mineral de partida, útiles en el método de la presente invención, incluyen, por ejemplo, los esquistos, arcilla de cacharros de barro, arcilla de losas, bauxita en crudo, cianita en crudo, arcilla natural en bola, bentonita, arcilla de bola, caolín, caolín calcinado, bentonita refinada, pirofilita, talco, feldespato, sílice, nefelina sienita, wolastonita, espodumena, arena de vidrio, pedernal (cuarzo) k, cianita, bauxita, circón, rutilo, mineral de cromo, dolomita, alúmina, circona, circonatos, sílice, titania, titanatos, cordierita, óxidos de hierro, ferritas y caolinitas. Los materiales de matriz mineral preferidos se seleccionan de uno o más de arcillas de cacharros de barro, arcilla de losas, arcilla natural de bola, arcilla de bola, feldespato, sílice, pedernal y ferritas. Opcionalmente, los materiales de matriz mineral de partida se pueden mezclar con auxiliares convencionales, conocidos por los expertos en la materia, para varios propósito, por ejemplo, dispersantes, rellenos inertes, pigmentos y auxiliares del proceso (tal como los auxiliares del secado por rociado, lubricantes y agentes de liberación del molde) . Típicamente, se usan dispersantes para distribuir y suspender el material de matriz mineral en el medio portador, por ejemplo, en una pasta acuosa. Cuando se usan los dispersantes, las mezclas de pasta acuosa comprenden del 0.01 al 2% y preferiblemente del 0.1 al 1%, con base en el peso del material de matriz mineral, de dispersantes aniónicos. Dispersantes aniónicos adecuados incluyen, por ejemplo, el ácido poliacrílico, copolímero de ácido acrílico / ácido maléico, sulfato de laurilo, dodecilbencensulfonato, pirofosfato, y sus sales solubles en agua, tal como las sales de amonio y de metales alcalinos (potasio y sodio) .

Pigmentos convencionales (colorantes) , incluyen los minerales inorgánicos (tal como, por ejemplo, el cadmio, cromatos, azul de hierro, azul de cobalto y azul ultramarino) . Además, estos mismos auxiliares convencionales pueden ser agregados convenientemente a las últimas etapas en la producción de la composición de cerámica, por ejemplo, durante la formación de la mezcla del material particulado, la etapa deshidratadora o como parte de la etapa de compactación. Cuando están presentes, la cantidad de los auxiliares opcionales es típicamente del 0.05 al 50%, preferiblemente del 0.1 al 20% y más preferiblemente del 0.5 al 10%, con base en el peso del material de matriz mineral, de auxiliares seleccionados de uno o más de dispersantes, rellenos inertes, pigmentos y auxiliares del proceso. Las composiciones de cerámica se pueden producir convirtiendo los materiales de matriz mineral de partida a una forma de polvo fino, por medios convencionales (tal como en un molino de bolas o por agitación) y dispersando el material de matriz en polvo en agua, en la presencia de dispersantes convencionales (tal como las sales de poliacrilato o pirofosfato de sodio) , para suministrar una mezcla, típicamente en la forma de una pasta acuosa; opcionalmente, se pueden incluir aditivos de pigmentos inorgánicos en la preparación de esta mezcla. La mezcla de pasta acuosa contiene típicamente del 45 al 85%, preferiblemente del 50 al 80% y más preferiblemente del 60 al 75%, del material de matriz mineral, con base en el peso total de la mezcla de pasta acuosa. Típicamente, la pasta acuosa es luego mezclada con el aditivo del polímero por cualquier método de mezcla convencional (tal como la agitación mecánica, amasado o molido en molino de bolas) . La mezcla de la pasta acuosa contiene típicamente del?.05 al 10%, preferiblemente del 0.1 al 5%, más preferiblemente del 0.2 al 3% y especialmente preferido del 0.5 al 2%, del aditivo de polímero, con base en el eso total del material de matriz mineral. La mezcla de la pasta acuosa resultante puede ser transferida a una unidad secadora por rociado, un molde de barbotina o un dispositivo de prensa de filtro para la deshidratación, seguido por la compactación a un cuerpo en crudo. Preferiblemente, la mezcla de pasta acuosa se transfiere a un molde de barbotina, seguido por el drenado y endurecimiento para formar el cuerpo en crudo .

La etapa de moldeo de barbotina produce un cuerpo crudo en una configuración de artículo moldeado deseada, adecuada para el uso como un producto acabado como, por ejemplo, balnearios, cubiertas, accesorios de baño, accesorios de cocina, y productos sanitarios. Métodos adecuados adicionales, útiles para la compactación de la pasta acuosa de cerámica deshidratada, incluyen, por ejemplo, el prensado en seco, prensado isostático, extrusión y clasificadora hidráulica. Los cuerpos crudos se forman típicamente (compactan) bajo condiciones de presión (típicamente al menos 3.5 megaPascales o MPa y más preferiblemente de 13.8 MPa hasta 345 MPa, sometidos, opcionalmente, a una etapa de secado para remover la humedad residual, y luego sometidos a una etapa de sinterización en un horno (temperaturas típicas de 1100 hasta 1500 °C) para producirle producto de cerámica. Se describen en detalle algunas modalidades de la invención en los siguientes Ejemplos. Todas las relaciones, partes y porcentajes (%) se expresan en peso, a no ser que se especifique de otra manera, y todos los reactivos usados son de buena claridad comercial, a no ser que se especifique de otra manera .

EJEMPLO 1 - Procedimiento para Preparar Pastas Acuosas de Mezclas de Cerámica Una pasta acuosa (74% de sólidos) de un material de matriz mineral (arcilla de bola, ferrita y pedernal) , que tiene un pH (20-25°C) de 6.0, se usó como el material de partida (Pasta A) para preparar cuerpos de cerámica crudos. La viscosidad de partida de la Pasta A se midió a 20-25°C y a 32°C: 1.400 Pascal-segundo (Pa-s o centipoises (cP) , eje #4 a 60 revoluciones por minuto (rpm) y 0.806 Pa-s o 806 cP, eje #3 a 100 rpm, respectivamente. Las viscosidades se midieron usando un Reómetro programable Brookfield. Cinco muestras de la pasta acuosa se trataron cada una con 0.1% de dispersante (sal de amonio del ácido poliacrílico) , basado en el peso del material de matriz mineral, y se mezcló en un molino de bolas durante 24 horas, después de lo cual, los valores del pH y la viscosidad se midieron: el pH promedio fue de 6.2; viscosidad promedio a 20-25°C (eje #3 a 60 rpm), fue de 0.396 (+0.033) Pa-s; y la viscosidad promedio a 32°C (eje #3 a 100 rpm) fue de 0.262 (±0.024) Pa-s.

EJEMPLO 2 - Evaluación de la Estabilidad de la Pasta Acuosa (fluidez) Cinco aditivos de polímero se evaluaron en su efectividad en estabilizar y controlar la viscosidad de la pasta acuosa de partículas de cerámica, descrita en el Ejemplo 1. Los aditivos de polímero se suministraron como emulsiones acuosas (45-55% de sólidos del polímero) que contiene 0.1 a 2% (con base en los sólidos del polímero) de un agente tensoactivo de dodecilbencensulfonato de sodio, excepto para el aditivo #3 de polímero, el cual contenía agentes tensoactivos mixtos de sulfato de laurilo de sodio y de octilfenol etoxilado (6%) . Polímero 1: polímero en emulsión (Tg = -26°C) de 85% de acrilato de butilo, 12% de metacrilato de metilo, 1,6% de ácido metacrílico, 1% de metacrilato de etilenurea. Polímero 2 : polímero en emulsión del 65% de acrilato de butilo, 34% de metacrilato de metilo, 0.8% de ácido metacrílico. Polímero 3 : polímero en emulsión del 96% de acrilato de etilo y 4% de acrilamida metilolada.

Polímero 4: polímero en emulsión (Tg = +40°C) de 33% de acrilato de =tilhexilo, 63% de estireno, 4% de ácido acrílico. Polímero 5: polímero en' emulsión del 76% de acrilato de butilo, 19% de éstireno, 3.5% de ácido acrílico y 1.5% de ácido itacónico. Cinco muestras separadas de la pasta acuosa de cerámica, que contiene el dispersante descrito en el Ejemplo 1, se trataron con 0.5% del aditivo de polímero (Polímeros 1-5) , con base en el peso del material de matriz mineral. Las muestras de la pasta acuosa de cerámica se prepararon combinando 147 gramos de la Pasta A (Ejemplo 1) , con 0.3 gramos de la solución dispersante (35% en solución acuosa) , seguido por el molino de bolas. Las muestras de barbotina luego se prepararon agregando 1.0 a 1.2 gramos de la emulsión del aditivo de polímero (45-55% de emulsión acuosa) a las pastas acuosas molidas en el molino de bolas, seguido por. la mezcla de agitación de rodillo durante 24 horas, después de lo cual los valores de la viscosidad y el pH se midieron. Los valores promedio del pH no cambiaron de la pasta acuosa de cerámica original que contiene el dispersante; los datos de la viscosidad se resumen en la Tabla I . Tabla I La fluidez de las pastas de _ cerámica se caracterizó típicamente por viscosidades de cuando menos 0.15 y menos de 1.5 Pa-s (150 a 1500 cP) a las temperaturas ambientes (20-25°C) , con el fin de permitir el manejo satisfactorio y el proceso de la pasta acuosa a través de la conversión de la pasta acuosa desde su estado original en un artículo de cerámica final acabado. Preferiblemente, las pastas que contienen varias cantidades de aditivos (tal como aglutinantes, para mejorar la resistencia del cuerpo crudo y otras propiedades de manejo) tienen viscosidades de 0.2 a 1.0 Pa-s (200 a 1000 cP) , y más preferiblemente de 0.3 a 0.6 Pa-s (300 a 600 cP) ; las viscosidades están preferiblemente dentro de los intervalos antes mencionados tanto a la temperatura ambiente como a temperaturas elevadas, por ejemplo a 32 °C. Para los fines de la presente invención, los valores de la viscosidad se midieron a regímenes de corte de 60 rpm, eje #3 o #4, a 20-25°C; y a 100 rpm, eje #4, a 32°C. Por ejemplo, la pasta de cerámica se mantiene típicamente en una unidad de mezcla o almacenamiento como tal y se alimenta en la siguiente etapa del proceso de fabricación (secado por rociado, molde de barbotina o unidad de prensa de filtro) ; es conveniente que la viscosidad de la pasta acuosa en esta etapa pueda ser mantenida durante períodos prolongados de tiempo (al menos 24 horas, preferiblemente durante al menos 48 horas y más preferiblemente durante al menos 1 semana) , permitiendo así el bombeo y transferencia fácil de la pasta acuosa. Es conveniente que la presencia de los aditivos usados como aglutinantes para mejorar las propiedades del cuerpo en crudo, no afecte significantemente las características del manejo de las pastas acuosas de cerámica. De la Tabla I se puede ver que los aditivos de polímero #2, #4 y #5, satisfacen estos requisitos (todos los cuales contienen unidades de monómero polimerizadas del ácido acrílico o ácido metacrílico) , en tanto los aditivos de polímero #1 y #3 (ninguno de los cuales contiene unidades de monómeros del ácido acrílico polimerizadas) son incompatibles con la pasta acuosa (formación de gel de la pasta acuosa #3) o producen una viscosidad extremamente alta, similar a aquélla de una pasta o goma. Se evaluaron tres de los aditivos de polímero además en un nivel aumentado de aditivos (0.75 - 1.0%, con base en el peso del material de matriz mineral) ; los datos de la viscosidad se resumen en la Tabla II. Aunque el nivel de uso aumentado del aditivo #2 de polímero resulta en una viscosidad no deseada, los dos aditivos de polímero (#4 y #5) que contienen unidades polimerizadas del ácido acrílico, pueden ser incorporadas en las composiciones de cerámica, en estos niveles aumentados, sin aumentar significantemente la viscosidad de la pasta acuosa original (aproximadamente 0.4 Pa-s o 400 cP, a 20-25°C y de 0.26 Pa-s o 260 cP a 32°C). Esto ilustra que estos aditivos de polímero (útiles como aglutinantes para mejorar las propiedades del cuerpo crudo) pueden incorporarse exitosamente en el proceso de fabricación de la composición de cerámica, sin afectar negativamente la procesabilidad de las pastas acuosas de cerámica que contienen los aditivos . Tabla II Las pastas acuosas de partículas de cerámica, que contienen los aditivos #4 y #5 de polímeros, pueden ser además procesadas por medio del moldeo de barbotina, para mostrar una resistencia y durabilidad aumentadas del cuerpo en crudo, sobre los cuerpos en crudo basados en las pastas acuosas de partículas de cerámica que no contienen aditivos de polímeros. La resistencia y durabilidad aumentadas de los cuerpos en crudo, con base en los aditivos #4 y #5 de polímeros, también resulta en una pérdida reducida de subproductos de desecho, durante las etapas de moldeado, calcinado y acabado, en la producción de los artículos de cerámica acabados .

Claims (10)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para preparar una xromposición de cerámica, este método comprende: (a) formar una pasta acuosa de cerámica, que incluye del 45 al 85 por ciento en peso de un material de matriz mineral, basado en el peso de la pasta acuosa de cerámica, y del 0.05 al 10 por ciento en peso de un aditivo polimérico, con base en el peso del material de matriz mineral ,- (b) deshidratar la pasta acuosa de cerámica para formar un compuesto de material de matriz mineral y aditivo de polímero, por un proceso seleccionado de uno o más del secado por rociado, moldeo de barbotina y prensado de filtro; (c) compactar el compuesto de material de matriz mineral - aditivo de polímero para formar un cuerpo crudo; y (d) sinterizar el cuerpo crudo; en que el aditivo del polímero se selecciona de uno o más polímeros que comprenden, como unidades polimerizadas, del 0.1 al 20 por ciento en peso, con base en el peso del polímero, de un monómero que contiene ácido, seleccionado de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio; y en que la pasta acuosa de cerámica retiene una viscosidad de al menos 0.15 hasta menos de 1.5 Pascales-segundo, durante al menos 24 horas, después que el aditivo del polímero se ha agregado a la pasta acuosa de cerámica.
2. 2. El método de la reivindicación 1, en que las etapas (b) y (c) comprenden transferir la pasta acuosa a un molde de barbotina y formar el cuerpo crudo drenando y endureciendo en el molde de barbotina.
3. 3. El método de la reivindicación 1, en que el material de matriz mineral se selecciona de uno o más de la arcilla de cacharros de barro, arcilla de losas, arcilla natural de bola, arcilla de bola, feldespato, sílice, pedernal y ferritas .
4. 4. El método de la reivindicación 1, en que el aditivo de polímero comprende, como unidades polimerizadas: (i) del 25 al 98% de uno o más monómeros de (met) acrilato de alquilo (C^C^) , (ii) del 0.1 al 20% de un monómero que contiene ácido, seleccionado de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio, (iii) del 0 al 10% de uno o más ácidos carboxílicos insaturados etilénicamente (C4-C6) , además del ácido metacrílico y (iv) del 0 al 70% de uno o más monómeros monoaromáticos de vinilo o de vinilideno insaturados.
5. 5. El método de la reivindicación 1, en que el aditivo del polímero comprende, como unidades polimerizadas, (i) del 30 al 80% de uno o más monómeros de (met) acrilato de alquilo (C-^Cg) , (ii) del 1 al 10% de monómeros que contienen ácido, seleccionados de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio, e (iii) del 15 al 65% de uno o más monómeros monoaromáticos de vinilo o de vinilideno insaturados.
6. 6. El método de la reivindicación 1, en que la viscosidad de la parta acuosa de cerámica es de 0.3 a 0.6 Pascales-segundo .
7. 7. El método de la reivindicación 1, el cual comprende agregar del 0.2 al 3 por ciento en peso de un aditivo polimérico, basado en el peso del material de matriz mineral .
8. 8. El método de la reivindicación "1, en que la pasta acuosa de cerámica además comprende del 0.01 al 2 por ciento en peso, con base en el peso del material de matriz mineral, de un dispersante aniónico.
9. 9. El método de la reivindicación 1, el cual comprende formar una pasta acuosa de cerámica, que incluye del 60 al 75 por ciento en peso de un material de matriz mineral .
10. 10. Un método para estabilizar una pasta acuosa de cerámica, este método comprende: (a) formar una pasta acuosa de cerámica, que incluye del 45 al 85 por ciento en peso de un material de matriz mineral, basado en el peso total de la pasta acuosa de cerámica; y (b) agregar del 0.05 al 10 por ciento en peso de un aditivo polimérico, basado en el peso del material de matriz mineral, a una pasta acuosa de cerámica; en que el aditivo de polímero se selecciona de uno o más polímeros, que comprenden como unidades polimerizadas, del 0.1 al 20 por ciento en peso, con base en el peso del polímero, de un monómero que contiene ácido, seleccionado de uno o más del ácido acrílico, ácido metacrílico y sus sales de metales alcalinos y de amonio; y en que la pasta acuosa -de cerámica retiene una viscosidad de cuando menos 0.15 hasta menos de 1.5 Pascales-segundo, durante al menos 24 horas, después que se ha agregado el aditivo del polímero a la pasta acuosa de cerámica.