PT2129637E - Processo para o fabrico de placas de material cerâmico - Google Patents

Description

ΕΡ 2 129 637/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Processo para o fabrico de placas de material cerâmico" 0 presente invento refere-se ao fabrico de placas de material cerâmico e, mais especificamente, a um método para a produção destas placas assim como às próprias placas. Durante os últimos 15 anos a tecnologia relacionada com estas placas tem-se desenvolvido gradualmente desde o processo básico descrito na Patente Europeia No. 378 275 de 17.04.1996, cuja referência deve ser efectuada para uma descrição detalhada.

Resumindo, de acordo com este processo, uma pedra ou um material tipo pedra, em forma granular ou em pó, é misturada com uma matriz de ligação cerâmica (sendo este termo entendido como se referindo a uma mistura de pós adequada para a produção de materiais cerâmicos por sinterização a quente) e com um ligante inorgânico numa solução aquosa, por exemplo, silicato de sódio, a seguir ao que é depositado sob a forma de uma camada fina sobre um suporte temporário ou dentro de um molde.

Para a compactação da mistura de modo a formar a placa, é então realizado um passo de vibrocompressão por vácuo nomeadamente a aplicação de pressão por meio de um prato de prensagem aplicando, ao mesmo tempo, um movimento vibratório com uma frequência pré-determinada, enquanto o material a ser compactado é mantido sob vácuo. 0 passo de compactação é seguido por um passo de secagem e um passo de cozedura, a uma temperatura que é adequada ou em qualquer caso suficientemente elevada para converter, por meio de sinterização, a matriz de ligação numa fase cerâmica que envolve a liga em conjunto as partículas de pedra ou do material tipo pedra.

Subsequentemente, o método e instalação fabril foram melhorados (tal como descrito e reivindicado na Patente Italiana N°. 1 293 176 concedida em 1999) envolvendo a distribuição da mistura de partida num suporte consistindo de feltro coberto com uma folha transpirante de papel. 2 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ A camada de mistura é então coberta com uma folha de borracha, que é útil durante o passo de vibrocompressão por vácuo e a placa grosseira formada resultante, libertada da folha de borracha, é transferida através de pinças para uma grelha ou suporte metálico e é introduzida, numa estufa de secagem em que, sob a acção de calor (preferencialmente na forma de circulação forçada de ar quente), adquire uma consistência suficiente para as operações de manuseamento subsequentes.

Da secção de secagem a placa grosseira formada é transferida para a secção de cozedura, após remoção do feltro no qual a placa foi depositada e após aplicação sobre a folha de papel, que está ainda em contacto com a superfície da placa grosseira formada, uma camada de material refractário para proteger a placa durante o passo de cozedura.

Durante este passo, antes da sinterização da matriz de ligação cerâmica, ocorre a incineração do papel que ainda cobre a superfície superior da placa grosseira formada.

Na Patente Italiana No. 1 311 858, concedida em 2002, o método e a instalação fabril descritos atrás foram ainda melhorados pelo facto da mistura de partida ser encerrada, antes do passo de vibrocompressão, entre duas folhas de cartão ou cartolina de forma a absorver o excesso de água da mistura antes de ser transferida para os passos seguintes de secagem e de cozedura.

As duas folhas de cartolina são removidas antes da secagem, virando ao contrário a placa compactada, de forma a que durante este passo a placa grosseira formada fique somente sobre a camada de têxtil ou de feltro poroso.

Para a cozedura, por outro lado, a placa fica somente sobre a superfície da estufa por meio de uma camada refractária que tem uma função protectora temporária.

Finalmente, na Patente Italiana N°. 1 334 424, apresentada em 4 de Setembro de 2002, o método que tem sido gradualmente melhorado foi ainda modificado formando a 3 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ mistura inicial com areias cerâmicas possuindo uma dimensão de grão de menos de 2,5 mm, preferencialmente menos do que 1 mm e adicionando à mistura inicial de fibras de material inorgânico de alto ponto de fusão, preferencialmente vidro de alto ponto de fusão, de modo a melhorar as propriedades mecânicas das placas durante a secagem.

Para mais detalhes relacionados com os documentos anteriores citados atrás, deve ser feita referência às publicações correspondentes.

Contudo, durante a aplicação industrial do processo resultante das várias melhorias gradualmente introduzidas, surgiram certas desvantagens e problemas parcialmente devidos às próprias modificações.

Em primeiro lugar, a utilização de silicato de sódio origina problemas durante a secagem uma vez que requer tempos de secagem muito longos (na região de 36 horas ou mais), incompatível com um processo industrialmente prático, devido à formação de um vidrado nas superfícies da placa que esconde e atrasa a evaporação de água.

Para além disso, os depósitos de silicato de sódio permanecem na superfície da placa e, durante o passo subsequente de cozedura, produz deposições superficiais vítreas que resultam na necessidade de maquinação específica adicionalmente às operações de acabamento normais. A dificuldade na secagem resulta também na presença, sobre a superfície das placas, após cozedura, de imperfecções na forma de saliências que podem ser evitadas apenas com a utilização de areia cerâmica com uma dimensão de grão particularmente grande.

Um segundo problema relaciona-se com a distribuição não uniforme de fibras de alto ponto de fusão que, nalgumas áreas da mistura inicial e por isso da camada depositada no molde, permanecem sob a forma de tufos.

Após cozedura e, consequentemente, com o desaparecimento das fibras, permanecem macroporosidades na espessura e/ou 4 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ também na superfície e têm a aparência de pequenas crateras na superfície. É por isso claro que estes problemas e desvantaqens estão principalmente associados, por um lado, com os tempos de secagem do silicato de sódio e da sua acção de fluxo durante a cozedura e, por outro lado, com os defeitos dependentes dos aditivos de reforço da placa grosseira formada tais como, precisamente, as fibras de vidro de alto ponto de fusão. 0 presente invento tem como objectivo resolver estes problemas e desvantagens ao mesmo tempo que se mantêm as vantagens já alcançadas com as melhorias de processo mencionadas atrás.

Verificou-se que o objectivo do invento é conseguido de maneira industrialmente vantajosa se, na mistura inicial, em vez do silicato de sódio é utilizada uma dispersão coloidal em fase aquosa das partículas de sílica coloidal de dimensão nanométrica como ligante e componente líquido da mistura de areias cerâmicas e da matriz cerâmica em forma de pó e é utilizado um ligante orgânico em vez das fibras de alto ponto de fusão.

Em relação à primeira característica futura do método de acordo com o presente invento, nomeadamente a utilização, como ligante, de uma dispersão aquosa de sílica coloidal (também conhecida como silicasol), este consiste num ligante ecologicamente compatível, já utilizado noutros sectores tal como em moldes de areia para fundições.

Ao utilizar silicasol é possível evitar a utilização de fibras de reforço uma vez que, ao contrário do silicato de sódio, este não é um composto caracterizado por um elevado grau de alcalinidade e, por isso, permite a utilização adicional de um ligante orgânico, tal como uma solução aquosa de poli(álcool vinílico) ou uma celulose solúvel em água ou um açúcar. A adição de um ligante orgânico aumenta vantajosamente a viscosidade do fluido na mistura e também tem duas características altamente positivas: 5 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ em primeiro lugar devido ao elevado grau de pegajosidade/adesividade, a placa compactada a ser seca é suficientemente resistente para as operações de manuseamento para evitar a formação de fendas e rachas; - em segundo lugar, o ligante orgânico decompõe-se a uma temperatura na região de 300-400°C, i.e. uma temperatura muito inferior à temperatura máxima de cozedura da placa, de forma a que é eliminado no interior da estufa de cozedura antes da verdadeira sinterização dos pós cerâmicos, sem a formação do designado "núcleo negro", nomeadamente um resíduo do tipo carbono que de outro modo se formaria e poderia surgir na placa para detrimento das propriedades estéticas do produto final. Qualquer ligante orgânico é adicionado à mistura numa quantidade de 20-60% do volume total do fluido de ligação. O presente invento envolve a realização, preferencialmente, de uma deposição da camada da mistura de partida sobre um suporte temporário consistindo de um gás e um material permeável ao vapor que é substancialmente não extensível e é recuperada e reutilizada em ciclos de fabrico subsequentes das placas. O termo "não extensível" ou "substancialmente não extensível" é entendido como se referindo a um material que está sujeito apenas a uma quantidade mínima de alongamento quando é sujeito a uma tensão de tracção aplicada ao longo de um vértice deste paralelo ao seu plano, tal como o aplicado, por exemplo, através de pinças de modo a transportar o suporte temporário com a camada de mistura depositada sobre este.

Como suporte temporário, é possível utilizar têxteis industriais fortes feitos com fios muito rigidos que são resistentes às temperaturas de secagem das placas que variam entre 80 e 140°C. Os fios que podem ser utilizados para produzir os têxteis industriais em questão podem ser sintéticos (tais como os feitos de fibras de poliéster, poliamida e aramida) ou metálicos, em particular feitos de aço. 6 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ A estrutura substancialmente não extensível do suporte permite que o suporte com a placa compactada seja transportado numa superfície tipo grelha, preferencialmente metálica, sem ser sujeita a qualquer impacto que poderia originar a formação de rachas que se tornem evidentes mais à frente durante a secagem. Devido à estrutura permeável ao gás e ao vapor do suporte temporário, a evaporação da água na mistura é obviamente possível de modo a realizar-se a secagem da placa compactada. É também possível, como alternativa, utilizar um suporte temporário que não é particularmente não extensível e/ou não permeável ao gás e vapor, no caos em que a placa grosseira formada após compactação deve ser passada, antes da secagem, para um suporte transpirante.

Uma folha porosa, por exemplo de cartão ou cartolina, é colocada sobre a parte inferior transpirante do tabuleiro, antes de se distribuir a mistura e uma folha semelhante de cartão ou de cartolina é disposta no topo da mistura, de forma a que a mistura seja compactada sob a forma de uma placa que fica praticamente envolvida por um invólucro de cartão ou de papel que, sendo poroso e permeável ao gás, permite evaporação da água na mistura de modo a realizar a secagem da placa compactada.

As duas folhas de papel ou cartão são então eliminadas por meio de combustão durante o passo que envolve cozedura de alta temperatura da placa. A utilização de silicasol como ligante, envolvida no presente invento, evita a formação de uma camada vítrea sobre a superfície da placa seca de forma a que seja possível aplicar anteriormente sobre uma ou duas folhas de papel ou cartão uma fina camada refractária que pode consistir de uma dispersão de pós de alto ponto de fusão em água que é aplicada, por exemplo, através de pulverização e então seca. Foi estabelecido que a camada refractória durante o passo de vibrocompressão adere à superfície da placa com a qual está em contacto e, subsequentemente, após secagem da placa e combustão do papel, adere à referida superfície, formando deste modo uma camada protectora que 7 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ evita a adesão da placa aos rolos da estufa de secagem em zonas de alta temperatura.

Sumarizando, em consequência, o método de acordo com o presente invento, envolve a preparação de uma mistura inicial (compreendendo areias cerâmicas com uma dimensão de grão de menos do que 2 mm e, preferencialmente, menos do que 1,2 mm, pós minerais escolhidos de feldspatos, nefelinas, sienites, misturados com argilas e/ou caulinites, cujos pós após a cozedura formam uma matriz cerâmica continua, e um ligante), a deposição da mistura inicial num suporte temporário para o passo de compactação através de vibrocompressão por vácuo, secagem e cozedura, método esse que é caracterizado por o referido ligante consistir de silicasol que pode ser misturado com um ligante orgânico, preferencialmente uma solução aquosa de poli(álcool vinilico).

Em termos de dispositivos, o presente invento é caracterizado por a deposição da camada de mistura inicial ser, preferencialmente realizada, num suporte temporário que é substancialmente não extensível e permeável ao gás e ao vapor e em que, antes da deposição da mistura inicial, é disposta uma camada porosa protectora consistindo, por exemplo, de uma folha de papel ou cartolina.

De acordo com ainda outro aspecto do presente invento, após deposição da camada de mistura inicial, uma segunda película porosa protectora, tal com uma folha de papel ou de cartolina, é depositada sobre a superfície superior da camada de mistura, após o que o tabuleiro é transferido para a estação de vibrocompressão por vácuo.

Uma película de material refractário numa suspensão aquosa ou revestimento é aplicada antecipadamente sobre a superfície de uma ou duas cartolinas previstas para entrar em contacto com a mistura, aderindo o referido filme, durante a secagem, à mistura de forma a formar uma camada protectora para a camada durante a cozedura, com a função de evitar a ligação entre a placa e os rolos de transporte da estufa de cozedura. 8 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ A placa compactada é então colocada no topo de uma superfície - preferencialmente metálica - tipo grelha, para secagem, por exemplo, através de meios de transporte do suporte não extensível sobre o qual a placa pode ser vibrocompactada.

Após secagem, a placa é transferida para a estufa de cozedura.

Tal como pode ser compreendido a partir da descrição que se segue de uma forma de concretização preferida do invento, proporcionada com referência aos desenhos em anexo, as vantagens alcançadas com o invento são muitas e, destas, as principais são as seguintes: (1) a utilização de silicasol permite que os tempos de secagem sejam reduzidos até valores não superiores a 24 horas, não tem qualquer efeito de fluxo e não provoca qualquer aumento da natureza vítrea ou fragilidade da placa após cozedura; (2) a utilização de silicasol permite a utilização, na mistura, de ligantes viscosos e adesivos orgânicos, evitando deste modo a utilização de fibras de alto ponto de fusão e evitando em consequência a formação de saliências e/ou macroporosidade; (3) devido à utilização de um ligante orgânico na mistura, em particular poli(álcool vinílico), é possível evitar não apenas a utilização de fibras de alto ponto de fusão, mas também a formação de defeitos intrínsecos na placa final, evitando o rachamento durante o passo de secagem; (4) devido à utilização de silicasol, que evita a formação de uma camada superficial vítrea, é possível utilizar duas folhas de papel ou de cartolina para envolver a camada de mistura inicial antes da vibrocompressão, cartolina essa que é subsequentemente eliminada através de combustão; 9 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ (5) a utilização de silicasol, evitando a formação de uma camada superficial vítrea, permite a aplicação antecipada sobre a superfície de uma ou duas folhas de papel ou de cartolina em contacto com a mistura de uma camada refactária ou revestimento que adere à superfície da placa após os passos de secagem do papel e de combustão; (6) devido à utilização da cartolina, é possível utilizar um suporte permeável a gás substancialmente não extensível que é transportado sobre a grelha metálica de secagem, evitando operações prejudiciais que envolvem a viragem da placa compactada. (7) a utilização de silicasol evita a formação de deposições superficiais vítreas que resultariam do silicato de sódio residual que impregna a cartolina de separação.

Os desenhos em anexo mostram uma parte do dispositivo de acordo com o invento durante os vários passos do ciclo de fabrico das placas.

Mais especificamente: - a Fig. 1 mostra de forma esquemática a secção da instalação fabril em que a mistura de partida é distribuída nos suportes transpirantes e compactada através de vibrocompressão por vácuo; - a Fig. 2 mostra s secção de secagem e de cozedura da instalação fabril; e - a Fig. 3 mostra uma vista em corte aumentada da placa antes do passo de secagem.

Com referência à Figura 1, 10 refere-se na globalidade a um anel de agregação que recebe as misturas preparadas numa pluralidade de misturadores - situados a montante e não mostrados - que preparam misturas simples utilizando os métodos indicados abaixo e descarga destes sobre o tapete transportador que por seu turno fornece o acumulador atrás mencionado. 10 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ

Cada mistura é fornecida com uma mistura medida de areia consistindo de areias com diferentes dimensões de grão (até 0,1 mm, de 0,1 a 0,3 mm, de 0,3 a 0,6 mm e de 0,6 a 1,2 mm), nas quantidades calculadas utilizando uma fórmula, tal como a fórmula de Bolomy, por exemplo. A quantidade desejada de carga mencionada atrás (preferencialmente uma mistura de nefelina/feldspato e caulino/caulinite) e finalmente uma mistura consistindo do ligante orgânico que consiste nos já mencionados silicasol e ligante orgânico (preferencialmente uma solução aquosa de poli(álcool vinílico) são então fornecidos ao misturador.

Quando a placa a ser produzida consiste de misturas que são diferentes umas das outras, por exemplo e principalmente com diferentes cores, o anel de agregação tem a função de formar uma mistura simples compreendendo as misturas individuais que todavia mantém o seu carácter individual.

Outros detalhes relacionados com este anel de agregação são proporcionados na Patente Italiana No. 1242777. A mistura que sai do anel de agregação é alimentada por meio do tapete 14 transportador para um sistema de carga/distribuidor 16 que passa através de um dispositivo 18 de esmagamento.

Mais detalhes relacionados com o sistema de carga/distribuidor podem ser obtidos a partir do Pedido de Patente Internacional No. PCT/EP 2005/055736, enquanto que para o dispositivo de esmagamento pode ser feita referência ao Modelo de Utilidade Italiano N°. 223042. O sistema de carga/distribuidor 16 efectua a deposição de uma camada de mistura 22 com a espessura desejada sobre o suporte 20 temporariamente não extensível e permeável a gás e vapor, colocado num sistema de transporte, tal como um tapete 21 rolante, accionado por um motor de forma a realizar uma alimentação intermitente de modo a trazer cada molde para uma pluralidade de posições operacionais sucessivas, identificadas por A, B, etc. 11 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ

Tal como pode ser percebido pela Figura 1, antes da deposição da camada de mistura 22, a superfície do suporte 20 temporário é coberta (posição A) com uma folha 24 porosa de papel ou cartolina. Uma segunda folha 30 de papel ou cartolina é colocada sobre a mistura distribuída na posição D sucessiva.

Uma camada 23 de material refractário é aplicada antecipadamente (posição B) e seca na superfície de uma ou duas cartolinas que estão em contacto com a mistura e a camada de mistura 22 é então depositada (posição C) sobre esta. É possível e pode ser prevista a aplicação e a secagem previamente fora da linha da camada refractária na cartolina 24, que é então posicionada no suporte 20 na posição A, de forma a que esta posição passe directamente para o passo indicado pela posição C.

Na posição E seguinte a camada de mistura 22 sofre compactação por intermédio da acção de uma prensa 32 vibrante, enquanto ao mesmo tempo o suporte com a mistura é sujeita a vácuo à pressão residual na região de 20-40 mmbar. A posição F mostra a placa grosseira formada compactada que fica sobre o suporte transpirante, assinalada globalmente pelo número de referência 32 e pronta para os passos subsequentes de secagem e cozedura mostrados na Fig. 2.

Fl assinala a posição em que a placa com o suporte transparente é colocado sobre a grelha 33 metálica sobre a qual será subsequentemente seca.

As placas grosseiras formadas são transportadas para a estufa de secagem (posição G), assinalada de um modo geral pelo número de referência 34 e são mantidas durante algumas horas a uma temperatura adequada de modo a eliminar a água presente e a adquirir a suficiente resistência mecânica para as operações de manuseamento subsequentes.

Este resultado é também possível, tal como já mencionado, devido à utilização do ligante orgânico que tem uma maior pegajosidade/adesividade, de forma a que os componentes da 12 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ mistura e em consequência da placa grosseira formada sejam mais facilmente ligados uns aos outros.

Após deixar a estufa de secagem a grade 33 com o suporte transpirante e a placa seca é levada para a posição I onde é actuada por um dispositivo 36 de apanha por sucção (do tipo normalmente utilizado durante a maquinação dos materiais tipo placa para manuseamento e movimentação destes). Este sistema de apanha remove a placa seca do suporte e então transfere-o para a estufa 38 de secagem. São previstas estações de arrefecimento a jusante da estufa de cozedura e a partir daqui as placas passam então para as linhas de maquinação da superfície e acabamento.

As placas fabricadas com o método descrito atrás possuem na extremidade uma densidade de cerca de 2,4 kg/dm3 e uma resistência à flexão de cerca de 400 kg/cm2.

Como confirmação do referido atrás, foram produzidas duas placas, sendo as referidas placas feitas com uma mistura possuindo a seguinte composição volumétrica. * Ligante 20% * Carga (mistura de caulinite e feldspato) 30% * Areia cerâmica com dimensão de grão de 0,1 a 1,2 mm 50%

Na primeira placa foi utilizada uma solução aquosa de silicato de sódio a 36 Baumé, enquanto na segunda placa foi utilizada como ligante uma mistura contendo 70% de silicasol e 30% de poli(álcool vinílico) em solução aquosa. As duas placas, após compactação foram ambas secas a uma temperatura de 90°C: a primeira placa atingiu a condição de seca em 36 horas, enquanto a segunda placa atingiu o estado de seco em 24 horas.

Então as duas placas foram cozidas a uma temperatura de 1200°C. Após cozedura, a primeira placa tinha saliências na superfície, enquanto a segunda placa tinha uma superfície perfeitamente plana e lisa.

Lisboa, 2011-01-03

Claims (12)

1. ΕΡ 2 129 637/ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Método para fabricar placas de material cerâmico, que envolve a preparação de uma mistura inicial compreendendo areias cerâmicas com uma dimensão de grão de menos do que 2 mm, preferencialmente, menos do que 1,2 mm, um ligante e pós minerais escolhidos de feldspato, anefelinas, sienites, misturadas com argilas e/ou caulinites, pós esses que após cozedura formam uma matriz cerâmica contínua, deposição da mistura inicial sobre um suporte temporário para o passo de compactação por meio de vibrocompressão por vácuo, secagem e cozedura, método esse que é caracterizado por o referido ligante consistir de uma dispersão aquosa de sílica coloidal designada silicasol.
2. 2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ligante orgânico ser misturado com a referida silicasol.
3. 3. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido ligante orgânico estar presente na mistura numa percentagem variando de 20 a 60% do volume total.
4. 4. Método de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o referido ligante orgânico ser escolhido de uma solução aquosa de poli(álcool vinílico), uma celulose solúvel em água ou um açúcar.
5. 5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a referida mistura inicial ser depositada sobre uma folha de material poroso.
6. 6. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o referido material poroso ser papel ou cartolina.
7. 7. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o referido material poroso ser coberto, no lado do contacto com a mistura, com uma camada ou revestimento refractário protector.
8. 8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido suporte temporário não ser extensível e ΕΡ 2 129 637/ΡΤ 2/2 permeável a gás e vapor e capaz de ser transportado em conjunto com o material que está depositado neste.
9. 9. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por a referida folha porosa de material ser, por seu turno, colocada sobre o referido suporte não extensível e permeável a gás e vapor.
10. 10. Método de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por após a deposição da camada de mistura inicial, uma segunda folha de material poroso ser colocada na sua superfície superior.
11. 11. Método de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a referida segunda folha de material poroso ser papel ou cartolina.
12. 12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por a referida segunda folha de material poroso ser coberta, no lado em contacto com a mistura, com uma camada refractária protectora. Lisboa, 2011-01-03 ΕΡ 2 129 637/ΡΤ 1/3 (Μ

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