PT751103E - Composicoes de argila para utilizacao em moldagem em pasta - Google Patents

Description

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DESCRICÀO “Composições de argila para utilização em moldagem em pasta.”

Este invento refere-se a moldagem em pasta, e diz mais particularmente respeito a uma nova composição de argila para usar em moldagem em pasta, a uma composição de moldagem em pasta incorporando-a, e um método de moldagem em pasta usando essa composição de moldagem em pasta. O processo de moldagem em pasta é muito usado nas indústrias de cerâmica tradicionais de artigos sanitários e louças de mesa, pará fabricar artigos com forma complexa, que são difíceis de fabricar por outros métodos.

No processo de moldagem em pasta, prepara-se uma lama ou pasta a partir de uma mistura de matérias primas adequadas, normalmente caulino (uma argila caulínica), argila plástica, quartzo e feldspato. A lama é dispersa a um teor de sólidos tipicamente na gama dos 70-75% em peso (aproximadamente equivalente a densidades de pasta de 1750-1850 g.dm'3) e adicionam-se anti-floculantes durante a dispersão, para controlar as propriedades reológicas e de moldagem da pasta. A pasta é depois deitada para um molde que é normalmente feito de gesso de Paris, e deixa-se ficar no molde durante um período de tempo que depende da espessura de moldado pretendida, da temperatura e das propriedades reológicas da pasta e da natureza das matérias primas. Para loiça de mesa, onde as peças necessitam apenas de 2-3 mm de espessura, o tempo de moldagem pode estar entre 5 a 15 minutos. Para loiça sanitária, onde se requerem espessuras de moldagem de cerca de 9 mm, o tempo de moldagem pode estar entre 45 e 90 minutos.

Durante o período de moldagem, a água é sugada da pasta pela acção capilar do molde, e forma-se um revestimento ou moldado de consistência de argila na superfície interna do molde. Depois de ter formado a espessura de moldado requerida, drena-se a restante pasta e deixa-se o moldado secar durante um período de tempo, antes de se abrir o molde e retirar o moldado. Para loiça de mesa, este período de secagem pode ser inferior a uma hora, mas para loiça sanitária pode ser de várias horas. O fabrico de loiça sanitária por moldagem em pasta é um processo relativamente lento. Em muitas fábricas, obtém-se de cada molde apenas um moldado por dia, e mesmo em fábricas que possuem sistemas automáticos para acelerar a moldagem e a secagem do molde,

84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ 2 raramente se atingem, por molde, mais de dois moldes por dia. Isto significa que se têm de utilizar muitos moldes para atingir um nível adequado de produção, e que o processo é bastante trabalhoso.

Tem sido sempre um objectivo a longo prazo, da indústria de loiça sanitária, acelerar o processo de moldagem, e dessa forma melhorar a produtividade e reduzir os custos. Existem várias maneiras de aumentar a velocidade de moldagem de uma pasta. A reologia da pasta pode ser alterada para aumentar a tixotropia da pasta, ou seja, o aumento na viscosidade dependente do tempo. Isto resulta num aumento na permeabilidade do moldado e no teor de humidade. No entanto, o aumento na tixotropia da pasta pode também resultar em problemas de drenagem da pasta no final do período de moldagem, e pode originar moldados flácidos e frágeis que deformam e colapsam ao serem retirados do molde, ou que quebram durante a secagem. O aumento da temperatura da pasta aumentará a velocidade de moldagem, mas uma temperatura de pasta demasiado elevada pode resultar numa secagem excessivamente rápida e na quebra das peças moldadas. O aumento da densidade da pasta pode também aumentar a velocidade de moldagem em determinadas condições, mas tal não é infalível. O aumento da densidade de pasta resulta, normalmente, numa diminuição da porosidade do moldado e logo da sua permeabilidade, contrariando qualquer potencial aumento na velocidade de moldagem. A reologia da pasta também se modifica, conduzindo a problemas de drenagem após a moldagem, e de geral manuseamento da pasta na fábrica. A aplicação de uma pressão à pasta aumenta a velocidade de moldagem na proporção da pressão aplicada. A “moldagem por pressão”, tal como é conhecida, é um processo de fabrico bastante recente que se está a tomar mais popular, apesar dos custos de investimento dos equipamentos serem elevados. O método limita-se, geralmente, a moldes simples de duas peças tais como bacias de lavatório, e para muitos artigos tem de se utilizar ainda a tradicional moldagem de gesso, em particular para retretes. O método mais vulgar adoptado para aumentar a velocidade de moldagem é alterar os tipos ou proporções de argila no corpo, para originar um moldado mais permeável. Pode-se reduzir a quantidade total de argila na fórmula, ou pode-se reduzir a quantidade de argila plástica em relação à quantidade de caulino, ou podem-se substituir as argilas plásticas ou caulinos mais grosseiros. Estes tipos de alteração de fórmula resultam inevitavelmente numa 84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ 3

Ah** diminuição na resistência do moldado e na plasticidade do moldado, conduzindo a um aumento nas fissuras durante a ornamentação e secagem, e nas quebras durante o manuseamento. Assim, qualquer aumento na produção total devido a moldagem mais rápida pode ser anulado, até certo grau, por um aumento nas perdas.

Seja qual for o método de formação, todas as peças moldadas estão sujeitas ao mesmo processo após a moldagem. Isto significa que elas têm de suportar os mesmos processos de ornamentação, manuseamento e vidragem, e desta forma têm de ter a mesma plasticidade e resistência perante o cozimento. As loiças sanitárias vidradas, não cozidas, têm uma resistência aproximadamente na ordem de 1,25-1,65 MPa, quando em condições de uma atmosfera com 80% de humidade relativa, ou de 2,5-3,3 MPa, quando secas a 110°C. E, deste modo, importante que se mantenha uma resistência mínima condicionada de 1,25 MPa, independente de qualquer variação na velocidade de moldagem que se possa conseguir por alteração das argilas ou do processo de moldagem.

Em GB-A-1481307 divulga-se um processo para reduzir a viscosidade, a um dado teor de sólidos, de uma suspensão aquosa de uma argila mineral, no qual se trata a argila mineral com uma menor proporção em peso de um composto orgânico solúvel em água, possuindo uma multiplicidade de grupos básicos e um peso molecular numérico médio não superior a 1000. Declara-se que, usando um mineral de argila preparado por esse processo, uma suspensão aquosa do mineral formará um bolo de elevada permeabilidade à água, durante uma operação de filtração, de tal forma que aumenta a velocidade à qual se pode filtrar a água da suspensão. Em EP-A-0334950 aplica-se o ensinamento de GB-A-1481307 à arte de moldagem em pasta, pela qual se melhora a velocidade de moldagem de uma argila, por adição de alguns compostos orgânicos do tipo acima.

Quando se modifica a argila por adição de um composto orgânico para melhorar a sua velocidade de moldagem, reduz-se provavelmente a sua resistência e/ou plasticidade. Isto pode resultar em fissura ou secagem e revestimento e quebras no manuseamento, quando os produtos cerâmicos são fabricados por moldagem em pasta, usando essa argila modificada.

De acordo com o presente invento, proporciona-se, num primeiro aspecto, uma composição de argila para utilizar em moldagem em pasta, que compreende: a) uma maior quantidade em peso de pelo menos uma argila de candite, que constitui pelo menos 92% em peso da composição;

84 394 ΕΡ Ο 751 103 / ΡΤ 4 b) uma menor quantidade em peso de um aditivo orgânico, compreendendo pelo menos um composto solúvel em água possuindo uma multiplicidade de grupos básicos; e c) uma menor quantidade em peso de pelo menos uma argila de esmectite não calcinada.

Na referida composição A, a(s) argila(s) de candite podem formar de 95% a 99% em peso da dita composição.

Na dita composição A, a razão de peso de argila ou argilas de esmectite para aditivo orgânico é, de preferência, na ordem de 3:1 a 30:1, especialmente de 10:1 a 20:1.

Por exemplo, podem-se formar exemplos adequados de composição A usando de 1% a 5%, por exemplo de 2% a 4% em peso de argila de esmectite e de 0,05% a 0,5%, por exemplo de 0,1% a 0,2% em peso do dito aditivo orgânico, sendo o restante argila de candite (opcionalmente com outros aditivos menores).

Verificámos, como se demonstra a seguir, que a adição da argila de esmectite não calcinada aos outros componentes de Composição A, aumenta de forma benéfica a resistência da composição de argila, enquanto conserva uma melhor velocidade de moldagem, quando comparada com a argila de candite não modificada. Na generalidade, à medida que aumenta a razão de argila de esmectite presente para o aditivo orgânico presente, a resistência aumenta, ao passo que a velocidade de moldagem diminui, e reciprocamente, à medida que diminui a razão de argila de esmectite presente para aditivo orgânico presente, a velocidade de moldagem aumenta, enquanto que a resistência diminui. As gamas de razão supramencionadas representam as gamas às quais se atinge um balanço adequado entre, por um lado, a velocidade de moldagem e, por outro lado, a resistência. Em alguns casos, inesperadamente, tanto a velocidade de moldagem como a resistência melhoram comparativamente aos resultados para a argila de candite não modificada.

Argilas de esmectite e aditivos orgânicos adequados para utilizar em Composição A são descritos a seguir. A argila de candite da Composição A pode compreender uma ou mais de caulinite, diquite, nacrite e haloisite. A “caulinite” inclui as argilas do tipo caulino, argilas plásticas, argilas refractárias e caulinos. Essas argilas aparecem na natureza, e nesse caso elas podem conter pequenas quantidades de outros minerais, por exemplo, um ou mais de ilite, mica, quartzo e feldspato. Esses materiais que aparecem naturalmente podem ser utilizados na Composição A. O caulino é a forma preferida da argila de candite, tanto isolada como em combinação com uma argila plástica. 84 394

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Podem preparar-se argilas modificadas de Composição A, preparando uma suspensão aquosa da argila de candite, preparando uma suspensão aquosa da argila de esmectite e adicionando a suspensão da argila de esmectite e o aditivo orgânico à suspensão da argila de candite. Pode adicionar-se, convenientemente, a suspensão da argila de esmectite à suspensão da argila de candite, com agitação, para formar uma mistura uniforme, seguida da adição do aditivo orgânico, com agitação.

Em alternativa, pode adicionar-se a argila de esmectite juntamente com o aditivo orgânico. Pode-se revestir a argila de esmectite com aditivo orgânico para formar uma composição de um único aditivo, antes de se adicionar à argila de candite.

De acordo com o presente invento, num segundo aspecto, proporciona-se um método de preparar a composição em conformidade com o primeiro aspecto, que inclui o passo de misturar juntamente com a argila de candite, a argila de esmectite e o aditivo orgânico. Este método pode incluir a preparação de uma composição de aditivo para melhorar uma combinação da velocidade de moldagem e resistência de uma argila de candite (ou uma composição incluindo uma argila de candite), que compreende uma maior quantidade de uma argila de esmectite e uma menor quantidade de um aditivo orgânico, como se definiu acima, e subsequentemente, a adição da composição de aditivo a uma argila de candite, para produzir a composição de acordo com o primeiro aspecto. A razão em peso da argila de esmectite presente, para o aditivo orgânico presente, pode ser de forma a estar nas gamas acima especificadas. Pode-se formar a composição de aditivo, misturando uma suspensão aquosa da argila de esmectite com o aditivo orgânico, com agitação. Pode-se adicionar a suspensão formada, molhada, à argila de candite, como se descreveu acima. Em alternativa, pode-se secar e transportar a mistura de argila de esmectite/aditivo orgânico para adicionar à argila de candite num outro local, por exemplo num recurso da produção de pasta. Uma alternativa preferida para formar a mistura da argila de esmectite e aditivo orgânico é misturar as duas, num estado seco, por exemplo, por trituração.

Pode formular-se a Composição A, compreendendo a argila modificada, numa instalação de produção de pasta. Pode-se formular na preparação de uma composição de moldagem em pasta, como se descreve de seguida. Em alternativa, pode preparar-se a argila modificada de Composição A, numa instalação afastada do ponto de utilização.

Neste caso, a argila modificada de Composição A transporta-se de preferência na forma seca, para um utilizador, por exemplo um produtor de pasta. Pode-se secar a suspensão mista, formada como se descreveu acima, de uma forma conhecida, por exemplo,

84 394 ΕΡ Ο 751 103 /ΡΤ 6 através de um fíltro-prensa e secando-a de forma térmica, até um teor de humidade na gama de 0,2% a 20% em peso, de preferência na gama de 5% a 15% em peso.

De acordo com o presente invento, num terceiro aspecto, proporciona-se uma composição de argila para moldagem em pasta, ou seja, uma composição de moldagem em pasta, que compreende: a) a composição A como acima descrita; b) um meio de pasta. A arte de formar composições de moldagem em pasta é bastante conhecida, e o perito estará bem ciente dos diferentes tipos de meios de pasta líquidos disponíveis. No entanto, o meio de pasta compreende tipicamente água, apesar de se poderem aqui incluir outros componentes líquidos e sólidos.

Podem estar presentes outros materiais específicos nas ditas composições de moldagem em pasta, de acordo com o segundo aspecto, adicionados à Composição A, tal como quartzo, sienite nefelina e feldspato. Quartzo e feldspato, incluindo sienite nefelina, são descritos como materiais “não plásticos” em sistemas cerâmicos de artigos brancos. Estes têm várias funções. No estado não cozido, eles estendem, a tamanhos maiores, a distribuição total de tamanho de partículas do corpo cerâmico da argila. Isto altera as propriedades físicas do corpo da argila, diminuindo a plasticidade e a espessura excessivas e reduzindo a contracção de secagem, o que seria um problema se o corpo contivesse apenas caulino e argila plástica. A sua presença permite também atingir densidades mais elevadas em pastas de moldagem e melhorar a permeabilidade do moldado e assim a velocidade de moldagem.

No cozimento, o feldspato e a sienite nefelina são fontes de óxidos fluidos (K20 e Na 20) que promovem a formação da fase vítrea que agrega tudo. O quartzo actua em parte como carga, mas também modifica as propriedades de expansão térmica do corpo para assegurar uma vidragem isenta de falhas. O quartzo e o feldspato juntos podem contribuir entre 40 a 60% em peso da fórmula do corpo de cerâmica seco, dependendo do tipo e da composição. Assumindo um teor de sólidos de pasta de cerca de 72,5% em peso, estes números equiparam-se a 29 e 43,5% do peso de pasta, respectivamente, apesar de ser mais usual representarem as quantidades como percentagens da fórmula seca, do que como peso total de pasta.

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Tipicamente, a argila de candite está presente numa quantidade de pelo menos 15%, por exemplo de 15% a 30% em peso baseado no peso da composição de moldagem em pasta. Na Europa, é vulgar utilizar pastas de moldagem com um teor de caulino na gama de 25-30% em peso da fórmula seca, mas nos E. U. A. utiliza-se menos caulino, geralmente na gama de 17-25% em peso, mas mais argila plástica.

As esmectites são silicatos laminados com uma elevada capacidade de permuta catiónica, que surge de um desequilíbrio de carga devido a substituições no interior da rede cristalina. Este desequilíbrio de carga é compensado por catiòes adsorvidos a partir da solução, conhecidos por iões permutáveis porque podem facilmente ser trocados por iões de um tipo diferente. Para as esmectites que aparecem mais naturalmente, o ião permutável é o cálcio, um catião bivalente, apesar de se encontrarem algumas esmectites com o sódio como catião permutável, em particular esmectites de Wyoming, E. U. A.

Em água, essas esmectites com catiões cálcio dispersam-se em menor grau do que as esmectites com catiões sódio. Isto deve-se a um maior efeito do catião bivalente cálcio, na compressão da tão denominada dupla camada electrostática, à volta das partículas, que leva a que se repilam umas ás outras, em comparação com o catião monovalente sódio.

As esmectites permutadas com sódio são relativamente fáceis de dispersar em água, para darem origem a lâminas individuais ou cristalites, enquanto que as esmectites de cálcio tendem a dispersar-se apenas em “pacotes” de três ou quatro cristalites. As esmectites de sódio são, na generalidade, mais eficazes em qualquer aplicação em que sejam utilizadas. É uma questão relativamente simples converter uma esmectite de cálcio em uma esmectite de sódio, adicionando uma pequena quantidade de carbonato de sódio, tipicamente cerca de 4-5% em peso. Quando se dispersa em água, os iões permutáveis de cálcio precipitam na forma de carbonato de cálcio e os iões sódio tomam-se iões permutáveis. Diz-se então que a esmectite está “activada por sódio”. No entanto, o termo “activada” deve ser usado com cuidado, uma vez que as esmectites podem também ser “activadas por ácido” para utilização no branqueamento de óleos vegetais, que é um processo de activação totalmente diferente.

No presente invento, a argila de esmectite encontra-se na composição de moldagem em pasta numa menor quantidade, ou seja, menos que cerca de 2%, embora tipicamente mais do que cerca de 0,05% em peso da composição de moldagem em pasta. A argila de esmectite é tipicamente uma argila de montemorilonite, tal como uma bentonite, e tem preferencialmente sódio como catião permutável predominante. Essa argila pode ser 8 8 84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ — preparada, por exemplo, activando uma bentonite de cálcio, com carbonato de sódio. Outras argilas de esmectite, tais como a hectorite e a saponite, podem adequar-se ao presente invento. O(s) composto(s) orgânico(s) solúveis em água usado(s) para proporcionar o dito aditivo orgânico terá normalmente um valor de peso molecular numérico médio não superior a 10000. Prefere-se também uma poliamina de polialquileno (ou uma amina de alquileno). Exemplos de aminas de polialquileno adequadas, que podem ser usadas no presente invento, podem ser encontrados na EP-A-334950. As poliaminas de polialquileno são as iminas de polietileno (PEI) e as aminas de polietileno (PEA). As misturas de compostos orgânicos solúveis em água também estão contempladas. Tipicamente, a imida de polietileno tem um valor de peso molecular numérico médio não superior a 10.000, e de preferência na gama de 600 a 5.000. Uma imina de polietileno preferida é a LUPASOL FC, que tem um valor de peso molecular numérico médio de 1000, produzida por BASF. A PEA tem, de preferência, um valor de peso molecular numérico médio não superior a 700, e de preferência na gama de 100 a 500. Uma amina de polietileno preferida é a E-100, possuindo um valor de peso molecular numérico médio de 309, produzida por Dow Chemical Company.

Na preparação da composição de moldagem em pasta em conformidade com o terceiro aspecto do presente invento, é normalmente necessário utilizar um dispersante. O dispersante utilizado compreende, tipicamente, carbonato de sódio, um silicato de sódio, poliacrilato de amónio ou de sódio, tanato de sódio ou humato de sódio, ou suas combinações. Prefere-se um silicato de sódio. O aditivo orgânico solúvel em água existente na composição de pasta está normalmente presente numa quantidade não superior a 1%, e normalmente numa quantidade não superior a 0,25% em peso. A quantidade deve ser escolhida de forma a aumentar a velocidade de moldagem da composição de pasta, mas de forma a não afectar desfavoravelmente a reologia da suspensão. A adição de uma argila de esmectite à composição de pasta de moldagem, em associação com a presença do aditivo orgânico na Composição A, possibilita o aumento da resistência (e também da plasticidade) dos moldados produzidos a partir de uma pasta contendo a mesma, enquanto conserva uma velocidade de moldagem em pasta adequada, de forma semelhante à descrita para a Composição A, per se, como se descreveu acima.

Na composição de pasta de moldagem, em conformidade com o terceiro aspecto, as composições podem compreender uma pasta ou lama aquosa, possuindo um teor de sólidos

84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ 9 de pelo menos 65% em peso e incorporando caulino, presente até um grau de pelo menos 15% em peso, por exemplo de 15% a 30% em peso. A moldagem em pasta, usando composições de moldagem em pasta, em conformidade com o terceiro aspecto do presente invento, pode ser efectuada de uma forma conhecida, por exemplo, como a descrita acima para a arte anterior.

De acordo com o presente invento, num quarto aspecto, proporciona-se um processo de moldagem, para elaborar um artigo cerâmico, compreendendo a preparação de uma pasta a partir de um meio de pasta e um determinado material compreendendo argilas, a colocação da pasta num molde, a remoção de uma porção do meio de pasta do molde, e a recuperação de uma parte de moldado, sendo o dito processo caracterizado pela utilização, coma pasta, de uma composição de moldagem em pasta em conformidade com o terceiro aspecto do presente invento.

Serão agora descritas as concretizações do presente invento por meio de exemplos, apenas com referência aos seguintes Exemplos. Nestes Exemplos, produziram-se caulinos modificados, que são exemplos de composição A, e compararam-se as suas propriedades com os mesmos caulinos, não tratados ou modificados apenas com aditivo orgânico ou argila esmectite, mas não ambos. Depois, prepararam-se as composições de moldagem em pasta a partir desses vários caulinos, modificados ou não modificados, e investigaram-se.

Nestes Exemplos, prepararam-se as composições de pasta de moldagem em conformidade com a seguinte fórmula:

Caulino, % em peso 28,5 Argila plástica, % em peso 25,0 Quartzo, % em peso 28,5 Sienite nefelina, % em peso 18,0

Preparação de pasta

Prepararam-se as composições de pasta da seguinte forma:

Primeiro, preparou-se uma pasta de argila plástica, dispersando a argila plástica finamente fragmentada em água com anti-floculantes. Prefere-se um agitador equipado com um tacómetro e um dispositivo para registar a quantidade total de trabalho realizado durante

84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ 10 ο processo de dispersão. Em cada caso, usou-se argila plástica de um tipo especialmente seleccionado para o uso em composições de moldagem em pasta. Tinha uma concentração de moldagem de 66,5% em peso e uma distribuição de tamanho de partículas de tal forma que 81% em peso consistia em partículas com um diâmetro esférico equivalente (e.s.d.) inferior a 2 pm.

Escolhem-se as quantidades de argila plástica e água de maneira a obter-se um teor de sólidos final da pasta de 60% em peso. A água deve conter uma quantidade de carbonato de sódio anidro equivalente a uma dosagem de 0,28% em peso, no peso de argila plástica seca (ou seja, 0,07% em peso no peso total do corpo seco, considerando 25% de argila plástica na fórmula do corpo).

Adiciona-se lentamente a argila plástica à água, com agitação vigorosa. A medida que se adiciona a argila plástica, a viscosidade da pasta aumenta e adiciona-se, em incrementos, solução de silicato de sódio de grau Cl00 para manter a pasta fluida e agitável. A adição de 0,1% em peso de silicato de sódio à argila plástica é normalmente suficiente. Esta é equivalente a 0,025% em peso, baseada no peso final do corpo, considerando no corpo um teor de 25% em peso de argila plástica. Quando se tiver adicionado toda a argila plástica à água, continua-se a agitar a 1000 rpm até que a quantidade total de trabalho realizado durante a dispersão atinja 7,5 kW-h/tonelada.

Peneira-se então a pasta de argila plástica, através de um crivo de 125 pm de abertura de malha, para retirar contaminantes grossos, tais como partículas de areia fina ou lenhite. Cobre-se a pasta para evitar perdas de água por evaporação, e deixa-se repousar, sem agitação, durante um período mínimo de 16 horas, tipicamente durante a noite.

Prepara-se então o “corpo de pasta”. Em primeiro lugar, calculam-se as quantidades dos vários componentes e da água, com base num teor final de sólidos de 74% em peso, tendo em conta a sua humidade e teores em sólidos. Misturam-se as quantidades necessárias de pasta de argila plástica e de água, num agitador. Depois, adicionam-se os componentes não plásticos, com incrementos de solução de silicato de sódio para manter uma pasta fluida. Finalmente, adiciona-se o caulino, com mais silicato de sódio para levar a quantidade adicionada durante a dispersão do corpo até 0,075% em peso. Em conjunto com a que foi adicionada à argila plástica, isto conduz a quantidade total de silicato de sódio a 0,1% em peso, baseado no peso seco de corpo final.

Quando todos os componentes tiverem sido adicionados, continua-se a agitar a 1000 rpm até que a quantidade total de trabalho realizado durante a dispersão atinja

84 394 ΕΡ Ο 751 103 /ΡΤ 3,75 kW-h/tonelada.

Depois, cobre-se a pasta e deixa-se maturar durante a noite, antes de testar.

Testes de pasta

Divide-se a pasta em diversas porções iguais, normalmente em três ou quatro porções.

Correccão da densidade de pasta e a carência de anti-floculante

Eliminam-se os flocos da primeira porção através de adições de incrementos de silicato de sódio, até que a viscosidade da pasta atinja um valor mínimo. Este não será normalmente superior a 0,5 Pa.s. Adiciona-se então água, em incrementos medidos, com agitação suave, até que a viscosidade da pasta seja exactamente de 0,5 Pa.s. Mede-se então a densidade desta pasta. Corrigem-se então as outras porções de pasta para a mesma densidade, adicionando a cada uma a mesma quantidade de água que se adicionou à primeira porção. Efectuam-se então pequenas adições de silicato de sódio a estas pastas, para originarem uma série de pastas com viscosidades diferentes na ordem de 0,5 a 1,0 Pa.s A quantidade de anti-floculante (silicato de sódio Cl00) necessária para dar uma pasta com uma viscosidade de 0,7 Pa.s é indicada como a carência de anti-floculante da pasta em avaliação.

Tixotropia de pasta

Mede-se a tixotropia (o aumento de viscosidade dependente do tempo) de cada pasta usando um viscosímetro Brookfield. Primeiro, agita-se vigorosamente a pasta durante 30 segundos, e depois coloca-se sob o viscosímetro, que se liga imediatamente. Regista-se a viscosidade, em intervalos regulares, até sessenta minutos, e constrói-se um gráfico de viscosidade em função do tempo. A viscosidade obtida após 60 minutos é classificada como a tixotropia V60.

Velocidade de moldagem

Mede-se a velocidade de moldagem de cada pasta usando pequenos moldes cilíndricos de gesso. Primeiro, agita-se vigorosamente a pasta durante uns 30 segundos, e depois deita-se para dentro do molde e deixa-se repousar durante um determinado tempo, tipicamente durante 15 ou 60 minutos. Após este período, retira-se a pasta e deixam-se drenar e secar os moldes, e retira-se o moldado. Mede-se a espessura do moldado, em milímetros, com um micrómetro, em vários locais inscritos na circunferência, e calcula-se iA-~ 84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ 12 uma espessura média. Calcula-se então o quadrado desse valor e divide-se pelo tempo permitido à moldagem, em minutos, para resultar num valor de velocidade de moldagem em (milímetros)2 / minuto.

Representa-se então a velocidade de moldagem para cada pasta em função do valor de tixotropia para essa pasta, e desenha-se uma linha recta através dos pontos. Interpola-se um valor de velocidade de moldagem a uma tixotropia V60 de 5 Pa.s, e classifica-se como a velocidade de moldagem para a pasta em avaliação. Módulo de runtura

Juntam-se as pastas que sobram após o teste de moldagem e de tixotropia. Moldam-se barras cilíndricas, com 6 mm de diâmetro e 150 mm de comprimento, usando moldes de gesso. Quando as barras estiverem solidificadas, e tiverem sido deixadas secar ao ar, retiram-se dos moldes e secam-se a 60°C num forno, durante a noite. Depois, cortam-se as barras ao meio e colocam-se numa atmosfera controlada de 80% de humidade relativa, durante várias horas, antes de se quebrarem num aparelho de flexão de três pontos, com uma amplitude de 50 mm, instalado numa máquina universal de testes, ou num equipamento semelhante. Medem-se os diâmetros das barras nos pontos de ffactura, e calculam-se os módulos de ruptura a partir do diâmetro e a força necessária para quebrar a barra. Testam-se pelo menos dez barras, desta forma, e calcula-se o módulo de ruptura médio.

Plasticidade

Preparam-se as barras de teste na forma de bastões moldados de 6 mm de diâmetro, como para o teste do módulo de ruptura. No entanto, ao contrário do que acontece nesse teste, retiram-se as barras moldadas dos moldes ainda enquanto húmidas, aproximadamente 20 a 25 minutos após se ter inicialmente deitado a pasta nos moldes. Por esta altura, os bastões solidificaram e começaram a descolar-se do molde. Com cuidado, é possível perfurar o molde e empurrar os bastões moldados gentilmente para fora. As pastas que possuem uma baixa contracção têm de ser deixadas durante mais tempo no molde, antes de poderem ser retirados.

Assim que se retiram os bastões do molde cortam-se rapidamente ao meio, para produzir bastões de 75 mm de comprimento, e colocam-se imediatamente numa atmosfera de 100% de humidade, por exemplo numa câmara de humidade, para prevenir posterior perda de humidade.

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Colocam-se as barras de teste num aparelho de flexão de três pontos, instalado numa máquina universal de testes. A medida que a cabeça da máquina de teste desce, aplica-se uma carga crescente no centro da barra, e a barra dobra. A um determinado ponto a barra quebra, e a máquina regista a carga aplicada e a distância movida pela cabeça, ou num registo gráfico ou pelo programa do computador.

Assim que tuna barra quebra, mede-se imediatamente o diâmetro da barra no ponto de fractura e colocam-se rapidamente os pedaços num prato de pesagem, pré-pesado, e regista-se o peso. Depois, coloca-se o prato num fomo de secagem a 110°C, durante várias horas, até que as barras sequem, e mede-se o peso seco. Calcula-se o teor de humidade das barras e expressa-se numa base molhada.

Depois de se testarem, directamente da câmara de 100% de humidade, as primeiras poucas barras, pode-se deixar secar as barras ao ar durante alguns minutos antes dos testes. Aumenta-se progressivamente o período de secagem, para produzir barras com teores de humidade que se estendem desde o máximo até bastante abaixo do teor de humidade crítico (o teor de humidade ao qual cessa a contracção). Em alguns casos, a secagem durante a noite pode ser apropriada.

Para avaliar a textura do moldado durante uma completa gama de teores de humidade é necessário um grande número de medições, tipicamente até 100, o que pode levar vários dias. Se tudo o que se pretende forem dados sobre a plasticidade do moldado, só é necessário apenas estudar peças de teste numa gama de humidade próxima do valor máximo, digamos na gama de 15-20%. Isto reduz o número de medições necessárias para valores entre 10 e 20.

Para calcular e apresentar os resultados é conveniente usar uma folha de cálculo. Introduzem-se os dados para cada barra na folha de cálculo, incluindo os pesos secos e húmidos, diâmetros da barra e os três valores medidos pelo tensiómetro (carga, tensão e energia de fractura). Depois, programa-se a folha de cálculo para calcular o teor de humidade, a área da secção transversal e o módulo de ruptura para cada barra testada. Podem depois organizar-se os dados por ordem crescente de teor de humidade.

Podem representar-se gráficos de módulo de ruptura, de deformação à ruptura e de energia de fractura em função do teor de humidade. Verificar-se-á que os dados são bastante “turbulentos”, e que é conveniente amenizá-los usando uma técnica de média móvel em três pontos dos dados, e desprezando o primeiro e o último resultado. Esse processo é, de novo, realizado numa folha de cálculo. 14 14 •4^“· Jrr’ 84 394 ΕΡ Ο 751 103 /ΡΤ A partir dos gráficos pode ler-se a deformação máxima na ruptura. É conveniente referir este valor como “plasticidade” das peças moldadas. A partir da experiência e em condições de teste, usando barras de 6 mm de diâmetro, podem classificar-se as pastas que dão uma deformação máxima na ruptura inferior a 2 mm como frágeis, e seria muito pouco provável que dessem moldados satisfatórios. As pastas que dão uma deformação máxima na ruptura entre 2 e 2,5 mm são apenas ligeiramente maleáveis, e também seria pouco provável que fossem satisfatórias. As pastas que dão uma deformação máxima na ruptura entre 2,5 e 3 mm são bastante maleáveis e são provavelmente satisfatórias no uso. As pastas que dão uma deformação máxima na ruptura superior a 3 mm. são muito maleáveis e serão muito fáceis de ornamentar e apresentam pouca tendência para quebrar na secagem. A deformação máxima à ruptura que se pode atingir com qualquer pasta depende bastante da remoção das barras dos moldes, ao teor de humidade mais elevado possível. Este é um parâmetro que pode depender da perícia do operador em remover barras dos moldes. É aconselhável ter apenas um ou dois operadores treinados para realizar o testè e adoptar uma rotina rigorosa para moldar e desenformar as barras, caso contrário os dados não serão comparáveis de pasta para pasta.

Exemplo 1

Prepararam-se quatro composições de pasta de moldagem de acordo com a fórmula acima referida. Cada composição continha um caulino diferente, como se descreve a seguir: O caulino R (comparativo) foi um caulino, não tratado, relativamente fino, para fins cerâmicos, possuindo as propriedades apresentadas no Quadro 1 abaixo.

Preparou-se caulino RI (comparativo) tratando o caulino R com 2000 ppm (0,2% em peso, baseado no peso de caulino seco) de uma amina de polietileno (PEA) possuindo um valor de peso molecular numérico médio de 309. Primeiro, dispersou-se a argila em água para proporcionar uma suspensão fluida e depois adicionou-se, com agitação, a dose necessária de PEA. Depois de se agitar durante um período de 30 minutos, filtrou-se a argila tratada, e secou-se o bolo do filtro a 60°C até um teor de humidade de aproximadamente 10%.

Preparou-se caulino R2 (invento), tratando o caulino R com 2000 ppm da mesma PEA que se usou para a argila RI e 2% em peso, baseado no peso de caulino seco, de uma

84 394 ΕΡ Ο 751 103 /ΡΤ bentonite activada por sódio (Bl). Preparou-se uma suspensão fluida da bentonite activada por sódio, dispersando-a em água. Adicionou-se a quantidade necessária da suspensão de bentonite, à suspensão de caulino tratado, com agitação. Depois, tratou-se a mistura de caulino e bentonite com a dosagem necessária de PEA, da maneira descrita para a argila RI acima.

Preparou-se caulino R3 (invento) exactamente da mesma maneira que R2, exceptuando o facto de se ter usado, em vez de Bentonite B1, 2% em peso, baseado no peso de caulino seco, de uma diferente bentonite activada por sódio (B2).

Mediram-se as propriedades dos quatro caulinos através dos procedimentos descritos pelo actual requerente, na sua brochura publicada para clientes, vide licet “Test Methods for Ceramic Products”, ECCI Brochure C076.

Apresentam-se as propriedades dos quatro caulinos, no Quadro 1 abaixo:

Quadro 1

Caulinos R RI R2 R3 Concentração de moldagem (% em peso) 66,5 63,8 64,2 64,3 Velocidade de moldagem (mm2, min'') 2,3 7,8 3,9 4,5 Carência de anti-floculante (% em peso de silicato de sódio P84) 0,55 0,35 0,30 0,35 Módulo de ruptura a 80% de HR (MPa) 0,44 0,22 0,62 0,48 % em peso de e.s.d. inferior a 2 pm 38 36 37 37

Testaram-se as quatro composições de pasta de moldagem e verificou-se que tinham as propriedades apresentadas no Quadro 2 abaixo:

Quadro 2

Composições de moldagem em pasta contendo caulino R RI R2 R3 Teor de sólidos da pasta (% em peso) 73,8 74,0 73,5 73,1 Carência de anti-floculante da pasta (% em peso) 0,17 0,12 0,16 0,15 Módulo de ruptura de barras moldadas a 80% de HR (MPa) 1,50 1,29 1,56 1,55 Velocidade de moldagem em moldes de gesso a 20°C (mm2 .min'1) 0,89 1,56 1,02 1,09 Plasticidade das barras moldadas (deformação para quebrar) (mm) 2,9 2,8 2,9 3,2 84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ 16 &

Os resultados obtidos para a composição de moldagem em pasta contendo o caulino tratado RI mostram que, apesar da velocidade de moldagem ser superior, os moldados produzidos com ele são mais fracos, em comparação com os produzidos a partir da composição de moldagem contendo a argila R. Quando se usou o caulino tratado R2 ou R3, na composição de moldagem, tanto a velocidade de moldagem como o módulo de ruptura aumentou, em comparação com as composições de moldagem contendo o caulino R.

Exemplo 2

Prepararam-se três composições de moldagem em pasta em conformidade com a fórmula referida acima. Cada composição continha um caulino diferente, como se descreve abaixo: O caulino L (comparativo) foi um caulino não tratado, relativamente fino, para fins cerâmicos, que apresentava uma maior velocidade de moldagem, mas menor resistência do que o caulino R. Apresentam-se as suas propriedades no Quadro 3 abaixo:

Preparou-se o caulino LI (comparativo), tratando o caulino L com 2000 ppm da mesma PE A, e pelo mesmo método, como se descreveu acima em relação ao caulino Rl.

Preparou-se o caulino L2 (invento), tratando o caulino L com 2000 ppm da mesma PE A usada para a argila LI e 2% em peso, baseado no peso de caulino seco, de bentonite activada por sódio Bl, pelo método que se descreveu acima em relação ao caulino R2.

Mediram-se as propriedades dos três caulinos, da mesma maneira que se descreveu acima, e apresentam-se no Quadro 3 abaixo:

Quadro 3 L Caulino LI L2 Concentração de moldagem (% em peso) 67,2 63,8 62,6 Velocidade de moldagem (mm2, min'1) 4,7 11,6 8,7 Carência de anti-floculante (% em peso de silicato de sódio P84) 0,40 0,35 0,25 Módulo de ruptura a 80% de HR (MPa) 0,28 0,14 0,39 % em peso de e.s.d. inferior a 2 pm 30 28 32

Testaram-se as três composições de moldagem em pasta e verificou-se que tinham as

84 394

ΕΡ Ο 751 103/PT 17 propriedades apresentadas no Quadro 4 abaixo:

Quadro 4

Compos pasta L ição de mol contendo c LI dagem em :aulino L2 Teor de sólidos da pasta (% em peso) 73,1 73,5 72,9 Carência de anti-floculante da pasta (% em peso) 0,14 0,10 0,13 Módulo de ruptura de barras moldadas a 80% de HR (MPa) 1,41 1,13 1,46 Velocidade de moldagem em moldes de gesso a 20°C (mrrf.min'1) 1,22 1,85 1,38 Plasticidade das barras moldadas (deformação para quebrar) (mm) 2,2 2,2 2,3

Pode observar-se que a composição de moldagem em pasta que contém a argila LI possui uma maior velocidade de moldagem mas produz moldados de módulo de ruptura drasticamente menores, quando comparada com a composição que contem a argila L. A composição que contem a argila L2 proporciona não só uma velocidade de moldagem superior, como também moldados mais resistentes, quando comparada com a composição que contem a argila L.

Exemplo 3

Preparou-se uma composição de moldagem em pasta em conformidade com a fórmula que se referiu acima. Cada composição continha um caulino diferente, como se descreve abaixo:

Preparou-se o caulino R4 (invento), tratando o caulino R com 2000 ppm de uma imina de polietileno (PEI) possuindo um peso molecular numérico médio de valor 1000 e 2% em peso, baseado no peso de caulino seco, de bentonite activada por sódio B2, pelo método que se descreveu acima em relação ao caulino R2.

Mediram-se as propriedades do caulino, da maneira descrita acima, e apresentam-se no Quadro 5 abaixo: if f r-

18 JsC

Quadro 5

Caulino R4 Concentração de moldagem (% em peso) 64,2 Velocidade de moldagem (mm2, min'1) 6,2 Carência de anti-floculante (% em peso de silicato de sódio P84) 0,45 Módulo de ruptura a 80% de HR (MPa) 0,42 % em peso de e.s.d.. inferior a 2 pm 37

Testou-se a composição de moldagem em pasta e verifícou-se que tinha as propriedades apresentadas no Quadro 6 abaixo. Incluem-se também no quadro os resultados obtidos para a composição de moldagem em pasta que contem caulino R do Exemplo 1, para comparação.

Quadro 6

Composição de moldagem em pasta contendo caulino R4 R Teor de sólidos da pasta (% em peso) 73,2 73,8 Carência de anti-floculante da pasta (% em peso) 0,15 0,17 Módulo de ruptura de barras moldadas a 80% de HR (MPa) 1,37 1,50 Velocidade de moldagem em moldes de gesso a 20°C (rnmfmin'') 1,22 0,89 Plasticidade das barras moldadas (deformação para quebrar) (mm) 3,2 2,9

Pode observar-se que a composição de moldagem em pasta que contem a argila R4 tem uma maior velocidade de moldagem e uma melhor plasticidade, quando comparada com a composição que contem a argila R.

Exemplo 4

Tratou-se uma amostra de bentonite activada por sódio B2 com 10% em peso, baseado no peso de bentonite seca, da mesma PEA que se descreveu no Exemplo 1 acima, adicionando a quantidade necessária de PEA ao pó de bentonite, num moinho de laboratório Janke and Kunkel rotativo de facas, e triturando durante aproximadamente cinco minutos até a bentonite ficar isenta de torrões. Depois, misturou-se fisicamente a bentonite tratada com a mesma argila plástica finamente dividida que se usou nos Exemplos de 1 a 3 nas quantidades de 2,28% em peso da bentonite tratada, baseado no peso de argila plástica seca.

Preparou-se uma composição de moldagem em pasta pelo procedimento descrito 19 84 394 ΕΡ Ο 751 103/ΡΤ acima, exceptuando ο facto de se ter tratado inicialmente a argila plástica com bentonite, em vez de caulino. Reduziu-se também a quantidade de caulino (R) na composição, de 28,5 para 27,93% em peso, e aumentou-se a quantidade de argila plástica, com bentonite adicionada, de 25,0 para 25,57% em peso, para tomar em consideração o facto da bentonite estar agora a ser adicionada com a argila plástica, mais do que como componente de caulino, como nos Exemplos de 1 a 3. Estas proporções são de forma a manter a percentagem de bentonite na fórmula, a 0,57% em peso, como no Exemplo 1.

Testou-se a composição de moldagem em pasta, como se descreveu acima, e verificou-se que tinha as propriedades apresentadas no Quadro 7 abaixo. Incluem-se também no Quadro 7 os resultados obtidos para a composição de moldagem em pasta, que contém os caulinos R e R3, para comparação.

Quadro 7

Composição pasta Bentonite tratada de molda contendo Cau R gem em ino R3 Teor de sólidos da pasta (% em peso) 73,2 73,8 73,1 Carência de anti-floculante da pasta (% em peso) 0,19 0,17 0,15 Módulo de ruptura de barras moldadas a 80% de HR (MPa) 1,45 1,50 1,55 Velocidade de moldagem em moldes de gesso a 20°C (mirf .miri1) 1,20 0,89 1,09 Plasticidade das barras moldadas (deformação para quebrar) (mm) 3,1 2,9 3,2 O método descrito neste Exemplo proporciona uma composição de moldagem que possui uma velocidade de moldagem ligeiramente maior e produz moldados de módulos de ruptura ligeiramente menores do que as composições que contêm caulino tratado R3. Quando se comparam os resultados da composição deste Exemplo com os obtidos para composições que contêm caulino não tratado R, pode observar-se que a velocidade de moldagem e a sua plasticidade aumentaram ambas, enquanto que o módulo de ruptura dos moldados só diminuiu ligeiramente.

Lisboa, IS. JftN. cuiLi

Por ECC INTERNATIONAL LIMITED - O AGENTE OFICIAL -

' Μβ.· ANTÓNIO lOAOl »A CUNHA FERREIRA

Ag. Of. Pr. Ind. I·· das Flores, 74 - 4,*

1£ΘΟ LISBOA

Claims (15)

1. 84 394 ΕΡ Ο 751 103 /ΡΤ 1/2 REIVINDICAÇÕES 1. Composição de argila para utilizar em moldagem em pasta que compreende: a) uma maior quantidade em peso de pelo menos uma argila de candite que constitui pelo menos 92% em peso da composição; b) uma menor quantidade em peso de um aditivo orgânico compreendendo pelo menos um composto solúvel em água possuindo uma multiplicidade de grupos básicos; e c) uma menor quantidade em peso de pelo menos uma argila de esmectite não calcinada.
2. 2. Composição de argila de acordo com a reivindicação 1, e na qual a argila ou argilas de candite compreendem desde 95% até 99% em peso da composição.
3. 3. Composição de argila de acordo com a reivindicação 1, e onde a composição inclui de 1% a 5% em peso de argila de esmectite e de 0,05% a 0,5% em peso do dito aditivo orgânico, sendo o balanço de argila de candite, opcionalmente com outros aditivos menores.
4. 4. Composição de argila de acordo com a reivindicação 1, reivindicação 2 ou reivindicação 3, e onde a razão do peso de argila de esmectite para aditivo orgânico está na gama de 3:1 a 30:1.
5. 5. Composição de argila de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, e onde a argila de candite compreende caulino, opcionalmente junto com argila plástica.
6. 6. Composição de argila de acordo com a reivindicação 5, e onde o aditivo orgânico compreende uma alquilenamina ou uma poli(alquilenamina).
7. 7. Composição de argila de acordo com qualquer uma das reivindicação anteriores, e onde a argila de esmectite compreende bentonite.
8. 8. Composição de moldagem em pasta compreendendo uma composição de argila de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7 e um meio de pasta.
9. 9. Composição de moldagem em pasta de acordo com a reivindicação 8, e onde o meio de pasta compreende água. 84 394 ΕΡ0 751 103/PT 2/2
10. 10. Composição de moldagem em pasta de acordo com a reivindicação 8 ou reivindicação 9, e que inclui adicionalmente um ou mais de quartzo, sienite nefelina e feldspato.
11. 11. Composição de moldagem em pasta de acordo com qualquer uma das reivindicações 8, 9 ou 10, e onde a composição compreende uma lama ou pasta aquosa, possuindo um teor de sólidos de pelo menos 65% em peso e caulino incorporado, presente até um grau de pelo menos 15% em peso.
12. 12. Processo de moldagem para produzir um artigo cerâmico compreendendo a preparação de uma pasta a partir de um meio de pasta e de um determinado material compreendendo argilas, a colocação da pasta dentro de um molde, a remoção de uma porção do meio de pasta do molde, e a recuperação de uma parte moldada, sendo o dito processo caracterizado por empregar, como pasta, uma composição de moldagem em pasta de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 11.
13. 13. Método para preparar uma composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, que inclui o passo de misturar, junto com a argila de candite, a argila de esmectite e o aditivo orgânico.
14. 14. Método para preparar uma composição de acordo com a reivindicação 13, e que inclui o passo de preparar uma composição de aditivo compreendendo a argila de esmectite e o aditivo orgânico e depois adicionar subsequentemente a composição de aditivo à argila de candite.
15. 15. Método de acordo com a reivindicação 13 ou reivindicação 14, e onde a mistura da argila de candite, junto com a argila de esmectite e o aditivo orgânico, é efectuada num meio aquoso. Lisboa. Por ECC INTERNATIONAL LIMITED - O AGENTE OFICIAL -

    EMC.» ANTÓNIO JOAd IA CUNHA FERREIRA Af. Qf. Pr. Ind. tal é»s Floris, 7A - 4.* ieoo LISBOA