PT88740B

PT88740B - Processo de hidratacao de hemi-hidratado de gesso

Info

Publication number: PT88740B
Application number: PT88740A
Authority: PT
Inventors: Tatsuhiro Kosugi; Masahiko Suemito; Masami Goto
Original assignee: Toto Ltd
Priority date: 1987-10-13
Filing date: 1988-10-12
Publication date: 1992-12-31
Also published as: EP0312027B1; EP0312027A3; US4906449A; DE3879849T2; JP2527339B2; EP0312027A2; ATE87532T1; DE3879849D1; JPH0199806A; KR910003864B1; KR890006516A; CN1035098A; CN1014141B; CA1318109C

Description

A presente invenção refere-se a nm processo para a hidratação de nm material â base de hemi-hidrato de gesso, de modo a obter nm molde constitnído principalmente por di-hidrato de gesso, adequado para cerâmica moldada. Mais espeoificamente a presente invenção refere-se a nm processo de preparação de nm molde de gesso, utilizando uma técnica para hidratar o hemi-hidrato de gesso que compreende agitar uma mistura de hemi-hidrato de gesso arrefecida a -40 a 5°C e de água, para formar uma suspensão de gesso-em-água, possuindo uma temperatura de -5 a 10°0, vertendo-a para dentro de um molde impermeável â água, mantendo-a nele até a sua reacção de endurecimento estar completa e depois libertando o produto do molde.

Como material de molde para cerâmica moldada, é usual utilizar gesso devido âs suas propriedades de boa absorção de água. Um processo para o fabrico de um molde de gesso (referido daqui em diante como molde de gesso”) compreende, de uma maneira geral, os passos de misturar hemi-hidrato de gesso em pó com água, para formar uma suspensão de gesso-em-água, vertendo a suspensão num molde impermeável à água, mantendo-a nele até estar com pleta a sua reacção de endurecimento e libertando depois o produto endurecido do molde. Em tais processos, o hemi-hidrato de gesso ê convertido em di-hidrato de gesso de acordo oom a reaoção de hidratação representada pela seguinte fórmula reaccional:

0aS0₄.l/2H₂0 + 3/2H₂0-* CaSO^Ey)

Nesta reacção o hemi-hidrato de gesso ê dissolvido em primeiro lugar em água e ê depois recristalizado como di-hidrato de gesso. 0 cristal de di-hidrato de gesso cresce sob a forma de agulhas e, portanto, formam-se capilares no molde de gesso resultante, a partir dos vazios formados entre os cristais de di-hidrato de gesso. Tais propriedades de elevada absorção de água do molde de gesso são atribuíveis à sua elevada capacidade de acção capilar.

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-3Fazendo uso destas propriedades de absorção de água, do gesso, a cerâmica pode de facto ser moldada a partir de um molde feito de gesso. A água da suspensão para cerâmica moldada, ê retirada por um molde de gesso deste tipo quando a suspens.ão ê vertida para dentro do molde de gesso e é depois mantida nele durante um período de tempo preestabelecido. 0 componente aquoso da suspensão é em primeiro lugar reduzido devido â absorção pelo molde de gesso e a suspensão é então solidificada para formar um bolo e formar assim um produto possuindo a forma desejada. A este respeito, o tempo necessário para um molde de gesso absorver a água da suspensão, por outras palavras o tempo necessário para o endurecimento de um bolo, ê responsável por uma parte principal do tempo total necessário para formar a cerâmica. Assim, para melhorar a produtividade da indústria de cerâmica, tem grande importância a redução deste tempo.

A velocidade de endurecimento do bolo pode ser expressa pela constante de velocidade de endurecimento K, definida da seguinte forma:

K = l²/t

Nesta fórmula, K representa a constante de velocidade de endurecimento (cm /seg), t é o tempo de endurecimento (em segundos) e 1 representa a espessura do bolo (cm).

K é uma constante que ê determinada a partir da capacidade do molde de gesso de absorver água e das propriedades da suspen são para cerâmica moldada e Ó sempre uma constante independente mente do tempo de endurecimento t. Por consequência, para·comparar a capacidade de absorção de água entre moldes de gesso di ferentes é necessário determinar os seus valores de K obtidos vertendo, para dentro de moldes de gesso, suspensões para cerâmica moldada, possuindo as mesmas propriedades e para depois compará-las entre si. Â medida que o valor de K do molde aumen ta,o tempo de endurecimento do molde de gesso torna-se mais cur to e assim um molde de gesso com um elevado valor de K -toma possível fabricar cerâmica com uma elevada eficiência.

A constante de velocidade de endurecimento K do molde de

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-4gesso é determinada pela sua força de acção capilar? Assim, quanto mais elevada a acção capilar, por outras palavras, quan to mais finos forem os cristais de di-hidrato de gesso constituindo o molde de gesso e quanto menor for o diâmetro dos capilares formados a partir dos vazios entre os cristais de di-hidrato de gesso, maior será o valor de K. Neste contexto, isto só é verdade com a condição de que a resistência,à penetração da água,do bolo seja superior à da do molde de gesso. Portanto, se se utilizar uma suspensão especial que forma um bolo, possuindo uma resistência muito baixa â penetração de água, o diâmetro dos capilares não pode ser tão reduzido. Por outro lado, observa-se por vezes que a resistência do bolo à penetra ção pela água se torna tão elevada que já não pode ser desprezada quando comparada com a do molde de gesso, e isto conduz à redução do valor de E.

Tem-se em consideração que a dimensão dos cristais de di-hidrato de gesso variam, dependendo do teor de água da suspensão de gesso a partir da qual se forma o di-hidrato de gesso da velocidade a que a suspensão de gesso ê agitada e do tempo de agitação, bem como do nível de impurezas, e de outros factores. Além disto, a temperatura da suspensão de gesso é também um factor importante, que não pode ser desprezado. Quanto mais baixa for a temperatura da suspensão de gesso, mais pequenos se. rão os cristais de di-hidrato de gesso formados e consequentemente maior será o valor de E. Pelo contrário, à medida que a temperatura da suspensão de gesso se torna mais baixa, o endurecimento exige mais tempo e, consequentemente, ê provável que a capacidade de ser trabalhado diminua. Por esta razão a temperatura da suspensão de gesso (i.e. a sua temperatura após com pletação da agitação da mistura de hemi-hidrato de gesso e de água) geralmente adoptada, varia entre 10 e 20°0 e, de preferên cia, está à volta dos 15°0. Tomando em consideração, por exemplo, o aumento da temperatura da suspensão devido ao calor de hidratação, durante a agitação, não é possível obter uma suspensão de gesso à volta dos 15°C pela simples mistura de água à temperatura ambiente e de gesso. Assim, a água ê arrefecida

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-5antes de ser misturada com o hemi-hidrato de gesso para formar uma suspensão de gesso à temperatura desejada. Isto porque o arrefecimento da água é mais eficaz do que o arrefecimento do gesso, visto que este último ê um pô com um calor específico pequeno, que ê apenas da ordem de 1/5 do da água.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

É um ohjecto da presente invenção proporcionar um novo pro cesso de hidratar hemi-hidrato de gesso, que torna possível pro. duzir moldes de gesso tendo um valor de Z substancialmente · · · maior do que os dos moldes de gesso produzidos por processos convencionais, sem prolongar excessivamente o tempo de coagulação .

Este ohjecto acima mencionado e outros ohjectos da presente invenção podem ser efectivamente alcançados, proporcionando um processo de hidratar hemi-hidrato de gesso, o qual compreende os passos de agitar uma mistura de hemi-hidrato de gesso arrefecida a -40 a 5°0, e água, para formar uma suspensão de gesso -em-água tendo uma temperatura de -5 a l0°0, vertê-la para dentro de um molde impermeável à água e mantê-la até que a reac ção de endurecimento esteja completa e em seguida libertar o produto do molde.

Nos processos convencionais, a temperatura da suspensão de gesso ê mantida a 10 a 20°0, e com a finalidade de obter uma sus pensão com tal temperatura usa-se água arrefecida. Pelo contrário, os inventores da presente invenção verificaram que para aumentar o valor de Z do molde de gesso resultante e para reduzir o tempo de endurecimento, é mais eficaz arrefecer o gesso utilizado como material de partida do que a água, como nos processos convencionais, embora uma suspensão de gesso tendo a mesma temperatura (-5 a 10°C) possa ser produzida por ambos os processos. Além disto os inventores realizaram vários estudos, com base nes ta verificação, para ver se outros factores tais como a adição de uma depressor do ponto de congelamento e a temperatura da atmosfera, durante o endurecimento, exercem influência sobre as propriedades físicas do gesso. Assim a presente invenção foi

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completada.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO INCLUINDO AS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS processo da presente invenção realiza-se por agitação de uma mistura de hemi-hidrato de gesso, arrefecido a -40 a 5°C, e água, para formar uma suspensão de gesso-em-água, deitá-la para dentro de um molde impermeável à água e mantê-la nele até que a reacção de endurecimento esteja completa, em seguida libertar o produto do molde.

No processo desta invenção, se se utiliza hemi-hidrato de gesso arrefecido a uma temperatura de não mais de 0°C, toma-se por vezes difícil agitar a mistura dependendo das condições e modo de manuseamento, p.ex. da temperatura do hemi-hidrato de gesso e da água; do ponto em que a agitação é iniciada; e da força da agitação. É devido a isto que a água que rodeia o hemi-hidrato de gesso está congelada para formar finas partículas de gelo. Assim, é preferível adicionar um depressor do ponto de congelamento à água, antes de a misturar com o hemi-hidrato de gesso, de modo a evitar a ocorrência do congelamen to, A expressão depressor do ponto de congelamento significa substâncias capazes de reduzir o ponto de congelamento da água, depois de ter sido misturado com a água. São exemplos preferidos os álcoois tais como metanol, etanol, propanol-1 e isopropanol; glicóis tais como etileno-glicol, propileno-glicol e trimetileno-glicol; glicol-êteres tais como dietileno-glieol, trietileno-glicol, dipropileno-glicol e tripropileno-glicol.

A quantidade de depressor do ponto de congelamento a ser adicionada à água deve ser determinada com base no tipo de depres sor do ponto de congelamento seleccionado, da temperatura do hemi-hidrato de gesso e da água, do processo utilizado para car regar o hemi-hidrato de gesso na água,do ponto em que se inicia a agitação e da força da agitação. Contudo adiciona-se de preferência à água uma quantidade não superior a 20% em peso de mo do a evitar que o depressor do ponto de congelamento afecte a força e outras propriedades físicas dos coagulantes resultantes.

Como meios para arrefecer o hemi-hidrato de gesso pode ser

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-7mencionado, por exemplo, o processo de o arrefecer em.qualquer um dos vários tipos de congeladores. A este respeito, a prepa ração de uma suspensão de gesso realiza-se, industrialmente, com frequência, numa operação descontínua e geralmente há tempo suficiente entre duas operações de preparação, descontínuas, sucessivas. Exemplos economicamente preferíveis dos meios para arrefecer o gesso em tais casos são, em consequência, aqueles processos que envolvem a aspersão directa de um gás liquefeito, tais como dióxido de carhono liquefeito e azoto liquefeito, sobre o pó de hemi-hidrato de gesso.

Um aspecto característico da presente invenção é o facto de o valor de K ser aumentado pelo abaixamento da temperatura da suspensão de gesso. No entanto, a mudança de temperatura que possivelmente poderá ocorrer após agitação da mistura para formar uma suspensão e deitar a mistura dentro de um molde impermeável à água, também influencia o valor de E. Assim, o va lor de K pode ainda ser aumentado mantendo, após verter a mistura, a temperatura da atmosfera envolvente da mistura até aque la estar completamente dura. Apesar do controlo da temperatura ser muito dispendioso, deve ser no entanto determinado se a van tagem económica do aumento do valor de E é suficiente para ultrapassar o custo adicionado pelo controlo da temperatura atmosférica.

processo do presente invento será a seguir explicado em maior detalhe.

Utilizando 100 partes em peso de hemi-hidrato de gesso e 70 partes em peso de água, as quais são mantidas a temperaturas diferentes nos diferentes testes, misturaram-se o hemi-hidrato de gesso e a água um com o outro, para ajustar a temperatura da suspensão, obtida após completação da agitação, a 10 + l°0, 5 £· l°0,0 + l°0 ou -5 + l°0. Os tempos de endurecimento e os valores de E observados quando a mesma suspensão para moldagem foi utilizada estão sumarizados no Quadro I que se segue. Nos testes n^s 9, 11, 12, 13 e 14, substitui-se uma parte de água pela correspondente quantidade de etileno-glicol. Por exemplo, a suspensão do teste nS 9 compreendia 100 partes em peso de hemi68 514

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-8-hidrato de gesso, 63 partes em peso de água e 7 partes em peso de etileno-glicol. A temperatura atmosférica durante o endure-

cimento foi a temperatura normal.
	Quadro I
Teste N²	1	2	•3	4	5
Temp. (°C) da suspensão de gesso	10,5	10,0	10,3	9,7	5,9
Temp. (°0) do hemi-hidrato de gesso	26	-1	-10	-20	18
Temp, (°C) da água	4,3	11,5	14,1	17,5	1,8
Quantidade de etileno-glicol (pep)*
Tempo de endurecimento (mn)	47	46	46	45	54
Valor de K (cm^/seg)	2,28x 10“⁴	: 2,30x 2,33x IO⁴ 10⁴	2,35x 10“⁴	2,41x 10⁴
	Quadro	I (continuação	)
Teste N²	6	7	8	9	10
Temp. (°0) da suspensão	5,6	4,8	5,3	0,6	-0,1
de gesso Temp. (°C) do hemi-hidrato de gesso	5	-10	-29	2	-21
Temp. (°0) da água	4,8	9,3	14,0	-5,5	5,5
Quantidade de etileno-glicol (pep)*				7
Tempo de endure cimento (mn)	52	51	50	64	56
Valor de K (cm /seg)	2,58	2,63	2,72	2,70	2,80

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Quadro I (continuação	)
Teste N^e	11	12	13	14
Temp. (°0) da suspensão	0,7	-4,2	-4,5	—4,6
de gesso
Temp. (°C) do hemi-hidrato de gesso	*38	-18	-30	-38
Temp. (°0) da água	8,3	-3,2	0,5	3,2
Quantidade de etileno-glicol (pep)*	2	7	6	6
Tempo de endurecimento (mn)	53	68	65	64
Valor de £ (cm /seg)	2,88 xlO”⁴	2,86 xlO⁴	2,89 xlO⁴	2,93 xl04
ⁿpep” significa ”partes	em peso”	•

Gomo será notado a partir dos dados apresentados no Quadro I, conforme a temperatura da suspensão de gesso diminui, o. valor de K aumenta, enquanto que o tempo de endurecimento se torna mais longo. No entanto, mesmo entre exemplos nos quais a temperatura da suspensão é igual, o valor de K ê maior e o tempo de endurecimento ê menor no caso em que o hemi-hidrato de gesso ê arrefecido do que no caso em que a água ê arrefecida.

Gom a finalidade de examinar o efeito da temperatura atmos fêrica durante o endurecimento da suspensão, misturaram-se e agitaram-se 100 partes em peso de hemi-hidrato de gesso tendo uma temperatura de -25°C e 70 partes em peso de água tendo, uma temperatura de 13,0°0, para formar uma suspensão de gesso a 6,1°G vertendo-se em seguida a suspensão para dentro de um molde impermeável â água e a suspensão endureceu à temperatura de 20, 10, -10 ou -20°0, para determinar o tempo de endurecimento e o valor de £ observado quando se utilizava a mesma suspensão para moldagem. Os resultados obtidos estão sumarizados no Quadro II que se segue.

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	Quadro II
Teste N^Q	1 2 3 4 5
Temp. (°0) da atmosfera	-20 -10 0 10 20
Tempo de endurecimento(mn)	58 54 51 50 48
Valor de E (cm^/seg)	3,13x 5,O7x 5,0lx 2,90x 2,75x 10“⁴ 10⁴ IO⁴ 10”⁴ IO^- ⁴
Gomo se pode ver dos	resultados apresentados no Quadro 11,
o valor de K pode ser ainda aumentado baixando a temperatura
atmosférica durante o endurecimento da suspensão de gesso.

No processo da presente invenção a temperatura utilizada no hemi-hidrato de gesso é crítica e varia de -40 a 5°0. Isto porque se for mais baixa do que -40°C não se pode evitar o con gelamento da água que rodeia o hemi-hidrato de gesso, pela sim pies adição de um depressor do ponto de congelamento, enquanto que se exceder 5°C não se pode esperar o melhoramento do valor de K, desejado. Além disto a temperatura da suspensão de gesso, na presente invenção está limitada a uma gama de -5 a 10°0.

Isto deve-se ao facto de que se for menor do que -5°C demora um longo período de tempo até endurecer completamente a suspen são de gesso e assim a sua capacidade de ser trabalhada fica extremamente diminuída. Por outro lado se exceder 10°C quase não se pode esperar nenhum melhoramento do valor de K.

processo da presente invenção será agora explicado com maior detalhe com referencia aos exemplos de execução compara tivos que se seguem.

Nos exemplos e exemplos comparativos seguintes o tempo de endurecimento, a força de ligação no estado seco e o valor de K são determinados como se segue:

Tempo de endurecimento

A alteração da temperatura da suspensão de gesso após ser vertida para dentro do molde impermeável à água foi controlada por meio de um termopar. 0 tempo de endurecimento ê definido como o tempo que decorre até que a temperatura da suspensão

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-11atinja o seu valor máximo após completação da agitação.

Força de ligação no estado seco

Depois de uma peça de teste medindo 15 x 15 x 150 mm ter sido seca, foi submetida a um teste de flexão em três pontos num vão de 100 mm e a uma velocidade da cabeça de 2,5 mm/min. Consideram-se os valores assim obtidos como sendo a força de ligação no estado seco.

Valor de K

Uma peça de teste medindo 75 num de diâmetro e 30 mm de es pessura foi seca e em seguida deixada permanecer num termostato a 30°0 durante 24 horas. Colocou-se sobre a peça de teste um cilindro transparente e deitou-se para dentro do cilindro uma suspensão para moldagem, a qual era composta principalmente por argila, feldspato e pedra para cerâmica, possuindo uma gravidade específica de 1,7 e uma temperatura de 30°0. A espes. sura do bolo resultante foi controlada por meio do cilindro trans parente e o valor de K foi calculado a partir da relação:

E = Ir/t. (A medição da espessura realiza-se, de preferência, no termostato a 30°0).

Exemplo 1

Obteve-se uma suspensão de gesso a 2,5°C por agitação, a uma velocidade de 500 rpm durante 3,5 minutos, de uma mistura de 20 kg de hemi-hidrato de gesso (disponível em NITTO GYPSUM CO., ITD como beta-gesso) a qual tinha sido arrefecida a -20°C por aspersão de dióxido de carbono liquefeito, e 14,5 kg de água, rnantida a 6,0°0. A suspensão de gesso assim preparada foi vertida para dentro de um molde impermeável à água e deixada assim â temperatura ambiente. Após 48 minutos, o endurecimento da suspensão estava terminado. Em seguida o produto moldado foi libertado do molde, seco a 50°C durante 48 horas e em seguida submetido â medição da força de ligação no estado seco e do valor de K, que se verificou serem de 54,4 kg/cm e 4· 2

2,87x10 cm^/seg, respectivamente.

Exemplo 2

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-12Obteve-se uma suspensão de gesso a -l,5°0 por agitação, nas mesmas condições do Exemplo 1, de 20 kg de hemi-hidrato de gesso (disponível em NITTO GYPSUM 00.,LTD, como beta-gesso), a qual foi arrefecida a -30°0 por aspersão com dióxido de carbono liquefeito e de uma mistura de 14,2 kg de água e 0,3 kg de etileno-glicol, mantida a 6,0°0. A suspensão de gesso assim prepara da foi vertida para dentro de um molde impermeável à água e dei xada permanecer assim dentro de um congelador mantido a -5°C. Após 52 minutos o endurecimento da suspensão estava terminado.

Em seguida mediu-se a força de ligação no estado seco e o valor de K, nas mesmas condições do Exemplo 1 e verificou-se serem de 2 —4-2

56,3 kg/cm e 3,05x10”^ cm /seg, respectivamente.

Exemplo Comparativo

Obteve-se uma suspensão de gesso a 15,5°C por agitação de 20 kg de hemi-hidrato de gesso (disponível em NITTO GYPSUM CO., DTD, como beta-gesso) mantido a 20°G e de 14,5 kg de água mantida a 13,5°O, nas mesmas condições do Exemplo 1. A suspensão assim obtida foi vertida para dentro de um molde impermeável à água e deixada permanecer assim à temperatura ambiente de modo a provocar o endurecimento, o qual estava terminado após 44 mi nutos. Em seguida a força de ligação no estado seco e o valor de K foram medidos do mesmo modo que no Exemplo 1 e verificou-se serem de 51,8 kg/cm e 2,29x10^ cm /seg, respectivamente.

De acordo com o processo da presente invenção (ver Exem, sem pios 1 e 2) o valor de K pode ser aumentado/muito prolongamento do tempo de endurecimento em relação ao processo convencional (Exemplo comparativo).

Como discutido anteriormente em detalhe, se o hemi-hidrato de gesso for hidratado de acordo com o processo do presente invento, podem-se fabricar moldes. de gesso tendo um valor de K substancialmente mais elevado do que o de um molde , produzi do pelo processo convencional (por outras palavras, moldes:. de gesso exibindo uma velocidade de moldagem maior), por meio de um prolongamento mínimo do tempo de endurecimento.

Claims

-RBIVINDIOAÇÕBSlã. - Processo de hidratação de hemi-hidrato de gesso, ca· racterizado por compreender os passos de agitar uma mistura de hemi-hidrato de gesso, arrefecido a -40 a 5°C, e água para for mar uma suspensão de gesso em água tendo uma temperatura de -5 a 10°0, verter esta mistura num molde impermeável à água, mantendo-a neste até que a sua reacção de endurecimento esteja completa, e em seguida retirar do molde o produto solidificado.
2§, - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por a suspensão de gesso compreender ainda um depressor do ponto de congelamento.
3^â. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por o hemi-hidrato de gesso ser arrefecido com um gás liquefeito.
4-. - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracteri zado por depois da suspensão de gesso ser vertida no molde impermeável à água ser conservada numa atmosfera mantida a uma temperatura variando de -20 a 10°0, atê que a sua reacção de endurecimento esteja completa.