PT96914A

PT96914A - Processo para a preparacao de composicoes de esmalte

Info

Publication number: PT96914A
Application number: PT9691491A
Authority: PT
Inventors: Cynthia J Labant; Frank A Kuchinski; Derek W Sproson; Elie E Saad; Robert L Hyde
Original assignee: Mobay Corp
Priority date: 1990-03-08
Filing date: 1991-02-28
Publication date: 1991-10-31
Also published as: JPH04214044A; EP0446477A1

Description

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CAMPO TÉCNICO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a composiçoes de esmalte e mais particularmente a composiçoes isentas de flúor e de elevado teor em boro. SUMÁRIO DA INVENÇÃO ^esenvolvem-se composiçoes de esmalte, previamente fundidas isentas de flúor, possuindo um elevado teor ém óxido de bor e um teor relativamente baixo em óxido de titânio. Numa reali-zaçao preferida inclui-se uma pequena quantidade de όχΐάψ de cobalto. Estas composiçoes sao adequadas para a preparaçao de esmalte e sao uteis nos processos de aplicaçao de composições previamente fundidas, quer':· em processos a seco, quer em processos por via húmida. De maneira particular, as composiçoes fundidas sao adequadas para uso no processo electrostáti-co de aplicaçao de composiçoes de esmalte sobre substrato^ de aço. As composiçoes da invenção sao particularmente adequadas para aplicaçao num processo "dois revestimentos - um cozimento". 0 esmalte preparado a partir das composiçoes previamente fundidas da invenção caracteriza-se por uma virtual usência de picagens, resistência a ácidos relativamente elevada e excepcional estabilidade de cor.

HISTORIAL DA INVENÇÃO t) flúor tem sido reconhecido e de fluidificaçao na produção usado como sendo um componente de estanho previamente fundido. Em adiçao, as matérias primas tradicionais para a preparaçao le esmalte fundido compreendem frequentemente flúor. Os catiões alcalinos e alcalino-terrosos sao frequentemente introduzidos sobre a forma de fluoretos. Recentemente, no entanto, tem-se reconhecido que as emissões de flúor possuem efeitos adversos sobre a ecologia e regulaçao em relaçao à sua distribuição.

Esta ideia tem sido promulgada e reforçada. 0 desenvolvimento de composiçoes isentas de fluor tem sido consequentemente um objectivo dos produtores de esmalte e de ; composiçoes de esmalte fundido e a presente invenção represen-l ta um avanço nesta tecnologia.

Sao conhecidas composiçoes de esmalte que compreendem óxido de titânio e boro. Por exemplo, a patente norte-americana US 4.469.798 descreve uma composição de estanho previamente funâidi^qúi compreende entre 15% a 20% de e entre 10% a 17% de TiC^. Embora as composiçoes nao compreendam chumbo e sejam portanto, descritas como nao estando envolvidas em problemas ecológicos, nota-se que estas requerem entre 2% a 10% de flúor. 0 flúor é referido como tendo a função de lagitaçao de massas fundidas e manutenção da acidez e é visto como um componente essencial da composição. A técnica é também reconhecida como incluindo a patente norte--americana US 3.216.847, que desvenda uma composição de esmalte fundido possuindo um elevado teor em óxido de boro e em óxido de titânio. Esta invenção nada refere em relaçao à presença de flúor e não ê referido o óxido de cobalto como um componente necessário.

Um objectivo da presente invenção e o de desenvolver uma composição de esmalte previamente fundida isenta de flúor, adequada para a preparaçao de esmalte resistente a ácidos e estável em termos de cor.

Um outro objectivo da invenção é 0 de desenvolver uma composição de esmalte previamente fundida, compatível ecologicamente, possuindo um conjunto de propriedades desejáveis. 5

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DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A composição de esmalte previamente fundida da presente invenção é caracterizada pelo facto de: ,i) fluir para formar um revestimento macio e uniforme a uma temperatura relativamente baixa, ,ii) 0 coeficiente de expansao térmica do esmalte resultante ser suficientemente baixo no sentido de ser compatível com a maioria dos substratos férricos. ! (iii) o esmalte resultante ser resistente ao ácido, e (iv) sob o processo de cozimento, desvitrificar-se parcialmente e tornar-se opaca. A composição de esmalte da presente invenção compreende os seguintes componentes e teores expressos em % em peso, tendo como base os seus óxidos:

Cxidos Peso% B2°3 17 à 22 SiO 40 a 45 T102 15 a 18 K2o 3 a 9 Na2° 5 a 10 A12°3 1 a 4 lí2o 0,25 a 1,0

Numa forma de realização preferida, a composição de esmalte 6 previamente fundida contém

CoO 0,02 - 0,1 ; opcionalmente, a composição pode conter ainda os seguintes componentes, cujas quantidades estão expressas em percenta-gensem peso:

MgO 0 - 1,0 ZnO 0 - 1,0 P2°5 0 - 3,0 Nb2°5 0 - 0,1 NiO 0 - 0,5 Cr2°3 0 - 0,1 Mn02 0 - o r—1 Fe2°3 0 - 1,0 A composição de esmalte fundido é caracterizado pelo facto de ser isento de fluor e pelo facto de possuir um teor relativamente elevado de óxido de boro e um teor relativamente baixo de óxido de titânio. Numa realizaçao preferida, inclui-se uma pequena quantidade de óxido de cobalto. Além disso, o esmalte e caracterizado pela ausência de óxido de bário.

Embora a composição de esmalte fundido de acordo com a presente invenção seja adequada para a preparação de esmaltes, quer usando processos por via a seco, quer processos por via húmida, descobriu-se surpreendentemente que a composição da presente invenção e particularmente adequada para uso em processos por via a seco, de preferência na aplicaçao de composiçoes fundidas de esmalte por processos electrostá-ticos. 0 esmalte resultante revelou-se inesperada e surpreendentemente: uniforme, estável em termos de cor e resistente ao ataque quimico por parte de ácidos. Tal facto ê particu- 7 . 7 Η larmente surpreendente tendo como referência o reconhecimento dos técnicos de que o método por via seca, e mais particularmente o processo electrostático é normalmente menos flexível ou seja, com uma menor margem de erro, que outros processos para a aplicaçao de esmalte. 0 processo electrostático para a aplicaçao das composiçoes de esmalte fundido· a substratos metálicos é bem conhecido na técnica. A Memória Descritiva da Patente norte-americana U.S. 3.928.668, que aqui é incorporada como referência, inclui a descrição do processo. De acordo com o processo, uma composição de esmalte fundido, que opcionalmente foi primeiro revestido com um agente adequado para lhe conferir uma elevada resistência, ê depositada electrostaticamente por aspersao uniforme sobre um substrato e cozida para formar um esmalte. Tem sido vastamente reconhecido que o processo, apesar de oferecer várias vantagens de processamento e de resultar num excelente revestimento de esmalte, e menos flexível do que os processos de aplicaçao por via húmida. Esta sensibilidade a pequenas variações pode, por vezes, expressar-se na fraca qualidade do esmalte resultante. Consequentemente descobriu-se surpreendentemente e inesperadamente que a composição da presente invenção é realmente adequada para uso no processo, pois as variações de processamento nao originam um esmalte de baixa qualidade.

Devido ao facto de o elevado teor em boro numa composição de esmalte previamente fundido estar normalmente associado a baixa resistência a ácidos dos esmaltes resultantes, a boa resistência a ácidos por parte dos esmaltes da presente invenção é surpreendente ~ . e inesperada. Especifica- mente, enquanto as composiçoes que compreendem cerca de 20% de óxido de boro são classificadas, na melhor das hipóteses, em B de acordo com o PEI - Porcelain Enamel Institute - o teste de resistência a ácidos da composição da presente 8

composição, apesar de compreender um elevado teor em boro, classificou-a consistentemente em pelo menos A na mesma escala.

De acordo com o processo de aplicaçao da composição da presente invenção, a composição de esmalte previamente fundido e aplicada sobre o substrato a uma taxa de aproxima-damente 30 gramas por pé quadrado. Esta taxa de aplicação resulta apos cozimento num esmalte previamente fundido com uma espessura de cerca de 0,13 mm (0,005 polegadas)

TÉCNICA DE APLICAÇÃO

Se gue-se uma de scriçao da técnica que fo i usada na prepara- çao duma compos içao dentro do âmb ito da invençao. As mater ias pr imas foram pes ada: 3 (uma fórmula de matérias pr imas t ipica é ap resentada na Tabela abaixo), misturadas a seco e carreg adas num forno de fusão de vidro.

MATERIAL PESO

Dióxido de sílicio 1480,0 Borax anidro 623,0 óxido de zinco 12,5 Nitrato de potássio 135,0 Ácido bórico 17,9 Carbonato de lítio 41,6 Dióxido de titânio 611,0 Carbonato de potássio 219,0 óxido de alumínio 113,0 Tripolifosfato 38,6 Óxido de magnésio 17,0 9 9 674,0 18,6

Borax (B2O2.5H2C*)

Hidrato de cobalto/Dióxido de sílicio

As composiçoes no âmbito da invenção foram fundidas num fundidor rotatório de cozimento a ar à escala laboratorial, durante um tempo compreendido num intervalo entre 12 a 18 minutos e a temperaturas compreendidas entre 2000°F (1093°C) e a 2500°F (1371°C). 0 vidro fundido resultante foi vertido sobre água para produzir esmalte. Adicionalmente, as composiçoes de esmalte fundido foram fundidas em fundidores de cozimento a oxigénio de produção à escala contínua a uma temperatura compreendida no intervalo entre 2200°F (1204°C) e 2400°F (1316°C). 0 material fundido produzido foi transformado em esmalte por passagem através de rolos arrefecidos com agua. 0 material de esmalte fundido foi triturado usando meios convencionais. Tipicamente, 80% a 85% em peso do esmalte então triturado possuia um tamanho médio de partículas inferior a 45 jim (malha 325). 0 esmalte então produzido foi usado para esmaltar amostras de aço usando técnicas de aplicaçao por via seca ou por via húmida.

Pedaços de aço (aço limpo de baixo teor em carbono, calibre 20) foram usados como substrato revestido. A composição de esmalte de acordo com a invenção foi aplicada na amostra e cozida a uma temperatura compreendida no intervalo entre 1350°F (732°C) e 1600°F (871°C). Tempos de manutenção compreendidos no intervalo entre 3 a 10 minutos foram usados para simular condiçoes de cozimento comerciais. Foi induzida também uma condição de elevada humidade para simular uma 10 10

condição casual negativa em termos de aparência da superfície resultante esperada.

Foram realizados testes padrao de avaliaçao nas amostras cozidas, incluindo o teste de resistência a ácidos do PEI (Porcelain Enamel Institute), estabilidade de cor sob condiçoes de cozimento variáveis e o teste de tensão mecânica ao peso para determinar a tensão de compressão presente no revestimento cozido. Em todos os casos, a qualidade da superfície dos esmaltes preparados a partir do esmalte da presente invenção excederam os produtos comerciais disponíveis comercialmente.

Sao possíveis modificações e variações da invenção descrita e podem ocorrer aos peritos na técnica tendo como base a presente invenção . Deve, no entanto, entender-se que tais alterações se encontram no âmbito da invenção como se define pelas reivindicações anexadas.

Claims

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REIVINDICAÇÕES: a 1 - Processo para a preparação duma composição de esmalte fundida, resistente a ácidos, de cor estável, compreendendo os seguintes óxidos B2°3 17 - 22 por cento em peso sío2 40 - 45 por cento em peso Tio2 15 - 18 por cento em peso K2° 3 - 9 por cento em peso Na20 5 - 10 por cento em peso a12°3 1* - 4 por cento em peso lí2o 0,25 - 1,0 por cento em p caracterizado pelo facto de se misturar os componentes que proporcionam os referidos teores e se fundir a mistura resultante de tal forma que o produto final seja isento de flúor e de óxido de bário. g

2 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a composição final conter ainda até cerca de 1,0 por cento em peso de, pelo menos, um componente escolhido do grupo que consiste em MgO, ZnO, Fe20^ e Mn02< g

3 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a composição final conter ainda até cerca de 4’ 12

0,1 por cento em peso de, pelo menos, um componente escolhido do grupo que consiste em IS^O^ e Cr

4 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a composição final compreender ainda até cerca de 0,5 por cento em peso de NiO. a

5 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a composição final compreender ainda até cerca de 3,0 por cento em peso de ^2^5*

6 - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de a composição final compreender ainda até cerca de 0,1 por cento em peso de, pelo menos, um componente escolhido do grupo formado por e C^O^. Q

7 - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo facto de a composição final compreender ainda até cerca de 0,5 por cento em peso de NiO. o

8 - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo facto de a composição final compreender ainda até cerca de 3,0 por cento em peso de P20^. 9a - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo facto de a composição final compreender ainda até cerca de 1,0 por cento em peso de Fe^^. 13 [, i Cote* 1¾ s q *

10 - Processo aperfeiçoado para a aplicação por via seca de uma composição de esmalte previamente fundida sobre um substrato por meios electrostáticos, caracterizado pelo facto de se empregar uma composição previamente fundida tal que i) os seus teores de óxidos estarem compreendidos dentro dos seguintes intervalos de percentagens em peso B2°3 17 - 22 sío2 40 - 45 Ti°2 15 - 18 k2° 3-9 Na20 5-10 Al2°3 1-4 Li2° 0,25 - ii) não contem flúor nem óxido de bário, numa quantidade preferivelmente igual a 322 gramas por metro quadrado (30 gramas por pé quadrado) que origina uma camada de esmalte final com a espessura igual a cerca de 0,13 mm (0,005 polegada).

11 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de a referida composição compreender ainda até cerca de 1 por cento em peso de, pelo menos, um componente escolhido do grupo que consiste em MgO, ZnO, Fe202 e MnC^.

12 - Processo de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo facto de a mencionada composição compreender ainda até cerca de 0,1 por cento em peso de, pelo menos, um componente escolhido do grupo que consiste em e Cr~0 14 13a - Processo de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo facto de a citada composição compreender ainda até cerca de 0,5 por cento em peso de NiO.

14 - Processo de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo facto de a referida composição compreender ainda até cerca de 3,0 por cento em peso de Ρ20^. g

15 - Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo facto de a mencionada composição compreender ainda até cerca de 0,1 por cento em peso de, pelo menos, um componente escolhido do grupo que consiste em Nfc^O^ e Cr203- 16a - Processo de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo facto de a citada composição compreender ainda até cerca de 0,5 por cento em peso de NiO. 17a - Processo para a preparação duma composição de esmalte fundido, resistente a ácidos, de cor estável, caracterizado pelo facto de a composição final i) compreender as seguintes percantegens em peso de óxidos B2°3 17 - 22 sío2 40 - 45 Tio2 15 - 18 K2° 3-9 Na2° 5-10 a12°3 1-4 lí2o 0,25 - e 15 ii) ser isenta de flúor e de óxido de bário. g

18 - Processo aperfeiçoado para a aplicação por via seca de uma composição de esmalte previamente fundida sobre um substrato por meios electrostáticos, caracterizado pelo facto de se empregar uma composição previamente fundida tal que i) os seus teores de óxidos estarem compreendidos dentro dos seguintes intervalos de percentagens em peso 17 - 22 sío2 Ti°2 k2° Na2° A190o lí2° 40 - 45 15 - 18 3-9 5-10 1-4 0,25 - 1,0 e ii) não contém flúor nem óxido de bário. Lisboa, 28 de Fevereiro de 1991 0 Agente Oficial da Propriedade Industrial