WO2012107599A1 - Composición cerámica de baja densidad - Google Patents

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Joaquin PIQUER MARTÍ
Daniel VIVONA
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Definitions

  • the field of the present invention is the construction sector, in particular in the sector of the ceramic industry and chemical industry of frits and ceramic glazes, but it is equally applicable in any other field in which a composition is required. Ceramics such as that which constitutes the object of the present invention.
  • the object of the present invention relates to a new ceramic paste or ceramic material for construction for cladding facades, floors, ceilings and walls and manufacturing methods thereof, characterized in that it is used in the preparation of ceramic tiles cooked with high porosity that confers a low apparent density.
  • the present invention also relates to the use of said composition for manufacturing low density ceramic pieces, thermal and acoustic insulators, ceramic filters, in addition to acting as structural elements for the production of ceramic-polymer or ceramic-metal composites, as well as forming element for the production of low weight armor elements.
  • LV 12402 of the Technological University of Rigas and the JP1 patent 1246279 of Kenmoku Seizo which refer to the introduction of combustion material from waste from the polishing process or from incinerator waste, as a precursor material of the internal porosity necessary for the decrease of the apparent density of the cooked product.
  • Kim Su-Tae where initially a high temperature carbonate calcination is proposed for the removal of carbon dioxide.
  • the product obtained from this calcination is treated with ammonium bicarbonate so that it reacts at a low temperature (equal to or less than 150 ° C).
  • This patent allows to obtain pieces at low temperature, although these pieces cannot be decorated with traditional enamels or nanoparticles at usual working temperatures (higher than 800 ° C). Therefore, although it is a valid alternative to obtain low density pieces, it limits the decoration processes of the same.
  • the present invention refers to a ceramic composition that allows to obtain ceramic pieces with a low cooking density.
  • the main advantage of this composition is to be able to be elaborated and decorated with the usual ceramic tile production systems and, in special, allows the conformation of ceramic pieces by pressing.
  • composition object of the present invention are incorporated raw materials with high loss by calcination (carbonates, percarbonates or bicarbonates of elements with valence + 1 and / or peroxides of elements comprising in their valence states the valences + 1 and / or + 2 in a percentage greater than 6% by dry weight of the total composition, preferably in a percentage greater than 20% by dry weight of the total composition).
  • “elements with valence + 1” means both those atoms, elements, molecules or chemical groups that have lost an electron and therefore have valence or valence number + 1, such as elements alkaline or alkaline earth or groups such as the ammonium group (NH 4 ) + .
  • the composition object of the present invention is characterized in that the compounds are partially or totally substituted by carbonates, bicarbonates and / or ammonium percabonates.
  • ceramic composition for the present invention, the terms "ceramic composition”, “ceramic paste” or “ceramic material” will be used interchangeably. These materials together with the natural or artificial ceramic raw materials and the appropriate additives, allow the conformation of the ceramic piece.
  • the objective of the present invention is to obtain a low density ceramic piece that allows it to be shaped and decorated using the current manufacturing systems, and in particular, forming by pressing. What allows obtaining geometries and formats, which are unfeasible or have a high difficulty, in the If they are obtained by other forming systems (casting or extruded).
  • compositions that incorporated low density raw materials were evaluated. These raw materials have been: mineral and expanded vermiculite, mineral and expanded perlite and pumice, combined with other common raw materials in the traditional ceramic sector (carbonates, clays, kaolins, feldspars, quartz, etc.).
  • the apparent density of the piece was greater than 1400 kg / m 3 and in many cases greater than 1500 kg / cm 3 . If you keep in mind that the apparent density of the tiles belonging to the Billa group is approximately 1800 Kg / cm 3 .
  • the next step was to incorporate a high percentage of organic raw materials into the compositions. Percentages greater than 6% by weight of the composition. Initially, the raw materials included in the aforementioned patents or technical articles were evaluated, such as raw materials from lignites, compounds from cellulose and other low molecular weight organic compounds that facilitate degassing of the composition.
  • the pieces formulated with these high percentages of carbonates presented dimensional defects due to excessive refractoriness in cases where high percentages of calcium and / or magnesium carbonates were incorporated, or an excessive presence of sodium on the surface, in the case of incorporating High sodium carbonate contents to the composition, which could lead to problems during the cooking of the pieces.
  • the present invention provides a ceramic paste or ceramic material consisting of the incorporation of inorganic raw materials with high loss by calcination.
  • These raw materials are: percarbonates and / or bicarbonates of elements with valence + 1, mainly, alkaline elements (such as sodium and potassium) and / or ammonium elements, and / or peroxides of elements with valence +2, mainly, alkaline earth elements (such as calcium and magnesium).
  • the raw materials described in the present invention in percentages greater than 6% by weight, with respect to the dry weight of the composition and generally, in percentages greater than 20%, are combined with natural or synthetic ceramic raw materials, such as silico. - alkaline or alkaline earth aluminates, quartz, organic and inorganic binders, clays, kaolin, alkali and alkaline earth carbonates, ceramic frits, glasses, aluminas, zirconium silicates, etc.
  • natural or synthetic ceramic raw materials such as silico. - alkaline or alkaline earth aluminates, quartz, organic and inorganic binders, clays, kaolin, alkali and alkaline earth carbonates, ceramic frits, glasses, aluminas, zirconium silicates, etc.
  • Example 1 Initially the different raw materials are weighed, according to the formula described above:
  • the granules are pressed at a specific pressure of 100 Kg / cm 2 , to reach an apparent density of the shaped and dry piece of 1600 Kg / m 3 .
  • the pieces have a ceramic decoration on a support, whose apparent cooking density is less than 1250 Kg / m 3 and generally, less than 1190 Kg / m 3 .
  • ceramic pieces of 500x500 format have been obtained with maximum thicknesses of 14mm and minimum thicknesses of 3mm and an apparent density of 1190 kg / m 3 , which has a high coefficient of linear expansion due to the amount of percarbonate introduced in the same.
  • This coefficient of expansion at temperatures between 50 - 300 ° C is 107 10-7 1 / K.
  • a high water absorption greater than 10%
  • an expansion of the cooked piece 1%.
  • the mechanical strength of the shaped and dry piece is increased by the incorporation of organic and inorganic additives into the composition. These additives create points of attachment between the particles, either by chemical bonds or by melting at low temperature. These links increase the mechanical resistance to values that facilitate the manipulation of the pieces during the process of decoration or impregnation of nanoparticles.
  • polysaccharide binders have been used, however, sulfonates, celluloses, acrylics, silicates, phosphates or mixtures of the above are among the binders of possible use, although the use of another type of binders (formaldehydes, caseins , etc.)
  • the purpose is to use these pieces of low density and weight, for placement on floors, walls and, especially, on ceilings. Furthermore, the present example is suitable for the production of low density ceramic pieces with thermally and acoustically insulating properties,
  • the advantage offered by the present invention is that in addition to being formed by pressing, which gives it a greater mechanical resistance in crude oil compared to other types of forming systems (casting or extrusion), it is the possibility of adding organic and inorganic binders , which further increase said mechanical resistance. What allows the piece to be handled more easily, both in decoration processes as in crude machining processes of the same.
  • Another advantage of the present invention is the possibility of reducing cooking cycles against other types of patents, whose low density is obtained by the combustion of organic products.
  • the cooking cycles When making ceramic pastes with high organic matter content, the cooking cycles must be slow, in order to facilitate the combustion and degassing of the organic matter, as a diffusion of oxygen is necessary inside the piece so that it is carried out the calcination of the organic component.
  • the present invention when using carbonates, bicarbonates, percarbonates or peroxides, the decomposition of these materials and the degassing thereof, occurs at a higher speed.
  • an essential aspect of the present invention is a ceramic composition that allows to obtain ceramic pieces with a low cooking density comprising carbonate, percarbonate or bicarbonate compounds of elements with valence + 1 and / or peroxides of elements comprising in their valence states the valences +1 and / or +2 in a percentage greater than 6% by dry weight of the total composition, preferably in a percentage greater than 20% by dry weight of the total composition.
  • composition object of the present invention is characterized in that the compounds are partially or totally substituted by carbonates, bicarbonates and / or ammonium percabonates.
  • composition object of the present invention additionally comprises natural or synthetic raw materials, together with the necessary additives selected at least from the group consisting of binders, deflocculants, suspensions or plasticizers.
  • composition object of the present invention is characterized in that it is cooked at a temperature greater than 800 ° C and preferably greater than 1000 ° C.
  • composition object of the present invention is characterized in that it is shaped and decorated using current manufacturing systems, and in particular, forming by pressing.
  • the present invention relates to the use of the ceramic composition to manufacture ceramic pieces of low density and weight, for placement in floors, walls and, especially in ceilings and to manufacture ceramic pieces with thermal and thermal insulating properties. acoustically, in addition to acting as structural elements for the elaboration of ceramic-polymer or ceramic-metal composites, as well as forming element for the production of low-weight armor elements.

Abstract

La presente invención se refiere a una composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido que comprende compuestos carbonates, percarbonatos y/o bicarbonatos de elementos que comprenden en sus estados de valencia la valencia + 1 y/o peróxidos de elementos que comprenden en sus estados de valencia las valencias +1 y/o +2 en un porcentaje superior al 6% en peso seco de la composición total. La presente invención también se refiere al uso de dicha composición para fabricar piezas cerámicas de baja densidad y aislantes térmica y acústicamente.

Description

COMPOSICIÓN CERÁMICA DE BAJA DENSIDAD
DESCRIPCIÓN
CAMPO DE LA INVENCIÓN El campo de la presente invención es el sector de la construcción, en particular en el sector de la industria cerámica e industria química de fritas y esmaltes cerámicos, pero es igualmente aplicable en cualquier otro ámbito en el que se requiera una composición cerámica como la que constituye el objeto de la presente invención. El objeto de la presente invención se refiere a una nueva pasta cerámica o material cerámico para construcción para revestimiento de fachadas, suelos, techos y paredes y métodos de fabricación del mismo, que se caracteriza porque se emplea en la elaboración de baldosas cerámicas cocidas con de elevada porosidad que confiere una baja densidad aparente.
La presente invención también se refiere al uso de dicha composición para fabricar piezas cerámicas de baja densidad, aislantes térmicos y acústicos, filtros cerámicos, además de actuar como elementos estructural para la elaboración de composites cerámica-polímero o cerámica-metal, así como elemento conformador para la producción de elementos de blindaje de bajo peso.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Existen numerosas patentes y artículos a nivel mundial, que hacen referencia a la obtención de esta tipología de productos cerámicos. Sin embargo, en ningún caso utilizan una composición como la descrita en esta patente.
De las patentes existentes para la elaboración de cerámica ligera de elevada porosidad, hay que destacar los siguientes procedimientos: - Obtención de cerámica ligera por incorporación de material orgánico, cuya descomposición en cocción permite obtener bajas densidades. Dentro de esta familia de patentes, cabe destacar la patente n° US 5, 177,036 de Kunst, donde se incorpora lignito junto a la arcilla para, después de la conformación de la pieza, se produzca la descomposición del lignito en el proceso de cocción, obteniendo de esta forma, una pieza cerámica ligera o de baja densidad. Dentro de esta línea de trabajo, se puede encontrar la patente n° KR 20040003201 de CHAE YEONG, donde se incorpora antracita como material necesario para la formación de porosidad interna. Por último, dentro de este apartado, podemos destacar las patente
LV 12402 de la Univeridad Tecnológica de Rigas y la patente JP1 1246279 de Kenmoku Seizo, que hacen referencia a la introducción de material comburente procedentes de desecho del proceso de pulido o de residuos de incineradores, como material precursor de la porosidad interna necesaria para la disminución de la densidad aparente del producto cocido.
Ninguna de estas tecnologías y conocimientos en la elaboración de baldosas cerámicas de baja densidad, facilita el conformado mediante prensado. Estas piezas conformadas por prensado, que posteriormente son decoradas mediante una aplicación de esmaltes, presentan la tendencia a la aparición del defecto denominado "Corazón negro", debido al exceso de materia orgánica y un defecto de oxigeno en la atmosfera de cocción. El defecto denominado "Corazón negro" da lugar a deformaciones en las piezas y defectos en el acabado superficial de la misma.
- Obtención de cerámica ligera mediante la incorporación de materias primas con baja densidad. Generalmente, estas materias primas tienen a ser de procedencia volcánica. Dentro de esta familia de patentes, se puede destacar en la patente n° US 5,827,457 de Tseng, a la incorporación de un mineral volcánico expandible como la obsidiana, perlita o pumita. La patente US 5,033,721 de Gnyra describe la incorporación de vermiculita sin molturar como material de baja densidad que permite obtener piezas ligeras, con la finalidad de incrementar el aislamiento térmico así como la resistencia a altas temperaturas y ataque químico. La patente n° US 6,664,205 incorpora perlita como constituyente esencial en la obtención de material cerámico de baja densidad con el objeto de actuar de aíslate acústico en un amplio espectro de frecuencias. La patente n° KR 93001 1276 incorpora Zeolita y agalmatolita como materiales necesarios para la obtención de piezas cerámicas de baja densidad y elevada resistencia mecánica y química.
Sin embargo, en la presente invención, no se incorpora esta tipología de materias primas para la obtención de baldosas cerámicas de baja densidad, la razón principal es permitir la conformación de las baldosas con los actuales procesos productivos, especialmente, mediante prensado. Los materiales anteriormente descritos presentan una elevada porosidad interna, que les confiere una baja densidad. Cuando a dichos materiales se les somete a una molturación y, posteriormente, una presión para la conformación de las piezas cerámicas, la porosidad interna de dichos materiales es parcialmente cerrada. Esta oclusión produce un aumento de la densidad del material conformado y dificulta alcanzar densidades aparentes de la pieza cocida tan bajas como la descrita en la presente invención.
- Obtención de baldosas ligeras por formación de espumas cerámicas. En la patente n° US 5,015,606 de Lang, se describe la obtención de productos cerámicos con baja densidad mediante la calcinación de espumas cerámicas, obtenidas por el mezclado de arcillas con surfactantes. Dentro de esta línea de trabajo, se encuentra la patente n° KR 20030044733 de Kim Yun Ju donde se añade un surfactante a la barbotina cerámica para el posterior conformado. Por último, cabe destacar la patente DE 1934855, que utiliza como material espumante el bicarbonato de sodio o amonio y/o el carbonato de amonio. Estos materiales son mezclados en un porcentaje no superior al 6% con materiales cerámicos, silicatos alcalinos solubles y agua. Mediante calentamiento a temperatura inferiores a los 300°C, se produce el burbujeo debido a la descomposición del los bicarbonatos de sodio o amonio o del carbonato de amonio, que da lugar a una espuma. Para conferir cierta manejabilidad a la espuma, se utilizan silicatos alcalinos solubles activados por compuestos, como es entre otros, el ácido silícico. Gracias a la consistencia derivada de la utilización a los silicatos alcalino, las espumas pueden ser moldeadas (no prensados) y cocidos a temperaturas elevadas. La utilización de este proceso de elaboración de cerámica con baja densidad supone una limitación en el conformado de las piezas. La utilización de espumas, disminuye la densidad hasta valores muy bajos, pero limita su conformación, especialmente mediante prensado, e impiden su posterior manipulación y decoración con esmaltes inorgánicos en las actuales líneas de esmaltado. El hecho de utilizar presión para la conformación de las piezas, supondría la eliminación de la porosidad interna de las espumas, con lo cual, se perdería el efecto buscado de baja densidad.
- Obtención de baldosas ligeras por reacción a baja temperatura.
Dentro de esta familia destaca la patente n° KR 19910018075 de
Kim Su-Tae, donde inicialmente se propone una calcinación de carbonato a alta temperatura para la eliminación de dióxido de carbono. El producto obtenido de esta calcinación es tratado con bicarbonato amónico para que reaccione a baja temperatura (igual o inferior a 150 °C). Esta patente permite obtener piezas a baja temperatura, aunque dichas piezas no pueden ser decoradas con esmaltes tradicionales o nanopartículas a temperaturas de trabajo habituales (superiores a los 800 °C). Por ello, aunque es una alternativa válida para obtener piezas de baja densidad, limita los procesos de decoración de la misma.
Así se observa, que los documentos del estado de la técnica anterior, aunque ofrecen posibilidades, no solucionan de una manera efectiva el problema de obtener un material cerámico para fabricar piezas de baja densidad que pueden fabricarse con los procesos habituales existentes en el mercado, ofreciendo la ventaja de la versatilidad en el uso en procesos generalmente utilizados en el estado de la técnica.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención hace referencia a una composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido. La principal ventaja de esta composición es poder ser elaborada y decorada con los sistemas habituales de producción de baldosas cerámicas y, en especial, permite la conformación de las piezas cerámicas mediante el prensado.
En la composición objeto de la presente invención se incorporan materias primas con elevada pérdida por calcinación (carbonatos, percarbonatos o bicarbonatos de elementos con valencia + 1 y /o peróxidos de elementos que comprenden en sus estados de valencia las valencias + 1 y/o +2 en un porcentaje superior al 6% en peso seco de la composición total, preferentemente en un porcentaje superior al 20% en peso seco de la composición total). Para el objeto de la presente invención, se entiende por "elementos con valencia + 1" tanto a aquellos átomos, elementos, moléculas o grupos químicos que han perdido un electrón y que por tanto tienen valencia o número de valencia + 1 , tales como elementos alcalinos o alcalinotérreos o grupos como el grupo amonio (NH4)+. Según otro aspecto, la composición objeto de la presente invención se caracteriza porque los compuestos se sustituyen parcial o totalmente por carbonatos, bicarbonatos y/o percabonatos de amonio.
Para la presente invención, se utilizará de forma indistinta los términos "composición cerámica", "pasta cerámica" o "material cerámico". Estos materiales junto a las materias primas cerámicas naturales o artificiales y los aditivos adecuados, permiten la conformación de la pieza cerámica.
El objetivo de la presente invención es obtener una pieza cerámica de baja densidad que permita ser conformada y decorada utilizando los sistemas actuales de fabricación, y de forma particular, la conformación mediante prensado. Lo que permite la obtención de geometrías y formatos, que son inviables o presentan una elevada dificultad, en el caso se ser obtenidos mediante otros sistemas de conformación (colado o extrusionado).
De hecho, si se analizan los resultados de los documentos anteriormente citados en el apartado de antecedentes de la invención, los inventores de la presente invención observan que los resultados obtenidos no son óptimos para los fines perseguidos por la presente invención.
El objetivo principal de este análisis comparativo es valorar si se pueden obtener la conformación de las piezas mediante el sistema de prensado. Inicialmente se evaluaron composiciones que incorporaban materias primas de baja densidad, generalmente de origen volcánico. Estas materias primas han sido: vermiculita mineral y expandida, perlita mineral y expandida y pumita, combinadas con otras materias primas habituales en el sector cerámico tradicional (carbonates, arcillas, caolines, feldespatos, cuarzos, etc.).
Una vez conformadas las piezas mediante prensado y cocidas a una temperatura donde se alcanza una absorción de agua superior al 10%, se observó que la densidad aparente de la pieza era superior a 1400 kg/m3 y en muchas ocasiones superiores a 1500 kg/cm3. Si se tiene presente que la densidad aparente de las baldosas pertenecientes al grupo Billa es de aproximada de 1800 Kg/cm3.
Sin embargo, la disminución de la densidad aparente debido a la introducción de materiales con elevada porosidad interna, no justifica su utilización debido a: - Difícil manipulación.
- Elevado coste. Imposibilidad de ser molturado en seco, por pérdida porosidad interna de la materia prima.
El siguiente paso, fue incorporar un elevado porcentaje de materias primas orgánicas a las composiciones. Porcentajes superiores al 6% en peso de la composición. Inicialmente se evaluaron las materias primas recogidas en las patentes anteriores citadas o en artículos técnicos, como son las materias primas procedentes de lignitos, compuestos procedentes de la celulosa y otros compuestos orgánicos de bajo peso molecular que facilitan la desgasificación de la composición.
Sin embargo, en las piezas conformadas por prensado se observo la aparición del denominado "corazón negro" que consiste en una franja oscura en la zona central de la pieza que da lugar a defectos en la estabilidad dimensional de las piezas y en el acabado superficial de la decoración o recubrimiento funcional
Por tanto, se recurrió a incorporar elevados contenidos de carbonates alcalinos y alcalinotérreos en la composición. Sin embargo, aún introduciendo porcentajes superiores al 50%, de forma individual o una combinación de carbonates de calcio, magnesio y/o sodio, se lograban densidades aparentes en cocido próximas a 1400 Kg/cm3.
Sin embargo, las piezas formuladas con estos elevados porcentajes de carbonates presentaban defectos dimensionales por excesiva refractariedad en los casos donde se incorporaba porcentajes elevados de carbonates de calcio y/ o magnesio, o una excesiva presencia de sodio en la superficie, en el caso de incorporar altos contenidos de carbonato de sodio a la composición, que podría dar lugar a problemas durante la cocción de las piezas. Con el objeto de solucionar estas limitaciones del estado de la técnica, la presente invención proporciona una pasta cerámica o material cerámico que consiste en la incorporación de materias primas inorgánicas con elevada pérdida por calcinación. Estas materias primas son: percarbonatos y/o bicarbonatos de elementos con valencia + 1, principalmente, elementos alcalinos (como sodio y potasio) y/ o elementos amónicos, y/o peróxidos de elementos con valencia +2, principalmente, elementos alcalinotérreos (como calcio y magnesio).
La incorporación de estos materiales permite lograr elevadas pérdidas por calcinación, y por lo tanto, bajas densidades aparente en cocido, sin introducir una gran cantidad de elementos metálicos que den lugar a defectos en la estabilidad dimensional y en la decoración de estas piezas cerámicas.
Las materias primas descritas en la presente invención en porcentajes superiores al 6% en peso, respecto al peso en seco de la composición y generalmente, en porcentajes superiores al 20%, se combinan con las materias primas cerámicas naturales o sintéticas, como son los silico- aluminatos alcalinos o alcalinotérreos, cuarzos, ligantes orgánicos e inorgánicos, arcillas, caolines, carbonatos alcalinos y alcalinotérreos, fritas cerámicas, vidrios, alúminas, silicatos de circonio, etc.
La ventaja de incorporar materias primas inorgánicas con elevadas pérdidas por calcinación, es la ausencia del efecto "Corazón negro", que causa numerosos problemas en el sistema productivo. Otra ventaja, se deriva de la propia composición de la materia prima. La disminución de la densidad debida a la calcinación de las materias primas inorgánicas que constituyen la misma, permite ser conformada mediante presión. Esto representa un avance frente a otras materias primas, cuya baja densidad es debido a las estructura interna de la materia prima, con gran cantidad de porosidad interna. Sin embargo, esta porosidad interna de la materias primas se elimina cuando se utiliza el sistema de conformado por prensado. La presión ejercida sobre el polvo, ocluye la porosidad interna que existe entre partículas y en el interior de las misma, por ello, queda limitado su uso a determinados sistemas de conformado donde no se utiliza la presión como sistema de fabricación, como pueden ser por colado o extrusión.
EJEMPLOS DE REALIZACIÓN Los siguientes ejemplos específicos que se proporcionan aquí sirven para ilustrar la naturaleza de la presente invención. Estos ejemplos se incluyen solamente con fines ilustrativos y no han de ser interpretados como limitaciones a la invención que aquí se reivindica.
Ejemplo 1. Inicialmente se pesan las diferentes materias primas, según la fórmula descrita anteriormente:
Materia Prima Porcentaje en Peso
Caolín 25,0
Feldespato potásico 25,0
Carbonato Cálcico 24,5
Percarbonato Sódico 24,5
Ligante Orgánico (polisacárido) 1,0
(Neos Binder 82®) Estas materias primas son molturadas en seco hasta lograr un grado de molienda cuyo rechazo a 63 mieras es igual o inferior al 2%. El polvo resultante se humecta en un granulador rotativo hasta el 14% para la obtención de unos gránulos con suficiente fluidez que permitan la carga de la prensa. Dichos gránulos, son posteriormente, secados mediante un lecho fluidificado hasta el 6% de humedad y posteriormente son tamizados para la eliminación de los aglomerados de elevadas dimensiones mediante la utilización de un tamiz con una malla superior a las 1000 mieras. La distribución granulométrica obtenida del granulado es:
Luz de malla (μιη) % en peso
> 1000 0,2
1000-500 23, 1
500-300 35,7
300-200 23,0
200- 100 14,9
< 100 3, 1
Posteriormente, los gránulos son prensados a una presión específica de 100 Kg/cm2, para alcanzar una densidad aparente de la pieza conformada y seca de 1600 Kg/m3.
Para acentuar la disminución del peso de la pieza sin disminuir el espesor máximo de la misma, además de utilizar la composición de la presente invención, se procedió a prensar con un costilla (parte posterior de la pieza) que presentaba un fuerte relieve.
De esta forma se obtuvieron piezas cerámicas de formato 500x500 mm con espesores máximos de 14mm y espesores mínimos de 3mm. Finalizado la conformación, realiza el secado de la pieza hasta una humedad residual inferior a 0,5%. En esta etapa, se utilizó un secador vertical industrial con dos quemadores. Siendo la temperatura máxima del segundo quemador de 175 °C. El tiempo de permanencia en el interior del secador fue de 90 minutos entre la entrada y la salida. En esta etapa el ligante orgánico, mediante el agarre que se ejerce sobre las partículas, incrementa la resistencia mecánica de la pieza (MOR) desde valores de 2,2 Kg/cm2 después del conformado hasta valores de 38,7 Kg/ cm2.
Estas piezas son cocidas en un horno industrial cuyo ciclo de cocción es:
Intervalo de Ta Í°C) Tiempo de permanencia (min)
100-500 8
500-900 18
900- 1060 16
1060- 1060 6
1060-575 5
575-530 4
530-50 5
Como resultado final, las piezas presentan una decoración cerámica sobre un soporte, cuya densidad aparente en cocido es inferior a 1250 Kg/m3 y generalmente, inferior a 1190 Kg/m3.
Finalmente, se han obtenido piezas cerámicas de formato 500x500 con espesores máximos de 14mm y espesores mínimos de 3mm y una densidad aparente de 1190 kg/m3, que presenta un elevado coeficiente de dilatación lineal debido a la cantidad de percarbonato introducido en el mismo. Este coeficiente de dilatación a las temperaturas comprendidas entre 50 - 300 °C es de 107 10-7 1 /K. Además de una elevada absorción de agua (superior al 10%) y una expansión de la pieza cocida (1%). Con una resistencia mecánica en cocido que cumple la norma ISO para baldosas Billa y espesores mínimos inferiores a 7,5 mm.
La resistencia mecánica de la pieza conformada y seca, se incrementa por la incorporación de aditivos orgánicos e inorgánicos a la composición. Estos aditivos crean puntos de unión entre las partículas, bien por enlaces químicos o por fusión a baja temperatura. Estos enlaces incrementan la resistencia mecánica hasta valores que facilitan la manipulación de las piezas durante el proceso de decoración o impregnación de nanopartículas. En el presente ejemplo se han utilizado ligantes polisacáridos, sin embargo, entre los ligantes de uso posible destacan los sulfonatos, celulosas, acrílicos, silicatos, fosfatos o mezcla de los anteriores, aunque es viable la utilización de otra tipología de ligantes (formaldehidos, caseínas, etc.)
La finalidad es utilizar estas piezas de baja densidad y peso, para su colocación en suelos, paredes y, especialmente, en techos. Además, el presente ejemplo es adecuado para la elaboración de piezas cerámicas de baja densidad con propiedades aislantes térmica y acústicamente,
La ventaja que ofrece la presente invención, es que además de ser conformada por prensado, lo que le confiere una mayor resistencia mecánica en crudo frente a otro tipo de sistemas de conformación (colado o extrusionado) , es la posibilidad de aditivar ligantes orgánicos e inorgánicos, que incrementan más dicha resistencia mecánica. Lo que posibilita a la pieza ser manipulada con mayor facilidad, tanto en procesos de decoración como en procesos de mecanizado en crudo de la misma.
Otra ventaja de la presente invención es la posibilidad de reducir los ciclos de cocción frente a otro tipo de patentes, cuya baja densidad se obtiene por la combustión de productos orgánicos. Cuando se elaboran pastas cerámicas con altos contenidos de materia orgánica, los ciclos de cocción deben ser lentos, con el objeto de facilitar la combustión y desgasificación de la materia orgánica, por ser necesaria una difusión de oxigeno al interior de la pieza para que se lleve a cabo la calcinación de la componente orgánica. La presente invención, al utilizar carbonatos, bicarbonatos, percarbonatos o peróxidos, la descomposición de estos materiales y la desgasificación de los mismos, se produce a una mayor velocidad.
A modo de conclusión de todo lo anteriormente expuesto, un aspecto esencial de la presente invención, es una composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido que comprende compuestos carbonatos, percarbonatos o bicarbonatos de elementos con valencia + 1 y/o peróxidos de elementos que comprenden en sus estados de valencia las valencias +1 y/ o +2 en un porcentaje superior al 6% en peso seco de la composición total, preferentemente en un porcentaje superior al 20% en peso seco de la composición total.
Según otro aspecto, la composición objeto de la presente invención se caracteriza porque los compuestos se sustituyen parcial o totalmente por carbonatos, bicarbonatos y/ o percabonatos de amonio. Según otro aspecto, la composición objeto de la presente invención comprende adicionalmente materias primas naturales o sintéticas, junto con los aditivos necesarios seleccionados al menos del grupo formado por ligantes, desfloculantes, suspensionantes o plastificantes.
Según otro aspecto, la composición objeto de la presente invención se caracteriza porque se cuece a una temperatura superior a 800° C y preferentemente superior a 1000 °C.
Según otro aspecto, la composición objeto de la presente invención se caracteriza porque es conformada y decorada utilizando los sistemas actuales de fabricación, y de forma particular, la conformación mediante prensado.
De acuerdo con otro aspecto importante, la presente invención se refiere al uso de la composición cerámica para fabricar piezas cerámicas de baja densidad y peso, para su colocación en suelos, paredes y, especialmente en techos y para fabricar piezas cerámicas con propiedades aislantes térmica y acústicamente, además de actuar como elementos estructurales para la elaboración de composites cerámica- polímero o cerámica-metal, así como elemento conformador para la producción de elementos de blindaje de bajo peso.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido, caracterizada porque comprende percarbonatos y/ o bicarbonatos de elementos o grupos con valencia + 1 y/o peróxidos de elementos que comprenden en sus estados de valencia las valencias + 1 y/o +2, en un porcentaje superior al 6% en peso seco de la composición total.
2. - Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido según la reivindicación 1, caracterizada porque los percarbonatos y/ o bicarbonatos de elementos que comprenden en sus estados de valencia la valencia + 1 y/ o peróxidos de elementos que comprenden en sus estados de valencia las valencias + 1 y/ o +2 están en un porcentaje superior al 20% en peso seco de la composición total.
3. Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido según las reivindicaciones 1 y 2 caracterizadas porque los compuestos se sustituyen parcial o totalmente por bicarbonatos y/o percabonatos de amonio.
4.- Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido según la reivindicación 1, caracterizada porque adicionalmente comprende materias primas naturales o sintéticas, junto con los aditivos necesarios seleccionados al menos del grupo formado por ligantes, desfloculantes, suspensionantes o plastificantes.
5.- Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido según la reivindicación 1, caracterizada
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) porque se cuece a una temperatura superior a 800° C y preferentemente superior a 1000 °C.
6. - Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido según la reivindicación 1 , caracterizada porque es conformada y decorada utilizando los sistemas actuales de fabricación, y de forma particular, la conformación mediante prensado.
7. - Composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido según la reivindicación 1, caracterizada porque tiene propiedades aislantes térmica y acústicamente.
8.- Uso de la composición cerámica de reivindicaciones anteriores para fabricar piezas cerámicas de baja densidad y peso.
9.- Uso de la composición cerámica según la reivindicación 7 para fabricar piezas para su colocación en suelos, paredes y, especialmente en techos.
10.- Uso de la composición cerámica según la reivindicación 7 para fabricar piezas cerámicas con propiedades aislantes térmica y acústicamente.
11. - Uso de la composición cerámica según la reivindicación 7 como elementos estructurales para la elaboración de composites cerámica- polímero o cerámica-metal.
12. - Uso de la composición cerámica según la reivindicación 7 como elementos conformadores para la producción de elementos de blindaje de bajo peso.
DE REEMPLAZO (Regla 26)
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