WO2015114175A1 - Composición cerámica de baja densidad, así como utilización del producto obtenido a partir de la misma - Google Patents

Composición cerámica de baja densidad, así como utilización del producto obtenido a partir de la misma Download PDF

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Joaquín PIQUER MARTÍ
Daniel VIVONA
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    • C04B2235/9607Thermal properties, e.g. thermal expansion coefficient

Definitions

  • the present invention relates to a ceramic composition or ceramic material of low density that is used in the production of pieces or ceramic tiles cooked with high porosity, giving it a low apparent density.
  • the sintered composition is formed by carbonates of elements of the valence group +2 and silica-aluminates containing oxides of the valence group +1 in the appropriate proportions to avoid increasing the apparent density of the final piece.
  • the present invention also relates both to the use of the sintered composition for the manufacture of ceramic tiles for cladding facades, floors, ceilings and walls and to the use of the composition as a structural element in the production of ceramic-polymer composites or ceramic-metal.
  • 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 ceramic of the characteristics that constitutes the object of the present invention.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) - Obtaining light ceramic by incorporating organic material, whose decomposition in cooking allows to obtain low densities.
  • the patent No. 5,177,036 of Kunststoff where lignite is incorporated next to the clay so that, after forming the piece, lignite decomposition occurs in the cooking process, obtaining in this way, a light or low density ceramic piece.
  • Patent No. KR 93001 1276 incorporates Zeolite and agalmatolite as necessary materials for obtaining low density ceramic pieces and high mechanical and chemical resistance.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) Forming the pieces.
  • the use of foams reduces the density to very low values, but limits its conformation, especially by pressing, and prevents its subsequent manipulation and decoration with inorganic enamels in the current enamelling lines.
  • the fact of using pressure for the conformation of the pieces would suppose the elimination of the internal porosity of the foams, with which, the desired effect of low density would be lost.
  • Kim Su-Tae Patent No. KR 19910018075 stands out, 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.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) - Obtaining light tiles whose compositions have high contents of alkaline earth carbonates. Using this technology is the US patent 20020037798. This patent is based on the use of boron compounds (B203). The high presence of refractory elements, such as carbonates of the +2 group, have the difficulty of presenting solubility at the usual working temperatures. This patent includes the use of boron compounds, with the aim of creating liquid phases that insolubilize the compounds of the +2 group (CaO, SrO, BaO and MgO), in addition to other heavy elements. However, the development of a very viscous liquid phase causes an increase in unwanted density, whether the contribution of B203 comes from a raw material or a frit. The present invention avoids the use of this type of fluxes that increase the bulk density of the sintered part.
  • the present invention refers to a low density ceramic composition that allows to obtain ceramic pieces with a low cooking density.
  • the main technical advantage of this composition is that it can be elaborated and decorated with the usual ceramic tile production systems and, in particular, allows the conformation of the ceramic pieces by pressing.
  • composition object of the present invention are incorporated raw materials with high loss by calcination consisting of carbonates of elements of the valence group +2, mainly calcium, strontium, barium and / or magnesium carbonates, where the sum of the percentages of these Carbonates is between 40 and 70% dry weight of the total composition.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) These carbonates of the valence group +2, have a high refractoriness and are combined with silica-aluminates with oxides of valence +1 (Na20, K20, Li20). Mainly they are alkaline feldspars that provide the adequate percentage of oxides of Valencia +1 with the objective of reducing or preventing the leaching of heavy oxides and oxides of the +2 group (mainly CaO or MgO), without increasing the apparent density of the final piece
  • the present invention incorporates low but very significant percentages of oxides of the group +1, so that the total sum of these percentages varies between 10 and 60% by dry weight of alkali metal silicate aluminates.
  • the purpose is to develop little liquid phase during the cooking process of the ceramic support, since this liquid phase closes the internal porosity of the pieces, with the consequent densification of the pieces, which is an unwanted effect.
  • elements with valence +2 means those atoms, elements, molecules or chemical groups that have lost two electrons and, therefore, have valence or valence number +2, such as alkaline earth elements.
  • ceramic composition for the present invention, the terms "ceramic composition”, “ceramic paste” or “ceramic material” will be used interchangeably.
  • the materials mentioned above are combined with natural and / or synthetic ceramic raw materials and the additives (organic and inorganic binders) suitable to allow the conformation of the ceramic piece.
  • the ceramic raw materials mention the degreasing or plastic materials that participate in the total composition in a percentage of up to 50% in dry weight.
  • 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.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26)
  • the inventors of the present invention observe that the results obtained are not optimal, both from a technical and economic point of view, to obtain the conformation of parts by pressing system.
  • the present invention allows high percentages of calcium and / or magnesium carbonates to be used while maintaining adequate dimensional stability. Specifically, said carbonates are combined in a percentage greater than 40% and generally greater than 50% with feldspars that incorporate oxides of elements belonging to the +1 group, where the introduced alkaline feldspars are in percentages of between 10 and 60%, although generally found between 20-30%.
  • the composition may include one to more degreasing or plastic materials of natural and / or synthetic origin, such as clays, kaolins, feldspars and silica-aluminates containing oxides of valence other than +1, silicates, carbonates of elements with different valence a +2, bicarbonates, oxides and hydroxides of these elements, phosphates, borates, frits, ceramic dyes and ceramic additives (polyacrylates, polyalcohols, cellulose derivatives, naphtalene derivatives, lignosulfonates, saccharides and polysaccharides, silicates, phosphates, phosphonates, polycarboxylates and amino acids).
  • degreasing or plastic materials of natural and / or synthetic origin such as clays, kaolins, feldspars and silica-aluminates containing oxides of valence other than +1, silicates, carbonates of elements with different valence a +2, bicarbonates, oxide
  • Another advantage derives from the composition of the raw material itself, being relevant to indicate that the low density ceramic composition obtained has a water absorption between 20 and 50%.
  • the decrease in the density of the composition during compaction is due to the calcination of the inorganic raw materials that constitute it, and thus it is possible to form the part by pressure.
  • the low density of the composition is due to the internal structure of the raw material that has a high internal porosity. This internal porosity is eliminated by applying the press forming system, since
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) that the pressure exerted on the dust, occludes the internal porosity that exists between particles and inside them.
  • the ceramic composition object of the present invention is characterized by cooking at a temperature greater than 1 100 ° C and preferably greater than 1 150 ° C, while the use of said low density ceramic composition is the manufacture of Ceramic pieces of low density and weight, which are suitable for placement on floors, walls and, especially on ceilings and which, in addition, can be used as structural elements for the production of ceramic-polymer or ceramic-metal composites.
  • the chemical analysis of the sintered composition is as follows:
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) Fe203 0.24%
  • the resulting slip was dried by spraying using an industrial atomizer, until reaching an atomized dust humidity between 6-6.5%.
  • the granules were 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 piece was then dried to a residual humidity of less than 0.2%.
  • an industrial vertical dryer with two burners was used, the maximum temperature of the second burner being 175 ° C.
  • the residence time inside the dryer was 90 minutes between the entrance and the exit.
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) At this stage the organic binder exerts on the particles the adequate grip in order to increase the mechanical strength of the piece (MOR) from values of 4.0 Kg / cm 2 after forming to values of 27.0 Kg / cm 2 after drying.
  • the resulting pieces were decorated by inkjet systems. Finally, the pieces were cooked in an industrial oven, using a 60-minute cycle (from cold zone to cold zone), reaching a maximum temperature of 1 190 ° C. As a final result, 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 and with a breaking modulus of 17 N / mm 2 . The resulting pieces were made specific tests for installation in ceilings obtaining the following results:
  • REPLACEMENT SHEET (RULE 26) celluloses, acrylics, silicates, phosphates or mixtures of the above, although the use of other types of binders (formaldehydes, caseins, etc.) is feasible.
  • the resulting slip was dried by spraying using an industrial atomizer, until reaching an atomized dust humidity between 6-6.5%.
  • 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 1755 Kg / m 3 .
  • the piece was then dried to a residual humidity of less than 0.2%.
  • an industrial vertical dryer with two burners was used, the maximum temperature of the second burner being 175 ° C.
  • the residence time inside the dryer was 90 minutes between the entrance and the exit.
  • the organic binder exerts a gripping action between the particles that increases the mechanical strength of the piece (MOR) from values of 3.2 Kg / cm 2 after forming to values of 24.2 Kg / cm 2 after dried
  • the resulting pieces were decorated by inkjet systems. Finally, the pieces were cooked in an industrial oven, using a 60-minute cycle (from cold zone to cold zone), reaching a maximum temperature of 1 150 ° C.
  • the pieces have a ceramic decoration on a support, whose apparent cooking density is less than 1330 Kg / m 3 and a water absorption of 34% according to UNE-EN (1441 1: 2103).
  • the purpose of this invention lies in the use of these pieces of low density and weight for placement in floors, walls and, especially, in ceilings.
  • the ceramic composition of the present invention allows it to be formed by pressing, giving it a greater mechanical resistance in crude against other types of forming systems (casting or extruded).
  • Another advantage of the present invention is the possibility of reducing the cooking cycles against other types of disclosed methods, since the low density of the ceramic composition is obtained by the combustion of inorganic products.
  • the cooking cycles must be slow, in order to facilitate the combustion and degassing of the organic matter, as a diffusion of oxygen into the interior of the piece so that the calcination of the organic component is carried out.
  • Another advantage of the present invention is the possibility of being formulated entirely by raw materials of natural origin, avoiding the use of synthetic materials. In this sense, it is necessary to highlight that the incorporation of synthetic materials with high percentages substantially increases the final cost of the composition, reducing its commercialization possibilities.

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Abstract

La presente invención se refiere a una composición cerámica que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido. La composición sinterizada de la presente invención contiene porcentajes superiores al 40% e inferiores al 70% en peso seco de la suma de carbonatos de elementos del grupo de valencia +2 y, además, incluye un porcentaje entre 10 y 60% en peso seco de la suma de sílico-aluminatos que aportan óxidos de elementos con valencia +1 (Na2O, K2O y Li2O). Opcionalmente incluye hasta un 50% en peso seco de materiales desgrasantes o plásticos. Así, a partir de esta composición se producen piezas cerámicas de baja densidad idóneas para su colocación en suelo, paredes y techos y que, además, pueden actuar como elementos estructurales para la elaboración de composites cerámica-polímero o cerámica-metal.

Description

COMPOSICIÓN CERÁMICA DE BAJA DENSIDAD, ASÍ COMO UTILIZACIÓN DEL PRODUCTO OBTENIDO A PARTIR DE LA MISMA
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una composición cerámica o material cerámico de baja densidad que se emplea en la elaboración de piezas o baldosas cerámicas cocidas con elevada porosidad, confiriéndole una baja densidad aparente.
Concretamente, la composición sinterizada está formada por carbonatos de elementos del grupo de valencia +2 y sílico-aluminatos que contienen óxidos de grupo de valencia +1 en las adecuadas proporciones para evitar el incremento de la densidad aparente de la pieza final.
La presente invención también se refiere tanto a la utilización de la composición sinterizada para la fabricación de baldosas cerámicas para el revestimiento de fachadas, suelos, techos y paredes como a la utilización de la composición como elemento estructural en la elaboración de composites cerámica-polímero o cerámica- metal.
Por todo ello, 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 de las características que constituye el objeto de la presente invención.
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:
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) - 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 que, 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 JP11246279 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 oxígeno 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, 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 aislante acústico en un amplio espectro de
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) 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 a la pieza cocida de densidades aparentes 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 temperaturas 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 cocidas a temperaturas elevadas. La utilización de este proceso de elaboración de cerámica con baja densidad supone una limitación en el
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) 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.
Obtención de baldosas ligeras mediante la descomposición de materiales inorgánicos durante el proceso de cocción. Metodología que recoge la patente PCT/ES201 1000022 de Piquer y Vivona, donde mediante la incorporación de bicarbonatos, permite una rápida descomposición durante la calcinación de la composición cerámica dando como resultado una pieza de baja densidad, con la ventaja añadida de poder ser conformada mediante procesos de prensado. La presencia de una elevada cantidad de bicarbonato genera un coste de la composición excesivo, además, tal y como se recoge en dicha patente, el incremento excesivo de carbonatos del grupo de valencia +2 junto a la presencia de bicarbonatos alcalinos, originan una disminución de la estabilidad dimensional de las piezas. Otro defecto detectado en esta invención, es la presencia de un elevado contenido de sales soluble que migran hacia la superficie del gránulo, constituyendo un limitante en el tiempo de almacenamiento de los gránulos.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) - Obtención de baldosas ligeras cuyas composiciones presentan elevados contenidos de carbonatas alcalinotérreos. Utilizando esta tecnología se encuentra la patente US 20020037798. Esta patente se basa en la utilización de compuestos de boro (B203). La elevada presencia de elemento refractarios, como son los carbonatas del grupo +2, tienen la dificultad de presentar solubilidad a las temperaturas habituales de trabajo. En esta patente se incluye la utilización de compuestos de boro, con el objetivo de crear fases líquidas que insolubilicen los compuestos del grupo +2(CaO, SrO, BaO y MgO), además de otros elementos pesados. Sin embargo, el desarrollo de una fase líquida muy poco viscosa produce un aumento de la densidad no deseada, tanto si el aporte de B203 procede de una materia prima o de una frita. La presente invención evita la utilización de este tipo de fundentes que incrementan la densidad aparente de la pieza sinterizada.
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 de baja densidad que permita utilizar los procesos habituales existentes en el mercado para fabricar piezas de baja densidad, ofreciendo así una gran versatilidad.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención hace referencia a una composición cerámica de baja densidad que permite obtener piezas cerámicas con una baja densidad en cocido. La principal ventaja técnica 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 constituida por carbonatas de elementos del grupo de valencia +2, principalmente carbonatas de calcio, estroncio, Bario y/o magnesio, donde la suma de los porcentajes de estos carbonatas está comprendida entre el 40 y 70% en peso seco de la composición total.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Estos carbonatos del grupo de valencia +2, presentan una elevada refractariedad y se combinan con sílico-aluminatos con óxidos de valencia +1 (Na20, K20, Li20). Principalmente se trata de feldespatos alcalinos que aportan el adecuado porcentaje de óxidos de valencia +1 con el objetivo de reducir o impedir la lixiviación de los óxidos pesados y óxidos del grupo +2 (principalmente CaO o MgO), sin incrementar la densidad aparente de la pieza final.
La presente invención incorpora bajos pero muy significativos porcentajes de óxidos del grupo +1 , de manera que la suma total de estos porcentajes varía entre el 10 y 60% en peso seco de sílico- aluminatos alcalinos. La finalidad es desarrollar poca fase liquida durante el proceso de cocción del soporte cerámico, ya que esta fase líquida cierra la porosidad interna de las piezas, con la consiguiente densificación de las mismas, el cual es un efecto no deseado.
Para el objeto de la presente invención, se entiende por "elementos con valencia +2" aquellos átomos, elementos, moléculas o grupos químicos que han perdido dos electrones y que, por tanto, tienen valencia o número de valencia +2, tales como los elementos alcalinotérreos.
Para la presente invención, se utilizará de forma indistinta los términos "composición cerámica", "pasta cerámica" o "material cerámico".
Los materiales citados anteriormente, adicionalmente, se combinan con materias primas cerámicas naturales y/o sintéticas y los aditivos (ligantes orgánicos e inorgánicos) adecuados para permitir la conformación de la pieza cerámica.
Entre las materias primas cerámicas citar los materiales desgrasantes o plásticos que participan en la composición total en un porcentaje de hasta el 50% en peso seco.
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. Así, es posible obtener geometrías y formatos que son inviables o presentan una elevada dificultad en caso de ser obtenidos mediante otros sistemas de conformación como son el colado o extrusionado.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) De hecho, si se analizan los resultados de los documentos anteriormente citados en el apartado de antecedentes, los inventores de la presente invención observan que los resultados obtenidos no son óptimos, tanto desde un punto de vista técnico como económico, para obtener la conformación de piezas mediante el sistema de prensado. La presente invención permite utilizar elevados porcentajes de carbonatos de calcio y/o magnesio manteniendo una adecuada estabilidad dimensional. Concretamente, se combinan dichos carbonatos en un porcentaje superior al 40% y generalmente superior 50% con feldespatos que incorporan óxidos de elementos pertenecientes al grupo +1 , donde los feldespatos alcalinos introducidos se encuentran en porcentajes de entre 10 y 60%, aunque generalmente se encuentran entre el 20-30%.
Adicionalmente, la composición puede incluir uno a más materiales desgrasantes o plásticos de origen natural y/o sintético, tales como arcillas, caolines, feldespatos y sílico-aluminatos que contienen óxidos de valencia distinta a +1 , silicatos, carbonatos de elementos con valencia distinta a +2, bicarbonatos, óxidos e hidróxidos de estos elementos, fosfatos, boratos, fritas, colorantes cerámicos y aditivos cerámicos (poliacrilatos, polialcoholes, derivados de la celulosa, derivados del naphtalene, lignosulfonatos, sacáridos y polisacáridos, silicatos, fosfatos, fosfonatos, policarboxilatos y aminoácidos).
La ventaja de incorporar materias primas inorgánicas con elevadas pérdidas por calcinación es la ausencia del efecto "Corazón negro", el cual causa numerosos problemas en el sistema productivo.
Otra ventaja deriva de la propia composición de la materia prima, siendo relevante indicar que la composición cerámica de baja densidad obtenida tiene una absorción de agua entre 20 y 50%. Ventajosamente, la disminución de la densidad de la composición durante la compactación es debida a la calcinación de las materias primas inorgánicas que constituyen la misma, y así es posible conformar la pieza mediante presión.
En contraposición, en otros casos, la baja densidad de la composición es debido a la estructura interna de la materia prima que presenta una elevada porosidad interna. Esta porosidad interna se elimina al aplicar el sistema de conformado por prensado, ya
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) que la presión ejercida sobre el polvo, ocluye la porosidad interna que existe entre partículas y en el interior de las mismas.
Por tanto, en estos casos el sistema de conformado para la fabricación de pieza cerámicas no podrá ser el prensado y se empleará necesariamente otros como el colado o extrusión, con las desventajas que eso conlleva.
Finalmente, resaltar que la composición cerámica objeto de la presente invención se caracteriza por cocerse a una temperatura superior a 1 100°C y preferentemente superior a 1 150°C, mientras que la utilización de la mencionada composición cerámica de baja densidad es la fabricación de piezas cerámicas de baja densidad y peso, las cuales son idóneas para su colocación en suelos, paredes y, especialmente en techos y que, además, se pueden emplear como elementos estructurales para la elaboración de composites cerámica-polímero o cerámica-metal.
EJEMPLOS DE REALIZACIÓN PRÁCTICA
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 ha de ser interpretado como limitación a la invención que aquí se reivindica.
Ejemplo 1.
Inicialmente se pesan las diferentes materias primas indicándose a continuación su porcentaje en peso:
Caolín 24,0%
Feldespato litio 25,0%
Carbonato Cálcico 50,0%
Ligante Orgánico (polisacárido) 0,5%
(Neos Binder 82®)
Hexametafosfato Sódico 0,5%
Siendo el análisis químico de la composición sinterizada es la siguiente:
Si02 41 ,79%
AI203 16,88%
B203 0, 15%
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Fe203 0,24%
CaO 37,73%
MgO 0, 16%
Na20 1 ,24%
K20 0,82%
ΤΊ02 0,03%
Zr02 0,01 %
BaO 0,01 %
Li20 0,35%
PbO 0,01 %
ZnO 0,01 %
Hf02 0,01 %
P205 0,58%
SrO 0,03%
Mn 0,01 %
Estas materias primas fueron molturadas en húmedo hasta lograr un grado de molienda cuyo rechazo a 63 mieras fuera igual o inferior al 2%.
La barbotina resultante fue secada mediante pulverizado utilizando un atomizador industrial, hasta alcanzar una humedad del polvo atomizado entre 6-6.5%.
Posteriormente, los gránulos fueron 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 600x600 mm con un espesor de 8 mm.
Tras la conformación, se realizó seguidamente el secado de la pieza hasta una humedad residual inferior a 0,2%. 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.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) En esta etapa el ligante orgánico ejerce sobre las partículas el adecuado agarre con el fin de incrementar la resistencia mecánica de la pieza (MOR) desde valores de 4,0 Kg/cm2 después del conformado hasta valores de 27,0 Kg/cm2 después del secado. Las piezas resultantes fueron decoradas mediante sistemas de inyección de tinta. Finalmente, las piezas fueron cocidas en un horno industrial, utilizando un ciclo de 60 minutos (de zona fría a zona fría), alcanzando una temperatura máxima de 1 190°C. 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 y con un módulo de rotura de 17 N/mm2. A las piezas resultantes se les realizaron ensayos específicos para su instalación en techos obteniendo los siguientes resultados:
Espesor nominal: 8,2 mm
Dimensiones nominales: 600 x 600 mm
Peso: 10,2 Kg/m2
Reacción al fuego: A.1
Coef. Conductividad Térmica: 0,31 W/m K
Coef. De absorción acústica: 0,25
Factor de resistencia al vapor de agua: 19 μ
(según UNE-EN(12086:1998))
Absorción de agua: 32%
(según UNE-EN(12086:2013))
Además, se debe indicar que la resistencia mecánica de la pieza conformada y seca aumenta a causa de 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. Los mencionados enlaces incrementan la resistencia mecánica hasta valores que facilitan la manipulación de las piezas durante el proceso de decoración o impregnación de nanopartículas. Se debe tener en cuenta que en el presente ejemplo se han utilizado ligantes polisacáridos, sin embargo, entre los ligantes de uso posible destacan los sulfonatos,
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) celulosas, acrílicos, silicatos, fosfatos o mezcla de los anteriores, aunque es viable la utilización de otra tipología de ligantes (formaldehidos, caseínas, etc.)
Ejemplo 2.
Inicialmente se pesan las diferentes materias primas indicándose a continuación su porcentaje en peso:
Bentonita 10,0%
Feldespato sódico (14% Na20) 40,0%
Carbonato Cálcico 50,0%
Ligante Orgánico (derivado del naphtalene) 0,5%
(Neos Binder 600®)
Hexametafosfato Sódico 0,5% Estas materias primas fueron molturadas en húmedo hasta lograr un grado de molienda cuyo rechazo a 63 mieras fuera igual o inferior al 2%.
La barbotina resultante fue secada mediante pulverizado utilizando un atomizador industrial, hasta alcanzar una humedad del polvo atomizado entre 6-6.5%.
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 1755 Kg/m3.
Tras la conformación, se realizó seguidamente el secado de la pieza hasta una humedad residual inferior a 0,2%. 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 ejerce entre las partículas una acción de agarre que incrementa la resistencia mecánica de la pieza (MOR) desde valores de 3,2 Kg/cm2 después del conformado hasta valores de 24,2 Kg/cm2 después del secado.
Las piezas resultantes fueron decoradas mediante sistemas de inyección de tinta. Finalmente, las piezas fueron cocidas en un horno industrial, utilizando un ciclo de 60 minutos (de zona fría a zona fría), alcanzando una temperatura máxima de 1 150°C.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26) Como resultado final, las piezas presentan una decoración cerámica sobre un soporte, cuya densidad aparente en cocido es inferior a 1330 Kg/m3 y una absorción de agua de 34% según UNE-EN (1441 1 :2103).
La finalidad de esta invención radica en la utilización de estas piezas de baja densidad y peso para su colocación en suelos, paredes y, especialmente, en techos.
Ventajosamente, la composición cerámica de la presente invención permite ser conformada por prensado, confiriéndole una mayor resistencia mecánica en crudo frente a otro tipo de sistemas de conformación (colado o extrusionado).
Además, el hecho de adicionar ligantes orgánicos e inorgánicos incrementa más dicha resistencia mecánica, lo que posibilita la manipulación de la pieza 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 métodos divulgados, ya que la baja densidad de la composición cerámica se obtiene por la combustión de productos inorgánicos. En este sentido se debe indicar que al elaborar 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 oxígeno al interior de la pieza para que se lleve a cabo la calcinación de la componente orgánica.
Otra ventaja de la presente invención es la posibilidad de ser formulada en su totalidad por materias primas de origen natural, evitando la utilización de materiales sintéticos. En este sentido es necesario resaltar que la incorporación de materiales sintéticos con porcentajes elevados, incrementan sustancialmente el coste final de la composición, disminuyendo sus posibilidades de comercialización.
Finalmente indicar que, ventosamente, el bajo contenido de sales solubles presentes en la invención, que permite eliminar los problemas asociados a las migraciones de las mismas durante el periodo de almacenamiento de los gránulos.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1. - Composición cerámica de baja densidad caracterizada porque comprende carbonatos de elementos del grupo de valencia +2 combinados con silico-aluminatos que contienen óxidos de valencia +1 , donde los porcentajes de la composición total en peso seco se encuentran entre el 40% y 70% de carbonatos y entre el 10% y 60% de los silico-aluminatos.
2. - Composición cerámica de baja densidad según reivindicación 1 , caracterizada porque adicionalmente comprende materiales desgrasantes o plásticos con un porcentaje máximo de la composición total en peso seco de 50%.
3. - Composición cerámica de baja densidad según reivindicación 2, caracterizada porque los materiales desgrasantes o plásticos son materias primas de origen natural y/o sintético de manera que se combinan uno o más materiales plásticos o desgrasantes.
4. - Composición cerámica de baja densidad según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque presenta una absorción de agua entre 20% y 50%.
5. - Composición cerámica de baja densidad según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se cuece a una temperatura superior a 1 100°C y preferentemente superior a 1150°C.
6.- Composición cerámica de baja densidad según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque es conformada y decorada utilizando los sistemas actuales de fabricación, de forma particular, la conformación mediante prensado.
7.- Utilización de una composición cerámica de baja densidad según reivindicaciones anteriores, caracterizada porque se producen piezas cerámicas de baja densidad y peso.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
8.- Utilización de una composición cerámica de baja densidad según reivindicación 7, caracterizada porque se producen piezas para su colocación en suelos paredes y, preferentemente, en techos.
9.- Utilización de una composición cerámica de baja densidad según reivindicación 7, caracterizada porque se producen piezas que actúan como elementos estructurales para la elaboración de composites cerámica-polímero o cerámica-metal.
HOJA DE REEMPLAZO (REGLA 26)
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