COMPOSICIÓN Y PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN DE AZULEJOS CERÁMICOS DE GRES PORCELÁNICO REFORZADOS.

Composición y procedimiento de obtención de azulejos cerámicos de gres porcelánico reforzados.

La presente invención trata de un gres porcelánico que comprende cristales de silicatos seleccionados de la lista que comprende silicatos de magnesio

, silicatos de hierro o silicatos de magnesio y hierro, donde los cristales están homogéneamente distribuidos y tienen un tamaño medio de de 20nm a 1000nm, preferiblemente de 50 a 500nm. Asimismo esta invención trata del procedimiento de obtención de dichos productos de gres porcelánico.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201231481.

Solicitante: CONSEJO SUPERIOR DE INVESTIGACIONES CIENTIFICAS (CSIC).

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: FERNANDEZ LOZANO,JOSE FRANCISCO, JIMENEZ REINOSA,JULIAN, VELA CARRASCOSA,Enrique, GARCÍA TOMAS,Fernando.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS;... > LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES,... > C04B33/00 (Productos arcillosos (refractorios monolíticos o morteros refractarios C04B 35/66; productos porosos C04B 38/00))

PDF original: ES-2458918_A2.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Composición y procedimiento de obtención de azulejos cerámicos de gres porcelánico reforzados.

La presente invención pertenece al campo de la preparación de formulaciones para la industria cerámica, en particular en aplicaciones de formulaciones para la obtención de gres porcelánico tanto para la producción de baldosas cerámicas como en productos cerámicos en su aplicación en cerámica estructural y cerámica ornamental. Más concretamente, la presente Invención se refiere a un nuevo tipo de composiciones y el procedimiento de obtención para obtener productos cerámicos de gres porcelánico con una notable mejora en su resistencia mecánica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Para la obtención del gres porcelánico se parte de una composición basada en materias primas naturales como son: caolín (o arcilla caolinítica), cuarzo y feldespato. El gres porcelánico es un producto cerámico que está vitrificado en toda su masa y es muy compacto, que presenta como característica esencial una porosidad baja y cerrada. Este material posee excelentes propiedades mecánicas y químicas, que permiten su uso por ejemplo como pavimento o revestimiento tanto en interior como en zonas de exterior. Además, posee un elevado módulo de rotura (alta resistencia mecánica) y tenacidad, con unas resistencias mecánicas a flexión típicamente entre 250 y 500 kg/cm2

Un producto vitrificado tipo porcelana está caracterizado por poseer una microestructura que combina una matriz vitrea en la que se localizan diferentes fases cristalinas. Las fases cristalinas más comunes que se encuentran en el gres slnterizado son cuarzo, mullita, alúmina, zircón, anortlta y ganhita. Mientras que ciertas fases cristalinas proceden de los productos de partida, otras son consecuencias de reacciones químicas que tienen lugar a alta temperatura durante el tratamiento térmico.

El gres porcelánico requiere un proceso cerámico bien conocido y que corresponde a un proceso tecnológicamente maduro que consiste, a grandes rasgos, en obtener una mezcla homogénea de materias primas, conformar la pieza y realizar un tratamiento térmico a temperaturas superiores a 1100°C.

Aunque se forma mullita nanocristalina, la proporción de alúmina aportada por las materias primas empleadas en la fabricación de gres porcelánico, tales como las arcillas caollníticas, cuarzo y feldespatos, no supera el 15% en peso y por tanto la proporción de mullita es muy limitada. La solución consistente en la incorporación de productos sintéticos como AI2O3 resulta inviable desde el punto de vista económico.

Otra de las fases que contribuyen notablemente al refuerzo mecánico de la matriz del gres porcelánico es el cuarzo, polimorfismo de SÍO2. La presencia de cuarzo en el gres porcelánico se produce como consecuencia de la incorporación de dicha fase en forma de arenas silíceas. Los cristales de cuarzo además aportan excelente propiedades de resistencia al desgaste. Sin embargo, el porcentaje de cuarzo en una composición de porcelánico está limitado por generar problemas de conformado eficiente de piezas, en particular si se trata de grandes formatos.

El empleo de piezas de gran formato requiere de una mejora en la respuesta mecánica de las piezas, en concreto en el módulo de rotura a flexión. El gres porcelánico se encuentra limitado a valores típicamente comprendidos entre 250 y 500 kg/cm2, y por tanto, la producción de piezas cerámicas con prestaciones superiores es económicamente inviable. Una solución técnica empleada para generar piezas de gran formato consiste en el aumento del espesor de las piezas, pero obviamente implica un mayor consumo de materias primas, así como un mayor consumo de energía en el procesado y un mayor peso por m2 del material.

Por tanto, se necesita un nuevo gres porcelánico con propiedades mejoradas, en especial un gres porcelánico con propiedades mecánicas reforzadas.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención presenta las siguientes ventajas respecto a los productos de gres porcelánico presentes en el estado de la técnica:

- presenta una mayor dureza y resistencia

- tiene la posibilidad de reducir el espesor de las piezas de gres porcelánico manteniendo las propiedades mecánicas exigibles a las piezas, lo que permite disminuir el peso de las piezas en aquellas aplicaciones en las que resulte una limitación, en particular en las piezas de grandes dimensiones denominadas piezas de gran formato,

- Los minerales de hierro y magnesio que se emplean son minerales muy abundantes en la naturaleza.

Un primer aspecto de la presente invención se refiere a un gres porcelánico que comprende cristales de silicatos seleccionados de la lista que comprende silicatos de magnesio, silicatos de hierro y silicatos de magnesio y hierro, preferentemente silicatos de hieno y magnesio, donde los cristales están homogéneamente distribuidos y tienen un

tamaño medio de 20nm a lOOOnm, preferiblemente de 50 a 500nm y más preferiblemente de 80 a 200 nm.

Un segundo aspecto de la presente invención se refiere al procedimiento de obtención del gres porcelánico tal y como se ha descrito anteriormente que comprende las etapas de:

a) mezclado en medio acuoso de:

i) al menos una arcilla plástica en una proporción de 40% a 70% en peso,

ii) al menos un mineral de hierro, magnesio o ambos en una proporción de 10% a 40% en peso,

iii) al menos una arena en una proporción de 5% a 30% en peso, y

iv) al menos un feldespato en una proporción de 0,5% a 10% en peso.

b) secado del producto obtenido en la etapa anterior

c) conformado de piezas del producto obtenido en la etapa anterior

d) cocer la mezcla resultante de la etapa anterior

Además, un tercer aspecto de la presente invención se refiere al uso del gres porcelánico tal y como se ha descrito anteriormente como pieza de recubrimiento o decorativa para suelos, paredes, fachadas, mobiliario o sanitarios.

Definiciones

Por "gres porcelánico" se entiende un material cerámico duro, vitrificado en toda su masa y muy compacto, que presenta como característica esencial una porosidad baja y cerrada, propiedades mecánicas como resistencia a la rotura y resistencia al desgaste, resistente al ataque químico y prácticamente impermeable. Para su obtención se parte de una composición basada en materias primas naturales como son la arcilla, el cuarzo y el feldespato.

Por el término "cristales de silicatos" se entiende un sólido homogéneo que presenta una estructura interna ordenada de sus partículas reticulares, cuya composición química comprende grupos SiOx.

Una "arcilla plástica" es una arcilla que forma una masa moldeable cuando se mezcla con agua. Por arcilla se entiende silicatos de aluminios hidratados, procedentes de la descomposición de minerales de aluminio. De las diferentes variedades de arcillas plásticas se consideran las arcillas tipo caolinita, esmectita e ¡Hita.

Por el término "mineral de hierro, magnesio o hierro y magnesio" se entiende una sustancia química sólida formada por procesos biogeoquímicos que tiene una composición química característica (pero variable dentro de unos límites y una estructura atómica ordenada que comprende cationes de hierro, magnesio o hierro y magnesio respectivamente.

Una "arena" o "arena cuarcítica" es un material sedimentario no consolidado presente en la naturaleza con un tamaño de partícula comprendido entre 0,2 pm y 5000 pm comprendida mayoritariamente por partículas cristalinas de Si02, generalmente en su variedad pollmórfica de cuarzo.

Por el término "feldespato" se entiende un grupo de minerales de que comprende silicatos de aluminio y de calcio como la anortita, de... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1.- Gres porcelánico que comprende cristales de silicatos seleccionados de la lista que comprende silicatos de magnesio, silicatos de hierro y silicatos de magnesio y hierro, donde los cristales están homogéneamente distribuidos y tienen un tamaño medio de 20 nm a 1000 nm, preferiblemente de 50 a 500 nm.

2.- El gres porcelánico según la reivindicación anterior donde los cristales de silicatos pertenecen al grupo mineral olivino.

3.- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende cristales de cuarzo, donde los cristales de cuarzo tienen un tamaño medio de 0,5 pm a 100 pm, preferiblemente de 1 pm a 40 pm.

4.- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende cristales de indialita en una proporción menor al 10%, preferiblemente menor al 5%.

5.- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la proporción de Mg, expresada en porcentaje en peso del óxido equivalente respecto al peso total es de 8% a 22%, preferiblemente de 10% a 20%.

6.- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la proporción de Fe, expresada en porcentaje en peso del óxido equivalente respecto al peso total es de 2% a 15%, preferiblemente de 3% a 10%.

7 - El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende unas proporciones de un 40% a 70% de Si y un 5% a 22 % de Al, expresadas en porcentaje en peso del óxido equivalente respecto al total.

8- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende Na, K y Ca en proporciones inferiores a 5% expresadas en porcentaje en peso de los respectivos óxidos equivalente respecto al peso total.

9 - El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende otros compuestos minoritarios en una proporción inferior al 1% en peso respecto del total de la composición.

- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la densidad es de al menos 2,4 g/cm3

11.- El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende una capa de engobe.

12 - El gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que además comprende una capa de esmalte.

13 - Procedimiento de obtención del gres porcelánico según cualquiera de las reivindicaciones anteriores que comprende las etapas de:

a) mezclado en medio acuoso de:

i) al menos una arcilla plástica en una proporción de 40% a 70% en peso,

ii) al menos un mineral de hierro, magnesio o ambos en una proporción de 10% a 40% en peso,

iii) al menos una arena en una proporción de 5% a 30% en peso, y

iv) al menos un feldespato en una proporción de 0,5% a 10% en peso.

b) secado del producto obtenido en la etapa anterior

c) conformado de piezas del producto obtenido en la etapa anterior

d) cocer la mezcla resultante de la etapa anterior

14.- El procedimiento de obtención según la reivindicación anterior donde la arcilla plástica comprende filosilicatos.

15.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 14, donde la arena comprende partículas cristalinas de cuarzo

16.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 15, donde el feldespato comprende un grupo de minerales tectosilicatos que se encuentran constituidos fundamentalmente por rocas de tipo ígneo.

17.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 16, donde el mineral de hierro,

magnesio o ambos es un nesosilicato, preferiblemente del grupo olivino.

18.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 17 donde la proporción de Mg, expresada en porcentaje en peso del óxido equivalente respecto al peso total es de 8% a 22%, preferiblemente de 10% a 20%.

19.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 18 donde la proporción de Fe, expresada en porcentaje en peso del óxido equivalente respecto al peso total es de 2% a 15%, preferiblemente de 3% a

10%.

20.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 19 donde las proporciones de un 40% a 70% de Si y un 5% a 22 % de Al, expresadas en porcentaje en peso del óxido equivalente respecto al total.

21.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 20 donde las proporciones de Na, K y Ca expresadas en porcentaje en peso de los respectivos óxidos equivalente respecto al peso total inferiores a 5%.

22.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 21, que comprende una etapa (a1) posterior a (a) y anterior a (b) de adición de al menos un aditivo, donde el aditivo se selecciona de la lista que comprende defloculates, dispersantes, antiespumantes, y bactericidas.

23.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 22, que comprende una etapa (a2) anterior a (b) de homogeneización por molienda o dispersión del producto obtenido en la etapa anterior.

24 - El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 23 donde el secado se lleva a cabo por atomizado.

- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde la etapa de conformado de piezas se lleva a cabo por prensado uniaxial, prensado isostático, o extrudido de cuerpos cerámicos en verde.

26 - El procedimiento de obtención según la reivindicación anterior que comprende una etapa (c1) posterior a (c) y anterior a (d) de aplicación del engobe.

27. El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 25 a 26 que comprende una etapa (c2) anterior a (d) de esmaltado del producto resultante de la etapa anterior.

28.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 27 donde la cocción de la etapa (d) se lleva a cabo en ciclo industrial, preferentemente en monococción en un horno monoestrato de gas de cocción rápida.

29.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 28, donde la temperatura de la cocción de la etapa (d) está comprendida entre 980°C y 1280°C, preferiblemente entre 1100°C y 1200°C

30.- El procedimiento de obtención según cualquiera de las reivindicaciones de 13 a 29, donde la cocción de la etapa (d) comprende ciclos rápidos de sinterización con tiempos de residencia a la máxima temperatura de los ciclos entre 1 y 30 minutos, preferente entre 2 y 20 minutos.

31.- El uso del gres porcelánico según las reivindicaciones de 1 a 12 como pieza de recubrimiento o decorativa en suelos, paredes, fachadas, mobiliario, sanitarios.

32.- El uso según la reivindicación anterior donde la pieza es de gran formato.