El objeto de la invención es la incorporación materias primas naturales o elaboradas a base de fósforo que presentan bajos puntos de fusión.

La finalidad de la invención es incrementar la resistencia mecánica de las piezas cerámicas, mediante la fusión parcial de dichas materias primas en el proceso de secado de las baldosas cerámicas. La incorporación de estas materias primas, a la formulación de las pastas cerámicas, permite una mayor complejidad en la decoración de las piezas, reduciendo las bajas asociadas a la falta de resistencia mecánica originadas entre las etapas de secado y cocción de los productos cerámicos

Pasta cerámica que incorpora en su formulación materias primas con un bajo punto de fusión para aumentar la resistencia mecánica de las piezas conformadas y secas.

Sector de la técnica

La invención se relaciona, en general, con la fabricación de productos cerámicos y, en particular, se refiere a una pasta cerámica que comprende una materia prima con un bajo coste de fusión confiriendo al conjunto una mayor resistencia mecánica respecto a la que se consigue utilizando composiciones de pastas cerámicas tradicionales.

Antecedentes de la invención

La elaboración de la cerámica tradicional se ha basado en la utilización de minerales arcillosos, como principal componente de las pastas cerámicas. Sin embargo, en los últimos años y debido a una mayor tendencia del mercado hacia productos más sofisticados, a la globalización en la producción cerámica y al desarrollo de equipos de conformado de piezas cerámicas con una mayor capacidad (prensas de gran tonelaje), ha dado lugar al desarrollo de pastas cerámicas con un menor contenido en mineral arcilloso.

Esta disminución en el porcentaje de minerales arcillosos se ha compensado con un incremento en otro tipo de materiales más desgrasantes, que confieren a la pasta cerámica unas mejores propiedades físico-químicas (fundencia, blancura), una mayor rentabilidad económica o una mayor disponibilidad de materias primas en las proximidades de los centros de producción.

Estas materias primas sustitutivas de los minerales arcillosos son, entre otros: los feldespatos, las arenas feldespáticas, arenas silicias, el talco, el silicato de circonio, la alúmina, las fritas o vidrios, la dolomita, las pegmatitas, etc. y su utilización depende de la disponibilidad de las mismas en las áreas de producción cerámica, así como, del resultado físico-químico final que se quiere obtener de la pieza cerámica (baja absorción de agua, elevada resistencia mecánica, blancura, etc.).

Esta tendencia dentro de la cerámica tradicional por desarrollar productos con mejores prestaciones técnicas, queda reflejado en el fuerte incremento en la producción de gres porcelánico. Dicho producto tiene como principales características: una baja absorción de agua (inferior al 0,5%) y la blancura del soporte cerámico. Para su formulación, se ha sustituido los minerales arcillosos (arcillas y caolines) por:

- material fundente con un bajo contenido de óxidos cromóforos (óxidos de hierro y titanio): feldespatos, talco, dolomita, frita, etc.

- materiales con un coste económico bajo: arenas feldespáticas, cuarzos, etc.

- materiales que confieren una mayor blancura al soporte cerámico: silicato de circonio o alúmina.

Sin embargo, la reducción del contenido de arcilla o su sustitución por arcillas con una menor plasticidad en las formulaciones de gres porcelánico ha llevado asociado, en algunos casos, una disminución de la resistencia mecánica de la pieza conformada y seca. Para mejorar dicha resistencia mecánica se han instalado en el sistema productivo prensas de mayor capacidad, o se ha introducido en las formulaciones de gres porcelánico materiales que actúan como ligantes. Dichos materiales se añaden en un porcentaje pequeño, generalmente inferior al 1% y son, principalmente, de naturaleza orgánica (hidroxipropil metil celulosa, alcohol polivinílico, acetato polivinílico, celulosa, hidroxipropil celulosa, lignosulfatos, goma arábica, etc.), aunque también cabe la posibilidad de introducir compuestos de boro que facilitan el conformado de la pieza cerámica y presentan bajos puntos de fusión.

A continuación se expone una composición habitual de una pasta cerámica utilizada para la elaboración de gres porcelánico esmaltado:

Si se pretende generalizar, se puede decir, que no existe una formulación única en cerámica tradicional, pero si se puede establecer un intervalo de composiciones que engloban la mayoría de formulaciones, este intervalo sería:

Para formulaciones de pastas rojas para pavimento o revestimiento, el 99,7% de su composición en vía húmeda y el 100% en vía seca están formuladas con materiales plásticos. Sin embargo, las formulaciones de materiales similares al gres porcelánico o de las porcelanas, el contenido de material plástico disminuye ostensiblemente hasta porcentajes bajos.

La introducción del desfloculante es necesaria cuando se realiza la molturación de la pasta cerámica por vía húmeda. Los desfloculantes son productos que disminuyen la viscosidad y tixotropía de la barbotina, y permite una mayor efectividad en la molturación, así como un menor tiempo de descarga del molino. Los desfloculantes utilizados para la elaboración de las pastas cerámicas por molienda en líquido son: poliacrilatos, metasilicatos sódicos, hexametafosfato sódico, tripolifosfato sódico o fosfonatos. Generalmente, y para obtener una mayor efectividad, se utiliza una mezcla de dos o más tipos de desfloculantes.

Para realizar el conformado de las piezas cerámicas, previamente se debe adecuar la pasta cerámica a las condiciones necesarias para cada tecnología de conformado (prensado, extrusionado o colado). Esta preparación de la pasta cerámica se realiza habitualmente mediante dos vías:

- Vía seca, donde una vez realizada la molturación en seco de los diferentes componentes que conforman la pasta cerámica, se humectan o amasan hasta una humedad que permite el conformado de la pieza.

- Vía húmeda, donde la molturación realiza en medio líquido con el objetivo de conseguir una mejor distribución de partículas. Esta pasta líquida, llamada barbotina, se seca, generalmente mediante atomizado, hasta una humedad adecuada para el conformado de la pieza. Para facilitar la molienda y la descarga de la barbotina de los molinos, se incorporan aditivos (desfloculantes), que modifican la reología de la barbotina.

Por último, cabe mencionar que los compuestos de fósforo han sido ampliamente utilizados en la cerámica tradicional, su función ha sido, principalmente, como:

- Elaboración de la cerámica de huesos mediante la incorporación de cenizas procedentes de la calcinación de huesos.

- Desfloculantes, con el objetivo de adecuar las condiciones reológicas de las barbotinas. Dentro de esta tipología de compuestos de fósforo se encuentran: el tripolifosfato sódico, el hexametafosfato sódico y los fosfonatos.

- Como opacificantes en la elaboración de fritas o vidrios.

Además, los fosfatos, especialmente el ácido fosfórico, los fosfatos monoamónicos y los fosfatos de alúmina, magnesio o calcio, son utilizados en la industria de la cerámica avanzada y de refractarios, como ligantes. Dicho efecto se describe, por ejemplo, en las patentes: US 4.417.925 "Mezcla refractaria con fibra de cerámica", US 4.770.943 "Método para crear un film rígido de un compuesto de fosfato cálcico", US 6.013.321 "Método para fabricar cerámica unida con fosfatos", US 5328879 "Binding and plasticizing agent for preparing carbón-containing, refractory, ceramic materials and material prepared therewith" o US3888687 "Refractario de Alumina-Cromo".

También en la patente ES 2.193.864 A1 "Pastas cerámicas con formulación no convencional con contenidos de fósforo superiores al 2%. Procedimiento para su elaboración y ventajas", se describe la formulación de una pasta cerámica que utiliza como ligantes y plastificantes, los compuestos de fósforo monovalentes, como sustitutos de la arcilla en las formulaciones de cerámicas tradicionales, en especial, en la elaboración de baldosas cerámicas con baja absorción de agua.

En la presente invención el porcentaje de fosfato introducido no es suficiente para actuar de ligante y plastificante. Por lo tanto se debe incorporar el material plástico natural o sintético necesario para la elaboración de las pastas cerámicas tradicionales.

Por otro...

1. Pasta cerámica que incorpora en su formulación materias primas con un punto de fusión igual o inferior a 500ºC, que presenta la siguiente formulación en peso seco:

- Materias primas plásticas en un rango comprendido entre 5 - 99,9%;

- Materias primas desgrasantes en un rango comprendido entre 0,1- 94,9%; y

- Materias primas con un punto de fusión igual o inferior a 500ºC en un rango comprendido entre 0,1-7%,

caracterizada porque:

- dichas materias primas con bajo punto de fusión igual o inferior a 500ºC son compuestos de fósforo, más concretamente una sal o una combinación de distintas sales que consisten en fosfatos o hidrógeno-fosfatos de amonio, fosfatos o hidrógeno-fosfatos de elementos con valencia +1, o una mezcla de distintos fosfatos o hidrógeno-fosfatos de amonio y elementos con valencia +1, el resto de materiales plásticos o desgrasantes, consisten en materias primas naturales o sintéticas esenciales para la elaboración de la pasta cerámica, que comprenden entre 0-15% de elementos monovalentes con valencia -1 o elementos con valencias múltiples que incluyen la valencia -1.

2. Pasta cerámica según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende entre 0-90% de un óxido de un elementos monovalente que responde a la fórmula general [1]: Me(I)₂ O [1] donde Me(I) es un elementos monovalente, o un elemento con valencias múltiples que incluyen la valencia +1, o una mezcla de distintos óxidos de elementos monovalentes que responden a dicha formulación general [1], o una mezcla de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que incluyen la valencia +1.

3. Pasta cerámica según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende entre 0-70% de un óxido de un elementos divalente que responde a la fórmula general [2]: Me(II) O [2] donde Me(II) es un elemento divalente o un elemento con valencias múltiples que incluyen la valencia +2, o de una mezcla de distintos óxidos de elementos divalentes que responden a dicha formulación general [2], o una mezcla de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que incluyen la valencia +2.

4. Pasta cerámica según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende entre 0-100% de un óxido de un elemento trivalente de fórmula general [3]: Me (III)₂O₃ [3] donde Me(III) es un elemento trivalente o un elemento con valencias múltiples que incluye la valencia +3, o de una mezcla de distintos óxidos de elementos trivalentes que responden a dicha formula general [3], o una mezcla de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que incluyen la valencia +3.

5. Pasta cerámica según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende entre 0-100% de un óxido de un elemento tetravalente de fórmula general [4]: Me(IV) O₂ [4] donde Me(IV) es un elemento tetravalente o un elemento con valencias múltiples que incluyen la valencia +4, o de una mezcla de distintos óxidos de elementos tetravalentes que responden a dicha fórmula general [4] o una mezcla de distintos óxidos de elementos con valencias múltiples que incluyen la valencia +4; donde todos los porcentajes son referidos al total de elementos u óxidos que aporta la combinación de todos los materiales que conforman la pasta cerámica parcial o totalmente sinterizada junto a los compuestos de fósforo.

6. Pasta cerámica según la reivindicación 1, caracterizada porque entre el conformado de las piezas cerámicas y su cocción final, dichas piezas cerámicas deben ser sometidas a un tratamiento térmico con temperaturas inferiores a los 500ºC.

7. Pasta cerámica según la reivindicación 1, caracterizada porque es adecuada para la fabricación de la cerámica tradicional, pasta cerámica parcial o totalmente gresificadas, esmaltadas como no esmaltadas, pasta cerámica adecuada para la fabricación de ladrillos, azulejos, tejas, sanitarios, loza, porcelana, gres y porcelánico, y pasta cerámica adecuada para la fabricación de cerámica para aislantes eléctricos.