ES2231345T3 - Composiciones acuosas de materias primas para materiales ceramicos. - Google Patents

Composiciones acuosas de materias primas para materiales ceramicos.

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ES2231345T3 ES01113477T ES01113477T ES2231345T3 ES 2231345 T3 ES2231345 T3 ES 2231345T3 ES 01113477 T ES01113477 T ES 01113477T ES 01113477 T ES01113477 T ES 01113477T ES 2231345 T3 ES2231345 T3 ES 2231345T3
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Abstract

Composiciones acuosas de materias primas para materiales cerámicos, constituidas por (a) un 50 a un 80 % en peso de barro mineral, (b) un 0, 01 a un 5 % en peso de un copolímero hidrosoluble de ácido acrílico con (b1) diacrilato de dipropilenglicol (DPGDA), (b2) diacrilato de tripropilenglicol (TPGDA), (b3) ácido acrilamidometilpropanosulfónico (AMPS), y/o (b4) acrilato de etilo (AE), así como (c) un 0, 01 a un 5 % en peso de un compuesto alcalino inorgánico, con la condición de que los datos cuantitativos se completen con agua para dar un 100 % en peso.

Description

Composiciones acuosas de materias primas para materiales cerámicos.
Campo de la invención
La invención se encuentra en el campo de materias primas cerámicas, y se refiere a composiciones acuosas de materias primas, a un procedimiento para la obtención de materias primas cerámicas, cuerpos crudos y productos finales, que se pueden obtener a base de materias primas, así como al empleo de dispersiones de polímeros especiales como dispersantes.
Estado de la técnica
La obtención de cerámicas es un proceso costoso, en el que lo esencial es obtener dispersiones estables, pero suaves, de barro mineral molturado, moldear (los denominados "cuerpos crudos"), en caso dado esmaltar, y finalmente calcinar las mismas. En este caso, corresponde un cometido importante al dispersante, que es responsable tanto de que la dispersión no se descomponga (es decir, que presente una viscosidad demasiado reducida), como también se pueda elaborar aún la misma (es decir, que no posea una viscosidad demasiado elevada). Por la EP 0635464 B1 (Kao) son conocidas composiciones acuosas de materias primas para la obtención de cerámicas, que contienen, además de barro mineral y álcalis, dispersantes seleccionados, en cuyo caso se trata de
(i)
homopolímeros neutralizados de ácido acrílico con pesos moleculares en el intervalo de 2.000 a 30.000,
(ii)
copolímeros neutralizados de ácido acrílico y metacrílico con pesos moleculares en el intervalo de 8.000 a 30.000, o
(iii)
copolímeros neutralizados de ácido acrílico y ácido maléico con pesos moleculares en el intervalo de 5.000 a 25.000.
Por consiguiente, la tarea de la presente invención ha consistido en poner a disposición nuevos preparados acuosos de materias primas, que se puedan elaborar más fácilmente con el mismo contenido en producto sólido, debido a viscosidad más reducida. Con este fin se pondrán a disposición simultáneamente nuevas dispersiones de polímeros con propiedades dispersantes mejoradas.
Descripción de la invención
Son objeto de la invención composiciones acuosas de materias primas para materiales cerámicos, constituidas por
(a)
un 50 a un 80% en peso de barro mineral,
(b)
un 0,01 a un 5% en peso de un copolímero hidrosoluble de ácido acrílico con
(b1)
diacrilato de dipropilenglicol (DPGDA),
(b2)
diacrilato de tripropilenglicol (TPGDA),
(b3)
ácido acrilamidometilpropanosulfónico (AMPS), y/o
(b4)
acrilato de etilo (AE), así como
(c)
un 0,01 a un 5% en peso de un compuesto alcalino inorgánico,
con la condición de que los datos cuantitativos se completen con agua para dar un 100% en peso.
Sorprendentemente se descubrió que las dispersiones de polímeros con el mismo contenido en producto sólido son sensiblemente más fluidas y estables frente a los productos del citado estado de la técnica, mediante lo cual los preparados acuosos de materias primas poseen una viscosidad claramente más reducida.
Barros minerales
Los barros minerales, que representan el componente (a), representan la base de las cerámicas; su fracción en las dispersiones asciende a un 50 hasta un 80, preferentemente un 60 a un 75% en peso. En el sentido de la invención, su selección no es crítica, esta se efectúa más bien por parte del especialista en cerámicas según sus criterios, a modo de ejemplo la resistencia y fragilidad en la cochura, la resistencia a la temperatura, dureza a la rotura, estabilidad en frío, etc. Son ejemplos típicos de barros minerales las marcas locales Moró, Galve, Villar y Masvell. Una distribución de minerales típica es la siguiente:
un 30 a un 75% en peso de SiO_{2},
un 13 a un 35% en peso de Al_{2}O_{3},
un 4 a un 8% en peso de Fe_{2}O_{3},
un 0,5 a un 25% en peso de CaO,
un 0,2 a un 3% en peso de MgO,
un 0,1 a un 0,5% en peso de Na_{2}O,
un 3 a un 7% en peso de K_{2}O,
un 0,2 a un 1,5% en peso de TiO_{2},
con la condición de que los datos cuantitativos se refieran a la masa seca, y se complementen para dar un 100% en peso.
Dispersantes polímeros
Los copolímeros a base de ácido acrílico, que forman el componente (b), constituyen substancias conocidas del estado de la técnica, y se emplean, a modo de ejemplo, como agente espesante en la cosmética, o para la elaboración de agua. En este campo remítase a la US 4,554,307 (Allied Colloids) como representación de la extensa literatura de patentes. Por lo tanto, otro objeto de la invención se refiere al empleo de dispersiones acuosas de copolímeros, que contienen como monómeros (a) ácido acrílico y
(b1) diacrilato de dipropilenglicol (DPGDA),
(b2) diacrilato de tripropilenglicol (TPGDA),
(b3) ácido acrilamidometilpropanosulfónico (AMPS), y/o
(b4) acrilato de etilo (AE),
como dispersantes para la obtención de preparados acuosos de materias primas para cerámicas. En este caso son preferentes los comonómeros (b1) y (b2) desde el punto de vista técnico de aplicación. Algo habla a favor de que las propiedades ventajosas se deben atribuir a que los polímeros empleados según la invención están reticulados tridimensionalmente, mientras que, en el caso de los polímeros según la EP 0653464 B1, se trata de estructuras lineales. La proporción ponderal ácido acrílico:comonómero, puede ascender a 90:10 hasta 99:1, la fracción de comonómeros asciende a un 2 hasta un 6, y en especial un 3 a un 5% en peso. En este caso, la obtención de polímeros se puede efectuar de modo conocido en sí, es decir, a modo de ejemplo disponiéndose los monómeros junto con un iniciador (por ejemplo peróxido de hidrógeno, persulfato sódico, persulfato amónico), y un agente reductor, o bien de transferencia de cadenas (por ejemplo ácido tioglicólico, butilmercaptano, y dejándose reaccionar después bajo consideración de la reacción fuertemente exotérmica, llevándose al intervalo ligeramente alcalino (pH 7,5 a 8) bajo adición de bases, y ajustándose con agua a la concentración de aplicación deseada, a modo de ejemplo un 30 a un 60, y en especial alrededor de un 40% en peso. El peso molecular de los polímeros se sitúa típicamente en el intervalo de 2.000 a 20.000, preferentemente 3.000 a 10.000, y en especial alrededor de 5.000 dalton. Las dispersiones con un contenido en producto sólido de aproximadamente un 40% en peso, y presentan generalmente viscosidades de Brookfield (20ºC, husillo 1, 10 rpm) de 300 a 550 mPas. La cantidad de empleo de dispersantes, referida a la composición acuosa de materias primas, puede ascender a un 0,01 hasta un 5% en peso, habitualmente esta se sitúa en un 0,1 a un 1, y en especial un 0,2 a un 0,5% en peso.
Compuestos alcalinos inorgánicos
Los minerales, como por ejemplo cuarzo o feldespato, no poseen típicamente una carga en la superficie en el intervalo ácido, o bien neutro. El correspondiente valor de pH se denomina "pH zpc" (pH zero point of charge). Es válido evitar éstos en las composiciones de materias primas, ya que los mismos poseen entonces su máximo de viscosidad. Con este fin se añade a los preparados compuestos alcalinos inorgánicos (componente c), a modo de ejemplo hidróxido sódico o hidróxido potásico, debiéndose seleccionar preferentemente las cantidades de modo que los preparados presenten un valor de pH en el intervalo de 8,5 a 11, mejor aún de 9 a 10,5. Bajo estas circunstancias se obtienen entonces preparados que presentan una viscosidad según Brookfield (20ºC, husillo 1, 4 rpm) de menos de 5.000, preferentemente menos de 2.500, y en especial 500 a 1.000 mPas.
Productos finales cerámicos
Otro objeto de la presente invención se refiere a un procedimiento para la obtención de una composición de materias primas para cerámicas, en el que se obtiene un preparado acuoso a partir de barro mineral, dispersante y compuesto alcalino, como se describe anteriormente, -en caso dado-, se deshidrata y se desmenuza el mismo, obteniéndose un polvo seco. En este caso, bajo el concepto "seco" se debe entender un contenido en agua residual de menos de un 7, preferentemente de un 3 a un 5% en peso. Mediante moldeo de las composiciones pulverulentas obtenidas de este modo se obtienen cuerpos crudos para cerámicas, que constituyen igualmente un objeto de la invención. Un último objeto de la invención se refiere finalmente a las propias cerámicas (por ejemplo azulejos y placas para suelos), que se obtienen mediante cochura de los cuerpos básicos obtenidos previamente.
Ejemplos
Ejemplo H1
En un reactor de polimerización se dispusieron 25,2 g de ácido acrílico, 1,6 g de diacrilato de dipropilenglicol (DPGDA) y 41,2 g de agua, y se enfriaron a 10ºC. Después se añadieron 1 g de persulfato amónico en 1,6 g de agua, así como 5,2 g de metabisulfito sódico en 13,1 g de agua, bajo agitación intensiva. En el intervalo de 30 minutos aumentó la reacción hasta 105ºC. Después de que un lento descenso mostró que la reacción había concluido, se ajustó a pH 7,8 con disolución acuosa de hidróxido sódico, y se añadió agua, de modo que resultó una dispersión blanca lechosa con un contenido en producto sólido de un 40% en peso.
Ejemplo H2
En un reactor de polimerización se dispusieron 25,4 g de ácido acrílico, 0,8 g de diacrilato de tripropilenglicol (TPGDA) y 41,2 g de agua, y se enfriaron a 10ºC. Después se añadieron 1 g de persulfato amónico en 1,6 g de agua, así como 5,2 g de metabisulfito sódico en 13,1 g de agua, bajo agitación intensiva. En el intervalo de 30 minutos aumentó la reacción hasta 105ºC. Después de que un lento descenso mostró que la reacción había concluido, se ajustó a pH 7,8 con disolución acuosa de hidróxido sódico, y se añadió agua, de modo que resultó una dispersión blanca lechosa con un contenido en producto sólido de un 40% en peso.
Ejemplo H3
En un reactor de polimerización se dispusieron 300 g de agua, se calentaron a 100ºC, y después se barrió 30 minutos con nitrógeno. A continuación se añadieron 272 g de una mezcla constituida por ácido acrílico y ácido metacrílico en proporción molar 1:1, así como 48 g de ácido acrilamidometilpropanosulfónico (AMPA). Bajo agitación intensiva se añadieron 9,8 g de peróxido de hidrógeno, 28 g de ácido tioglicólico y 100 g de agua en el intervalo de 4 horas. La mezcla se agitó 2 horas más a 100ºC, después se enfrió, se ajustó a pH 7,5 con disolución acuosa de hidróxido sódico, y se diluyó con agua, de modo que resultó de nuevo una dispersión con un contenido en producto sólido de aproximadamente un 40% en peso. El peso molecular promedio del polímero ascendía a 2.800.
Ejemplo H4
En un reactor de polimerización se dispusieron 350 g de agua, se calentaron a 85ºC, y después se barrió 30 minutos con nitrógeno. A continuación se añadieron 358 g de ácido acrílico y 40 g de acrilato de etilo. Bajo agitación intensiva se añadieron 9,8 g de peróxido de hidrógeno, 12,5 g de mercaptato de propilo y 120 g de agua en el intervalo de 2 horas. La mezcla se agitó una hora más a 85ºC, después se enfrió, se ajustó a pH 7,5 con disolución acuosa de hidróxido sódico, y se diluyó con agua, de modo que resultó de nuevo una dispersión con un contenido en producto sólido de aproximadamente un 40% en peso. El peso molecular promedio del polímero ascendía a 4.000.
Investigaciones técnicas de aplicación de las dispersiones de polímeros
Se obtuvieron diversas dispersiones de polímeros, y se almacenaron las mismas a 20, o bien 40ºC, durante un intervalo de tiempo de 1 a 4 semanas. Se determinó la viscosidad según Brookfield (20ºC, husillo 1, 10 rpm), así como la estabilidad. En este caso (++) significa invariablemente estable, (+) significa precipitados insignificantes, (-) significa claros precipitados y (- -) significa separada. Los resultados se reúnen en la tabla 1. Los ejemplos 1 a 4 son según la invención, los ejemplos V1 y V2 sirven como comparación.
TABLA 1 Viscosidades y estabilidades de dispersión (datos cuantitativos en % en peso)
1
Los ejemplos muestran que las dispersiones de polímeros según la invención presentan una viscosidad claramente más reducida y una estabilidad claramente más elevada frente al estado de la técnica.
Investigaciones técnicas de aplicación de suspensiones
En un molino de bolas se dispuso barro del tipo "Moró", dispersante y agua. Se molturó la mezcla 10 minutos, pudiéndose observar un claro calentamiento, y después se enfrió a temperatura ambiente. A continuación se determinó la viscosidad según el método de Brookfield (20ºC, husillo 1, 4 rpm). Los resultados se reúnen en la tabla 2. Los ejemplos 5 a 8 son según la invención. Los ejemplos V3 y V4 sirven como comparación.
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(Tabla pasa a página siguiente)
TABLA 2 Viscosidades de suspensión (datos cuantitativos en % en peso)
2
Los ejemplos muestran que los preparados según la invención poseen una viscosidad claramente más reducida frente a los del estado de la técnica.

Claims (9)

  1. \global\parskip0.900000\baselineskip
    1. Composiciones acuosas de materias primas para materiales cerámicos, constituidas por
    (a)
    un 50 a un 80% en peso de barro mineral,
    (b)
    un 0,01 a un 5% en peso de un copolímero hidrosoluble de ácido acrílico con
    (b1)
    diacrilato de dipropilenglicol (DPGDA),
    (b2)
    diacrilato de tripropilenglicol (TPGDA),
    (b3)
    ácido acrilamidometilpropanosulfónico (AMPS), y/o
    (b4)
    acrilato de etilo (AE), así como
    (c)
    un 0,01 a un 5% en peso de un compuesto alcalino inorgánico,
    con la condición de que los datos cuantitativos se completen con agua para dar un 100% en peso.
  2. 2. Composiciones acuosas según la reivindicación 1, caracterizadas porque contienen barro mineral, que presenta -referido a la masa seca- la siguiente composición:
    un 30 a un 75% en peso de SiO_{2},
    un 13 a un 35% en peso de Al_{2}O_{3},
    un 4 a un 8% en peso de Fe_{2}O_{3},
    un 0,5 a un 25% en peso de CaO,
    un 0,2 a un 3% en peso de MgO,
    un 0,1 a un 0,5% en peso de Na_{2}O,
    un 3 a un 7% en peso de K_{2}O,
    un 0,2 a un 1,5% en peso de TiO_{2},
    con la condición de que los datos cuantitativos se complementen para dar un 100% en peso.
  3. 3. Composiciones acuosas según las reivindicaciones 1 y/o 2, caracterizadas porque los compuestos alcalinos inorgánicos representan hidróxido sódico o hidróxido potásico.
  4. 4. Composiciones acuosas según al menos una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizadas porque presentan un valor de pH en el intervalo de 8,5 a 11.
  5. 5. Composiciones acuosas según al menos una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizadas porque presentan una viscosidad según Brookfield de menos de 5.000 mPas.
  6. 6. Procedimiento para la obtención de una composición de materias primas para cerámicas, en el que se obtiene un preparado acuoso según la reivindicación 1, en caso dado se deshidrata y se desmenuza el mismo bajo obtención de un polvo con un contenido en agua residual menor que un 7% en peso.
  7. 7. Cuerpos crudos para cerámicas, obtenidos mediante moldeo de una composición pulverulenta obtenible según la reivindicación 6.
  8. 8. Placas cerámicas, obtenibles mediante cochura de cuerpos crudos según la reivindicación 7.
  9. 9. Empleo de dispersiones acuosas de copolímeros, que contienen como monómeros (a) ácido acrílico y
    (b1)
    diacrilato de dipropilenglicol (DPGDA),
    (b2)
    diacrilato de tripropilenglicol (TPGDA),
    (b3)
    ácido acrilamidometilpropanosulfónico (AMPS), y/o
    (b4)
    acrilato de etilo (AE),
    como dispersantes para la obtención de preparados acuosos de materias primas para cerámicas.
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