Análise da deformação piroplástica de formulações de porcelanato brasileiro utilizando planejamento de misturas

Abstract

A deformação piroplástica é um problema ocasionado durante a queima na fabricação de porcelanatos, que pode ocorrer quando não há um controle das matérias primas utilizadas na formulação das placas cerâmicas. Esse fenômeno está associado ao amolecimento da peça durante a queima que tende a se deformar com o próprio peso. Portanto compreender a formulação dentro de um triaxial quartzo-feldspatos-argilomineral serve como parâmetro para minimização desse problema. O presente estudo utilizou o planejamento de misturas como ferramenta no desenvolvimento de formulações de massas para fabricação de porcelanato com intuito de reduzir a deformação piroplástica. Foram utilizadas 11 diferentes matérias primas, cedidas por uma indústria cerâmica, que foram caracterizadas quanto a suas propriedades química e química de fase racional, e posteriormente divididas em 3 categorias do triaxial: Feldspato-Argila silicosa-Demais Matérias Primas, definindo o limite máximo de feldspato em 70%, e por meio do planejamento de misturas simplex centroide foram desenvolvidas 10 formulações na região experimental, que foram analisadas quanto a sua distribuição do tamanho de partículas, densidade aparente (pós-prensagem e pós-queima), resistência mecânica (pós-prensagem e pós-queima), retração térmica, absorção de água e deformação piroplástica. Por meio das superfícies de resposta observou-se que as formulações com maiores teores de argila rica em sílica (37,5%) aumentam significativamente a absorção de água chegando à valores de 2,38%, e os feldspatos aumentam o índice de piroplasticidade que chegaram a 3,61mm. Com isso, foram selecionadas formulações que apresentaram comportamentos mais adequados na fabricação de porcelanatos, e foram realizados ensaios para análise química, mineralógica, térmica (DSC/TG), dilatação térmica, flexímetria óptica e porosidade. O planejamento de mistura se mostrou uma ferramenta de grande valia para observar o comportamento das matérias primas nas formulações de porcelanatos.

Abstract : Pyroplastic deformation is a problem caused during firing in the manufacture of porcelain tiles, and when there is no control over the raw materials used in the formulation of ceramic tiles. This phenomenon is associated with the softening of the part during firing, which tends to deform under its own weight. Therefore, understanding the formulation within a quartz-feldspar-clay mineral triaxial serves as a parameter to minimize this problem. The present study used mixing design as a tool in the development of dough formulations for porcelain tile manufacturing in order to reduce pyroplastic deformation. Eleven different raw materials were used, provided by a ceramic industry, which were characterized in terms of their chemical and rational chemical properties, and later divided into 3 triaxial categories: Feldspar-Siliceous Clay-Other Raw Materials, defining the maximum limit of feldspar in 70%, and through the planning of simplex-centroid mixtures design, 10 formulations were developed in the experimental region, which were analyzed regarding their particle size distribution, apparent density (after-pressing and after-firing), mechanical strength (after-pressing and after-firing), thermal shrinkage, water absorption and pyroplastic deformation. Through the response surfaces, it was observed that the formulations with higher contents of clay rich in silica (37.5%) significantly increase the water absorption reaching values of 2.38%, and the feldspars increase the pyroplasticity index. Thus, formulations were selected that presented the most admissible behavior in the manufacture of porcelain tiles, and tests were carried out for chemical, mineralogical, thermal (DSC/TG), thermal expansion, porosity analysis and optical fleximeter. Mixture design method proved to be a valuable tool to observe the behavior of raw materials in porcelain tile formulations.