MX2012009749A

MX2012009749A - Medios y tintas ceramicos en forma de polvo.

Info

Publication number: MX2012009749A
Application number: MX2012009749A
Authority: MX
Inventors: Giovanni Floridi; Bassi Giuseppe Li; Paolo Prampolini; Alan Nappa
Original assignee: Lamberti Spa
Priority date: 2010-02-23
Filing date: 2011-02-22
Publication date: 2012-09-12
Also published as: IT1398587B1; CN102762677B; RU2556657C2; WO2011104216A1; ITVA20100016A1; RU2012140433A; US20120315401A1; MX339538B; CN102762677A; EP2539408A1; US8906464B2; BR112012020765A2

Abstract

La descripción se refiere a medios de impresión, útiles para materiales cerámicos sinterizables, que están en forma de polvo y se basan en glicoles, urea y un absorbente inorgánico; a composiciones de tintas cerámicas que comprenden los medios de impresión y; a métodos para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos mediante el uso de dichos medios de impresión y composiciones.

Description

MEDIOS Y TINTAS CERÁMICOS EN FORMA DE POLVO CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a medios de impresión para pigmentos cerámicos en forma de polvo, a composiciones de tintas cerámicas en forma de polvo ya métodos para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos mediante el uso de dichos medios de impresión y composiciones.

Las composiciones de tintas cerámicas consisten principalmente de pigmentos cerámicos, barnices y fritas, dispersos en los medios de impresión en forma de polvo, los cuales se basan en glicoles, urea y un absorbente inorgánico.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los medios de impresión para pigmentos cerámicos (medios cerámicos) son generalmente líquidos que se utilizan en la preparación de tintas cerámicas para dispersar pigmentos cerámicos, para regular su viscosidad, propiedades de fluidez, y comportamiento de unión-cohesivo.

Los productos fabricados de cerámica más tradicionales, tales como azulejos y baldosas, están hechos de un cuerpo cerámico que confiere forma y propiedades mecánicas al objeto; el cuerpo cerámico en general tiene cierta porosidad y pobres cualidades estéticas.

Dicho cuerpo cerámico, el cual se define "crudo" o, alternativamente, "cocido", si se cuece previamente, entonces se reviste normalmente con una capa de cerámica, llamada barniz cerámico; el barniz cerámico está completamente sinterizado mediante cocción, de tal manera que se obtienen cualidades estéticas de superficie adecuadas y, mientras que, se convierte en una barrera a prueba de fluidos, de hecho, después de la cocción, el barniz cerámico tiene generalmente una porosidad cero y es en general resistente a la abrasión y al ataque de agentes químicos tales como ácidos, bases, tintes.

El acabado estético del material cerámico se puede completar mediante una fase de decoración, que es mediante la aplicación de materiales cerámicos sinterizables y coloreados de varias formas (pigmentos cerámicos) los cuales se aplican de acuerdo con un dibujo preciso (decoración).

La decoración se puede aplicar ya sea en el cuerpo cerámico crudo o cocido, sobre el cual se ha puesto previamente el barniz, o, en las llamadas decoraciones de tercera cocción, después de la cocción en el barniz. Las principales técnicas de impresión utilizadas en la decoración ya sea de sustrato cerámico crudo o cocido son la serigrafía plana, la serigrafía giratoria, y la decoración mediante rodillo de silicona (esta última comprende la impresión a través de un rodillo grabado por láser, o "impresión en rotograbado", y la impresión a través de un rodillo grabado en relieve, o "impresión de sellos de silicona"); la decoración mediante un rodillo de silicona también se conoce como rotograbado.

Todas estas técnicas de decoración requieren una serie de impresiones superpuestas, una para cada uno de los colores que componen el dibujo.

Las tintas y materiales de impresión cerámicos se formulan de acuerdo con el tipo de cuerpo cerámico al que serán aplicados (cerámica cruda, cerámica cocida, barniz sinterizado...) y de acuerdo con la técnica de aplicación (pincel, espátula, serigrafía, impresión en rotograbado...).

En la preparación de tintas cerámicas para las decoraciones con serigrafía o con rotograbado de cuerpos cerámicos crudos o cocidos, se utilizan generalmente los medios de impresión líquidos basados en mezclas de agua y glicoles y normalmente que contienen aditivos, tales como modificadores de la reología, aglutinantes y plastificantes.

Los medios de impresión líquidos tradicionales contienen grandes cantidades de agua, por lo general aproximadamente 50% en peso de agua, su transporte y costos de almacenamiento son económica y energéticamente relevantes.

Además, los medios de impresión líquidos se almacenan en bidones o tanques y, debido a la variedad de medios ligeramente diferentes que se utilizan normalmente en una planta industrial, los bidones y tanques a menudo necesitan ciclos de lavado con el desecho adicional de agua y detergentes de trabajo pesado.

Por lo tanto, sería ventajoso proporcionar medios cerámicos concentrados en forma de polvo que tiene una buena versatilidad.

En el arte previo, el documento BR PI0503487 describe una tinta cerámica sólida que está lista para su uso después de la dilución en agua y contiene frita, aglutinante, agente espesante, agente antiespumante y de conservación; sin embargo el documento BR PI0503487 no describe un medio sólido en polvo.

El documento BR PI92202137 describe una tinta cerámica de impresión en seda, en forma de pasta, que contiene una frita y un medio tixotrópico posiblemente sin agua, la cual comprende polietilenglicol; sin embargo, el documento BR PI92202137 tampoco describe un medio sólido en polvo.

Ahora se ha encontrado que las mezclas que fluyen libremente de glicol, urea, absorbente inorgánico, e ingredientes opcionalmente convencionales de medios cerámicos, se pueden preparar en forma de polvo y se pueden utilizar como medios cerámicos concentrados.

Estos medios cerámicos concentrados se pueden diluir en agua y mezclar con pigmentos cerámicos para dar tintas cerámicas con una estabilidad y reología adecuadas.

Alternativamente, se pueden mezclar (o moler) con pigmentos cerámicos para dar composiciones de tintas cerámicas en forma de polvo, las cuales se pueden diluir en agua antes de utilizarse para proporcionar tinta cerámica líquida; o, en otra modalidad, se pueden moler junto con los pigmentos cerámicos y agua para dar en una etapa una tinta cerámica líquida.

Los medios cerámicos en polvo de la presente descripción proporcionan tintas cerámicas que permiten la realización de decoraciones que tienen definición comparable o mejorada con respecto a tintas obtenidas utilizando medios líquidos tradicionales.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la presente descripción se refiere a una mezcla en forma de polvo que comprende: a) de 5 a 50% en peso, preferiblemente de 10 a 30% en peso, de un absorbente inorgánico; b) de 10 a 50% en peso, preferiblemente de 15 a 40% en peso, de un glicol; c) de 20 a 70% en peso, preferiblemente de 30 a 60% en peso, de urea; d) de 0.1 % a 10% de un modificador de reología, que se puede utilizar como medio cerámico concentrado.

En otro aspecto, la presente descripción se refiere a una composición de tinta cerámica en forma de polvo la cual es útil para la serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o decoración en rotograbado de cuerpos cerámicos crudos o cocidos y consiste de 30 a 80% en peso de pigmentos cerámicos y de 20 a 70% en peso del medio cerámico concentrado anterior.

De conformidad con todavía otro aspecto, la descripción se refiere a un método para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos que comprende las siguientes etapas: i. el medio cerámico concentrado anterior se prepara; ii. el medio cerámico concentrado se dispersa en de 50 a 100 partes en peso de agua para obtener un medio cerámico líquido; iii. una composición de tinta cerámica líquida se prepara mezclando de 30 a 70 partes en peso de pigmentos cerámicos con de 30 a 70 partes en peso del medio cerámico líquido; iv. un barniz se extiende sobre la superficie del cuerpo cerámico crudo o cocido; v. la decoración se hace por medio de serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o rotograbado, utilizando una o más tintas cerámicas líquidas preparadas de conformidad con las etapas i. a ¡ii.; vi. el sustrato obtenido se cuece a una temperatura comprendida entre 900 y 1250 °C durante 15-240 minutos.

De conformidad con un aspecto adicional, la descripción se refiere a un método para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos que comprende las siguientes etapas: i. una composición de tinta cerámica en forma de polvo se prepara mezclando de 30 a 80 partes en peso de pigmentos cerámicos con de 20 a 70 partes en peso del medio cerámico concentrado anterior; ii. la composición de tinta cerámica en forma de polvo se dispersa con de 30 a 70 partes en peso de agua, para obtener una tinta cerámica líquida; iii. un barniz se extiende sobre la superficie del cuerpo cerámico crudo o cocido; iv. la decoración se hace por medio de serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o rotograbado, utilizando una o más tintas cerámicas líquidas preparadas de conformidad con las etapas i. y i¡.; v. el sustrato obtenido se cuece a una temperatura comprendida entre 900 y 1250 °C durante 15-240 minutos.

De conformidad con todavía un aspecto adicional, la divulgación se refiere a un método para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos que comprende las siguientes etapas: i. una composición de tinta cerámica líquida se prepara homogeneizando en un mezclador de turbina o moliendo de 30 a 80 partes en peso de pigmentos cerámicos y de 20 a 70 partes en peso del medio cerámico concentrado anterior con agua; ii. un barniz se extiende sobre la superficie del cuerpo cerámico crudo o cocido; ¡ii. la decoración se hace por medio de serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o rotograbado, utilizando una o más tintas cerámicas líquidas preparadas de conformidad con la etapa i.; iv. el sustrato obtenido se cuece a una temperatura comprendida entre 900 y 1250 °C durante 15-240 minutos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La mezcla en polvo que comprende a) de 5 a 50% en peso de absorbente inorgánico, b) de 10 a 50% en peso de glicol, y c) de 20 a 70% en peso de urea ventajosamente comprende adicionalmente hasta 15% en peso de ingredientes orgánicos convencionales de medios de impresión cerámicos, tales como aglutinantes, plastificantes, agentes de conservación, agentes antiespuma, dispersantes y agentes de retención de agua.

Los absorbentes inorgánicos que se pueden emplear para preparar los medios cerámicos concentrados de la descripción son polvos inorgánicos insolubles en agua químicamente no reactivos que son capaces de absorber líquidos sin perder su forma en polvo.

Ejemplos de absorbentes inorgánicos son sílice precipitada, gel de sílice, silicatos de calcio y alúmina.

Otros materiales microcristalinos que son adecuados son aluminatos, arcillas, incluyendo caolín, bentonitas, caolín calcinado, molochita, zeolitas, montmorillonitas y similares.

El absorbente inorgánico que es particularmente preferido para la realización de la presente invención es sílice precipitada.

La sílice precipitada es un material altamente absorbente y consiste de una red tridimensional de partículas de sílice primarias coaguladas; estas últimas crecen a tamaños mayores de 4-100 nm antes de que se coagulen para formar los conglomerados agregados, o aglomerados, que tiene un tamaño de aproximadamente 1 a 40 pm y un tamaño de poro promedio > 30 nm; la sílice seca precipitada se puede someter a las etapas de moler y clasificar para obtener una distribución específica de tamaño de partícula.

El uso de sílice precipitada como el absorbente inorgánico se prefiere debido a que confiere una excelente estabilidad de reología a las tintas cerámicas líquidas finales.

Los glicoles de los medios cerámicos concentrados de la invención son productos solubles en agua.

Preferiblemente ellos se seleccionan entre monopropilenglicol (MPG), dipropilenglicol (DPG), monoetilenglicol (MEG), dietilenglicol (DEG), glicerina y polietilenglicol que tienen un peso molecular promedio por debajo de 5,000 (PEG), y mezclas de los mismos.

De manera más preferible, el glicol es líquido a condiciones estándares; de manera más preferible, el glicol es monoetilenglicol.

La urea es un producto industrial no nocivo de bajo costo que se utiliza en gran parte en la agricultura e inclusive en productos de cuidado personal, tales como jabones, pasta de dientes, detergentes.

Tanto la urea purificada como la urea comercial de grado técnico se pueden utilizar para la preparación de los medios cerámicos en polvo de la invención.

La preparación del medio cerámico concentrado de conformidad con la invención se puede llevar a cabo mezclando hasta la homogeneidad del glicol y del absorbente inorgánico, que es preferiblemente sílice precipitada, y agregando urea y los ingredientes convencionales adicionales en la mezcla resultante, en las cantidades apropiadas, y homogeneización adicional.

Preferiblemente, la urea se muele con un molino de martillos antes de agregarse a la mezcla absorbente de glicol.

La mezcla que fluye libremente en polvo resultante, se puede utilizar como tal para formular una composición de tinta cerámica en forma de polvo o para proporcionar medios cerámicos líquidos tras la dilución con agua.

De conformidad con una modalidad de la descripción, una tinta cerámica líquida se prepara diluyendo en agua la mezcla que fluye libremente en polvo y posteriormente mezclando el medio líquido así obtenido con los pigmentos cerámicos y otros posibles componentes sólidos de la tinta.

De conformidad con otra modalidad de la descripción, una composición de tinta cerámica en forma de polvo se prepara mezclando (o moliendo) la mezcla que fluye libremente en polvo anterior con pigmentos cerámicos y otros posibles componentes sólidos de la tinta.

La preparación de la tinta cerámica también se puede hacer homogeneizando el medio cerámico concentrado en forma de polvo con el resto de componentes sólidos (fritas, barnices y pigmentos) y agua para dar en una etapa una tinta cerámica líquida.

Con el fin de ayudar a la regulación de la viscosidad final del medio líquido y de la tinta, el medio cerámico concentrado de la descripción comprende 0.10 a 10% en peso de un modificador de reología.

Los modificadores de reología preferidos son polímeros naturales modificados, tales como hidroxietilcelulosa, carboximetilcelulosa, goma guar de hidroxipropilo y almidón de hidroxipropilo y polímeros sintéticos, tales como espesantes poliacrílicos; también es posible utilizar mezclas de modificadores de reología que tienen propiedades espesantes diferentes y comportamiento Teológico diferente.

La viscosidad y la pseudoplasticidad se regulan, de conformidad con lo que es bien conocido por aquellos expertos en la técnica, por la cantidad de agua y por la cantidad y tipo de modificador de reología.

Después de la dilución con agua, los medios cerámicos son fluidos con aspecto homogéneo y una viscosidad comprendida entre 30 y 1000 mPa-s, medida por medio de un reómetro Haake entre 0.1 y 1 , 000 s'1.

Medios que tienen una viscosidad baja (30-100 mPa-s) y un comportamiento newtoniano o ligeramente pseudoplástico se utilizan cuando se va a preparar una tinta cerámica de impresión en rotograbado; medios que tienen una viscosidad mayor (100 - 1 ,000 mPa s) y un comportamiento más pseudoplástico se utilizan cuando se va a preparar una tinta cerámica para serigrafía plana o giratoria.

La viscosidad y la pseudoplasticidad de los medios líquidos y tintas se pueden regular más posteriormente mediante la adición de más modificadores de reología, de conformidad con el tipo de técnica de impresión seleccionada para la decoración, como se conoce bien en la técnica.

Los pigmentos cerámicos útiles en las tintas cerámicas de la invención son materiales sinterizables sólidos, lo que significa que se transforman en cerámica durante el proceso de cocción; estos son óxidos, pigmentos, fritas, barnices y otros materiales cerámicos; están en forma de partículas sólidas que tienen dimensiones que varían de 0.5 a 100 mieras.

Típicamente, ellos incluyen hierro, titanio, cromo, zinc, magnesio, aluminio, cobalto, y óxidos de cadmio, y silicatos de circonio y praseodimio.

La viscosidad de las tintas cerámicas líquidas que se pueden obtener diluyendo en agua la composición de tinta cerámica en polvo de la descripción, medida con un reómetro Haake entre 0.1 y 200 s"1 , es entre 50 y 2,000 mPa s, como es usual en el campo.

EJEMPLOS Todas las viscosidades reportadas en el presente texto se midieron con un reómetro rotacional Haake; las medidas de viscosidad se realizaron a través de curvas de flujo a "velocidad de cizalladura controlada" entre 1 y 200 s"1.

EJEMPLO 1 Medios 1 - 7 Se prepararon seis medios concentrados en forma de polvo en primer lugar preparando la mezcla absorbente de glicol, y posteriormente agregando urea y los otros ingredientes.

Se preparó un medio seco comparativo homogeneizando glicol de peso molecular alto (PEG 6,000) con urea y los otros ingredientes.

La composición de los medios se reportan en el Cuadro 1 , donde los ingredientes y su dosificación se indican en (% en peso).

CUADRO 1 1 ) Aditivos (modificador de reología, agente de conservación, dispersante, aglutinante, antiespumante. 2) Comparativo.

EJEMPLO 2 Preparación de tintas cerámicas y decoraciones de cerámica Se prepararon siete composiciones de tinta cerámica seca en polvo mezclando en un molino cada uno de los medios preparados en el Ejemplo 1 con una mezcla de pigmentos cerámicos en la proporción en peso indicada en el Cuadro 2 (la composición de tinta 11 se preparó a partir del medio 1 , la composición de tinta 12 a partir del medio 2, y así sucesivamente).

CUADRO 2 Las composiciones de tinta 11 , 12, 13 y 14 se diluyeron posteriormente con 50 partes en peso de agua, mientras que las composiciones de tinta 15, 16 y 17 se diluyeron con 40 partes en peso de agua, para dar siete tintas cerámicas líquidas estables listas para su uso (respectivamente, LI1 , LI2, LI3, LI4, LI5, LI6 y LI7).

La viscosidad y la estabilidad de las tintas cerámicas líquidas se reportan en el Cuadro 3.

La viscosidad (Vp0) es la viscosidad promedio en mPa-s, medida dentro de 1 hora a partir de la preparación de la tinta.

La viscosidad (Vp72h) es la viscosidad promedio en mPa-s, medida después de 72 horas de la preparación de la tinta.

Una tinta se considera "insuficientemente estable" (-) si presenta fenómenos de sedimentación o formación de protuberancias cuando se almacena a temperatura ambiente durante 72 horas después de su preparación.

Una tinta se considera "suficientemente estable" (+) si no presenta fenómenos de sedimentación o formación de protuberancias cuando se almacena a temperatura ambiente durante 72 horas después de su preparación.

Una tinta se considera "estable" (++) si no presenta fenómenos de separación o formación de protuberancias después de almacenarse a temperatura ambiente durante72 horas después de su preparación y adicionalmente tiene Vp72h = ± 10% Vp0.

Las tintas LI1 a LI4 se aplicaron a través de rotograbado, las tintas LI5 a LI7 se aplicaron mediante serigrafía en seda sobre el mismo soporte.

Después, el tiempo de secado de la decoración así obtenida (Secado†) y, visualmente después del secado, la calidad de definición de la propia decoración (D) se determinaron.

Los resultados se reportan en el Cuadro 3.

Los resultados del Cuadro 3 muestran que las tintas, preparadas con los medios concentrados en polvo de la descripción tienen un comportamiento reológico bueno, una estabilidad suficiente y un rendimiento bueno, aunque las tintas líquidas obtenidas a partir de los medios concentrados que contienen sílice precipitada como el absorbente dan un rendimiento sensiblemente mejor, teniendo tiempo de secado y estabilidad excelentes.

CUADRO 3 * Comparativo

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una mezcla en forma de polvo, que comprende: a) de 5 a 50% en peso de un absorbente inorgánico, b) de 10 a 50% en peso de un glicol; c) de 20 a 70% en peso de urea, d) de 0.1 % a 10% de un modificador de reología.

2. - La mezcla en forma de polvo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque comprende de 10 a 30% en peso de absorbente inorgánico, de 15 a 40% en peso de glicol, de 30 a 60% en peso de urea y hasta 15% en peso de ingredientes orgánicos convencionales de medios de impresión cerámicos seleccionados entre aglutinantes, plastificantes, agentes de conservación, agentes anti-espuma, dispersantes y agentes de retención de agua.

3. - La mezcla en forma de polvo de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, caracterizada además porque el absorbente inorgánico se selecciona entre sílice precipitada, gel de sílice, silicatos de calcio, alúmina, aluminatos, arcillas.

4.- La mezcla en forma de polvo de conformidad con la reivindicación 3, caracterizada además porque el absorbente inorgánico es sílice precipitada.

5.- La mezcla en forma de polvo de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque el glicol se selecciona entre monopropilenglicol (MPG), dipropilenglicol (DPG), monoetilenglicol (MEG), dietilenglicol (DEG), glicerina y polietilenglicol que tienen un peso molecular promedio por debajo de 5,000 (PEG), y mezclas de los mismos.

6.- La mezcla en forma de polvo de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque el glicol es monoetilenglicol.

7. - Una composición de tinta cerámica en forma de polvo, que consiste de 30 a 80% en peso de pigmentos cerámicos y de 20 a 70% en peso de un medio cerámico concentrado que consiste de una mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6.

8. - Un método para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos, que comprende las siguientes etapas: i. se prepara un medio cerámico concentrado que consiste de una mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6; ¡i. 100 partes en peso del medio cerámico concentrado se dispersan en 50 a 100 partes en peso de agua para obtener un medio cerámico líquido; iii. una composición de tinta cerámica liquida se prepara mezclando de 30 a 70 partes en peso de pigmentos cerámicos con 30 a 70 partes en peso del medio cerámico líquido; iv. un barniz se extiende sobre la superficie del cuerpo cerámico crudo o cocido; v. la decoración se hace por medio de serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o rotograbado, utilizando una o más tintas cerámicas líquidas preparadas de conformidad con las etapas i. a iii.; vi. el sustrato obtenido se cuece a una temperatura comprendida entre 900 y 1250 °C durante 15-240 minutos.

9. - Un método para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos, que comprende las siguientes etapas: i. se parara una composición de tinta cerámica en forma de polvo de conformidad con la reivindicación 7; ii. 100 partes en peso de la composición de tinta cerámica en forma de polvo se dispersa con 30 a 70 partes en peso de agua, para obtener una tinta cerámica líquida; iii. un barniz se extiende sobre la superficie del cuerpo cerámico crudo o cocido; iv. la decoración se hace por medio de serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o rotograbado, utilizando una o más tintas cerámicas líquidas preparadas de conformidad con las etapas i. y ii.; v. el sustrato obtenido se cuece a una temperatura comprendida entre 900 y 1250 °C durante 15-240 minutos.

10. - Un método para decorar cuerpos cerámicos crudos o cocidos, que comprende las siguientes etapas: i. una composición de tinta cerámica líquida se prepara homogeneizando en un mezclador de turbina o en un molino de 30 a 80 partes en peso de pigmentos cerámicos y de 20 a 70 partes en peso de medio cerámico concentrado que consiste de una mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y agua; ¡i. un barniz se extiende sobre la superficie del cuerpo cerámico crudo o cocido; iii. la decoración se hace por medio de serigrafía plana, o serigrafía giratoria, o rotograbado, utilizando una o más tintas cerámicas líquidas preparadas de conformidad con la etapa i.; iv. el sustrato obtenido se cuece a una temperatura comprendida entre 900 y 1250°C durante 15-240 minutos.