estudo porcelanato - ipen

ipen AUTARQUIA ASSOCIADA UNIVERSIDADE

DE SO PAULO

ESTUDO DA CORRELAO ENTRE A MICROESTRUTURA E AS PROPRIEDADES FINAIS DE REVESTIMENTOS

CERMICOS DO TIPO GRS PORCELANATO

ANA PAULA MARGARIDO MENEGAZZO

Tese apresentada como parte dos requisitos para obteno do Grau de Doutor em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear - Materiais.

Orientador: Dr. Jos Octavio Armani Paschoal

So Paulo 2001

Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares Autarquia Associada Universidade de So Paulo

Estudo da correlao entre a microestrutura e as propriedades finais de revestimentos cermicos do tipo

grs porcelanato

Ana Paula Margando Menegazzo

Tese apresentada como parte dos requisitos para obteno do grau de Doutor em Cincias na rea de Tecnologia Nuclear/Materiais

Orientador Dr. Jos Octavio Armani Paschoal

So Paulo

2001

JLo grande amor da minha vida (BfUno, por toda sua pacincia apoio, dedicao e carinho em mais esta etapa de nossas vidas.

Aos meus pais, Nfciso e Isaura, que sempre me incentivaram e motivaram a utarpeCos meus ideais.

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador e amigo, Jos Octavio Armani Pasclioal, que sempre esteve presente nos momentos bons e difceis dessa longa caminhada. No sempre que temos o privilgio de trabalhar com uma pessoa justa, sensata, honesta e muito profissional como Paschoal. Muito obrigada por sua confiana e apoio constantes.

Ao apoio da minha fiel escudeira: a aluna Ariane Mainetti de Andrade, que sem dvida nenhuma, contribuiu de corpo e alma no desenvolvimento experimental deste trabalho.

Ao aluno Fabio Luis Nobre Lemos pelo apoio, tanto na montagem do laboratrio, como no desenvolvimento do estudo da resistncia ao manchamento dos porceianatos.

Ao Professor Douglas Gouva do Depto de Metalurgia e Materiais da Escola Politcnica, que fomeceu toda a infra-estrutura laboratorial para o desenvolvimento da tese, e participou em todas as etapas do trabalho. Valeu, Douglas!

Ao MSc. Paulo e ao tcnico do Depto de Metalurgia e Materiais da Escola Politcnica, por todo o auxlio prestado durante o caminhar das pesquisas.

minha grande amiga Maria Teresa Prez Acevedo, por todas as horas de angstia e felicidades, por toda ajuda no trabalho e pelo carinho com que sempre me recebeu e me tratou.

Aos meus amigos do Centro Cermico do Brasil, bem como a prpria instituio CCB: Clara, Anerson, Rita, Douglas, Luiza, Srgio, Oscar, Lucena, Luciana, Alemo, Edmilson, Demetrius, Claudia, Marcelinho e Quinteiro, que conviveram comigo em praticamente todas as etapas do trabalho e sempre me deram uma tremenda fora.

Aos amigos do IPEN: Dolores, Valter Ussui, Walter Kenji, Joana, Cristiane, Chieco, Renata, Snia Mello, ao casal Bressiani, Martinelli, Filipe, Sueli e Cidinha por todo o apoio no decorrer do trabalho.

Ao Ren, Cebola e Cebolinha do Laboratrio de Microscopia Eletrnica de Varredura do IPEN pela realizao dos ensaios de microscopias.

Ao pessoal da Ps Graduao; Fernando, Ana e Vera pela ateno especial. Ao Professor Eleno de Paula Rodrigues da Escola Senai Mario Amato pela grande

orientao no que se refere aos estudos dos granitos. Ao Professor Antonio Garios Artur da UNESP de Rio Claro pela execuo dos

ensaios de petrografia e desgaste Amsler e pelas enriquecedoras discusses sobre os granitos.

Aos colegas do Senai Mario Amato: Aluisio, Collado, Leia, Mnica, Cristina, Ftima, Teresinha, Venancio, Reinaldo, Bringel, Gilmar e Jorge pelo incentivo ao desenvolvimento da tese.

Ao Professor Anselmo O. Boschi do DEMa/UFSCar e ao seu aluno Flavio Arantes pelo apoio no fechamento do estudo de resistncia ao manchamento dos porceianatos, bem como pelo acompanhamento da pesquisa.

Ao Professor Orestes Alarcon da UFSC pela execuo dos ensaios escleromtricos.

Sra Maria Helosa do Depto de Geologia do IPT pelas informaes e auxlio na rea de granitos.

Aos laboratrios: Senai Mario Amato (Adriano e Paula), ao CCDM (Luciene e Rogrio), CTC (Michael e Janana) e LABCCB (Marcelinho e companhia) por todos os servios prestados.

Em especial Alcoa Alumnio S.A., em nome dos Srs. Jlio C. Carvalho e Ricardo Nbrega, pelo grande auxlio no desenvolvimento experimental da tese.

Sra Clarice Heck pelas informaes sobre o produto grs porcelanato. s empresas Cecrisa (Srs. Moacir Orsato, Antonio Sergio e Luis Alexandre),

Elizabeth (Srs Mauro Palma e Tommaso Cerbasi), Portobello (Sr. Roberto Carios Franco) e Eliane por todas as infonnaes transmitidas no decorrer da tese.

Aos meus ex-orientadores e grandes amigos Jos A. eiras e Victor C. Pandolfelli que so os co-responsveis pela minha formao acadmica e sempre me estimularam a crescer cada vez mais.

Ao Instituto de Pesquisas Energticas e Nucleares que possibilitou a realizao deste trabalho.

Ao CNPq pela bolsa de doutorado concedida. FAPESP por todo o apoio financeiro destinado ao desenvolvimento desta tese. A todas as pessoas que de alguma forma me incentivaram e colaboraram com o

trabalho.

E finalmente ao meu marido e companheiro Bruno, que sem dvida, foi a pessoa que mais contribuiu para que este trabalho pudesse ser realizado com xito.

ESTUDO DA CORRELAO ENTRE MICROESTRUTURA E PROPRIEDADES FINAIS DE REVESTIMENTOS CERMICOS DO TIPO GRS PORCELANATO


A indstria brasileira de revestimentos cermicos ocupa uma posio de destaque no cenrio nacional e internacional, sendo a quarta maior produtora e exportadora mundial. Dentre os diversos tipos de revestimentos cermicos produzidos internacionalmente, o grs porcelanato tem se destacado devido s suas timas caractersticas tcnicas (resistncia mecnica, qumica, ao gelo e abraso) e ao aspecto muito semeltiante s pedras naturais.

Apesar da tendncia de crescimento de produo e consumo desse produto a nvel mundial, no Brasil a produo de porcelanato ainda incipiente (cerca de 4 milhes de m^ no ano de 2000) comparada com a Itlia (268,5 milhes de m^ no ano de 2000) , pas lder de produo e de qualidade. Este quadro decorrente da falta de conhecimentos cientficos e tecnolgicos e escassez de informao, tanto na literatura nacional como internacional, sobre as matrias-primas, processo de produo e propriedades apresentadas por tal produto.

O objetivo principal desta tese de doutorado foi realizar um estudo amplo das propriedades fsicas, qumicas e mecnicas do grs porcelanato, nacional e importado, correlacionando-as com a microestrutura e fases formadas, visando propor melhorias aos produtos nacionais de modo a torn-lo compatvel aos produtos europeus que lideram o ranking de qualidade no mercado internacional. Alm disso, tambm foram estudadas as propriedades fsicas, qumicas e mecnicas de granitos, os quais so os principais revestimentos concorrentes dos porceianatos.

Os resultados destacaram a superioridade dos porceianatos em relao aos granitos no que se refere principalmente a^resistncia mecnica. Com relao ao manchamento ambos os produtos apresentaram problemas. No que se refere a resistncia ao risco, o granito mascara melhor presena dos riscos devido a sua microestrutura heterognea com presena de macrocristais de diversos tamanhos e microfissuras. A resistncia abraso dos porceianatos foi semelhante a dos granitos com elevado teor de quartzo, superando as rochas com baixo teor de quartzo. A maior vantagem das rochas, sem dvida nenhuma, a beleza esttica, muito difcil de ser copiada integralmente em um produto sinttico.

O^iSbAQ NAC.CNM. L t . : i^ tKG NUCLt AH/SP

STUDY OF THE CORRELATION BETWEN MICROESTRUCTURE AND FINAL

PROPERTIES OF PORCELAIN S T O N E W A R E TILES


A B S T R A C T

The Brazilian ceramic tiles industry has an outstanding position at local and

international market, where it is the fourth bigger producer. Among the several types of

ceramic tiles that has been produced, the porcelain stoneware tile has a remarkable

position due to its great technical properties (mechanical, chemical, ice and abrasion resistance) and external appearance, that is very similar to the natural stones.

Despite the worldwide growing at production and consumption of this product,

porcelain stoneware tile's production at Brazil is still very low (about 4 million of m^ per year) if compared to the worldwide production and quality leader - Italy (268,5 million of m^ per year). This situation happens due to the lack of scientific and technological knowledge and low quantity of information at local and international literature about raw materials and

production processes and properties of such product.

The main objective of this thesis was evaluate physical, chemical and mechanical properties of local and imported (Italian and Spanish) porcelain stoneware tiles, correlating these properties with microstructure and generated phases, proponing some improvements

at local products in order to achieve woridwide standards. Besides that, it was study

physical, chemical and mechanical properties of granites that are the real main porcelain

stoneware tile's competitor.

The results showed higher properties of porcelain stoneware tile compared to

granites mainly on mechanical properties. Regarding inking both products showed

problems. About risk resistance, the granites mask better the presence of risks due to the

heterogeneous microstructure with presence of crystals of different sizes and micro cracks.

The abrasion resistance of porcelain stoneware was equal to the granites with high quartz

amount, overcoming the rocks with low quartz amount. The great advantage of rocks is the

esthetical beauty, that is much difficulty to be copied in a synthetical product.

Sumrio

SUMRIO pgina

1. INTRODUO 01 2. REVISO DE LITERATURA 15 2.1 O produto grs porcelanato 15

2.2 Histria e origem dos porceianatos 17

2.3 Processo de Fabricao do grs porcelanato 18

2.3.1 Matrias-primas 19

2.3.2 Formulao dos porceianatos 24

2.3.3 Moagem 28

2.3.4 Atomizao 32

2.3.5 Prensagem 32

2.3.6 Processos de decorao do grs porcelanato 33

2.3.7 Queima 37 2.3.8 Desenvolvimento da microestrutura 39

2.3.9 Polimento 51

2.3.10 Tipologias do grs porcelanato 61

2.4 Utilizao de matrias-primas alternativas na produo do grs porcelanato 64

2.4.1 Viabilidade do uso de compostos de borato como fundente em

Porceianatos 64

2.4.2 Viabilidade do uso de fritas como fundente em porceianatos 65

2.4.3 Viabilidade do uso de vitrocermica como fundente em porceianatos 75

2.5 Introduo s rochas ornamentais 76

2.5.1 Minerais que constituem as rochas 79

2.6 Principio terico das tcnicas cientificas utilizadas na caracterizao dos

porceianatos 89

2.6.1 Difrao de raios-X 89

2.6.2 Anlise quimica por fluorescncia 92

2.6.3 Microscopia eletrnica de varredura 92

2.6.3.1 Tcnicas de microanlise 95

2.6.4 Propriedades mecnicas dos materiais 97

2.6.4.1 Teorias de Inglis, Griffith e Irwin 101

3. OBJETIVOS DA TESE DE DOUTORADO 108

4. PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL 109

Sumrio

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4.1 Seleo das amostras a serem avaliadas 109

4.2 Avaliao da composio quimica e das fases presentes 122

4.3 Avaliao da dureza segundo a escala Mohs 123

4.4 Determinao da resistncia ao manchamento 124

4.5 Porosimetria de mercrio 129

4.6 Picnometria de Hlio 129

4.7 Obteno da porosidade total e fechada 129

4.8 Avaliao da superfcie das peas manchadas 130

4.9 Absoro de gua 130

4.10 Avaliao da resistncia mecnica e mdulo de Weibull 131

4.11 Resistncia abraso superficial para peas esmaltadas 134

4.12 Resistncia abraso profunda 138

4.13 Resistncia abraso utilizando-se o mtodo Amsler 140

4.14 Avaliao do coeficiente de atrito dinmico 140

4.15 Avaliao da resistncia ao ataque qumico 142

4.16 Determinao da retitude lateral, da ortogonalidade, da curvatura, do

empeo e das dimenses 146

4.17 Determinao do coeficiente de dilatao trmica linear 150

4.18 Anlise microestrutural 150

4.19 Estudo da sinterizao dos porceianatos nacionais 151

5. RESULTADOS E DISCUSSES 153 5.1 Avaliao da composio qumica e fases presentes 153

5.2 Avaliao da dureza segundo a escala Mohs 157

5.3 Avaliao da resistncia s manchas 159

5.4 Avaliao da absoro de gua 197

5.5 Avaliao da resistncia mecnica e mdulo de Weibull 198

5.6 Avaliao do coeficiente de atrito dinmico 205

5.7 Avaliao da resistncia abraso dos produtos 206

5.8 Avaliao da resistncia ao ataque qumico 210

5.9 Determinao da retitude lateral, da ortogonalidade, da curvatura,

do empeo e das dimenses 212

5.10 Avaliao do coeficiente de expanso trmica linear 215

5.11 Avaliao microestrutural dos porceianatos 224

Sumrio

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5.12 Estudo da evoluo microestrutural durante a queima em diferentes

temperaturas do produto NPBRAN 217

5.13 Beleza / Esttica 234

6. CONCLUSES 241 7. SUGESTES PARA FUTUROS TRABALHOS 245 8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 246 ANEXOS 252

iii MiSSAO NACiCN*. GE t ^ t H G U NUCLEAR/SP I f t

Lista de Tabelas

LISTA DE TABELAS

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Tabela 1.1: Classificao dos revestimentos cermicos segundo as caractersticas

de absoro de gua e resistncia ruptura^ 05

Tabela 1.2: Produo italiana de revestimentos cermicos em funo da tipologia

de produtos^ 08

Tabela 1.3: Produo espanhola de revestimentos cermicos em funo da tipolo-

gia de produtos^ 08

Tabela 1.4: Caractersticas de produo e perspectiva de mercado da empresa

Eliane^^ 11


Cecrisa" 12


Portobello" 13

Tabela 2.1: Especificaes para o grs porcelanato segundo a Norma Internacional

ISO 13006^^ 16

Tabela 2.2: Caractersticas qumicas das matrias-primas utilizadas na produo do

grs porcelanato^^ 22

Tabela 2.3: Procedimentos utilizados para caracterizao dos feldspatos^^ 23

Tabela 2.4: xidos metlicos calcinados 26 Tabela 2.5: Composio qumica das matrias-primas utilizadas no estudo de

SANCHES e colaboradores^ 40

Tabela 2.6: Composies estudadas por SANCHES e colaboradores^ 40

Tabela 2.7: Formulao das composies C1 a C4 e respectivas propores de

muli ta^ 47

Tabela 2.8: Parmetros de mecanizao utilizados durante o polimento em escala

laboratorial^ 55

Tabela 2.9: Valores de rugosidade mdia-(Ra) e rugosidade mxima (RM) das peas em estudo^^ 57

Tabela 2.10: Composies preparadas (% em peso)"^ 65 Tabela 2.11 : Propriedades das peas na temperatura mxima de queima"^ 67

Tabela 2.12: Fases cristalinas na temperatura de mxima densificao"^ 71

Tabela 2.13: Composies estudadas (% em peso)'"' 74 Tabela 2.14: Os sistemas vitrocermicos"^ 75

IV

Lista de Tabelas

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Tabea 2.15: Oferta mundial de rochas ornamentais e de revestimento - 1998"^ 77

Tabela 2.16: Alguns parmetros que influenciam as propriedades mecnicas dos

Materiais cermicos^^ 97

Tabela 2.17: Mdulos de ruptura e de elasticidade de alguns materiais

cermicos^^ 99

Tabela 4 . 1 : Porceianatos selecionados para a realizao deste estudo, conjun-tamente com suas codificaes, tipologias e dimenses 109

Tabela 4.2: Granitos selecionados para a realizao deste estudo, conjun-tamente com suas codificaes e dimenses 110

Tabela 4.3: Escala Mohs dos minerais 123

Tabela 4.4: Dimenses dos apoios e da barra^ 132

Tabela 4.5: Estgios de abraso^^ 137

Tabela 4.6: Classificao do coeficiente de atrito dinmico^^ 142

Tabela 4.7: Tempo previsto de ataque^^ 143

Tabela 5.1: Anlise qumica dos porceianatos em estudo 153

Tabela 5.2: Fases cristalinas presentes nos porceianatos em estudo 154

Tabela 5.3: Sntese dos dados petrogrficos dos granitos em estudo 156

Tabela 5.4: Dureza dos porceianatos e granitos segundo a escala Mohs 158

Tabela 5.5: Classe de limpabilidade dos porceianatos em funo dos agentes

manchantes 160

Tabela 5.6: Limpabilidade dos porceianatos frente aos agentes manchantes

no contidos na norma NBR 13818 162

Tabela 5.7: Classe de limpabilidade, utilizando-se os agentes de limpeza

da nomna NBR 13818, dos porceianatos frente ao de diversos

agentes manchantes 162

Tabela 5.8: Porosidade total, aberta e fechada dos porceianatos em estudo 163

Tabela 5.9: Classe de limpabilidade dos granitos em funo dos agentes manchantes... 189

Tabela 5.10: Valores de absoro de gua, com os respectivos

desvios padres, dos porceianatos e granitos em estudo 197

Lista de Tabelas

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Tabela 5.11: Valores de carga de mptura (CR), carga de mptura individual minima (CRmin), mdulo de resistncia flexo (MRF), mdulo de resistncia flexo individual mnimo (MRFmin) e

mdulo de Weibull (m) dos porceianatos em estudo 198 Tabela 5.12: Valores de carga de mptura (CR), carga de ruptura

individual mnima (CR^in), mdulo de resistncia flexo (MRF), mdulo de resistncia flexo individual mnimo (MRFmin)

e mdulo de Weibull (m) dos granitos em estudo 203 Tabela 5.13: Caractersticas dos granitos em estudo 204

Tabela 5.14: Valores de coeficiente de atrito dos porceianatos e

granitos em superficie seca e superficie molhada 205

Tabela 5.15: Valores mdios de tamanho da cavidade (CCAV) e volume de material removido (V) durante o ensaio de abraso profunda das amostras de porcelanato e granito em estudo.. 207

Tabela 5.16: Resultados de desgaste por abraso utilizando-se o mtodo Amsler 208

Tabela 5.17: Avaliao superficial do desgaste superficial (PE) dos porceianatos em estudo 209

Tabela 5.18: Evoluo da perda de brilho em funo do nmero de rotaes

aplicadas no ensaio de abraso superficial PE dos porceianatos em estudo 209

Tabela 5.19: Resultados dos ensaios de resistncia ao ataque qumico

dos porceianatos em estudo 210

Tabela 5.20: Resultados dos ensaios de resistncia ao

ataque qumico dos granitos em estudo 212

VI

Lista de Tabelas

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Tabea 5.21: Valores do comprimento mdio da amostra ( R) em mm, o desvio mximo do comprimento (r) em relao mdia (R) - (DR) em %, espessura mdia da amostra (emdia) em mm,

desvio mximo da espessura em relao emdia em %,

retitude lateral mxima em relao ao comprimento mdio (Ret/R) em %, ortogonalidade mxima em relao ao comprimento

mdio (O/R) em %, curvatura central mxima em relao diagonal do comprimento mdio (CC/DR) em %, curvatura lateral mxima em relao ao comprimento mdio (CL/R) em % e empeo mximo em relao diagonal mdia (E/DR) em % dos porceianatos 213

Tabela 5.22: Caractensticas dimensionais das placas cermicas para

revestimento do tipo grs porcelanato (com superfcie superior a 410 cm^), conforme NBR 13818 214

Tabela 5.23: Valores do comprimento mdio da amostra ( R) em mm, o desvio mximo do comprimento (r) em relao mdia (R) - (DR) em %,

espessura mdia da amostra (emdia) em mm, desvio

mximo da espessura em relao emdia em %, retitude lateral

mxima em relao ao comprimento mdio (Ret/R) em %, ortogonalidade mxima em relao ao comprimento mdio (O/R) em %, curvatura central mxima em relao diagonal do

comprimento mdio (CC/DR) em %, curvatura lateral mxima em relao ao comprimento mdio (CL/R) em % e empeo mximo em relao diagonal mdia (E/DR) em % dos porceianatos 214

Tabela 5.24: Valores de densidade aparente dos porceianatos e granitos 215

Tabela 5.25: Coeficientes de dilatao trmica linear dos porceianatos e granitos

(faixa de temperatura de 25 a 325C) 216

VII

Lista de Figuras

LISTA DE FIGURAS

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Figura 1.1: Principais produtores mundiais de revestimentos no ano de 2000^ 01

Figura 1.2: Principais pases exportadores de placas cermicas no ano de 1999.^ 02

Figura 1.3: Principais pases importadores de placas cermicas em 1999.^ 02

Figura 1.4: Produo brasileira de revestimentos cermicos^ 03

Figura 1.5: Volume de exportao brasileira de pisos e azulejos^ 04 Figura 1.6: Destino das exportaes brasileiras de revestimentos cermicos^ 04

Figura 1.7: Consumo per capita de revestimentos cermicos^ 05

Figura 1.8: Evoluo da produo italiana de porcelanato e de

produtos obtidos por monoqueima^" 09

Figura 1.9: Crescimento da produo italiana de

porceianatos no esmaltados e esmaltados^" 09

Figura 1.10: Evoluo da produo espanhola de revestimentos cermicos^" 10

Figura 1.11: Evoluo da produo brasileira de grs porcelanato^" 11

Figura 2.1: Representao esquemtica do processo de

fabricao do grs porcelanato 19

Figura 2.2: Composies tpicas de grs porcelanato: (a) ciclo tradicional (temperatura de 1200-1250C ciclo de 30-50h), (b) ciclo rpido (temperatura de 1200-1230C e ciclo de 60-70 min)^^ 25

Figura 2.3: Espectro de difrao de raios-X da composio padro a

verde (I refere-se a ilita, K a caulinita, Q ao quartzo e FNa ao feldspato sdico)^ 41

Figura 2.4: Espectro de difrao de raios-X da composio padro

queimada (M refere-se a mulita, Q ao quartzo e FNa al feldspato sdico)^ 42

Figura 2.5: Micrografia eletrnica de varredura da superfcie de fratura

da composio padro sinterizada a 1190C^ 43

Figura 2.6: Micrografia eletrnica de varredura da superfcie de

fratura da composio padro sinterizada a 1190C

atacada quimicamente com cido fluordrico^^ 43

VIII

Lista de Figuras

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Figura 2.7: Micrografia eletrnica de varredura da superficie de fratura

da composio padro sinterizada a 1210C

atacada quimicamente com cido fluoridrico^^ 43

Figura 2.8: Contedo de quartzo das composies queimadas

versus contedo de quartzo da mistura calcinada^^ 44

Figura 2.9: Contedo de mulita (determinado por difrao de raios-X) versus contedo de caulim. A linha pontilhada

representa a quantidade terica de mulita que poderia se

formada a partir do caulim presente na composio^^ 45

Figura 2.10: Variao das coordenadas cromticas L* e b* em

funo da proporodas fases cristalinas nas composies

queimadas^^ 46

Figura 2.11: Correlao entre resistncia mecnica (QR) e porcentagem de caulim nas composies C1 a C4^^ 47

Figura 2.12: Correlao entre tenacidade (Kic) e tamanho do defeito crtico (ac) em funo da porcentagem de caulim presente nas composies C l a C4^^ 48

Figura 2.13: Micrografia eletrnica de varredura da composio C1^^ 49

Figura 2.14: Micrografia eletrnica de varredura da composio C4^^ 49

Figura 2.15: rea de reteno de mancha em produtos queimados a 1180C (lOOO^m), 1200C (lOOO^m) e 1210C (1000^m)" 50

Figura 2.16: rea de poros na amostra e rea nas quais a mancha permanece aps a limpeza (lOOO^m)^^ 51

Figura 2.17: Processo inicial de polimento dos porceianatos atravs

da retificao da superfcie utilizando rebolos diamantados^^ 52

Figura 2.18: Polimento em equipamento com sistema rotativo

contendo de 6 a 8 rebolos abrasivos base de SiC^ 53

Figura 2.19: Equipamentos para retfica dos lados das peas,

visando a eliminaode rebarbas e o ajuste da ortogonalidade dos produtos^ 53

IX

Lista de Figuras

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Figura 2.20: Superfcie dos produtos 2 e 3 aps as fases de

retfica em laboratrio com discos abrasivos

diamantados de (a) 60|am, (b) 22^m e (c) 1 4 ^ m ^ 56 Figura 2.21 : Modelo esquemtico da evoluo do comprimento

mdio das fissuras superficiais, em cm,

em funo do tempo de retfica/polimento^ 58

Figura 2.22: Dureza Vickers em funo da carga aplicada para (a) produto A, (b)produto B, (c) produto C, (d) produto D e (e) produto E^ 60

Figura 2.23: Micrografia eletrnica de varredura do produto E: (a) superfcie ps queima, (b) superfcie polida industrialmente e (c) superfcie polida em laboratrio^ 61

Figura 2.24: Micrografia eletrnica de vanredura do produto D:

(a) superfcie polida industrialmente e (b) (b) superfcie polida em laboratrio^ 61

Figura 2.25: Micrografia eletrnica de van-edura do produto A:

(a) superfcie psqueima, (b) superfcie polida (b) industrialmente e (c) superfcie polida em laboratrio^ 61

Figura 2.26: Porcelanato tipo tinta nica 62

Figura 2.27: Porcelanato tipo granito ou "sal e pimenta" 62

Figura 2.28: Porcelanato tipo variegado ou matizado 62

Figura 2.29: Porcelanato tipo mrmore 63

Figura 2.30: Porcelanato tipo macrogranito 63

Figura 2.31 : Diagramas de compactao"^ 66

Figura 2.32: Evoluo da densidade aparente e da absoro de

gua em funo da temperatura de queima"^ 67

Figura 2.33: Microestrutura da composio STD a 1212C''^ 68

Figura 2.34: Microestmtura da composio M-103 a 1206C''^ 68

Figura 2.35: Microestrutura da composio M-104 a 1160C''^ 68

Figura 2.36: Microestmtura da composio M-105 a 1120C''^ 69

Figura 2.37: Distribuio do tamanho de poros das composies"^ 69

Lista de Figuras

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Figura 2.38: Evoluo da microestrutura da composio STD

em funo da temperatura de queima"^ 70

Figura 2.39: Evoluo da microestrutura da composio M-105

em funo da temperatura de queima"^ 72

Figura 2.40: Evoluo do contedo de mulita em funo da temperatura de queima"^ ....73

Figura 2.41 : Evoluo da densidade aparente em funo da

temperatura de queima para as composies"" 74

Figura 2.42: Tubo de emisso de raios-X^" 90

Figura 2.43: Curvas de tenso versus deformao para um material

frgil e um dct i l " 98

Figura 2.44: Relao entre fora e separao" 99

Figura 2.45: Tenses numa trinca elpt ica" 102

Figura 2.46: Representao esquemtica dos critrios de Irwin e

Griffith. Tenso de ruptura em funo do raio

de curvatura na extremidade da falha cr i t ica" 103

Figura 2.47: Diagrama de Weibu l l " 106

Figura 4.1 : Classificao dos resultados do teste de resistncia ao

manchamento. (S= mancha removida, N= mancha no removida)^ 128 Figura 4.2: Ilustrao do tanque termosttico utilizado na fervura dos

produtos em estudo 131

Figura 4.3: Ilustrao do crmetro utilizado para medida da carga de

ruptura dos produtos em estudo 132

Figura 4.4: Esquema de um abrasmetro PEI^ 134

Figura 4.5: Recipiente do abrasmetro PEI^ 135

Figura 4.6: Caixa padro de observao^ 135

Figura 4.7: Posio padro do observador^ 137

Figura 4.8: Abrasmetro CAP para medir abraso profunda de

produtos no esmaltados 138

Figura 4.9: Medida do comprimento da cavidade aps o ensaio de

abraso profunda^ 139

xi JOMISSAO WACiCNAL OE F .N tKO i i N U C L E A R / S P IFt@

Lista de Figuras

Pgina

Figura 4.10: Ilustrao do deslizador "Slipperiness Meter" utilizado

para medio do coeficiente de atrito dinmico dos produtos em estudo.. 141

Figura 4.11: Dataplucmetro utilizado para avaliao das caractersticas

dimensionais dos porceianatos e granitos 146

Figura 4.12: Medida da ortogonalidade dos lados^ 147

Figura 4.13: Medida do desvio percentual do empeo^ 148

Figura 4.14: Medida do desvio percentual da curvatura centraP 148

Figura 4.15: Medida do desvio percentual da curvatura lateraP 149

Figura 4.16: Medida do desvio percentual da retitude dos lados^ 149

Figura 4.17: Ilustrao do forno Lindberg utilizado nas queimas das amostras 152

Figura 5.1: Aspecto da superfcie das amostras NPGRAF aps o ensaio

de manchas em diferentes etapas de limpeza 164

Figura 5.2: Aspecto da superfcie das amostras NNGRAF aps o ensaio


Figura 5.3: Aspecto da superfcie das amostras NPBRAN aps o ensaio


Figura 5.4: Aspecto da superfcie das amostras IPPAR aps o ensaio


Figura 5.5: Aspecto da superfcie das amostras IPBAR aps o ensaio


Figura 5.6: Aspecto da superfcie das amostras INBAR aps o ensaio


Figura 5.7: Aspecto da superfcie das amostras EPTEN aps o ensaio de

manchas em diferentes etapas de limpeza 168

Figura 5.8: Aspecto da superfcie das amostras EPNEV aps o ensaio de


Figura 5.9: Aspecto da superfcie das amostras ENTRAT aps o ensaio de


Figura 5.10: Aspecto da superfcie dos porceianatos aps o ensaio de

manchas com tinta de caneta em diferentes etapas de limpeza 170

Figura 5.11: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra NNGRAF 171

XII

Lista de Figuras

Pgina

Figura 5.12: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra NPBRAN 171

Figura 5.13: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra IPPAR 171

Figura 5.14: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra IPBAR 172

Figura 5.15: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra INBAR 172

Figura 5.16: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra ENTRAT 172

Figura 5.17: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra EPTEN 173

Figura 5.18: Curva de distribuio de tamanho de poros para a amostra EPNEV 173

Figura 5.19: Anlise de imagens da amostra EPNEV manchada com xido

de ferro e lavada em gua quente 176

Figura 5.20: Anlise de imagens da amostra EPNEV manchada com xido

de cromo e lavada em gua quente 176

Figura 5.21 : Anlise de imagens da amostra INBAR padro (sem manchamento) 176 Figura 5.22: Anlise de imagens da amostra IPBAR manchada com xido


Figura 5.23: Anlise de imagens da amostra IPPAR manchada com xido de

ferro e lavada em gua quente 177

Figura 5.24: Anlise de imagens da amostra NPBRAN manchada com xido


Figura 5.25: Anlise de imagens da seo transversal da amostra NPBRAN 178

Figura 5.26: Comparao entre as superficies polidas dos porceianatos "tinta nica" 178

Figura 5.27: Comparao entre as superficies polidas dos porceianatos

"sal e pimenta" 179

Figura 5.28: Micrografias eletrnicas de vanredura da regio central da

superficie dos porceianatos polidos (aumento de 200X) 180 Figura 5.29: Micrografias eletrnicas de varredura da superficie prxima

a regio lateral dos porceianatos polidos (aumento de 200X) 181 Figura 5.30: Micrografias eletrnicas de varredura da seo transversal

dos porceianatos "tinta nica" polidos (aumento de 250X) 182 Figura 5.31: Micrografia eletrnica de varredura da amostra NPPER onde

mostra (a) um poro preenchido por material da matriz e (b) a seo transversal com um aumento maior 183

W.SSAO NACiOKAl OE tNL

Lista de Figuras

Pgina

Figura 5.32: Micrografia eletrnica de varredura de (a) poro grande da amostra EPNEV e (b) poro grande da amostra IPPAR 184

Figura 5.33: Micrografias eletrnicas de varredura da seo transversal

da amostra NPBRAN em trs regies distintas: (a) prxima face polida, (b) prxima ao meio e (c) prxima

ao tardoz da pea (aumento de 100X) 185 Figura 5.34: Micrografias eletrnicas de varredura da seo transversal

da amostra NPPER em trs regies distintas: (a) prxima face polida, (b) prxima ao meio e (c) prxima ao tardoz da pea (aumento de 100X) 186

Figura 5.35: Micrografias eletrnicas de varredura da seo transversal da

amostra IPPAR em trs regies distintas: (a) prxima face polida, (b) prxima ao meio e (c) prxima ao tardoz da pea (aumento de 100X) 187

Figura 5.36: Micrografias eletrnicas de varredura da seo transversal

da amostra EPNEV em trs regies distintas: (a) prxima face polida, (b) prxima ao meio e (c) prxima ao tardoz da pea (aumento de 50X) 188

Figura 5.37: Anlise de imagem da superficie do granito GCAP manchada

com xido de cromo 190

Figura 5.38: Anlise de imagem da superficie do granito GCINZ manchada


Figura 5.39: Anlise de imagem da superficie do granito GBRAN manchada


Figura 5.40: Anlise de imagem da superficie do granito GCAFE manchada


Figura 5.41 : Anlise de imagem da superficie do granito GPRET manchada


Figura 5.42: Aspecto da superficie das amostras GCAP aps o ensaio de


XIV

Lista de Figuras

Pgina

Figura 5.43: Aspecto da superficie das amostras GCINZ aps o ensaio de


Figura 5.44: Aspecto da superficie das amostras GBRAN aps o ensaio de


Figura 5.45: Aspecto da superficie das amostras GCAFE aps o ensaio de


Figura 5.46: Aspecto da superficie das amostras GPRET aps o ensaio de


Figura 5.47: Correlao entre a porosidade total e o mdulo de ruptura

das amostras de grs porcelanato 199

Figura 5.48: Micrografias da superficie (regio prxima ao centro da pea e regio prxima a lateral da pea) e da seo transversal dos porceianatos naturais 199

Figura 5.49: Micrografias da superficie (regio prxima ao centro da pea e regio prxima a lateral da pea) e da seo transversal

dos porceianatos polidos 200

Figura 5.50: Micrografias da superficie (regio prxima ao centro da pea e regio prxima a lateral da pea) e da seo transversal do porcelanato NPPER 201

Figura 5.51 : Diagrama de Weibull dos porceianatos em estudo 202

Figura 5.52: Micrografias da seo transversal da amostra NPBIAN 202

Figura 5.53: Diagrama de Weibull dos granitos em estudo 203

Figura 5.54: Amostras de granitos em estudo 205

Figura 5.55: Micrografia eletrnica de varredura da amostra da superficie

prxima a regio lateral do porcelanato NPBRAN: (a) aumento de 2400 vezes, (b) aumento de 300 vezes 217

Figura 5.56: Resultados da microanlise por espectroscopia por

disperso de energia de raios-X (EDS) do ponto 1 da figura 5.55(b) 217 Figura 5.57: Resultado da microanlise por espectroscopia por

disperso de energia de raios-X (EDS) do ponto 2 da figura 5.55 (b) 218 Figura 5.58: Resultado da microanlise por espectroscopia por

disperso de energia de raios-X (EDS) do ponto 3 da figura 5.55(b) 218

XV

Lista de Figuras

Pgina

Figura 5.59: Micrografia eletrnica de varredura da amostra da

superfcie prxima a regio central do porcelanato NPBRAN:

(a) aumento de 600 vezes e (b) aumento de 2400 vezes 219 Figura 5.60: Micrografia eletrnica de varredura da amostra da

superfcie prxima a regio central do porcelanato NPBRAN:

(a) aumento de 2000 vezes e (b) aumento de 2400 vezes -regio com poro de grande tamanho 219

Figura 5.61 : Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de

energia de raios-X (EDS) do ponto 1 da figura 5.60(a) 220 Figura 5.62: Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de

energia de raios-X (EDS) do ponto 2 da figura 5.60(a) 220 Figura 5.63: Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de

energia de raios-X (EDS) do ponto 3 da figura 5.60 (a) 220 Figura 5.64: Micrografia eletrnica de varredura da amostra da superfcie

prxima a regio central do porcelanato EPNEV: (a) aumento de 200 vezes - feixe de eltrons secundrios

e (b) aumento de 2400 vezes 221 Figura 5.65: Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de

energia de raios-X (EDS) do ponto 1 da figura 5.64(b) 221 Figura 5.66: Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de


energia de raios-X (EDS) do ponto 3 da figura 5.64(b) 222 Figura 5.68: Micrografia eletrnica de van-edura da amostra da superfcie

prxima a regio lateral do porcelanato IPPAR: (a) aumento de 200 vezes e (b) aumento de 2400 vezes 222

Figura 5.69: Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de


energia de raios-X (EDS) do ponto 2 da figura 5.68(b) 223

XVI

Lista de Figuras

Pgina

Figura 5.71 : Resultado da microanlise por espectroscopia por disperso de

energia de raios-X (EDS) do ponto 3 da figura 5.68 (b) 223 Figura 5.72: Micrografias eletrnicas de varredura de vrias regies

da amostra NPPER 224

Figura 5.73: Resultados da microanlise por EDS das regies

apresentadas na figura 5.72(c) 225 Figura 5.74: Resultados da microanlise por EDS das regies

apresentadas na figura 5.72(d) 225 Figura 5.75: Micrografias da superficie da amostra NPBIAN que

mostra a presena de "poros prrenchidos" 226

Figura 5.76: Micrografias da seo transversal da amostra NNBIAN 226

Figura 5.77: Curva de anlise trmica diferencial/termogravimtrica

da massa do porcelanato NPBRAN 227

Figura 5.78: Curva de dilatao trmica linear do porcelanato NPBRAN a verde 228

Figura 5.79: Retrao linear das amostras do porcelanato NPBRAN

em funo da temperatura de queima 229

Figura 5.80: Evoluo das porosidades total, aberta e fechada em funo

da temperatura de queima do porcelanato NPBRAN 230

Figura 5.81: Evoluo da microestrutura do porcelanato NPBRAN

de 800 a 1100C. (aumentos de 2500X e 5000X) 231 Figura 5.82: Evoluo da microestrutrura do porcelanato NPBRAN

em funo da temperatura de queima de 1200 a 1220C.

(aumento de 500X utilizando-se feixe de eltrons secundrios (SE) e retroespalhados (BSE)) 232

Figura 5.83: Evoluo da microestrutrura do porcelanato NPBRAN em

funo da temperatura de queima de 1230 a 1250C. (aumento de 500X utilizando-se feixe de eltrons secundrios (SE) e retroespalhados (BSE)) 233

OMiSSAO mCiCKn iiE t r . ' l iKGIA N U G L E A H / S P Pti> XVII

1. Introduo

1. INTRODUO

As indstrias de revestimentos cermicos, cuja produo mundial, seguindo uma tendncia crescente, j ultrapassou cerca de 3,0 bilhes de metros quadrados por ano, vem sofrendo uma significativa evoluo tecnolgica, o que tem permitido uma expanso

cada vez maior no emprego desses materiais em vrios tipos de edificaes\

A produo mundial de revestimentos cermicos apresenta uma concentrao

acentuada em cinco paises: Itlia, China, Espanha, Brasil e Turquia, os quais respondem

por cerca de 60% desta produo^ (figura 1.1). As figuras 1.2 e 1.3 apresentam os principais pases exportadores e importadores mundiais de revestimento cermico (piso e azulejo).

No ano de 2000, o parque fabril nacional registrou um aumento na capacidade

instalada de 9 ,1%, atingindo 536,7 milhes de m^, dos quais foram produzidos 452,7

milhes de m^, volume superior em 5,6 % sobre o ano anterior (figura 1.4).

700

600

o 500 5

400 d)

O

i 300 !0 E 200

100

O

t 1 PI 1 y Itlia Espanha Brasil China Turquia

Figura 1.1: Principais produtores mundiais de revestimentos no ano de 2000".

UWiSSAO NAC.CNAi ik > r.c.HGIA NUCLEAH/SP Kt*

1. Introduo

Conforme mostram as figuras 1.1 e 1.2, o Brasil desponta como o 3 maior produtor e

4- exportador mundial, apesar do produto brasileiro possuir um valor mdio (faturamento dividido pela produo) correspondente a 63% do produto espanhol, uma vez que esses paises tm quase o mesmo nvel de produo. Se for comparado ao produto italiano, este

percentual de preo diminui para 52%".

450

400

350

i 300 Z 250 o

200 I 150

100

50

O Itlia Espanha Turquia Brasil Mxico

Figura 1.2: Principais pases exportadores de placas cermicas no ano de 1999.'

160

140

120 o

J 100

a 80 M 0)

I 60

40

20

O

i

l

i

i3 1 -

Alemanha EUA Frana U.K. Grcia

Figura 1.3: Principais paises importadores de placas cermicas em 1999.^

1. Introduo

O volume de exportao brasileiro baixo, ou seja, o Brasil exporta pouco mais de 10% de sua produo, enquanto a Itlia e Espanha exportam 64 e 49%, respectivamente.

A figura 1.5 apresenta o volume de exportao brasileira de pisos e azulejos cermicos e a figura 1.6 mostra o destino destas exportaes. A Amrica do Norte

importou 46,5% do volume total de exportao brasileira e, cerca de 7,5% de produtos

nacionais foi destinado Europa. Quase metade dos produtos nacionais exportados foi destinada a mercados altamente exigentes em relao qualidade dos produtos. Foram

exportados 47,5 milhes de m^ durante o ano de 2000, o que resultou em US$ 182 milhes para a balana comercial nacional^.

500

450

400

0 350 ~ | 300 250 IA

>o 200

1 150-1 100

50

O

4m

25

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Figura 1.4: Produo brasileira de revestimentos cermicos^

No Brasil existem quatro principais plos produtores de revestimentos cermicos,

so eles^:

Regio de Cricima - Santa Catarina (33%) Regio da grande So Paulo - Capital incluindo Diadema, So Caetano

do Sul, Suzano e Jundia I (59%) Regio de Mogi Guau - So Paulo

Regio de Santa Gertrudes/Cordeirpolis - So Paulo

1. Introduo

50

45

40

35

30

25 (A d)

>o 20

1 15 10

5

O

o c

0) o

1991 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Figura 1.5: Volume de exportao brasileira de pisos e azulejos .

Amrica do Norte 46,5%

Oceania 2,5%

Amrica Latina 19,0%

Asia 1,0%

Europa 7,5%

Africa 4,0%

\ IVIercosul 19,5%

Figura 1.6: Destino das exportaes brasileiras de revestimentos cermicos

Apesar do Brasil ser um dos maiores produtores e consumidores mundiais de

revestimentos cermicos, seu consumo per capita relativamente baixo (cerca de 2,2 m^/hab/ano como verificado na figura 1.7) quando comparado por exemplo Espanha (5,5 m^/hab/ano) e Itlia (3.1 m%ab/ano). Isto demonstra que existe no Brasil um potencial ainda maior para produo e consumo destes revestimentos cermicos".

1. Introduo

'. O

0)

o c ra

'4-*

c o- ra o E 3 (A C O

o

ra

Espanha Taiwan Portugal Itlia Brasil EUA

Figura 1.7: Consumo per capita de revestimentos cermicos .

Os revestimentos cermicos podem ser classificados conforme^:

sua superfcie: esmaltados e no esmaltados

seu processo de conformao: extrudados e prensados

tipo de tratamento trmico: biqueima e monoqueima

caractersticas de absoro, onde recebe uma denominao de uso comercial tal como

porcelanato, grs, semi-grs, semi-poroso e poroso (conforme tabela 1.1)

Tabela 1.1: Classificao dos revestimentos cermicos segundo as caractersticas de

absoro de gua e resistncia ruptura.

Produto ISO Absoro de gua Mdulo de resistncia Carga de ruptura 13006 (%) (N/mm') (N)

Porcelanato Bla OaO.5 > 3 5 > 1300 Grs BIb 0.5 a 3 > 3 0 > 1100 Semi-grs Blla 3 a 6 > 3 2 > 1000 Semi-poroso Bllb 6 a 10 > 1 8 >800 Poroso Blll >10 > 15 >600

1. Introduo

Os produtos que competem com os revestimentos cermicos no mercado so

principalmente: revestimentos com argamassa e pintura, revestimento com laminados

melamnicos, revestimentos txteis, revestimentos de madeira, revestimentos de rochas

omamentais, laminados de madeira e concreto aparente. A preferncia do consumidor

muitas vezes est relacionada ao custo.

Como os revestimentos cermicos so de fcil limpeza e apresentam alta

durabilidade da superfcie, estes geralmente possuem uma maior vida til, o que

representa uma grande vantagem quando comparado aos demais tipos de revestimentos

concorrentes. Uma outra caracterstica dos revestimentos cermicos que resulta em mais

uma vantagem em relao aos seus concorrentes a possibilidade de se produzir peas

com maior tamanho, o que favorece a rapidez de colocao e obteno de um melhor

efeito esttico.

Aps o desenvolvimento da queima rpida (monoqueima), que caracterizou o final dos anos 70 e boa parte dos anos 80, a segunda grande revoluo no setor cermico deu-

se com a concepo do grs porcelanato, produto este que se difere dos demais tipos de

revestimentos cermicos devido ao seu processo de produo altamente tecnolgico, o

qual envolve uma queima em ciclos rpidos a temperaturas entre 1200 a 1250C. Devido

ao alto nvel de qualidade de suas matrias-primas, elevado grau de moagem, alto teor de

fundentes e alta fora de compactao, o processo de fabricao resulta em produtos com

baixa porosidade (inferior a 0,5%) e elevada perfomnance tcnica (resistncia mecnica, qumica e ao gelo).

A tipologia grs porcelanato abrange produtos no esmaltados (comumente denominados de porcelanato tcnico), bem como produtos esmaltados. O porcelanato no esmaltado geralmente apresenta uma absoro de gua inferior a 0 ,1%, j os produtos esmaltados podem apresentar valores de absoro inferiores a 0,5%.

A produo de grs porcelanato mundial tem aumentado progressivamente nos

ltimos dois anos. O crescimento da produo mundial do porcelanato, e

conseqentemente, das vendas, atribudo grande receptividade pelo mercado, no s

italiano e europeu, mas tambm mundial. A capacidade produtiva mundial de grs

porcelanato estimada atualmente em aproximadamente 400 milhes de m^/ano.

1. Introduo

Os principais pases produtores de grs porcelanato com o nmero aproximado de

empresas so":

- Itlia (superior a 30 empresas); - China (superior a 30 empresas); - Taiwan (superior a 20 empresas); - Frana e Alemanha (superior a 7 empresas); - Malsia (superior a 5 empresas); - Tailndia, Indonsia, Espanha, Brasil e ndia (superior a 4 empresas); - Polnia, Repblica Tcheca e Eslovnia, Turquia, Cora do Sul, Japo, Filipinas,

Sirilanca, Argentina, USA, Venezuela e Man-ocos (inferior a 4 empresas).

Atualmente o volume de produo de porceianatos na Itlia, que foi o pas pioneiro

na fabricao desta tipologia de produto, j ultrapassou 50% da produo total de revestimentos cermicos deste pas. Acompanhando esta tendncia, a Espanha e o Brasil

tambm esto investindo nesta tipologia atravs do aumento de sua capacidade instalada

de produo e desenvolvimento de tecnologia produtiva.

Analisando-se a produo italiana de revestimentos cermicos em funo da

tipologia de produtos (tabela 1.2) verifica-se que o grs porcelanato apresentou um crescimento notvel (figura 1.8), principalmente, quando comparado aos produtos convencionais obtidos por monoqueima. Deve-se ressaltar tambm que o porcelanato

esmaltado tem apresentado uma taxa de crescimento elevada quando comparada ao

produto no esmaltado (figura 1.9).

Quando se analisa a produo espanhola de revestimentos cermicos em funo da tipologia de produtos (tabela 1.3), observa-se que a produo de grs porcelanato tambm vem crescendo gradativamente (figura 1.10), no com a mesma intensidade da Itlia. No ano de 2000, a produo de porceianatos na Espanha atingiu 5,5% da produo

total de revestimentos cermicos, muito baixa quando comparada Itlia (42%).

1. Introduo

Tabela 1.2: Produo italiana de revestimentos cermicos em funo da tipologia de produtos .

Descrio Produo (milhes de m )^ Descrio 1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Monoqueima 260,9 283,5 320,4 351,9 341,3 328,2 299,3 282,5 259,7

Biqueima 91,7 86,9 92,4 93,8 87,6 85,5 83,3 76,1 72,9

Porcelanato

No esmaltado - - - - - 102,6 120,8 127,8 143,3

Porcelanato

Esmaltado

24,7 56,1 90,7 125,2

Total de Porcelanato

46,9 55,6 64,4 82,7 95.1 127,3 176,8 218,5 268,5

Outros produtos

35,1 32,7 33,0 33,8 30,4 31,2 29,5 29,2 30,7

Produo Total 434,6 458,7 510,2 562,2 554,4 572,2 588,9 606,3 631,8

Tabela 1.3: Produo espanhola de revestimentos cermicos em funo da tipologia de produtos^.

Descrio Produo (milhes de m )^ Descrio 1995 1996 1997 1998 1999 2000

Produtos

extrudados

20,0 19,7 18,4 36,7 27,6 27,4

Porcelanato 13,8 14,1 16,5 24,0 29,8 34,4

Revestimento

para parede

196,6 199,7 224,1 264,5 258,4 237,5

Revestimento

para piso

(esmaltado) 169,6 189,9 226,0 238,8 286.2 321,7

Produo Total 400,0 423,4 485,0 564,0 602,0 621,0

1. Introduo

400

350

300

-S 250

f 200

150

100

50

Monoqueima -Total de Porcelanato

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Ano

Figura 1.8: Evoluo da produo italiana de porcelanato e de produtos obtidos por 10

monoqueima .

300

250

^ 200 a

150 o m _^^

=J

2 100 o.

50

- Porcelanato No Esmaltado - Porcelanato Esmaltado Total de Porcelanato

1992 1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 Ano

Figura 1.9: Crescimento da produo italiana de porceianatos no esmaltados e

esmaltados^".

1. Introduo

700

600

O) "O to

,s

500

400

| 3 0 0

200

100

Prcxjutos extrudados - Porcelanato Revestimento para parede

-Revestimento para piso - Produo Total

1995 1996 1997 1998 Ano

1999 2000

Figura 1.10: Evoluo da produo espanhola de revestimentos cermicos 10

Quando se avalia a produo brasileira de porcelanato nos ltimos quatro anos (figura 1.11), tambm se verifica um crescimento gradual. No ano de 2000, a produo brasileira de grs porcelanato foi estimada em 4 milhes de m ,^ representando cerca de

0,9% da produo total de revestimentos cermicos^".

^ Atualmente as empresas fabricantes de grs porcelanato no Brasil so: Cecrisa

(MG), Eliane (SC), Elizabeth (PB) e Portobello (SC). A capacidade instalada no Brasil para produo de grs porcelanato de 1,29 milhes de m^/ms, sendo 410 mil mVms de

porceianatos esmaltados e 880 mil m^/ms de porceianatos no esmaltados. A produo

nacional de grs porcelanato (setembro de 2001) foi de 765 mil m^/ms, sendo 170 mil m^/ms de produtos esmaltados e 595 mil m^/ms de produtos no esmaltados^". Muitas

outras empresas brasileiras de revestimentos cermicos esto se preparando para

produo de grs porcelanato.

OMISSO KAClCNl CF F.lNh-iGi NUCLtAH/SP P .^* 10

1. Introduo

1997 1998 1999 Ano

2000

Figura 1.11: Evoluo da produo brasileira de grs porcelanato 10

No Brasil, a indstria de Revestimentos Cermicos Eliane (SC) foi a pioneira em 1996 na fabricao de grs porcelanato no esmaltado, com um design an-ojado, com uma capacidade de produo de 90 mil m^ /ms. No ano de 1998, esta empresa investiu em

modernos equipamentos, infraestrutura, treinamento e pessoal e conseguiu aumentar sua

produo para cerca de 150 mil m^/ms". A produo durante o ano de 1999 atingiu

aproximadamente 240 mil m^/ms. Atualmente, a sua produo continua na faixa de 240

mil m^/ms. A tabela 1.4 apresenta algumas caractersticas de produo e perspectivas de

mercado da Eliane.

Tabela 1.4: Caractersticas de produo e perspectiva de mercado da empresa Eliane".

Empresa: ELIANE Produo atual Cerca de 240 mil m^/ms Tipos de porceianatos produzidos

Natural (35% da produo) e polido (65% da produo)

Tcnicas de decorao empregadas

Mistura de ps, duplo carregamento e serigrafia (sais solveis de ons cromforos)

Decorao Desenvolvida no Brasil com a assistncia dos fornecedores (colorifcios)

Matrias-primas Todas nacionais, excetuando-se os corantes Perspectiva de mercado Crescimento

11

1. Introduo

Alm da Eliane, a Cecrisa (MG) iniciou a produo de grs porcelanato esmaltado em 1998, e em 1999 produziu cerca de 50 mil m^/ms. Em junho de 2001, a Cecrisa iniciou a produo de porcelanato tcnico, natural e polido. Atualmente sua produo mdia est

na faixa de 170 mil m^/ms, sendo 70 mil m^ referentes a produtos esmaltados e 100 mil m^

referentes a produtos no esmaltados". Atualmente a nica empresa a produzir

porceianatos no formato 60X120 cm na tipologia "massa plena" com a utilizao de carros

"Roll Feed"^. A tabela 1.5 apresenta algumas caractersticas de produo e perspectivas

de mercado da Cecrisa.

Tabela 1.5: Caractersticas de produo e perspectiva de mercado da empresa Cecrisa 11

Empresa: CECRISA Produo atual Cerca de 170 mil m^/ms Tipos de porceianatos produzidos

Esmaltado (40% da produo) No esmaltado (60% da produo)

Tcnicas de decorao empregadas

Decorao por rolos e serigrafia para os produtos esmaltados Misturas de ps, duplo carregamento, serigrafia e "Roll Peed"


Matrias-primas Todas nacionais, excetuando-se os corantes e pigmentos

Perspectiva de mercado - Crescimento

Em outubro de 2000, a Portobello iniciou a produo de grs porcelanato no

esmaltado. Atualmente sua produo de 250 mil m^/ms, sendo 150 mil m^/ms de

porcelanato tcnico e lOOmil m^/ms de produtos esmaltados". A tabela 1.6 apresenta

algumas caractersticas de produo e perspectivas de mercado da Portobello.

12

1 . Introduo


Portobello 11

Empresa: PORTOBELLO Produo atual Cerca de 250 mil m^/ms Tipos de porceianatos produzidos 60% da produo refere-se a porcelanato

tcnico 40% da produo refere-se a porcelanato esmaltado

Tcnicas de decorao empregadas Duplo carregamento, mistura de ps e "Roll Feed"


Matrias-primas Todas nacionais, excetuando-se os corantes e pigmentos

Perspectiva de mercado - Crescimento

Alm dos trs produtores de grs porcelanato nacionais citados, cabe ressaltar que

desde setembro de 2000, a INCEPA (PR) iniciou a comercializao de 10 a 15 mil m^/ms de porceianatos polidos e naturais importados da Espanha (Roca). Outros produtos importados disponveis no mercado brasileiro so: Pamesa (Espanha), Ital Graniti (Itlia), Atlas Concorde (Itlia) e Zanon (Argentina)".

No incio de 2001, a Cermica Elizabeth (PB) iniciou a produo de grs porcelanato e sua produo atual de 105 mil m^/ms de produtos naturais e polidos. As tcnicas de

decorao empregadas so mistura de ps ("sal e pimenta") e duplo carregamento^".

No mercado de revestimentos cermicos, os principais concon-entes do grs porcelanato so as pedras naturais (mrmores e granitos). No ano de 2000 a produo mundial de mrmores e granitos foi de 55 milhes de toneladas/ano, sendo que 70% desta produo destinada a placas para revestimento (60% para pisos, 16% para fachadas, 14% para paredes internas e 10% para acabamentos), 15% para peas funerria, 10% para obras estruturais e 5 % para outros ramos. O consumo estimado mundial de 600 milhes de m /^ano^ .^

13

1. Introduo

14

O Brasil caracterizado como grande produtor de rochas granticas (cerca de 60%) e subordinadamente mrmores (cerca de 20%) e ardsias. So cerca de 500 variedades comerciais provenientes de aproximadamente 1.300 frentes de lavra.

No ano de 2000, a produo brasileira de mrmores e granitos foi estimada em 3.92

milhes de toneladas, sendo que 75% desta produo refere-se aos granitos e 25% aos

mmnores^^.

Apesar do aumento sensvel da produo de grs porcelanato no Brasil, ainda h

uma carncia de conhecimentos cientficos e tecnolgicos e uma escassez de informaes,

tanto na literatura nacional como internacional, sobre o processo de produo, tais como a

correlao entre as matrias-primas existentes, processo de fabricao e propriedades

finais do produto.

A pouca literatura existente tem sido originada nos pases lderes de produo de

grs porcelanato (Itlia e Espanha) e se restringe a estudos envolvendo produtos e condies de fabricao caractersticos de tais pases. No Brasil, no se tem conhecimento

de nenhuma literatura, por parte da comunidade cientfica, visando um estudo amplo de tal

produto, desde matrias-primas potenciais para a fabricao, adequao da tecnologia de

produo realidade nacional, correlao das caractersticas qumicas das matrias-

primas nacionais com a microestrutura e propriedades qumicas, fsicas e mecnicas.

Enfim, praticamente inexistente a contribuio brasileira cientfica e tecnolgica ao

desenvolvimento do porcelanato nacional, objetivando alavancar a competitividade mundial da indstria brasileira.

Sendo assim, o objetivo desta tese de doutorado foi realizar um estudo amplo das propriedades fsicas, qumicas e mecnicas do grs porcelanato con-elacionando-as com a

microestrutura e fases formadas, possibilitando o desenvolvimento de produtos nacionais

com caractersticas tcnicas compatveis aos produtos europeus, considerados pelo

mercado mundial como lderes de qualidade. Alm disso, tambm foram estudadas as

propriedades fsicas, qumicas e mecnicas de granitos, os quais so os principais

revestimentos concorrentes dos porceianatos.

2. Reviso de Literatura

2. REVISO DE LITERATURA

2.1. O Produto Grs Porcelanato

O nome grs porcelanato derivou das seguintes terminologias:

"Grs", que nada mais que um material cermico com estrutura compacta, caracterstica

de uma fase cristalina imersa em uma fase vtrea,

"Porcelanato", terminologia esta que se refere s caractersticas tcnicas do produto, as

quais se assemelham s da porcelana.

O desenvolvimento do grs porcelanato possibilitou a extenso do uso de materiais

cermicos para locais de domnio de pedras naturais, os quais possuem uma resistncia

abraso mais elevada do que os produtos cermicos esmaltados.

Dentre as principais caractersticas apresentadas por este produto, pode se

destacar: alta resistncia abraso, baixo valor de absoro de gua, alta resistncia

mecnica, alta resistncia ao ataque qumico (cidos e lcalis), alta dureza, resistncia ao gelo, uniformidade de cores, facilidade de manuteno e amplas possibilidades de

decoraes.

A tabela 2.1 apresenta as especificaes para o grs porcelanato segundo a Norma

Internacional ISO 13006.

Quando os produtos do tipo grs porcelanato comearam a ser fabricados na Itlia, estes se constituam em placas cermicas no esmaltadas, naturais ou polidas. Porm, em

funo de uma solicitao de mercado, o qual passou a exigir "designs" cada vez mais

diferenciados e sofisticados, os fabricantes passaram a produzir o grs porcelanato

esmaltado, cujo mercado tem se expandido amplamente na Itlia. Porm, existe uma dvida com relao terminologia de grs porcelanato referente a questo do produto ser

ou no esmaltado. De acordo com a Norma ISO 13006, o grs porcelanato classificado

como revestimento cermico para piso e parede produzido por prensagem a seco com

valor de absoro de gua inferior a 0,5% (medido de acordo com o procedimento de ensaio descrito na Norma ISO 10545). Conforme esta descrio, o porcelanato classificado como grupo de absoro Bla. Alm disso, a Norma salienta que, dentre suas

caractersticas tcnicas, o porcelanato possui alta resistncia mecnica e alta resistncia

15


ao gelo. Sendo assim, a terminologia de grs porcelanato engloba produtos no

esmaltados e esmaltados^".

Tabela 2.1: Especificaes para o grs porcelanato segundo a Norma Internacional ISO

13006 15

Caractersticas Tcnicas Especificaes da Norma ISO 13006 Caractersticas Tcnicas Esmaltado No esmaltado

Largura e comprimento (%) 0,5 0,5 Espessura (%) 5,0 5,0 Retitude de lados (%) 0,5 0,5 Ortogonalidade (%) 0,6 0,6 Planaridade (%) 0,5 0,5 Curvatura central 0,5 0,5 Curvatura lateral 0,5 0,5 Empeo 0,5 0,5 Absoro de gua (%) 35 Carga de ruptura (N) para e> 7,5 mm >1300 >1300 Carga de ruptura (N) para e< 7,5 mm >700 >700 Resistncia abraso profunda (mm^) - Mx 175 Resistncia abraso superficial (PEI) A declarar -Resistncia ao gelo Exigida Exigida Expanso por umidade Por acordo Por acordo Dilatao trmica Por acordo Por acordo Resistncia ao choque tnmico Por acordo Por acordo Coeficiente de atrito A declarar A declarar Resistncia ao gretamento No gretar -Dureza Mohs Por acordo Por acordo Resistncia ao impacto Por acordo Por acordo Resistncia qumica Mx. Classe GB Mx. Classe UB Resistncia ao manchamento > Classe 3 A declarar

Onde e a espessura

A principal diferena que deve ser salientada de que o porcelanato tcnico, devido

as suas timas propriedades mecnicas e no possuir a camada de esmalte, geralmente

recomendado para utilizao em ambientes de alto trfego, como indstrias, comrcios,

etc. J no caso dos produtos esmaltados, a principal preocupao com as caractersticas

estticas, pois com a queima em temperaturas mais elevadas, possvel explorar uma

vasta gama de opes cromticas. Portanto, o produto esmaltado mais recomendado

para usos em ambientes residenciais^^.

16


2.2 Histria da origem dos porceianatos^*

O grs porcelanato foi concebido na regio de Sassuolo (Itlia) no final da dcada de 1970, graas ao pioneirismo de algumas empresas (Casalgrande, Padana, Nrdica, Mirage, Flaviker, Graniti Fiandre) que perceberam o potencial comercial do referido produto, enquanto as demais indstrias trabalhavam para adaptar suas plantas para

processar, via monoqueima, massas de colorao vermelha.

Nesta poca as empresas da regio de Sassuolo estavam experimentando um

perodo de transformaes oriundas do processo de implantao dos fomos a rolos para

ciclos rpidos de queima. Neste perodo foram concebidos os primeiros produtos de massa

vermelha com qualidade tcnica comparvel aos porceianatos. As caractersticas tcnicas

destes produtos eram: absoro de gua inferior a 3%, resistncia flexo superior a

35MPa e alta resistncia ao gelo. Para os consumidores finais, o termo "monoqueima"

significava alta qualidade e vida til longa dos produtos.

Com a enorme popularidade dos revestimentos cermicos obtidos via monoqueima

e os indicativos cada vez maiores da necessidade de aumento da produo, as empresas

tiveram que tomar uma ao radical. A forma mais vivel de aumentar a produtividade era

aumentar a velocidade do ciclo de queima, o qual passou de 60 minutos para 35 minutos.

Porm, para se reduzir o ciclo de queima era necessrio trabalhar com massas de

colorao mais clara, as quais se adaptavam melhor queima rpida.

Mas com o aumento cada vez maior da produo e menor disponibilidade das

matrias-primas de colorao branca, e visando reduzir o custo de produo, as indstrias

passaram novamente a utilizar matrias-primas cada vez menos branca e menos pura.

Este fato fez com que os produtos apresentassem uma queda em sua qualidade. Em

alguns casos, as empresas no conseguiam garantir nem o valor de absoro de gua

abaixo de 3%.

Diante deste quadro foi necessrio criar um produto que no se enquadrasse na

terminologia de monoqueima, que era freqentemente questionada pelos varejistas e consumidores quanto qualidade dos produtos.

17


Ento para eliminar esta imagem negativa dos produtos via monoqueima que se

instalou na Itlia, as empresas de Sassuolo desenvolveram o produto "grs porcelanato",

produto com alta resistncia mecnica e ao impacto e com garantia definitiva de resistncia

ao congelamento. Iniciava assim, uma grande revoluo tecnolgica na Itlia que,

obviamente, influenciaria o resto do mundo.

2.3. Processo de Fabricao do Grs Porcelanato

A figura 2.1 apresenta uma representao esquemtica do processo de fabricao

do grs porcelanato.

O processo de produo altamente tecnolgico permitiu a prensagem dos produtos

a presses mais elevadas, tcnicas inovadoras de decoraes e queima rpida, mesmo

para peas de grande dimenso.

As principais alteraes do processo de produo do porcelanato, comparadas ao

processo monoqueima convencional, foram:

- colorao da barbotina;

- dosagem e mistura de ps coloridos (para obteno da tipologia granito); - produo de grnulos e sua mistura com ps de diferentes densidades (para

obteno da tipologia macrogranito); - distribuio dos ps coloridos durante a prensagem (para obteno da tipologia

variegado); - formulao, aplicao e secagem de solues cromforas para decorao dos

produtos;

- utilizao de presses maiores na compactao dos ps,

- utilizao de temperaturas de queimas mais elevadas;

- incluso da etapa de retifica e polimento dos produtos.

18


Produto Acabado

Natural

Matrias-primas

Moagem via mida

Armazenagem da Barbotina

Atomizao

Silagem

Mistura

Prensagem

Secagem

Queima

Classificao

T Polimento

Produto acabado

Polido

Esmal tao

Q u e i m a

Pol imento

Produto

esma l t ado

Figura 2.1: Representao esquemtica do processo de fabricao do grs

porcelanato

2.3.1 Matrias-Primas

O grande desafio em se produzir o grs porcelanato inicia-se na seleo das

matrias-primas. fundamental ter um controle de qualidade destas matrias-primas para se manter a homogeneidade do lote e atender as especificaes a fim de se evitar

variaes na fundncia da composio^^.

19


Na Itlia, o custo da matria-prima por m^ para produo do grs porcelanato no

esmaltado supera o custo envolvido com a mo de obra de produo^^.

Uma das principais caractersticas do grs porcelanato a sua baixa porosidade,

que est relacionada em parte com as matrias-primas utilizadas. Em geral, as matrias-

primas utilizadas so materiais argilosos e materiais com propriedades fluxantes. Os

componentes tradicionais de uma composio de grs porcelanato so:

- Argilas,

Feldspatos,

- Caulim,

- Areia de quartzo ou feldspatica,

- Modificadores de fundncia como o talco, dolomita, calcita, etc.

Argilas

Os materiais argilosos incluem argilas ilticas, caulinticas ou montmorilonitas com

caractensticas de plasticidade dependentes da natureza mineralgica e da distribuio do

tamanhio de partculas. A argila a matria-prima com granulometria mais fina dentre

aquelas que compem a massa de porcelanato, sendo a responsvel pela plasticidade

fina! da mesma. Quanto maior for o percentual de argila, maior ser a resistncia mecnica

e a densidade a seco da pea conformada. Os percentuais de utilizao oscilam entre 35 e

40% em peso, dependendo da pureza e de outras caractersticas da argila.

A tabela 2.2 apresenta as caractersticas qumicas das matrias-primas utilizadas no

processo de fabricao do grs porcelanato. A importncia de cada elemento presente nas

argilas est descrita a seguir ^^ :

- SO2: provm de duas fontes mineralgicas totalmente diferentes: do mineral argiloso e do quartzo livre. Quanto menor for o percentual de slica, menor ser a

quantidade de quartzo livre na argila e, portanto, maior ser sua plasticidade.

- AbOs: quanto maior o teor de alumina na argila, maior quantidade de caulinita

presente e, portanto, menor ser a plasticidade.

- TO2, FesOs: ambos os compostos so considerados impurezas colorantes, j que podem gerar tonalidades mais escuras como marrons e amarelas. Deve-se procurar

manter os percentuais destes elementos os mais baixos possveis. Percentuais

admissveis para argila so: inferior a 1,5% para TO2 e inferior a 1 % para Fe203.

20


- MgO, CaO: normalmente originam-se de carbonates ou de argilas dolomticas.

Estes elementos atuam como modificadores do poder de fundncia, porm

prejudicam a tonalidade final do produto devido tendncia de formar estruturas de espiniio. Deve-se manter o teor destes xidos inferior a 2%.

- Na20, K2O: ambos os componentes atuam como fundentes e so desejveis porque permitem reduzir o teor de feldspato na composio.

- Perda ao fogo (P.F.): decorrente da presena de gua estrutural e da desidroxilao do mineral argiloso, alm da matria orgnica. Esta ltima pode

gerar problemas de corao negro na massa durante a etapa de queima.

As principais funes das argilas nas composies dos porceianatos so:

- conferir colorao clara aps queima;

- conferir caracterstica de plasticidade massa;

- proporcionar propriedades reolgicas adequadas;

- conferir caractersticas fundentes e uma boa densidade aps queima;

- proporcionar resistncia mecnica durante a queima do produto.

Com a tendncia de fabricao de peas de grande tamanho, que requer a

utilizao de altos valores de presso na etapa de prensagem (acima de 500 Kg/cm^), est ocorrendo uma diminuio do uso de argilas plsticas a favor de argilas menos plsticas,

sem comprometer a resistncia mecnica do produto prensado.

Caulim

O nome caulim deriva de "Kau ling", que uma cidade chinesa onde so extrados

caulins de tima qualidade. A frmula qumica da caulinita : AI2O32SO22H2O. O caulim utilizado para aumentar a plasticidade e a intensidade da colorao branca da massa^. O

tamanho nonnal do cristal primrio do caulim muito maior que o da argila e muito menor

que o dos feldspatos ou areias, o que pode gerar compactao diferente, devido a um

melhor empacotamento de partculas. Percentuais superiores a 10% de caulim geram

problemas durante a etapa de prensagem, diminuindo a densidade e resistncia mecnica

a seco da pea. Como caulim de alta pureza extremamente caro, normalmente se utiliza

caulins de menor qualidade. Se o teor de Fe203 e TO2 do caulim for inferior ao das argilas, maior ser a sua refratariedade^^.

21


Na Itlia utilizada a mistura de duas famlias de caulins: Bali Clay (que possui menor valor de caulim e presena maior de materiais micceos e quartzo) e China Clay (que possui altos valores de caulinita - 80 a 90% - e pequenas quantidade de materiais micceos).

As argilas caulinticas so adicionadas em propores de 10 a 15% massa dos

porceianatos para conferir brancura ao produto final. Como a caulinita rica em alumina,

durante a queima, pode fazer parte da reao de vitrificao formando vidros silico-

aluminosos, ou formar mulita (3A I2O32SO2) com formato de agulhas, as quais atuam como

esqueleto do corpo contribuindo para o aumento da resistncia mecnica.

Tabela 2.2: Caractersticas qumicas das matrias-primas utilizadas na produo do grs

porcelanato' 21

Matrias-primas SO2 AI2O3 TO2 FejOa CaO MgO K2O Na20 PF Caulim 48/50 35/38 0,1/0,3 0,2/0,4 0,2/0,4 0,2/0,3 0,3/0,7 0,3/0,6 12/13

Argila Plstica 62/66 23/27 0,2/0,5 0,3/0,5 0,5/0,8 0,3/0,6 1,3/1,6 0,5/0,8 6/7 Feldspato 69/71 18/20 0,2/0,4 0,2/0,4 0,1/0,3 0/0,5 1/1,5 6/7 0,5 Quartzo 97/98 0,5/1

-0,2/0,4 0,1/0,2 0,1/0,2 - 0,1/0,3 0,2

Talco 51/52 8/9 0,2/0,4 0,5/0,7 0,2/0,4 29/31 0,1/0,3 - 7/8

Feldspatos

Dentre os materiais fluxantes pode-se destacar: feldspatos, feldspatides,

pegmatitos e quartzo. A principal caracterstica de todos os componentes ter baixo teor

de xidos colorantes tais como Fe203 e TO2, os quais podem interferir na colorao final do corpo cermico.

Os feldspatos alcalinos (principalmente os sdicos e os sdicos-potssicos) so as matrias-primas que pemnitem diminuir a temperatura de queima do grs porcelanato.

Normalmente esta matria-prima a mais cara de todas as que integram a composio da

massa e utilizada em percentuais que oscilam entre 35 e 50%. A demanda por feldspatos

com cor de queima branca, decorrente de um baixo contedo de elementos cromforos.

est aumentando 22

A funo dos elementos presentes nos feldspatos ^^:

22


- Na20, K2O: so fundentes ou geradores de fase vtrea de baixa viscosidade e so

necessrios em percentuais to altos quanto possvel. O Na20 um fundente mais

enrgico que o K2O e, portanto, sua presena mais desejvel. - Fe203, TO2: a presena destes elementos poder causar um escurecimento da

tonalidade da massa.

O teor de lcalis presente influencia o carter fundente do feldspato. O valor terico

de K2O e Na20 presentes nos feldspatos potssico e sdico, respectivamente, 16,9% e

11,8%. Quanto mais se aproxima do nivel terico de lcalis, mais caro o feldspato.

O processo de fuso do feldspato ocorre entre 1150 e 1175C, gerando uma fase

vtrea.

Duas caractersticas importantes que se deve levar em considerao na hora de

selecionar estes materiais so a fundncia e as impurezas que aparecem em sua

composio qumica". A tabela 2.3 apresenta alguns dos procedimentos regularmente

utilizados para caracterizao destas propriedades dos feldspatos.

Tabela 2.3: Procedimentos utilizados para caracterizao dos feldspatos".

Parmetro Medido Tcnica utilizada Fundncia Variaes dimensionais - Microscpio de calefao

- Cone ou cilindro de fuso Fundncia

Contedo de xidos alcalinos (Na20 e K2O)

- Anlise qumica

Impurezas Cor aps queima - Avaliao visual ou colorimetria sobre cone ou cilindro de fuso

Impurezas

xidos colorantes (Fe203, TO2) - Anlise qumica

Areia de quartzo ou feldspatica

A areia e a areia feldspatica so as matrias-primas mais baratas da composio de

grs porcelanato. Seu percentual depender da qualidade das argilas e dos feldspatos

empregados na formulao da massa. A areia feldspatica considerada como uma fonte

geradora de fase vtrea de baixo custo e, portanto, a deciso de utilizao de uma ou outra

depender de um estudo de custos considerando-se o consumo e percentual de feldspato.

23


A funo do quartzo balancear a relao SO2 e AI2O3 para favorecer a formao de mulita durante a queima. Tambm um importante regulador da contrao e

deformao durante a queima.

Os fundentes calcita, dolomita, talco, wolastonita, diopsidio e magnesita so

utilizados para diminuir a porcentagem de feldspato na composio e ou a temperatura

tima de queima. Estes elementos atuam como geradores de eutticos de baixa

temperatura de fuso. Como so minerais baseados em Ca e Mg podem afetar o

desenvolvimento da cor assim como o intervalo de queima da massa. Por ambos os

motivos, o uso destes fundentes deve ser o menor possvel, no ultrapassando o

percentual de 3%.

J existem na literatura alguns estudos para avaliar novos materiais fundentes de

baixo custo que poderiam substituir parcialmente o teor de feldspato presente na

composio dos porceianatos.

2.3.2 Formulao dos porceianatos

A figura 2.2 apresenta formulaes tpicas de grs porcelanato em duas situaes

de processamento: processo de ciclo tradicional (temperaturas de 1200-1250C e ciclo de 30-50h) e ciclo rpido (temperatura de 1200-1230C e ciclo de 60-70 minutos). A composio do ciclo tradicional gera um produto contendo maior quantidade de mulita e a

composio de ciclo rpido gera um produto com maior grau de vitrificao.

A composio qumica de grs porcelanato indicada na figura 2.2 (b) a mais utilizada industrialmente. Na produo de peas decoradas com sais solveis necessrio

utilizar bases muito brancas para realar a intensidade e tonalidade cromtica. Neste

sentido, alm das matrias-primas mencionadas, pode-se fazer adies de matrias-primas

tais como: silicato de zirconio, alumina e xido de zinco para incrementar o grau de

brancura da massa base. Tais matrias-primas, que apresentam caractersticas de

refratariedade, so geralmente introduzidas na formulao como substitutos parciais do

quartzo^".

24


o Caulim (35/45%) Argila Plstica (12/18%) Feldspato (27/32%) Quartzo (12/18%)

Caulim (12/18%) H Argila Plstica (27/32%) Feldspato (42/48%) Quartzo (5/10%) Talco (0/3%)

(a) (b) Figura 2.2: Composies tipicas de grs porcelanato: (a) ciclo tradicional (temperatura de 1200-1250C ciclo de 30-50h), (b) ciclo rpido (temperatura de 1200-1230C e ciclo de BO-

TO min)^^

Com o aparecimento dos porceianatos, surgiu um grande interesse para o

desenvolvimento de pigmentos inorgnicos com boas propriedades colorantes. Existem

dois tipos de agentes colorantes: naturais e sintticos.

Pigmentos naturais

Na indstria cermica existem vrias substncias naturais que so utilizadas como

agentes colorantes. Exemplo destes pigmentos naturais so: cromita, silicato de zirconio e

alumina.

A cromita (Cr2Fe04) um material natural que pode ser introduzido em propores de at 2% para proporcionar tonalidades cinza escuro. A cromita tambm pode ser usada

em conjunto com o cobalto para obteno de tonalidade preta. A mistura de 95% de cromita e 5% de CoO, introduzida em 6,5% na massa, proporciona urna colorao negra

no produto final. O problema que o custo do CoO alto, o que inviabiliza o seu uso

casado com a cromita.

O silicato de zirconio, representado pela frmula quimica ZrSi04, geralmente

utilizado para aumentar o grau de brancura da massa.

Pigmentos sintticos

Os pigmentos sintticos foram desenvolvidos para substituir os pigmentos naturais,

visando ampliar o range de colorao e aumentar a qualidade do produto final.

25


Os produtos sintticos mais utilizados so^:

- xidos metlicos;

- xidos metlicos calcinados ;

- sais metlicos.

O uso de xidos metlicos no calcinados em porceianatos no comum, uma vez

que estes produtos apresentam baixo potencial de colorao e reagem de forma instvel a

altas temperaturas. Os xidos metlicos comumente utilizados na decorao so:

o Fe203, que fornece tonalidade marrom-vermelha, porm pode gerar

porosidade na massa devido a liberao de gases durante a queima;

o CoO, que fornece tonalidade azul, porm o custo muito elevado e

muito instvel quimicamente;

e o CrsOa, que fornece tonalidade verde-amarelo, a qual tambm obtida

com os pigmentos calcinados.

A tabela 2.4 apresenta as composies de xidos metlicos calcinados e as

respectivas cores obtidas.

Tabela 2.4: xidos metlicos calcinados.

Cores Composio

Gelo Zr02 / Zr02 - Praseodmio

Ocre Cromo - Antimonio - Titanio com estrutura do rutilo - (Ti, Cr, Sb)02 Marrom Cromo - Tungstnio - Titnio com estrutura do rutilo - (Ti, Cr, W)02

Rosa Alumina - iVIangans - (Al, l\/ln)203 Negro Espiniio de Ferro-Cromo - (Fe(Fe,Cr)204) Verde Soluo slida de Cromo-Alumina

Azul Espiniio Cobalto - Aluminio - (C0AI2O3) Azul Espiniio Cobalto - Zinco - Alumina - (Co, Zn)Al203

Turquesa Zr02 - Vanadio

DONDI e colaboradores" realizaram uma pesquisa para avallar a relao entre a

composio qumica e as propriedades microestruturais e mecnicas de cerca de 26

produtos italianos de gres porcelanato no esmaltados. Atravs dos resultados desta

pesquisa, concluiu-se que os produtos de gres porcelanato italianos apresentam em mdia

a seguinte composio quimica (% em peso): 66 a 73% de SO2, 18 a 23% de AI2O3, 2,5 a 26


3,6% de NazO, 1,7 a 2,8% de K2O, 0,5 a 5% de iVIgO, 1,2 a 1,8% de CaO, 0,7 a 1,3% de

Fe203 e 0,4 a 0,9% de TO2. Os produtos tambm apresentam cerca de O a 2% de Zr02.

A variao da composio qumica encontrada por DONDI e colaboradores^^,

demonstrou que os fabricantes adotam diferentes formulaes dependendo da tecnologia

do processo produtivo. Atravs da avaliao dos 26 produtos, foi possvel classificar os

produtos em trs gnjpos:

- Produtos com alto contedo de slica (> 7 1 % em peso) e xidos alcalinos (> 5% em peso), com a relao AI2O3 / SO2 inferior a 0,29 e com teores de MgO inferiores a 0,8% em peso.

- Produtos com mdio contedo de slica (68 a 70 % em peso), com valores intermedirios de xidos alcalinos (5 a 5,5 % em peso), relao AI2O3 / SO2 de 0,29 a 0,31 e teores de MgO em tomo de 0,5 a 1 % em peso.

- Produtos com baixo contedo de silica ( 1,5 % em peso), baixo contedo de xidos alcalinos (< 5% em peso) e alta relao AI2O3 / SO2 (> 0 ,31% em peso).

A maioria dos produtos apresentou valores intermedirios de slica, com as

respectivas fases presentes: 55 a 65% em peso de fase amorfa, 20 a 25% em peso de

quartzo e de 12 a 16% em peso de mulita. Pequenas quantidades de zirconia e alumina

foram encontradas.

Os produtos com baixo teor de slica e ricos em xido de magnesio apresentaram

composio de fases contendo maior quantidade de fase amorfa e menor teor de quartzo,

o oposto foi verificado para os produtos com alto teor de slica.

A quantidade de mulita foi similar para os diferentes grupos de produtos, e a

quantidade verificada foi inferior quantidade que poderia potencialmente ser formada

levando-se em considerao as quantidades de alumina e silica presentes. Foi verificado

uma correlao positiva entre a resistncia mecnica e as quantidades de alumina e mulita

presentes nos produtos.

A densidade dos produtos pesquisados variou na faixa de 2,3 a 2,4 g/cm^, e no

demonstrou relao com a composio qumica dos diferentes grupos. Tambm foi

diagnosticada uma porosidade total de cerca de 7 a 12% em volume.

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2.3.3 Moagem

A moagem uma etapa crtica, pois onde se controla a granulometria da massa,

que vai influenciar as condies de compactao e caractersticas do produto ps-queima.

As funes da moagem so:

- fragmentar o material;

- misturar e homogeneizar as matrias primas constituintes da massa;

- regular o teor de umidade dos ps;

- proporcionar conformao adequada dos ps durante a etapa de prensagem.

A preparao da massa na produo do porcelanato exige cuidado especial devido

a influncia desta fase do processo nas caractersticas do produto f ina l " :

- Caractersticas Tcnicas: a absoro de gua, facilidade de limpeza e resistncia

abraso, entre outras caractersticas, so frutos de uma escolha correta das

matrias-primas e do bom resultado de sua transformao;

- Caractersticas estticas: so determinadas atravs da escolha correta das cores

na pigmentao da barbotina, preparao dos ps e sucessivos tratamentos destes

(regranulao); - Caractersticas geomtricas: pelo seu elevado grau de vitrificao, o grs

porcelanato requer grande reatividade dos granulos produzidos na atomizao

durante a queima e um controle dos parmetros tecnolgicos para manter, dentro

dos limites de tolerncia, as variaes dimensionais causadas pelo tratamento

trmico a alta temperatura.

A moagem dos porceianatos mais enrgica e envolve maior custo comparada a

outros tipos de cermicas para revestimento, pois deve proporcionar elevada finura da

massa e, conseqentemente, elevada gresificaao e valor de absoro de gua

praticamente nulo. Uma moagem no eficiente poder comprometer a reatividade da

massa durante a queima, podendo ocasionar an-ancamento de partculas durante a etapa

de polimento, alm do afloramento de poros fechados superfcie. Alm disso, a

resistncia mecnica aps queima est relacionada com o tamanho dos microporos

gerados no interior da pea, que depende, entre outros fatores, do tamanho de partculas

da massa e da quantidade e viscosidade de fase vitrea presente.

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Caso a moagem da barbotina seja excessiva pode haver o comprometimento da etapa de prensagem, resultando em peas com baixa densidade aparente e resistncia

mecnica a seco, alm da excessiva retrao linear das placas durante a queima.

A etapa de moagem na indstria cermica pode ser conduzida atravs de dois

processos":

Moagem a seco:

- sem granulao das partculas modas;

- com granulao.

Moagem a mido:

- descontnua (velocidade constante ou varivel); - contnua.

As vantagens da moagem a mido contnua so diversas":

- aumento de rea superficial das partculas e, conseqentemente, reatividade

durante a queima;

- eliminao de substncias contaminantes indesejveis mais fcil de ser executada em suspenses;

- maior constncia das caractersticas da barbotina, devido aos processos

automatizados de carregamento de matrias-primas nos moinhos contnuos;

- maior eficcia dos meios de moagem graas a otimizao da distribuio dos

tamanhos dos meios durante a passagem pelas vrias cmaras do moinho;

- tempos de moagem mais reduzidos devido a maior eficincia da moagem. No caso

das massas de grs porcelanato, que contm uma frao razovel de materiais

duros e resistentes fragmentao, o tempo mdio de permanncia da barbotina

no moinho continuo de 2 a 4 horas (dependendo do material do meio de moagem: slex ou alumina). Caso seja utilizado um moinho descontnuo este tempo ser superior a 12 horas, podendo chegar at 26 horas quando se utiliza meios de

moagem de slex;

- melhores caractersticas reolgicas das barbotinas que facilitam a peneirao, uma

vez que pode ser peneirada diretamente na descarga do moinho, sem interromper o

estado de agitao. Alm disso, a temperatura de descarga da barbotina , em

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mdia, superior em 20 a 30C, quando comparado aos moinhos descontinuos, o

que contribui para manter a viscosidade dentro dos limites tolerados e assegurar

boa fluidez da suspenso.

Os ps produzidos por via seca apresentam geralmente problemas na etapa de

prensagem, visto que " :

- a morfologa irregular dos gros (em parte corrigida por eventual processo de aglomerao por granulao das partculas) dificulta o carregamento no molde, reduzindo a produtividade da prensa;

- a excessiva porcentagem de finos presentes nos ps moidos a seco (no granulados) impede a sada de ar por entre os gros na fase de desgaseificao durante a prensagem.

O moinho contnuo em moagem a mido constitudo por uma estrutura cilndrica

em chapa de ao com bocas para a inspeo, manuteno e alimentao dos meios de

moagem e com fundos dotados de bocas para alimentao e descarga continua do

material.

O interior do moinho revestido com borrac

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