UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE Curso de Tecnologia em Cerâmica. Técnicas para avaliação de um Porcellanato polido manchado

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1 UNIVERSIDADE DO EXTREMO SUL CATARINENSE Curso de Tecnologia em Cerâmica Trabalho de Conclusão de Curso Técnicas para avaliação de um Porcellanato polido manchado Patrícia Boza Piazza Michael Peterson 1 Resumo: Atualmente, entre os vários produtos da indústria cerâmica, o Porcellanato polido vem apresentando grande destaque por seu elevado brilho. Suas características técnicas diferenciadas em relação às placas esmaltadas, como elevada resistência mecânica e química; reduzida absorção de água e principalmente, efeito estético renovador, têm sido muito aceito pelo consumidor. No entanto, as características da superfície, resultado do processo produtivo ou de polimento que aumenta a quantidade de poros abertos na superfície, confere ao Porcellanato sua principal desvantagem: a possibilidade de manchamento. Sendo assim, neste trabalho, o Porcellanato foi submetido a algumas manchas do cotidiano para avaliação de sua resistência com ensaios específicos. O objetivo do trabalho foi avaliar o desempenho da resistência ao manchamento dos produtos polidos frente à Norma e realizar uma análise crítica das metodologias envolvidas com a utilização de técnicas de FTIR, DRX e microscopia para caracterização. Os resultados de FTIR conseguiram identificar compostos orgânicos no manchamento e o DRX identificou mulita e quartzo no Porcellanato estudado. Palavras-chave: manchamento, porcellanato, polimento 1 Introdução O Porcellanato surgiu nos anos 80 na Itália e teve sua produção e comercialização no Brasil na década seguinte, o Porcellanato constituiu uma importante revolução para o setor cerâmico, pois é um produto obtido através da utilização de matérias-primas de grande pureza submetidas a um tratamento térmico superior a 1200 o C (ELIANE, 1999). O Porcellanato é compacto, homogêneo, denso e totalmente vitrificado. Suas grandes vantagens são: altíssima resistência à abrasão, resistência ao gelo, a ácidos e álcalis, 1 professor orientador

2 (com exceção do ácido fluorídrico e seus derivados somente os produtos na versão industrial são considerados antiácidos), alta durabilidade quando comparado às pedras naturais e outros tipos de cerâmica, cores uniformes e totalmente impermeáveis (WIGGERS, SANTOS, HOTZA, 2007). Segundo figura 1: "Em 2009, o mercado de revestimentos cerâmicos, como os demais segmentos produtivos, continuou sobre os efeitos da crise econômica mundial. O processo de expansão produtivo desacelerou no período, inclusive com queda de produção em importantes países produtores. Observa-se, ainda, a inclusão de novos países, tanto produtores como consumidores de revestimentos cerâmicos, integrando o grupo dos principais players do segmento. Aspecto importante a destacar é a contínua busca em desenvolvimento de produtos e ganhos de competitividade, assim como a disseminação do uso de cerâmica em diferentes aplicações e ambientes. Os Estados Unidos seguem como o maior importador, apesar da crise no mercado imobiliário, sendo o Brasil seu quarto principal fornecedor." (Disponível no site da Anfacer - Acesso em Out de 2010). Figura 1 - Gráfico de produção mundial anual. Fonte: Associação Nacional de Fabricantes de Cerâmica para Revestimento.

3 De acordo com Oliveira (1998), a necessidade de estudos científicos e tecnológicos sobre o processo de polimento se torna mais evidente quando é considerado o alto custo da operação, que no caso dos Porcellanatos representa de 30% a mais de 40% do custo final. Por sua grande durabilidade, o Porcellanato é especialmente indicado para ambientes de alto tráfego como escolas, hospitais, shopping centers, aeroportos, indústrias e supermercados. Por possuir total estabilidade de cores e praticamente ausência de expansão por umidade, ele é um revestimento adequado para uso também em fachadas. A beleza e versatilidade na combinação de cores fazem ainda do Porcellanato um revestimento ideal para ambientes residenciais, onde a estética é fundamental. Pelo fato do consumidor brasileiro apreciar tanto peças com brilho, o Porcellanato é submetido ao polimento e apesar de possuir baixa porosidade aparente, apresenta um certo volume, entre 5 e 12%, de poros fechados no interior da peça, o que constitui a chamada porosidade fechada. Durante a etapa de polimento a que são submetidos os Porcellanatos, cerca de 0,5 a 1,5 mm da espessura das placas é removida, fazendo com que parte dos poros antes fechados no interior da peça passem a constituir a superfície, mudando completamente as características microestruturais da superfície (figuras 2 e 3). Da mesma forma que o polimento, desgaste, depressões e riscos ocorridos ao longo do tempo de utilização do Porcellanato, também alteram as características da superfície, modificando a resistência ao manchamento. Dessa forma, a partir de determinado tempo de uso, o revestimento pode passar a apresentar retenção irreversível. A microporosidade presente dentro do revestimento é exibida e torna-se acessível aos agentes manchantes. Embora o polimento reduza muito a rugosidade da superfície, várias vezes são introduzidos novos elementos capazes de modificar sua microestrutura, tais como riscos e depressões, que juntamente com os poros tornam-se locais onde a sujidade pode penetrar, reduzindo assim a resistência ao manchamento (MENEGALI, MODESTO, 2001). Além da porosidade, outra característica dos Porcellanatos polidos que interfere na manchabilidade é a rugosidade da superfície. Esta variável não possui, como na porosidade, um efeito definitivo na resistência ao manchamento, pois pode apenas

4 ocasionar que o agente manchante fique mais ou menos impregnado na superfície, mas removível por algum processo de limpeza. Dessa forma, poderá existir um problema de limpabilidade, mas não de manchamento. A porosidade da superfície tende a ocasionar retenção definitiva do agente manchante. Arantes (2001) cita que a aparência do revestimento também influencia na resistência ao manchamento, principalmente porque torna a sujeira mais ou menos perceptível ao observador. Isto está relacionado ao tipo de cor (cores claras geralmente mancham mais que cores escuras), uniformidade da cor e desenho (quanto maior a nãouniformidade, mais difícil será perceber a mancha), e nível de brilho (manchas são freqüentemente menos visíveis em superfícies mates). De acordo com Arantes (2001), na fabricação de Porcellanatos técnicos polidos, o polimento é considerado a etapa fabril mais importante. Nas indústrias este processo é feito por meio de uma série de politrizes, as quais compõem uma linha de polimento. Cada politriz possui uma plataforma giratória, onde são acoplados seis blocos abrasivos, os quais tocam 23 diretamente à superfície das placas. Este conjunto é chamado de disco abrasivo. Figura 2: Imagem ilustrativa referente processo de polimento. Fonte: Autora, 2010

5 Figura 3: Imagem ilustrativa referente processo de polimento. Fonte: Autora, 2010 Para a obtenção de revestimentos polidos com maior resistência ao manchamento, o ideal é que se tenha o mínimo número de poros abertos e que estes estejam esféricos e possuam dimensões relativamente grandes, tornando-os mais fáceis de limpar (MENEGALI, MODESTO, 2001). Os principais mecanismos de manchamento são: ação química, ação penetrante e com coloração, ação oxidante e formação de película: agentes manchantes de ação química: são as substâncias que provocam um ataque químico na superfície, geralmente mais significativo em amostras já desgastadas. Como exemplo o vinagre, suco de limão e o azeite de oliva; agentes manchantes de ação penetrante e com coloração: são as substâncias capazes de penetrar através de sua porosidade superficial, como, por exemplo, tintas, cigarros acesos e azul de metileno; agentes manchantes de ação oxidante: são os agentes que, além de manchantes, também são oxidantes, como as bebidas à base de cola, cigarros acesos e o permanganato de potássio; agentes com formação de película: são aqueles capazes de formar uma película resistente e contínua sobre a superfície, como o azeite de oliva, o café e as bebidas à base de cola. A dificuldade de remoção de agentes manchantes depende, principalmente, do seu tamanho, quanto maior o diâmetro dos poros, mais profundos eles são, portanto, maior

6 a penetração de agentes manchantes e maior a dificuldade de remoção. Dessa forma, o tamanho dos poros tem influência direta na limpabilidade. A resistência ao manchamento de Porcellanato polido, pode ser melhorada por meio de duas estratégias distintas: aplicação de uma resina protetora sobre a superfície após o polimento (processo já realizado pelas fábricas atualmente); e rigoroso controle do processo, desde a formulação da massa e um adequado ciclo de queima, até o polimento. O propósito dos tratamentos protetivos realizados após o polimento, servem para modificar os aspectos químicos e físicos da superfície do Porcellanato, que tem influência direta sobre a resistência ao manchamento. Alguns filmes protetivos tais como os siliconados e as resinas fluoro-carbônicas alteram a molhabilidade da superfície do Porcellanato (ângulo de contato, polaridade e componentes de dispersão da tensão superficial), outros tentam fechar a microporosidade, impedindo assim a entrada de sujeira (por exemplo, UV-endurecida ou resinas termo-endurecidas), sem afetar as propriedades químicas. Os tratamentos de efeito químico não alteram a microestrutura superficial, enquanto que os de efeito físico, pelo menos preenchem parcialmente os poros maiores. A eficácia destas películas protetoras varia muito de acordo com a composição apresentada e espessura aplicada. Modificações na formulação da massa e no ciclo de queima têm o objetivo de melhorar o controle da resistência ao manchamento por parâmetros microestruturais (quantidade, forma e tamanho dos poros) da superfície polida. Estes parâmetros variam de uma forma que pode ser prevista em função do ciclo de queima (temperatura - tempo) e da composição da massa (DONDI, RAIMONDO, 2008). Com o objetivo de avaliar o desempenho da resistência ao manchamento dos produtos polidos frente à Norma 13818, foram realizadas análises críticas das metodologias envolvidas com a utilização de técnicas de FTIR, DRX e microscopia para caracterização.

7 2 Materiais e Métodos 2.1 Metodologia de manchamento Neste artigo, o Porcellanato polido Bianco Plus PO 50x50cm (ELIANE S/A Revestimentos Cerâmicos) sem impermeabilizantes foi submetido a alguns agentes manchantes do dia a dia (vinho, coca-cola, caneta hidrocor, mostarda, catchup, molho inglês, vinagre, óleo de carro, cigarro e limão) e assim verificou-se a limpabilidade do material. Os agentes manchantes utilizados foram vinho, óleo de automóvel e vinagre, com a utilização da metodologia de limpeza descrita na NBR 13818: - lavagem da superfície com água morna; - limpeza manual com detergente neutro; - limpeza manual com pasta abrasiva alcalina e - imersão por 24 horas em ácido clorídrico. Após este processo de limpeza, os corpos de prova foram analisados visualmente para a verificação das manchas remanescentes. 2.2 Caracterização Microestrutural do Porcellanato Uma peça de Porcellanato Bianco Plus Polido da empresa Eliane S.A. Revestimentos Cerâmicos foi moída em moinho de bolas até que fosse atingido um tamanho de partículas inferior à malha 200 mesh-tyler. Após esta etapa, a amostra foi seca a 110 o C até massa constante para a realização do ensaio de difratometria de raios x DRX para a identificação das fases cristalinas formadas durante o processo de queima industrial. O equipamento de DRX utilizado foi da marca Shimadzu disponível no laboratório de Engenharia de Materiais da UNESC. Em uma tentativa de identificação das substâncias manchantes (vinho, vinagre e óleo automotivo) foi realizado o ensaio de espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier FTIR - de uma peça somente queimada (não manchada) e outras peças manchadas com os agentes manchantes citados acima. Os espectros de infravermelho

8 foram comparados com espectros e regiões de transmitância típica. O equipamento de FTIR utilizado é da marca Shimadzu, também disponível no laboratório de Engenharia de Materiais da UNESC. Para a caracterização do manchamento de uma maneira visual foi utilizado um microscópio óptico com aumento de 200x. As amostras foram preparadas por corte normal para adequação de tamanho; a região que foi visualizada foi a manchada. 3 Resultados e Discussões 3.1 Difração de raios x da amostra de Porcellanato Bianco Plus Polido. A figura 4 apresenta o resultado de difração de raios x de uma amostra de Porcellanato obtida no processo industrial, sem agentes manchantes. Figura 4 Ensaio de difração de raios-x de uma amostra de Porcellanato sem manchas. Fonte: Autora, O ensaio de DRX da amostra acima apresentou as fases de quartzo e mulita como fases cristalinas predominantes. A partir do ângulo 2θ = 10 o até o ângulo 2θ = 30 o ocorreu uma alteração na linha base do gráfico de DRX que indicou a presença

9 significativa de fase amorfa nesta amostra, o que está de acordo com a caracterização de uma amostra de Porcellanato que foi submetida a um processo de sinterização em forno industrial. Este resultado pode ser relacionado ao manchamento e ao ataque químico, pois a maior presença de fase amorfa produz uma maior suscetibilidade a ataques químicos externos. 3.2 Ensaios de Espectrometria de Infravermelho por transformada de Fourier FTIR Os espectros mostrados abaixo são relativos ao ensaio de espectrometria de infravermelho por transformada de Fourier. A figura 5 mostra o espectro FTIR de uma amostra de Porcellanato Bianco Plus sem tratamento químico do ensaio de manchamento. Figura 5 FTIR de uma amostra de Porcellanato Bianco Plus sem ataque químico. Fonte: Autora, A banda de transmitância a aproximadamente 2350 cm -1 é relativa ao gás carbônico presente na peça, possivelmente adsorvido na superfície da peça.

10 A figura abaixo mostra um espectro de FTIR de uma amostra de Porcellanato Bianco Plus manchada por vinho, ressalta-se que a medida foi realizada na região manchada. Figura 6 FTIR de uma amostra de Porcellanato Bianco Plus Manchada por Vinho. Fonte: Autora, Referente à figura 6, a região em torno de 2350 cm -1 infravermelho relativa ao gás carbônico adsorvido na superfície. relativa à transmitância do A figura abaixo mostra o FTIR de uma amostra de Porcellanato Bianco Plus manchada por óleo de motor; medida realizada na região manchada. Figura 7 Espectro de FTIR de uma amostra manchada com óleo de motor automotivo. Fonte: Autora, 2010.

11 Pode-se verificar a presença de gás carbônico pela banda de transmitância de aproximadamente 2350 cm -1. Neste caso ocorreu uma diferença significativa no padrão do espectro de FTIR em comparação a amostra de Porcellanato não manchada, principalmente na região entre 750 e 1000 cm -1 apresentada pela literatura à região de alcenos e também os aromáticos, inclusive o benzeno. A região entre 1730 e 1760 cm -1 indica a região dos ésteres e ácidos carboxílicos. A figura 8 mostra o espectro de FTIR da amostra atacada por vinagre. Figura 8 Espectro de FTIR de uma amostra atacada por vinagre. Fonte: Autora, Novamente pode ser visto a banda a 2350 cm -1 relativa a transmitância do gás carbônico presente. Este espectro está muito parecido com o espectro da amostra de Porcellanato sem ataque químico (amostra pura) o que evidencia que pela grande volatilidade do vinagre (ácido acético) não foi possível detectar sua presença por esta técnica analítica. 4.3 Imagem das peças manchadas em laboratório e microscopia do Porcellanato. A figura seguinte mostra um comparativo entre os manchamentos do Porcellanato Bianco Plus com vinho, vinagre e óleo automotivo.

12 Figura 9 Imagem das amostras manchadas com vinho, óleo automotivo e vinagre branco. Fonte: Autora, De acordo com a figura, pode ser visualizado o manchamento predominante com o vinho que teve uma percepção visual significativa; o manchamento por óleo automotivo não foi muito evidente e por vinagre não foi significativo o manchamento. A figura abaixo mostra a micrografia de uma amostra de Porcellanato com aumento de 200x. Figura 10 Microscopia óptica do Porcellanato Bianco Plus aumento 200x. Fonte: Autora, 2010.

13 Pôde ser evidenciada heterogeneidade na superfície da peça de Porcellanato sinterizada em ciclo industrial típico. Esta heterogeneidade superficial está relacionada a uma maior dificuldade de limpeza da peça cerâmica devido aos diferentes tamanhos de poros superficiais presentes. 5 Considerações Finais Com os objetivos alcançados, os ensaios de FTIR conseguiram identificar compostos orgânicos no manchamento e o DRX identificou mulita e quartzo no Porcellanato estudado e ainda presença de fase amorfa relacionada com menor resistência ao ataque de substâncias manchantes. O manchamento por vinho foi bastante pronunciado visualmente em comparação aos manchamentos por vinagre e óleo automotivo. A técnica de FTIR mostrou-se promissora por conseguir identificar resquícios de substâncias orgânicas manchantes das peças de Porcellanato; principalmente do óleo automotivo. Para trabalhos futuros sugere-se a análise por MEV para determinação quantitativa de porosidade e também análise de quantificação de fase vítrea por DRX para a verificação da reatividade de diferentes agentes manchantes relacionado ao percentual de fase vítrea da peça de Porcellanato.

14 Referências Bibliográficas ARANTES, F. J. S. et al. O manchamento e a porosidade fechada de Grês Porcellanato. Cerâmica Industrial, São Paulo, Vol. 6, nº. 3, pg , DONDI M., RAIMONDO, M., "Resistência ao Manchamento de Revestimentos Cerâmicos". Cerâmica Industrial, Vol. 13, n. 5, p , ELIANE REVESTIMENTOS CERÂMICOS. Noções Básicas de Grês Porcellanato, Processo de fabricação de revestimento cerâmico. Santa Catarina, OLIVEIRA, A. P. N. Grês Porcellanato: Aspectos mercadológicos e tecnológicos. Cerâmica Industrial, São Paulo, Vol. 3, nº. 3, pg , MENEGALI, G. B. F., MODESTO, C. O. Processos Cerâmicos. Cocal do Sul: Colégio Maximiliano Gaidzinski, MOURA, C. B.; LOVATO, P. S.; PRETTO, M. E. J. "Análise da Influência das Variáveis Cor e Brilho na Limpabilidade de Porcellanatos". Cerâmica Industrial, Vol. 11, n. 4, p , VILLELA, G.; ANFACER - Associação Nacional de Fabricantes de Cerâmica para Revestimento. < data de acesso Out de WIGGERS, W. S.; SANTOS, R. A.; HOTZA, D. Evolução da superfície do Porcellanato ao longo do processo de polimento. Cerâmica Industrial, Vol. 12, n. 1-2, p , 2007.