ESTUDO DA VARIAÇÃO DA TONALIDADE DE MATERIAIS CERÂMICOS TRADICIONAIS. PARTE-I: EFEITO DA TEMPERATURA DE QUEIMA

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1 1 ESTUDO DA VARIAÇÃO DA TONALIDADE DE MATERIAIS CERÂMICOS TRADICIONAIS. PARTE-I: EFEITO DA TEMPERATURA DE QUEIMA R.P.S. Dutra 1 ; R.M.P.R. Macêdo 1 ; G. A. G Vasquez 2 ; R.M. Nascimento 1,2 ; U.U. Gomes 1 ; L.R.A. Pontes 3 1- Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais - PPgCEM 2- Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - PPGEM 3- Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica - CPGEM / UFPB Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN, Campus Universitário - Lagoa Nova CEP.: , CP.: 1524, Natal - RN, Brasil rpsd@ccet.ufrn.br RESUMO A cor pós queima dos materiais cerâmicos que não possuem acabamento superficial é uma das características que pode tornar-se fator de diferenciação de qualidade para os consumidores de tais produtos. Considerando-se que o produto é desenvolvido a partir de uma matéria-prima uniforme e processado por patamares, variáveis e especificações definidas, sua tonalidade deveria apresentar o mesmo padrão e/ou a mesma uniformidade. O objetivo deste trabalho é analisar a variação de tonalidade e os fatores que podem ser responsáveis por tal fenômeno, sendo este a primeira parte, o qual analisa o efeito que uma variação de temperatura provoca na tonalidade desses produtos. Foram desenvolvidos blocos e corpos-deprova cerâmicos com a matéria-prima fornecida pelas indústrias cerâmicas do Rio Grande do Norte, tendo seu processamento todo controlado. Os blocos cerâmicos e os corpos-de-prova foram queimados em diferentes temperaturas constatando-se grande variação da tonalidade e das propriedades destes materiais. Palavras-chave: Argila, blocos cerâmicos, temperatura, tonalidade. INTRODUÇÃO A cor de queima dos materiais cerâmicos tradicionais é uma das propriedades empregadas para classificar um produto. Atendendo a essa propriedade, os

2 2 produtos cerâmicos tradicionais podem ser divididos em dois grandes grupos: os produtos de queima branca e os produtos de queima vermelha. O fato de uma matéria-prima apresentar coloração branca ou vermelha após queimada, deve-se unicamente da presença ou não de óxidos corantes, principalmente, ferro e titânio, ou seja, dependendo da quantidade desses óxidos corantes à cor vermelha torna mais intensa, normalmente agradáveis para materiais que não possuem revestimento, como, por exemplo, tijolos e telhas. Algumas vezes, é requerida uma queima clara, mesmo para materiais aparentes. Já para materiais que recebem um acabamento superficial, caso das cerâmicas de revestimento e porcelana de mesa é exigido uma queima branca proporcionando cores mais intensas do vitrificado com menor consumo de pigmento. É importante destacar que as propriedades que se exige de um produto acabado depende mais do processo de fabricação do que das quantidades de óxidos corantes presentes nas matérias-primas. Desta forma, a opção de se fabricar um produto de uma cor ou de outra reside mais em critérios econômicos e da demanda de mercado e não em aspectos técnicos (1). De uma maneira geral, a cor de queima dos materiais cerâmicos de base argilosa depende basicamente de três fatores: (i) natureza e quantidade de compostos corantes; (ii) presença de sais solúveis e (iii) condições de processo (1). Em se tratando de condições de processos, outros fatores podem influenciar na coloração e também na tonalidade dos materiais cerâmicos tradicionais, dentre eles destacam-se: temperatura de queima, tempo de patamar na temperatura de queima e atmosfera do forno. Outro aspecto importante em relação à temperatura de queima desses produtos é quanto à tonalidade, ou seja, produtos desenvolvidos a partir de uma matéria-prima padrão ou uniforme e processada por patamares, variáveis e especificações definidas, deveriam apresentar o mesmo padrão e/ou a mesma uniformidade de tonalidade. No entanto, é comum encontrar em um mesmo lote de produção (nas cerâmicas) produtos não uniformes e com diferentes tonalidades. Esse fato pode estar relacionado com a não homogeneidade da temperatura dentro dos fornos, ou seja, várias regiões do forno com grande variação de temperatura (2). Este trabalho tem como objetivo analisar a variação da tonalidade (não quantificando) de materiais cerâmicos tradicionais desenvolvidos a partir de argilas utilizadas na indústria de cerâmica vermelha do estado do Rio Grande do Norte,

3 3 utilizando-se de corpos-de-prova variando-se, unicamente, da temperatura de queima, como também, a influência da temperatura na queima de blocos cerâmicos de diferentes indústrias do Estado. MATERIAIS E MÉTODOS A matéria-prima utilizada para o desenvolvimento deste trabalho foi uma argila utilizada na indústria de cerâmica vermelha do estado do Rio Grande do Norte, e também blocos cerâmicos de três indústrias do mesmo estado. Os blocos cerâmicos coletados foram retirados do processo de fabricação das indústrias logo após a extrusão. O procedimento experimental para análise da variação da tonalidade com relação ao efeito da temperatura final de queima teve a seguinte seqüência: preparação da matéria-prima, conformação dos corpos-de-prova, tratamento térmico (dos corpos-de-prova e dos blocos) e determinação das propriedades. Na secagem natural toda a matéria-prima foi colocada e espalhada sobre sacos plásticos ficando ao ar livre durante dois dias. Em seguida, o material foi destorroado manualmente e colocado em um moinho com bolas de porcelana para homogeneização e desaglomeração dos grânulos. Para cada carga de moagem foi utilizada 3 Kg de argila, 5 Kg de esferas e tempo de 30 minutos. Seguindo a moagem o material foi armazenado em depósitos plásticos com granulometria inferior 0,42 mm correspondente à passagem na peneira ABNT n 35. A etapa de conformação, utilizou-se uma prensa hidráulica da Shimadzu e uma matriz de aço de forma retangular com dimensões de 6 cm x 2 cm. Para cada corpo-de-prova produzido foi utilizado 12 g da argila e uma pressão de compactação uniaxial e de simples efeito de 25 MPa. Logo depois de moldados, os corpos-deprova foram pesados e medidos com auxílio de uma balança e um paquímetro. Na etapa de secagem os corpos-de-prova, já numerados, foram colocados em uma estufa elétrica por 24 h a uma temperatura de 110 C ± 5 C. Em seguida, foi determinado o peso e as dimensões para determinação da retração linear (RL S ) e do teor de umidade (TU). Os blocos cerâmicos das três indústrias também foram secos nas mesmas condições. A queima dos corpos-de-prova e dos blocos cerâmicos foi realizada em um forno elétrico utilizando-se as condições apresentadas na Tabela I.

4 4 Tabela I: Condições de queima dos corpos-de-prova e dos blocos cerâmicos. Dados Unidades Lote 1 Lote 2 Lote 3 Lote 4 Corpos-de-prova N 1 ao 5 6 ao ao ao 20 Taxa de aquecimento C/min Temperatura de queima C Tempo de patamar min Foram determinadas algumas propriedades de queima a fim de relacioná-las com a coloração dos corpos-de-prova nas diferentes temperaturas. Para isso, calculou-se o peso e as dimensões dos corpos-de-prova para a determinação da densidade aparente de queima (DA q ), retração linear de queima (RL q ) e perda de massa ao fogo (PF). Finalmente, os corpos-de-prova foram fotografados por lotes de variação de temperatura, utilizando-se uma câmara fotográfica digital da Sony, modelo P-33, com resolução de 3.2 MP, procurando-se manter a mesma distância maquina-amostra e a mesma intensidade de luz. RESULTADOS E DISCUSSÃO São apresentados, na Tabela II, os resultados das propriedades de secagem referentes à média aritmética de 10 corpos-de-prova com seus respectivos desvios padrão sobrescritos. Tabela II: Propriedades de secagem: RL S e TU. Propriedades RL S (%) TU (%) 110 C por 24h -0,07 0,13 2,01 0,41 A característica principal dessas propriedades de secagem é com relação à retração linear. Observa-se uma expansão linear e um desvio padrão relativamente elevado. Este fato deve-se, possivelmente, a variações do processo de conformação do material, sendo comum durante a conformação por prensagem uniaxial o aprisionamento de ar dentro do material. O fato de se ter utilizado uma presagem de simples efeito, contribui para que se tenha uma grande variação na densidade do material ao longo de sua altura, o que facilita o aprisionamento de ar e aumenta a

5 5 variabilidade nas amostras. O elevado desvio-padrão observado para a medida da retração linear, significa que a distribuição normal não é adequada para tratar estes dados e que provavelmente o número de repetições do experimento foi insuficiente. Desta forma, do ponto de vista estatístico, as medidas da retração linear na secagem não são representativas. Na Tabela III, são apresentadas as propriedades dos corpos-de-prova queimados em ciclos térmicos de mesma taxa de aquecimento, mesmo tempo de patamar e nas diferentes temperaturas de queima, discriminadas na Tabela I. Esses valores referem-se à média aritmética de 5 corpos-de-prova com seus respectivos desvios padrão sobrescritos. Tabela III: Propriedades de queima: DA q, RL q e PF. Temperaturas ( C) DA q (g/cm 3 ) RL q (%) PF (%) 750 1,55 0,03 0,41 0,11 7,95 0, ,55 0,01 0,87 0,17 9,22 0, ,62 0,01 1,95 0,12 9,53 0, ,73 0,03 4,99 0,19 10,11 0,07 A densidade aparente de queima (DA q ) teve uma boa evolução com relação a temperatura de queima. Da temperatura de 750 C para a de 1050 C a densificação foi de mais de 10%, proporcionado, conseqüentemente, uma retração linear de queima (RL q ) bem mais acentuada. Com relação à perda de massa ao fogo (PF), observa-se um aumento desta propriedade com a evolução da temperatura, devido às transformações que estão se procedendo durante a sinterização do material. Na Figura 1 é mostrada a foto dos corpos-de-prova, antes referenciado nas propriedades, com relação à diferença de tonalidade devido à evolução da temperatura e, conseqüência das transformações ocorridas na sinterização.

6 6 Figura 1: Fotografia dos corpos-de-prova nas diferentes temperaturas. A mudança de tonalidade dos blocos com a evolução da temperatura também foi observada para as amostras das três cerâmicas, conforme a Figura 2. Figura 2: Fotografia dos blocos cerâmicos de três diferentes indústrias com temperatura de queima diferente. A Figura 3 mostra com detalhe a diferença de tonalidade dos blocos das três indústrias separadamente. Observa-se que a variação da tonalidade das amostras,

7 7 com possíveis diferenças de composições químicas, também foi influenciada pela temperatura de queima. Figura 3: Detalhes dos blocos das três cerâmicas nas diferentes temperaturas. O último fato a relatar quanto à diferença de tonalidade é com relação as diferentes zonas térmicas em um forno industrial. Pode-se observa na Figura 4 a grande variação na tonalidade dos tijolos de uma indústria de cerâmica vermelha do estado. Em um modo grosseiro, esse lote apresenta-se com no mínimo três tonalidades diferentes, e possivelmente com propriedades diferentes.

8 8 Figura 4: Variação da tonalidade de um lote de tijolos de uma indústria de cerâmica vermelha. CONCLUSÕES Com base neste trabalho, pôde-se constatar que a temperatura de queima é uma variável de fundamental importância a se considerar em se tratando de tonalidade dos materiais cerâmicos tradicionais. Também foi constatado durante a queima dos produtos das indústrias, que a cor dos tijolos queimados nas mesmas temperaturas apresentaram a mesma evolução quanto à tonalidade. A tonalidade de materiais cerâmicos sem revestimento, até o momento, é uma propriedade pouca explorada e que pode ser um fator de qualidade. AGRADECIMENTOS Os autores agradem o apoio do Sindiceâmica/RN, do Laboratório de Materiais da UFRN, da CAPES pelo financiamento e aos alunos de iniciação científica José Carlos e Olavo, ao doutorando Ulisses Targino Bezerra pelas suas valorosas colaborações. REFERÊNCIAS

9 9 1. BARBA, A., BELTRÁN, V., FELIU, C., GARCIA, J., GINÉS, F., SÁNCHEZ, E., SANZ, V., Materias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas, Instituto de Tecnología Cerámica, Espanha, FONSECA, R. C.; SILVA, J.M.; Silva, J.H.E.; Anais do 44º Congresso Brasileiro de Cerâmica, São Pedro-SP., STUDY OF THE VARIATION OF THE TONALITY ON TRADITIONAL CERAMIC MATERIALS. PART-I: EFFECT OF TEMPERATURE ON BURNING ABSTRACT Burning color of the ceramic materials without possess covering or superficial finishing is an important characteristic in the choose of products for the consumers. Considering development of the product from raw material standard or processed uniform and platforms, defined variable and specifications, its tonality would have to present the same standard and/or uniformity. However, it is common to find products not uniforms and with different tonalities in the same lot of production. The objective of the study presented in this paper is to analyze the variation of tonality and factors responsible for such phenomenon, being this the first part, which analyzes the effect of temperature variation in the tonality of these products. Bricks and body-of-test with raw materials of the ceramic industries had been manufacturing, having its controlled processing. Bricks and body-of-test had been burnt in temperatures of 750, 850, 950 and 1050 ºC. Key-words: Clay, bricks, temperature, tonality.