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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
Ana Paula Margando Menegazzo
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
Ana Paula Margando Menegazzo
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
Tabela 1.5: Caractersticas de produo e perspectiva de mercado da empresa
Cecrisa" 12
Tabela 1.6: Caractersticas de produo e perspectiva de mercado da empresa
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
de manchas em diferentes etapas de limpeza 164
Figura 5.3: Aspecto da superfcie das amostras NPBRAN aps o ensaio
de manchas em diferentes etapas de limpeza 165
Figura 5.4: Aspecto da superfcie das amostras IPPAR aps o ensaio
de manchas em diferentes etapas de limpeza 166
Figura 5.5: Aspecto da superfcie das amostras IPBAR aps o ensaio
de manchas em diferentes etapas de limpeza 167
Figura 5.6: Aspecto da superfcie das amostras INBAR aps o ensaio
de manchas em diferentes etapas de limpeza 168
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
manchas em diferentes etapas de limpeza 169
Figura 5.9: Aspecto da superfcie das amostras ENTRAT aps o ensaio de
manchas em diferentes etapas de limpeza 170
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
de ferro e lavada em gua quente 177
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
de ferro e lavada em gua quente 177
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
com xido de cromo 190
Figura 5.39: Anlise de imagem da superficie do granito GBRAN manchada
com xido de cromo 191
Figura 5.40: Anlise de imagem da superficie do granito GCAFE manchada
com xido de cromo 191
Figura 5.41 : Anlise de imagem da superficie do granito GPRET manchada
com xido de cromo 191
Figura 5.42: Aspecto da superficie das amostras GCAP aps o ensaio de
manchas em diferentes etapas de limpeza 192
XIV
Lista de Figuras
Pgina
Figura 5.43: Aspecto da superficie das amostras GCINZ aps o ensaio de
manchas em diferentes etapas de limpeza 193
Figura 5.44: Aspecto da superficie das amostras GBRAN aps o ensaio de
manchas em diferentes etapas de limpeza 194
Figura 5.45: Aspecto da superficie das amostras GCAFE aps o ensaio de
manchas em diferentes etapas de limpeza 195
Figura 5.46: Aspecto da superficie das amostras GPRET aps o ensaio de
manchas em diferentes etapas de limpeza 196
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 2 da figura 5.64(b) 221 Figura 5.67: 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 1 da figura 5.68(b) 223 Figura 5.70: 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"
Decorao Desenvolvida no Brasil com a assistncia dos fornecedores (colorifcios)
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
Tabela 1.6: Caractersticas de produo e perspectiva de mercado da empresa
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"
Decorao Desenvolvida no Brasil com a assistncia dos fornecedores (colorifcios)
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
2. Reviso de Literatura
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. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
- 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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
- 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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
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
2. Reviso de Literatura
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. Reviso de Literatura
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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2. Reviso de Literatura
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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2. Reviso de Literatura
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