Estudo da adição de nanomateriais na deformação piroplástica de uma massa de gres porcelanato

Abstract

O presente trabalho apresenta um estudo sobre à adição de nanomateriais a base de sílica e boemita e seus efeitos na deformação piroplástica de uma massa de porcelanato. Estes revestimentos cerâmicos são formados basicamente pela mistura de argilominerais, quartzo e feldspatos e apresentaram no decorrer dos últimos anos um dos maiores crescimentos em relação a produção e vendas do setor. Destaca-se pelas excelentes características técnicas e estéticas. Propriedades estas advindas das características das próprias matérias-primas e suas interações além do processamento em temperaturas próximas a 1200 °C. Condições estas que garantem uma baixa porosidade, e ao mesmo tempo geram durante a sinterização uma grande quantidade de fase líquida responsável pela indesejável deformação piroplástica. Formatos retangulares, grandes dimensões, espessuras reduzidas e ciclos térmicos rápidos agravam o problema. Sendo assim, este estudo teve por objetivo contribuir para reduzir a incidência de deformações piroplásticas em porcelanatos, buscando identificar através das adições de nanopartículas se tal efeito seria alcançado. As composições foram formuladas segundo a técnica de planejamento de misturas. A resposta de interesse neste caso foi a deformação piroplástica. Em primeira etapa as matérias primas componentes do planejamento experimental foram estudadas quanto a sua composição química. Além disso as nanopartículas foram caracterizadas em função de sua própria dimensão e área superficial específica. Na segunda etapa foram realizadas 10 composições em laboratório e estudadas quanto ao seu comportamento físico (densidade aparente a seco, retração de queima, densidade aparente a queimado, absorção de água e índice de piroplasticidade) além da distribuição granulométrica de partículas. A composição mineralógica formada após a queima foi quantificada através do método de Rietveld. Os resultados obtidos foram avaliados pela análise de variância (ANOVA) e apresentados em superfícies de resposta mostrando o efeito das nanopartículas na deformação piroplástica do produto. Foi possível a partir daí a escolha de uma formulação de massa em relação ao melhor índice de piroplasticidade quando comparada ao padrão para a realização da terceira e última etapa (fase industrial). Os ensaios de calorimetria exploratória diferencial, diagrama de greseificação, análise termogravimétrica, análise racional da fase vítrea, energia de ativação, e microscopia eletrônica de varredura complementaram a busca de explicações em relação aos fenômenos observados. Os resultados obtidos também foram avaliados em relação ao teste Tukey e demonstraram que houve boa replicabilidade dos resultados quando comparada a fase laboratorial x industrial. As principais repostas alcançadas demonstraram que houve uma redução de até 23,8% na deformação piroplástica do porcelanato na temperatura de 1210 °C quando adicionada 5% de nanoboemita na formulação de massa. Sendo que a composição química da fase vítrea, desempenha papel importante na verificação das diferenças em relação a este comportamento. A verificação da energia de ativação na fase antecessora a máxima densificação do material, demonstrou um acréscimo de 43,76%, propiciando assim uma maior barreira energética contra os efeitos deletérios desta patologia. Respalda este resultado o ensaio de diagrama de greseificação apresentando uma diferença de 10 °C a mais na temperatura quando do atingimento da máxima densificação do porcelanato, e os 34,6% de maior absorção de energia térmica verificados no pico endotérmico entre as duas formulações finais avaliadas em relação ao ensaio de calorimetria exploratória diferencial.