Esmalte de cerámica

El esmalte cerámico es una capa o recubrimiento impermeable de una sustancia vítrea que se ha fusionado a un cuerpo cerámico mediante cocción. El esmalte puede servir para colorear, decorar o impermeabilizar un artículo. El acristalamiento hace que los recipientes de loza sean adecuados para contener líquidos, sellando la porosidad inherente de la loza de galleta sin esmaltar. También le da una superficie más dura. El esmalte también se usa en gres y porcelana. Además de su funcionalidad, los esmaltes pueden formar una variedad de acabados superficiales, que incluyen grados de acabado y color brillante o mate. Los esmaltes también pueden mejorar el diseño subyacente o la textura, ya sea sin modificaciones o inscritas, talladas o pintadas.

La mayoría de la cerámica producida en los últimos siglos ha sido esmaltada, excepto piezas en porcelana de galletas sin esmaltar, terracota u otros tipos. Las baldosas casi siempre están esmaltadas en la cara de la superficie, y la terracota arquitectónica moderna a menudo está esmaltada. Ladrillo esmaltado también es común. Los artículos sanitarios domésticos son siempre acristalados, al igual que muchas cerámicas utilizadas en la industria, por ejemplo, aislantes de cerámica para líneas eléctricas aéreas.

Los grupos más importantes de esmaltes tradicionales, cada uno con el nombre de su principal agente fundente de cerámica, son:

El esmalte de ceniza, importante en el este de Asia, simplemente hecho de madera o cenizas de plantas, que contiene potasa y cal.
Esmaltes feldespáticos de porcelana.
Los esmaltes de plomo, lisos o de color, son brillantes y transparentes después de la cocción, que solo necesitan unos 800 ° C (1,470 ° F). Se han utilizado durante unos 2.000 años en China, por ejemplo, sancai, en todo el Mediterráneo, y en Europa, por ejemplo, mayólica victoriana.
Esmalte salino, principalmente gres europeo. Utiliza sal ordinaria.
Esmalte de estaño, que recubre la vajilla con esmalte de plomo que se vuelve blanco opaco mediante la adición de estaño. Conocido en el antiguo Cercano Oriente y luego importante en la cerámica islámica, desde donde pasó a Europa. Incluye artículos hispano-morescos, mayólica (también llamada mayólica), loza y Delftware.

La tecnología moderna de materiales ha inventado nuevos esmaltes vítreos que no entran en estas categorías tradicionales.

Propósito
A partir de una temperatura de cocción de 1250 ° C, se dispara el gres de las piezas. La porcelana se cuece a temperaturas de hasta 1400 ° C. El resultado son fases cristalinas intercristalinas, que proporcionan una porosidad cerrada y posiblemente un autoesmaltado. Sin embargo, la superficie es a menudo rugosa y tiene el color del material base correspondiente. El esmalte está hecho con materiales adicionales que se pueden usar para crear una capa superficial dura y cerrada y varios colores. Los componentes del esmalte forman entre sí y con el material base una capa de vidrio hecha de una mezcla de diferentes óxidos.

Los esmaltes se aplican para mejorar el efecto estético (esmaltes de color y efecto) o sirven para mejorar las propiedades mecánicas y eléctricas.

Para los platos, el esmalte reduce la rugosidad de la superficie, por lo que son más fáciles de limpiar y aumenta la dureza de los arañazos, lo que mejora las propiedades de uso, ya que hay menos rasguños.

Los aislantes de alto voltaje hechos de porcelana eléctrica son vidriados para aumentar la resistencia del aislador por medio de un esfuerzo de compresión inherente. Al mismo tiempo, se logra una composición química adecuada de la superficie, que reduce la corriente de fuga al reducir la conductividad (sin absorción de agua). La rugosidad reducida también evita una suciedad más rápida.

Composición
Los esmaltes deben incluir un fundente cerámico que funciona promoviendo la licuefacción parcial en los cuerpos de arcilla y los otros materiales de esmalte. Los flujos reducen el alto punto de fusión de los formadores de vidrio de sílice y, a veces, trióxido de boro. Estos formadores de vidrio pueden incluirse en los materiales de esmalte, o pueden extraerse de la arcilla debajo.

Las materias primas de los esmaltes cerámicos generalmente incluyen sílice, que será el principal formador de vidrio. Varios óxidos metálicos, como el sodio, el potasio y el calcio, actúan como fundente y, por lo tanto, reducen la temperatura de fusión. La alúmina, a menudo derivada de la arcilla, endurece el esmalte fundido para evitar que se salga de la pieza. Los colorantes, como el óxido de hierro, el carbonato de cobre o el carbonato de cobalto, y a veces los opacificadores como el óxido de estaño o el óxido de circonio, se utilizan para modificar la apariencia visual del esmalte cocido.

Químicamente, los esmaltes (como otros vasos) consisten en una mezcla de harinas minerales. Ocasionalmente, metales como el plomo o el oro se agregan como elementos determinantes.

Minerales
Los minerales son, por un lado, formadores de redes como la sílice (en forma de polvo de cuarzo), fundentes o depresores del punto de fusión como los óxidos alcalinos y alcalinotérreos, en su mayoría óxido de sodio y calcio, que a menudo se agregan en forma de el feldespato o la tiza, o los compuestos de boro y plomo, que son comunes, se pueden usar como fritas, así como el óxido de aluminio como potenciador de la consistencia y potenciador de la viscosidad.

Los esmaltes de plomo son particularmente resistentes a la corrosión, mientras que los componentes de baja fusión de sodio y potasio se eliminan más fácilmente.

En el esmalte salino, que se conoce desde finales de la Edad Media, se agrega sal de roca (cloruro de sodio) al fuego, cuyos gases de combustión fluyen alrededor del horno. El óxido de sodio liberado a alta temperatura se combina con el cullet y disminuye la temperatura de fusión de la capa superficial para que se forme una capa de vidrio.

Colores
Cuanto mayor sea la temperatura de cocción y la resistencia alcanzable, más limitada será la paleta de colores. Si bien el color blanco se crea por dispersión (adición de óxido de estaño u óxido de circonio), otros colores solo se pueden lograr agregando óxidos metálicos colorantes. El esmalte azul cobalto es bien conocido. El verde es creado por el óxido de cromo, los tonos marrones por el manganeso o el hierro que a menudo ya está contenido. Bajo una atmósfera de combustión reductora, un contenido de hierro conduce a tonos gris azulados.

Los esmaltes de cerámica coloridos de bajo fuego a menudo todavía contienen componentes solubles que liberan tanta sustancia durante el uso que aún son tóxicos. A menudo, esto se aplica a los adornos con engobes aplicados que no están completamente “esmaltados” y son más cristalinos en comparación con los esmaltes y menos cerrados en la superficie.

Los objetos de porcelana, que se queman suavemente a 1450 ° C, se consideran inofensivos, incluso si contienen sustancias colorantes tóxicas. Los metales pesados ​​en los silicatos están firmemente vidriados y unidos con ellos.

La pintura de porcelana y loza se puede usar como pintura de bajo vidriado con colores de fuego de francotirador a alta temperatura, o colores de esmalte sensibles a la temperatura, reducen el calor a la vajilla esmaltada.

Ciertos óxidos como el cobalto estuvieron reservados durante mucho tiempo para producciones de lujo. De hecho, el cobalto más puro tuvo un gran costo desde el Medio Oriente a través de España. El de Europa Central dio un azul menos profundo y más gris.

Azul: cobalto + titanio (rutilo)
Marrón: hierro + manganeso
Gris azulado: hierro + cobalto
Amarillo: cobalto + vanadio
Negro: cobre + manganeso
Ocre: hierro + vanadio
Verde: cobre + hierro o cobre + cromo.

Los colores y texturas de los esmaltes cerámicos también dependen de la atmósfera de la cocción en la que se formaron:

Oxidante (suficiente oxígeno para quemar todo el combustible)
Reductor (no hay suficiente oxígeno durante la cocción para que se consuma todo el combustible y la llama buscará este oxígeno en el material mismo del esmalte, cambiando así sus propiedades químicas y, por lo tanto, su apariencia).

Proceso
El esmalte se puede aplicar desempolvando en seco una mezcla seca sobre la superficie del cuerpo de arcilla o insertando sal o refresco en el horno a altas temperaturas para crear una atmósfera rica en vapor de sodio que interactúa con los óxidos de aluminio y sílice en el cuerpo para formar y depositar vidrio, produciendo lo que se conoce como cerámica de esmalte salino. Más comúnmente, los esmaltes en suspensión acuosa de varios minerales en polvo y óxidos metálicos se aplican sumergiendo piezas directamente en el esmalte. Otras técnicas incluyen verter el esmalte sobre la pieza, rociarlo sobre la pieza con un aerógrafo o una herramienta similar, o aplicarlo directamente con un pincel u otra herramienta.

Para evitar que el artículo esmaltado se adhiera al horno durante la cocción, una parte pequeña del artículo se deja sin esmaltar, o se apoya en pequeños soportes refractarios, como espuelas de horno y zancos que se retiran y desechan después de la cocción. Pequeñas marcas dejadas por estas espuelas a veces son visibles en artículos terminados.

La decoración aplicada bajo el esmalte en cerámica generalmente se conoce como esmalte bajo. Los esmaltes se aplican a la superficie de la cerámica, que puede ser cruda, “verde” o “galleta” (una cocción inicial de algunos artículos antes del glaseado y la recirculación). Se aplica un esmalte húmedo, generalmente transparente, sobre la decoración. El pigmento se fusiona con el esmalte y parece estar debajo de una capa de esmalte transparente. Un ejemplo de decoración de bajo vidriado es la conocida porcelana “azul y blanca” producida en Alemania, Inglaterra, los Países Bajos, China y Japón. El llamativo color azul utiliza cobalto como óxido de cobalto o carbonato de cobalto.

La decoración aplicada en la parte superior de una capa de esmalte se conoce como exceso de esmalte. Los métodos de esmaltado incluyen la aplicación de una o más capas o capas de esmalte en una pieza de cerámica o la aplicación de una sustancia no esmaltada, como esmalte o metales (p. Ej., Pan de oro) sobre el esmalte.

Los colores overglaze son esmaltes de baja temperatura que le dan a la cerámica un aspecto más decorativo y vidrioso. Primero se dispara una pieza, a esta cocción inicial se le llama cocción glost, luego se aplica la decoración de esmalte y se vuelve a disparar. Una vez que la pieza se dispara y sale del horno, su textura es más suave debido al esmalte.

Historia
Históricamente, el acristalamiento de la cerámica se desarrolló bastante lentamente, ya que se necesitaban materiales apropiados, y también se necesitaba tecnología de cocción capaz de alcanzar de manera confiable las temperaturas necesarias.

El ladrillo esmaltado se remonta al templo de Elamite en Chogha Zanbil, que data del siglo XIII a. C. La pagoda de hierro, construida en 1049 en Kaifeng, China, de ladrillos esmaltados es un conocido ejemplo posterior.

La loza de plomo vidriada probablemente se fabricó en China durante el Período de los Estados Combatientes (475 – 221 a. C.), y su producción aumentó durante la dinastía Han. El gres esmaltado de protoceladón a alta temperatura se fabricó antes que la loza esmaltada, desde la dinastía Shang (1600-1046 a. C.).

Durante el período Kofun de Japón, la vajilla de Sue estaba decorada con esmaltes de cenizas naturales de color verdoso. De 552 a 794 dC, se introdujeron esmaltes de diferentes colores. Los tres esmaltes de colores de la dinastía Tang se utilizaron con frecuencia durante un período, pero se eliminaron gradualmente; Los colores precisos y las composiciones de los esmaltes no se han recuperado. Sin embargo, el esmalte de ceniza natural se usaba comúnmente en todo el país.

En el siglo XIII, los diseños florales se pintaban con sobreglaseados rojos, azules, verdes, amarillos y negros. Los vidrios excesivos se hicieron muy populares debido a la apariencia particular que le dieron a la cerámica.

Desde el siglo VIII, el uso de cerámica esmaltada prevaleció en el arte islámico y la cerámica islámica, generalmente en forma de cerámica elaborada. El acristalamiento opacificado con estaño fue una de las primeras tecnologías nuevas desarrolladas por los alfareros islámicos. Los primeros esmaltes opacos islámicos se pueden encontrar como artículos pintados de azul en Basora, que datan de alrededor del siglo VIII. Otra contribución significativa fue el desarrollo del gres, originario del Iraq del siglo IX. [Cita completa necesaria] Otros centros de cerámica innovadora en el mundo islámico incluyeron Fustat (de 975 a 1075), Damasco (de 1100 a alrededor de 1600) y Tabriz ( de 1470 a 1550).

Tecnología
Las cerámicas verdes (sin cocer) se someten primero a una cocción por pulverización, entre otras cosas, en la fabricación de porcelana. La temperatura de cocción es más baja, no tan alta como con una cocción suave después de aplicar los componentes de esmalte. Después de fregar, la cerámica se vierte, se sumerge o se cepilla con suspensiones de los componentes del esmalte en agua (fritas, polvo disuelto en agua). Las superficies de contacto permanecen libres para evitar que se fusionen con los hornos incorporados.

En el caso de una cocción suave, el esmalte se funde y sus componentes se combinan entre sí y con el vidrio roto. Se forman óxidos mixtos vítreos.

Si el coeficiente de expansión de la capa de esmalte es mayor que el del material base, pueden formarse grietas. Estas grietas a veces se reconocen y se usan como elementos de diseño (craquelé). En el caso opuesto, que la tensión de la capa de esmalte es mayor, es decir, que la capa de esmalte está bajo tensión de compresión permanente, la resistencia aumenta, lo que también puede desearse dependiendo de la aplicación.

Evolución
Como el barniz plumbífero tiene un coeficiente de expansión mayor que la propia terracota (lodo cocido), pueden aparecer pequeñas grietas que podrían filtrar los líquidos contenidos en el recipiente, lo que en muchos casos hace que los alimentos introducidos en los vasos esmaltados comiencen a formar sales de plomo muy venenoso En el siglo XIX se descubrió que el acristalamiento se podía realizar sin plomo y sin el consiguiente peligro, siendo reemplazado por acristalamiento feldespático.

Toxicidad, ecotoxicidad, certificación.
Si los esmaltes (en el sentido de cualquier “sustancia aplicada a la superficie de las baldosas entre la conformación y la etapa final de la cocción de la baldosa”) contienen plomo, cadmio o antimonio (o uno de sus compuestos), para obtener el Etiqueta ecológica europea, los esmaltes no deben contener más de:

0.5% de su masa de plomo
0.1% de su masa en cadmio
0.25% de su masa en antimonio

Tipos de esmaltes
Existen varios tipos de esmaltes según los flujos utilizados:

esmaltes alcalinos – con sales de sodio, potasio o litio;
esmaltes de boro – ácido bórico (temperatura de fusión 600 ° C);
esmaltes de plomo – óxido de plomo. El alquifoux, un esmalte de sulfuro de plomo utilizado en el sur de Francia hasta su prohibición parcial en la década de 1950, dio colores barnizados verdes o amarillos típicos de las producciones provenzales. Los esmaltes de plomo ya casi no se usan debido a su toxicidad;
Glaseados “Bristol” – con óxido de zinc. Menos tóxicos que los anteriores, los reemplazaron gradualmente.
Muchas recetas de glaseado están disponibles para obtener diferentes texturas (mate, brillante, rugosa) o una cubierta más o menos densa (opaca, translúcida).

Celadon
El celadón se refiere tanto a un color como a un tipo de cerámica exclusiva de China (chino: qingci literally, literalmente “porcelana verde”) y el Lejano Oriente. Este esmalte tiene un tono azulado a verde oliva y es característico de una producción particularmente buscada de cerámica china antigua.

Se obtiene un ejemplo de este esmalte a alta temperatura, en reducción, con este tipo de receta:

Feldespato: 40%
Sílice: 30%
Tiza (carbonato de calcio): 20%
Caolín: 10%

Opcionalmente, puede agregar 5% (además) de talco y 1% de ocre u óxido de hierro.

El tenmoku
El esmalte japonés negro con manchas marrones dice “gamuza”, este esmalte se obtiene con la siguiente receta:

Feldespato: 45%
Tiza: 12%
Bola de arcilla: 5%
Sílice: 36%
Bentonita: 2%
Óxido de hierro rojo (hematita): + 8%

El shino
Hay muchos shinoes diferentes. Generalmente se asemejan a un vidrio mate, grueso y opaco, de blanco a naranja o marrón. Dos recetas de Shino:

Sifita nefelina: 70%
Caolín: 30%
Sal: + 3%

Sienita de nefelina: 80%
Caolín: 20%
Sal: + 3%

Esmaltes de ceniza

Esmalte de fresno “crema”:
Feldespato: 38%
Fresno de madera: 31%
Tiza: 23%
Sílice: 8%

Esmalte verde ceniza:
Feldespato: 18%
Fresno de madera: 46%.
Bola de arcilla: 27%
Caolín: 9%
Carbonato de cobre: ​​+ 3%

Esmalte azul ceniza:
Feldespato: 38%
Fresno de madera: 31%
Tiza: 25%
Sílice: 6%
Óxido de cobalto: + 1%

Impacto medioambiental
A partir de 2012, se informaron más de 650 establecimientos de fabricación de cerámica en los Estados Unidos, y probablemente muchos más en el mundo desarrollado y en desarrollo. Las baldosas para pisos, baldosas, sanitarios, accesorios de baño, utensilios de cocina y vajillas son todos productos potenciales que contienen cerámica y están disponibles para los consumidores. Los metales pesados ​​son metales densos utilizados en esmaltes para producir un color o textura particular. Es más probable que los componentes de esmalte se filtren al medio ambiente cuando los productos cerámicos no reciclados se exponen a agua tibia o ácida. La lixiviación de metales pesados ​​ocurre cuando los productos cerámicos se glasean incorrectamente o se dañan. El plomo y el cromo son dos metales pesados ​​comúnmente utilizados en esmaltes cerámicos que son monitoreados por agencias gubernamentales debido a su toxicidad y capacidad de bioacumulación.

Química del óxido de metal
Los metales utilizados en esmaltes cerámicos están típicamente en forma de óxidos metálicos.

Óxido de plomo (II)
Los fabricantes de cerámica utilizan principalmente óxido de plomo (II) (PbO) como fundente por su bajo rango de fusión, amplio rango de cocción, baja tensión superficial, alto índice de refracción y resistencia a la desvitrificación.

En ambientes contaminados, el dióxido de nitrógeno reacciona con agua (H2O) para producir ácido nitroso (HNO2) y ácido nítrico (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

El nitrato de plomo (II) soluble (Pb (NO3) 2) se forma cuando el óxido de plomo (II) (PbO) de los esmaltes con plomo se expone al ácido nítrico (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb (NO3) 2 + H2O

Debido a que la exposición al plomo está fuertemente vinculada a una variedad de problemas de salud, denominados colectivamente envenenamiento por plomo, la eliminación de vidrio con plomo (principalmente en forma de pantallas CRT desechadas) y cerámica esmaltada con plomo está sujeta a las regulaciones de desechos tóxicos.

Óxido de cromo (III)
El óxido de cromo (III) (Cr2O3) se usa como colorante en esmaltes cerámicos. El óxido de cromo (III) puede experimentar una reacción con el óxido de calcio (CaO) y el oxígeno atmosférico en las temperaturas alcanzadas por un horno para producir cromato de calcio (CaCrO4). La reacción de oxidación cambia el cromo de su estado de oxidación +3 a su estado de oxidación +6. El cromo (VI) es muy soluble y el más móvil de todas las otras formas estables de cromo.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

El cromo puede ingresar a los sistemas de agua a través de descargas industriales. El cromo (VI) puede ingresar directamente al medio ambiente o los oxidantes presentes en los suelos pueden reaccionar con el cromo (III) para producir cromo (VI). Las plantas tienen cantidades reducidas de clorofila cuando crecen en presencia de cromo (VI).

Prevención
La oxidación del cromo durante los procesos de fabricación se puede reducir con la introducción de compuestos que se unen al calcio. Las industrias cerámicas son reacias a utilizar alternativas de plomo, ya que los esmaltes con plomo proporcionan productos con un brillo brillante y una superficie lisa. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha experimentado con un vidrio doble, una alternativa de bario al plomo, pero no tuvieron éxito en lograr el mismo efecto óptico que los vidrios con plomo.