Esmalte cerâmico

O esmalte cerâmico é uma camada ou revestimento impermeável de uma substância vítrea que foi fundida a um corpo de cerâmica por queima. O esmalte pode servir para colorir, decorar ou impermeabilizar um item. A vidraça produz recipientes de barro adequados para reter líquidos, selando a porosidade inerente ao barro não esmaltado. Também oferece uma superfície mais resistente. O esmalte também é usado em grés e porcelana. Além de sua funcionalidade, os esmaltes podem formar uma variedade de acabamentos de superfície, incluindo graus de acabamento e cor brilhante ou fosco. Os esmaltes também podem aprimorar o design ou a textura subjacente, não modificada ou inscrita, esculpida ou pintada.

A maior parte da cerâmica produzida nos últimos séculos foi envidraçada, exceto peças em porcelana de biscoito não vidrada, terracota ou alguns outros tipos. Os azulejos são quase sempre esmaltados na superfície e a terracota arquitetônica moderna é frequentemente esmaltada. Tijolo vitrificado também é comum. As louças sanitárias domésticas são invariavelmente envidraçadas, assim como muitas cerâmicas usadas na indústria, por exemplo, isoladores cerâmicos para linhas de transmissão aéreas.

Os grupos mais importantes de esmaltes tradicionais, cada um com o nome de seu principal agente de fundição de cerâmica, são:

O esmalte de cinza, importante no leste da Ásia, é simplesmente feito de madeira ou cinza de plantas, que contém potássio e cal.
Esmaltes feldspáticos de porcelana.
Os esmaltes de chumbo, lisos ou coloridos, são brilhantes e transparentes após a queima, que precisam apenas de cerca de 800 ° C (1.470 ° F). Eles são usados ​​há cerca de 2.000 anos na China, por exemplo, sancai, no Mediterrâneo e na Europa, como majólica vitoriana.
Esmalte de sal, principalmente grés europeu. Ele usa sal comum.
Esmalte esmaltado, que reveste a louça com esmalte de chumbo branco opaco pela adição de estanho. Conhecido no antigo Oriente Próximo e, em seguida, importante na cerâmica islâmica, da qual passou para a Europa. Inclui louça hispano-moresca, maiolica (também chamada majólica), faiança e louça de Delftware.

A tecnologia moderna de materiais inventou novos esmaltes vítreos que não se enquadram nessas categorias tradicionais.

Objetivo
A uma temperatura de queima de 1250 ° C, o grés é acionado das peças. A porcelana é queimada em temperaturas de até 1400 ° C. Resultado de fases intercristalinas do tipo vidro, que fornecem uma porosidade fechada e possivelmente um esmalte. No entanto, a superfície geralmente é áspera e tem a cor do material base correspondente. O esmalte é feito com materiais adicionais que podem ser usados ​​para criar uma camada de superfície dura e fechada e várias cores. Os componentes do esmalte formam um com o outro e com o material base uma camada de vidro feita de uma mistura de diferentes óxidos.

Os esmaltes são aplicados para melhorar o efeito estético (cor e efeito) ou servem para melhorar as propriedades mecânicas e elétricas.

Nos pratos, o esmalte reduz a rugosidade da superfície, tornando-os mais fáceis de limpar e aumentando a dureza dos riscos, o que melhora as propriedades de uso, pois há menos riscos.

Os isoladores de alta tensão fabricados em porcelana elétrica são envidraçados para aumentar a resistência do isolador por meio de um estresse compressivo inerente. Ao mesmo tempo, é obtida uma composição química adequada da superfície, o que reduz a corrente de fuga, reduzindo a condutividade (sem absorção de água). A rugosidade reduzida também evita sujeira mais rápida.

Composição
Os esmaltes precisam incluir um fluxo cerâmico que funcione promovendo uma liquefação parcial nos corpos de argila e nos outros materiais de esmalte. Os fluxos diminuem o alto ponto de fusão da sílica dos formadores de vidro e, às vezes, o trióxido de boro. Esses formadores de vidro podem ser incluídos nos materiais de esmalte ou podem ser retirados da argila abaixo.

As matérias-primas dos esmaltes cerâmicos geralmente incluem sílica, que será a principal formadora de vidro. Vários óxidos metálicos, como sódio, potássio e cálcio, atuam como fluxo e, portanto, diminuem a temperatura de fusão. A alumina, geralmente derivada da argila, endurece o esmalte derretido para impedir que escorra da peça. Corantes, como óxido de ferro, carbonato de cobre ou carbonato de cobalto, e às vezes opacificadores como óxido de estanho ou óxido de zircônio, são usados ​​para modificar a aparência visual do esmalte queimado.

Quimicamente, os esmaltes (como outros copos) consistem em uma mistura de farinhas minerais. Ocasionalmente, metais como chumbo ou ouro são adicionados como elementos determinantes.

Minerais
Os minerais são, por um lado, formadores de rede como sílica (na forma de pó de quartzo), fluxos ou depressores do ponto de fusão, como óxidos alcalinos e alcalino-terrosos, principalmente óxido de sódio e cálcio, que são frequentemente adicionados na forma de feldspato ou giz, ou compostos de boro e chumbo, que são comuns, podem ser usados ​​como fritas, bem como óxido de alumínio como intensificador de consistência e intensificador de viscosidade.

Os esmaltes de chumbo são particularmente resistentes à corrosão, enquanto os componentes de baixo ponto de fusão de sódio e potássio são mais facilmente removidos.

No esmalte de sal, que é conhecido desde o final da Idade Média, o sal-rocha (cloreto de sódio) é adicionado ao fogo, cujos gases de combustão fluem ao redor do forno. O óxido de sódio liberado em alta temperatura combina com o casco e diminui a temperatura de fusão da camada superficial, formando uma camada de vidro.

Cores
Quanto maior a temperatura de queima e a resistência atingível, mais limitada é a paleta de cores. Enquanto a cor branca é criada por dispersão (adição de óxido de estanho ou óxido de zircônio), outras cores só podem ser obtidas com a adição de óxidos metálicos coloridos. O esmalte azul de cobalto é bem conhecido. O verde é criado pelo óxido de cromo, pelos marrons pelo manganês ou pelo ferro que já está contido. Sob uma atmosfera de queima reduzida, um teor de ferro leva a tons de cinza-azulado.

Os esmaltes de cerâmica colorida de baixa queima ainda contêm componentes solúveis que liberam tanta substância durante o uso que ainda são tóxicos. Freqüentemente, isso se aplica a ornamentos com engobes aplicados que não são completamente “vidrados” e são mais cristalinos em comparação com os esmaltes e menos fechados na superfície.

Objetos de porcelana, que são queimados suavemente a 1450 ° C, são considerados inofensivos – mesmo que contenham substâncias corantes tóxicas. Os metais pesados ​​nos silicatos são firmemente envidraçados e unidos a eles.

A pintura de porcelana e faiança pode ser usada como pintura sob esmalte com cores de fogo de atirador a alta temperatura ou cores de esmalte sensíveis à temperatura feitas, reduzem o calor para a louça vitrificada.

Certos óxidos, como o cobalto, estavam há muito reservados para produções de luxo. De fato, o cobalto mais puro veio com grande custo do Oriente Médio via Espanha. O da Europa Central deu azuis menos profundos e mais cinzentos.

Azul: cobalto + titânio (rutilo)
Castanho: ferro + manganês
Cinza azulado: ferro + cobalto
Amarelo: cobalto + vanádio
Preto: cobre + manganês
Ocre: ferro + vanádio
Verde: cobre + ferro ou cobre + cromo

As cores e texturas dos esmaltes cerâmicos também dependem da atmosfera da queima em que foram formados:

Oxidante (oxigênio suficiente para queimar todo o combustível)
Redutivo (não há oxigênio suficiente durante o cozimento para que todo o combustível seja consumido e a chama buscará esse oxigênio no próprio material do esmalte, alterando suas propriedades químicas e, portanto, sua aparência).

Processo
O esmalte pode ser aplicado espanando uma mistura seca sobre a superfície do corpo de argila ou inserindo sal ou refrigerante no forno a altas temperaturas para criar uma atmosfera rica em vapor de sódio que interage com os óxidos de alumínio e sílica do corpo para formar e depositar vidro, produzindo o que é conhecido como cerâmica de esmalte salgado. Geralmente, os esmaltes em suspensão aquosa de vários minerais em pó e óxidos metálicos são aplicados mergulhando as peças diretamente no esmalte. Outras técnicas incluem derramar o esmalte sobre a peça, borrifá-lo na peça com um aerógrafo ou ferramenta similar ou aplicá-lo diretamente com um pincel ou outra ferramenta.

Para impedir que o artigo envidraçado grude no forno durante o disparo, uma pequena parte do item é deixada sem vidro ou é suportada em pequenos suportes refratários, como esporas do forno e palafitas, que são removidos e descartados após o disparo. Às vezes, pequenas marcas deixadas por esses dentes retos são visíveis nos produtos acabados.

A decoração aplicada sob o esmalte na cerâmica é geralmente chamada de esmalte. Os esmaltes são aplicados à superfície da cerâmica, que pode ser queimada como bruta, “verdura” ou “biscoito” (uma queima inicial de alguns artigos antes da vidraça e da queima novamente). Um esmalte úmido – geralmente transparente – é aplicado sobre a decoração. O pigmento se funde com o esmalte e parece estar sob uma camada de esmalte transparente. Um exemplo de decoração sob esmalte é a conhecida porcelana “azul e branca”, famosa na Alemanha, Inglaterra, Holanda, China e Japão. A cor azul marcante usa cobalto como óxido de cobalto ou carbonato de cobalto.

A decoração aplicada sobre uma camada de esmalte é chamada de esmalte. Os métodos de esmalte incluem a aplicação de uma ou mais camadas ou camadas de esmalte em uma peça de cerâmica ou a aplicação de uma substância não esmalte, como esmalte ou metais (por exemplo, folha de ouro) sobre o esmalte.

As cores overglaze são esmaltes de baixa temperatura que dão à cerâmica uma aparência mais decorativa e vítrea. Uma peça é disparada primeiro, sendo que essa queima inicial é chamada de queimada por glost, depois a decoração com esmalte é aplicada e é acionada novamente. Uma vez que a peça é queimada e sai do forno, sua textura fica mais lisa devido ao esmalte.

História
Historicamente, o envidraçamento da cerâmica se desenvolveu muito lentamente, pois os materiais apropriados precisavam ser descobertos e também era necessária uma tecnologia de queima capaz de atingir de forma confiável as temperaturas necessárias.

Tijolos vidrados remontam ao Templo Elamita de Chogha Zanbil, datado do século XIII aC. O Pagode de Ferro, construído em 1049 em Kaifeng, China, de tijolos vitrificados é um exemplo posterior bem conhecido.

O barro com chumbo foi provavelmente fabricado na China durante o Período dos Reinos Combatentes (475 – 221 aC), e sua produção aumentou durante a Dinastia Han. O grés vitrificado com protoceladon de alta temperatura foi fabricado mais cedo do que os produtos de barro vitrificado, desde a Dinastia Shang (1600 – 1046 aC).

Durante o período Kofun do Japão, Sue Ware foi decorada com esmaltes de cinza natural esverdeado. Entre 552 e 794 DC, esmaltes de cores diferentes foram introduzidos. Os três esmaltes coloridos da dinastia Tang foram freqüentemente usados ​​por um período, mas foram gradualmente eliminados; as cores e composições precisas dos esmaltes não foram recuperadas. O esmalte de cinza natural, no entanto, era comumente usado em todo o país.

No século XIII, os desenhos de flores foram pintados com esmaltes vermelhos, azuis, verdes, amarelos e pretos. Os esmaltes se tornaram muito populares devido à aparência particular que eles deram à cerâmica.

A partir do século VIII, o uso de cerâmica vitrificada era predominante na arte islâmica e na cerâmica islâmica, geralmente na forma de cerâmica elaborada. O vidro opacificado com estanho foi uma das primeiras novas tecnologias desenvolvidas pelos oleiros islâmicos. Os primeiros esmaltes opacos islâmicos podem ser encontrados como peças pintadas de azul em Basra, que datam do século VIII. Outra contribuição significativa foi o desenvolvimento de grés, originário do Iraque do século 9. Outros centros de cerâmica cerâmica inovadora no mundo islâmico incluem Fustat (de 975 a 1075), Damasco (de 1100 a 1600) e Tabriz ( 1470 a 1550).

Tecnologia
A cerâmica verde (não queimada) é submetida primeiro a um spray de pulverização, entre outras coisas, na fabricação de porcelana. A temperatura de queima é mais baixa, não tão alta quanto na queima suave após a aplicação dos componentes do esmalte. Após a lavagem, a cerâmica é vertida, imersa ou escovada com suspensões dos componentes do esmalte na água (fritas, pó dissolvido na água). As superfícies de contato permanecem livres para impedir que se fundam com os fornos embutidos.

No caso de queima suave, o esmalte derrete e seus componentes se combinam entre si e com o vidro quebrado. Óxidos mistos vítreos são formados.

Se o coeficiente de expansão da camada de esmalte for maior que o do material base, podem ocorrer trincas. Às vezes, essas rachaduras são reconhecidas e usadas como elementos de design (craquelé). No caso oposto, que a tensão da camada de esmalte é maior, ou seja, a camada de esmalte está sob estresse compressivo permanente, a força é aumentada, o que também pode ser desejado dependendo da aplicação.

Evolução
Como o verniz plumbífero possui um coeficiente de expansão maior que a própria terracota (lama cozida), podem aparecer pequenas rachaduras que filtram os líquidos contidos no recipiente, o que em muitos casos faz com que os alimentos introduzidos nos vasos envidraçados comecem a formar sais de chumbo muito venenoso. No século XIX, descobriu-se que a vidraça podia ser feita sem chumbo e sem o consequente perigo, sendo substituída pela vidraça feldspática.

Toxicidade, ecotoxicidade, certificação
Se os esmaltes (no sentido de qualquer “substância aplicada à superfície dos ladrilhos entre a modelagem e a fase final da queima do ladrilho”) contiverem chumbo, cádmio ou antimônio (ou um de seus compostos), para obter o Rótulo ecológico europeu, os esmaltes não devem conter mais do que:

0,5% da massa de chumbo
0,1% da sua massa em cádmio
0,25% de sua massa em antimônio

Tipos de esmaltes
Existem vários tipos de esmaltes, dependendo dos fluxos utilizados:

esmaltes alcalinos – com sais de sódio, potássio ou lítio;
esmaltes de boro – ácido bórico (temperatura de fusão 600 ° C);
esmaltes de chumbo – óxido de chumbo. O alquifoux, um esmalte de sulfeto de chumbo usado no sul da França até sua proibição parcial nos anos 50, dava cores envernizadas em verde ou amarelo, típicas das produções provençais. Os esmaltes de chumbo quase não são mais utilizados devido à sua toxicidade;
Esmaltes “Bristol” – com óxido de zinco. Menos tóxicos que os anteriores, eles os substituíram gradualmente.
Muitas receitas de envidraçamento estão disponíveis para obter diferentes texturas (fosco, brilhante, áspero) ou uma cobertura mais ou menos densa (opaca, translúcida).

Celadon
O celadon se refere tanto a uma cor quanto a um tipo de cerâmica exclusiva da China (chinês: qingci 青瓷, literalmente “porcelana verde”) e do Extremo Oriente. Este esmalte tem uma tonalidade azulada a verde azeitona e é característico de uma produção particularmente procurada após a cerâmica chinesa antiga.

Um exemplo desse esmalte de alta temperatura é obtido, em redução, com este tipo de receita:

Feldspato: 40%
Sílica: 30%
Giz (carbonato de cálcio): 20%
Caulino: 10%

Opcionalmente, você pode adicionar 5% (além) de talco e 1% de ocre ou óxido de ferro.

O tenmoku
O esmalte preto japonês manchado de marrom diz “camurça”; este esmalte é obtido com a seguinte receita:

Feldspato: 45%
Giz: 12%
Argila de bola: 5%
Sílica: 36%
Bentonita: 2%
Óxido de ferro vermelho (hematita): + 8%

O shino
Existem muitos shinoes diferentes. Eles geralmente se assemelham a um vidro fosco, opaco e espesso, do branco ao laranja ou marrom. Duas receitas Shino:

Sefita nefelina: 70%
Caulino: 30%
Sal: + 3%

Nepheline Syenite: 80%
Caulino: 20%
Sal: + 3%

Esmaltes de cinza

Esmalte “creme” de cinza:
Feldspato: 38%
Cinza de madeira: 31%
Giz: 23%
Sílica: 8%

Esmalte verde cinza:
Feldspato: 18%
Cinza de madeira: 46%
Argila esférica: 27%
Caulino: 9%
Carbonato de cobre: ​​+ 3%

Esmalte azul cinza:
Feldspato: 38%
Cinza de madeira: 31%
Giz: 25%
Sílica: 6%
Óxido de cobalto: + 1%

Impacto ambiental
A partir de 2012, mais de 650 estabelecimentos de fabricação de cerâmica foram relatados nos Estados Unidos, provavelmente muito mais no mundo desenvolvido e em desenvolvimento. Ladrilho, azulejo, louças sanitárias, acessórios de banheiro, utensílios de cozinha e utensílios de mesa são todos os produtos potenciais em cerâmica que estão disponíveis para os consumidores. Metais pesados ​​são metais densos usados ​​em esmaltes para produzir uma cor ou textura específica. É mais provável que os componentes do esmalte sejam lixiviados no ambiente quando produtos cerâmicos não reciclados são expostos a água morna ou ácida. A lixiviação de metais pesados ​​ocorre quando os produtos cerâmicos são envidraçados incorretamente ou danificados. O chumbo e o cromo são dois metais pesados ​​comumente usados ​​em esmaltes cerâmicos que são fortemente monitorados pelas agências governamentais devido à sua toxicidade e capacidade de bioacumulação.

Química do óxido de metal
Os metais usados ​​nos esmaltes cerâmicos são tipicamente na forma de óxidos metálicos.

Óxido de chumbo (II)
Os fabricantes de cerâmica usam principalmente óxido de chumbo (II) (PbO) como um fluxo para sua baixa faixa de fusão, ampla faixa de queima, baixa tensão superficial, alto índice de refração e resistência à desvitrificação.

Em ambientes poluídos, o dióxido de nitrogênio reage com a água (H2O) para produzir ácido nitroso (HNO2) e ácido nítrico (HNO3).

H2O + 2NO2 → HNO2 + HNO3

Nitrato de chumbo solúvel (II) (Pb (NO3) 2) se forma quando o óxido de chumbo (II) (PbO) de esmaltes com chumbo é exposto ao ácido nítrico (HNO3)

PbO + 2HNO3 → Pb (NO3) 2 + H2O

Como a exposição ao chumbo está fortemente ligada a uma variedade de problemas de saúde, chamados coletivamente de envenenamento por chumbo, o descarte de vidro com chumbo (principalmente na forma de displays descartáveis ​​de CRT) e cerâmica com vidro com chumbo está sujeito a regulamentos de resíduos tóxicos.

Óxido de crómio (III)
O óxido de cromo (III) (Cr2O3) é usado como corante em esmaltes cerâmicos. O óxido de cromo (III) pode sofrer uma reação com óxido de cálcio (CaO) e oxigênio atmosférico em temperaturas atingidas por um forno para produzir cromato de cálcio (CaCrO4). A reação de oxidação altera o cromo do estado de oxidação +3 para o estado de oxidação +6. O cromo (VI) é muito solúvel e o mais móvel dentre todas as outras formas estáveis ​​de cromo.

Cr2O3 + 2CaO + 3⁄2O2 → CaCrO4

O cromo pode entrar nos sistemas de água por meio de descargas industriais. O cromo (VI) pode entrar diretamente no ambiente ou os oxidantes presentes nos solos podem reagir com o cromo (III) para produzir cromo (VI). As plantas têm quantidades reduzidas de clorofila quando cultivadas na presença de cromo (VI).

Prevenção
A oxidação do cromo durante os processos de fabricação pode ser reduzida com a introdução de compostos que se ligam ao cálcio. As indústrias cerâmicas relutam em usar alternativas de chumbo, uma vez que os esmaltes com chumbo fornecem aos produtos um brilho brilhante e uma superfície lisa. A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos experimentou uma alternativa de bário com esmalte duplo ao chumbo, mas não teve sucesso em obter o mesmo efeito óptico dos esmaltes com chumbo.