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A journey through problems & solutions

#09 RESISTENCIA MECÁNICA DE LOS AZULEJOS CRUDOS O EN SECO

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1. RESISTENCIA MECÁNICA: NORMATIVA Y MÉTODOS DE MEDICIÓN Los niveles de resistencia mecánica de la materia prima cerámica están regulados desde hace bastante tiempo por la normativa: UNE EN ISO 10545/4 y se miden principalmente mediante un instrumento especial de medida que permite determinar la carga y el ángulo de ruptura y la resistencia a la flexión del soporte cerámico mediante la aplicación de una fuerza que aumenta gradualmente en el centro de la muestra examinada. Esta fuerza aumenta hasta que la pieza se rompe.

La resistencia mecánica de los azulejos en crudo (y seco) es un parámetro a controlar al que se le debe prestar gran atención.

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Este hecho se producía en el pasado cuando el material era sometido a tensiones a lo largo de la línea de producción en términos de flexión y compresión como consecuencia de lo que podría definirse como decoración por contacto (serigrafía plana o rotativa). Y sigue siendo así hoy en día, aunque las técnicas tradicionales de decoración han sido progresivamente sustituidas por la impresión digital que, por su propia naturaleza, no ejerce ninguna presión sobre el soporte.

2. DE LA DECORACIÓN POR CONTACTO A LA DECORACIÓN DIGITAL: RESISTENCIA MECÁNICA Y NUEVAS PERSPECTIVAS

Si bien el avance de los métodos decorativos ha liberado, por un lado, a la cerámica cruda de la presión y el esfuerzo, el aumento progresivo de los formatos -que hoy alcanzan dimensiones superiores a 120x300 cm- ha hecho que la pieza sea más sensible a la deformación y, en general, a las tensiones a las que se ve sometida en las cintas transportadoras durante el recorrido dentro de la fábrica. Estas tensiones pueden tener diferentes orígenes y causas y a veces son capaces de deformar, e incluso romper, la pieza cerámica. Hablar única y exclusivamente de índice de resistencia a la flexión podría ser, por tanto, demasiado simplista hoy en día. Sería más apropiado hablar en estos casos de ÁNGULO MÁXIMO DE DEFORMACIÓN de la pieza antes del punto de rotura.

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3. EL PESO DE LOS GRANDES FORMATOS Y UN NUEVO PUNTO DE VISTA Los azulejos de gran tamaño en crudo, desde 120x120 mm hasta las láminas de gran tamaño, suelen estar sometidos a la tensión de su propio peso a lo largo de la línea de producción, lo que a veces puede provocar su deformación e incluso su rotura. Un ejemplo concreto.

Tomemos una baldosa cruda de tamaño 60x60 y mantengámosla suspendida, sujetándola con las manos desde dos bordes opuestos: el peso de la pieza, aunque no es insignificante, no supone gran esfuerzo. Intentemos hacer la misma operación con un tamaño de 120x120 del mismo grosor: en este caso, como consecuencia de un peso superior, es mucho más probable que se produzca una rotura en el centro de la pieza. Este ejemplo tan sencillo pone de manifiesto un aspecto importante: el módulo de rotura en flexión es muy similar, pero el resultado es muy diferente. Esto explica por qué, incluso en ausencia de presión en la pieza, la falta de horizontalidad de las cintas transportadoras o la posible presencia de irregularidades a lo largo de la línea de producción pueden no tener ningún efecto en las piezas pequeñas, pero pueden ser un problema para las piezas de gran tamaño. RESISTENCIA AL IMPACTO Del mismo modo, el peso de la pieza cerámica en crudo también afecta a su resistencia al impacto.

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Un pequeño obstáculo que se encuentre e impacte a lo largo de la línea de transporte por una pieza de pequeño formato podría ser completamente irrelevante: la pieza se mueve o a lo sumo se queda atascada a lo largo de la línea (obviamente implica otro tipo de problemas). El mismo obstáculo, golpeado por una pieza de gran formato, podría por el contrario producir la rotura de la pieza.

4. TIPOS DE ARCILLAS Una vez planteada esta perspectiva, que da una visión general y no exhaustiva de un tipo de enfoque diferente del asunto de la resistencia mecánica, es necesario preguntarse qué aspectos son capaces de garantizar que la baldosa mantenga su forma, asegurando una correcta resistencia mecánica. La tipología y la naturaleza de las arcillas es sin duda el elemento más importante.

La variedad de arcillas disponibles en el mercado influye, como es natural, no sólo en las características más o menos nobles del azulejo terminado, sino también en el correcto desarrollo del proceso productivo. Las arcillas plásticas o muy plásticas -que se caracterizan por una elevada superficie y la capacidad de absorber grandes cantidades de agua- desempeñan sin duda un papel fundamental en cuanto a las características mecánicas de la baldosa en crudo. Sin embargo, su uso está minuciosamente calibrado por las empresas cerámicas, que normalmente utilizan diferentes tipos de arcillas en la misma mezcla para conseguir buenos niveles de fluidificación, sinterización, coeficientes de expansión térmica correctos y tensiones uniformes en la pérdida de agua durante la fase de secado.

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Pero, al mismo tiempo, renunciar o limitar el uso de arcillas muy plásticas significa indirectamente renunciar a materias primas de alto rendimiento desde el punto de vista de la resistencia mecánica de la pieza cruda y, por tanto, formular pastas cerámicas que, en algunas circunstancias, no son capaces de evitar importantes problemas de rotura a lo largo de la línea de esmaltado. En cualquier caso, modificar la formulación del soporte es una operación muy compleja que, sin duda, es preferible -en el caso de los problemas relacionados con la resistencia mecánica- solucionarlo eligiendo diferentes medidas de actuación.

5. CÓMO SOLUCIONAR EL PROBLEMA

Por lo tanto, si la productividad industrial impone a veces opciones que facilitan algunos procesos en detrimento de otros, es necesario, en cualquier caso, limitar el problema de alguna manera. Normalmente, para aumentar la resistencia mecánica de la pieza en seca, se utilizan ligantes temporales, llamados así porque endurecen la pieza sólo en la fase de precocción para preservarla de posibles daños. Son diferentes de los ligantes de tipo tout court que, una vez introducidos en la mezcla, aumentan la resistencia mecánica del azulejo en la fase postcocción. ¿QUÉ ES UNA LIGANTE TEMPORAL? Los ligantes suelen ser (aunque no exclusivamente) moléculas orgánicas capaces de ejercer una acción enlazante hacia las materias primas de la mezcla, y en particular con las arcillas. ¿Qué ocurre desde el punto de vista químico?

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Una molécula ligante contiene grupos funcionales (partes de la molécula capaces de interactuar químicamente con otro material) y es capaz de UNIRSE A VARIAS partículas de arcilla y materias primas inorgánicas de gran dureza. Es decir, une las partículas inorgánicas para desarrollar una red que aumenta la resistencia de la pieza tras el secado. El agente ligante suele introducirse en el interior de los molinos durante el proceso de molienda húmeda de las materias primas o directamente en la barbotina (la mezcla de arcillas, materias primas sólidas y agua).

6. LA FUNCIÓN DEL AGUA Una vez que la barbotina, ha alcanzado su estado óptimo, se procesa dentro de los secadores donde el agua sufre un proceso de evaporación que lleva a la formación de gránulos (esferas huecas) con una humedad residual que normalmente está en torno al 5/7%. Esta operación es estrictamente necesaria para el correcto desarrollo del proceso de prensado posterior.

A continuación, el polvo de arcilla atomizado -que ya contiene el agente ligante pasa por las prensas para formar la pasta cerámica en crudo, que en esta fase aún conserva su humedad residual.

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HUMEDAD RESIDUAL Y es precisamente la presencia de esta última la que impide que el agente ligante realice toda su función: el medio está, pues, rodeado de moléculas de agua que impiden parcialmente su acción. En esta fase, las partículas de arcilla se encuentran ligeramente unidas.

Sólo después de la fase de secado de la pasta cerámica comienza a actuar el ligante: la acción del secador produce, de hecho, un fenómeno de evaporación del agua residual que sale de las arcillas, de las materias primas duras y de las moléculas del ligante, dando lugar a la formación de enlaces entre las moléculas orgánicas e inorgánicas.

7. LAS FAMILIAS DE PLASTIFICANTES Y OTRAS POSIBLES SOLUCIONES No existe, como sabemos, un producto universal que pueda aplicarse a todas las situaciones productivas. De vez en cuando es necesario estudiar en los laboratorios la solución adecuada que pueda cumplir y satisfacer los parámetros del proceso del fabricante y que al mismo tiempo sea capaz de operar en uno o varios frentes según el momento exacto en que se presente el problema. Veamos otros posibles supuestos que pueden afectar a la resistencia de los materiales cerámicos. Cada una de ellas abre perspectivas muy complejas y heterogéneas que no podrían resumirse y explicarse en unos pocos párrafos. Sin embargo, aquí los enumeramos para ofrecer una visión más amplia de los orígenes del problema.

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1. Humectación excesiva de la pieza cerámica! Se puede intervenir, por ejemplo, aumentando las densidades de trabajo de los esmaltes o, en general, reduciendo la cantidad de agua introducida en el esmalte

2. Una inadecuada configuración del secadero que puede hacer que el agua se expulse demasiado rápido y, por tanto, que la pasta se retraiga demasiado rápido, generando tensiones y creando puntos de fragmentación o grietas ! revisión de la configuración de la máquina.

3. Defectos generados durante la fase de prensado (como, por ejemplo, la falta de homogeneidad de la densidad de la mezcla posterior al prensado)

4. Baja humedad del polvo atomizado que provoca una mala cohesión de la pasta ! Regulación de los parámetros del atomizador con el fin de dar al gránulo una mayor humedad residual

5. Coloración en seco de las mezclas ! Uso de ligantes en polvo adecuados En todos estos casos, en función de la gravedad del contexto, es posible intervenir con antelación en las distintas fases del proceso recalibrando los parámetros (actuando, como hemos visto, durante la fase de secado o de prensado) y añadiendo después el tensioactivo adecuado diseñado ad hoc en los laboratorios en función del objetivo.

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