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UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ “Año de la Lucha contra la Corrupción y la Impunidad” FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

E.A.P. INGENIERÍA QUÍMICA

COLORACION DE LOS PIGMENTOS CERAMICOS INORGANICOS - OXIDOS PRESENTADO POR: GRIJALBA ARTICA XIOMARA MARIA

CÁTEDRA

CATEDRÁTICO

SEMESTRE

:

TECNOLOGÍA DEL CEMENTO

Ing. Yessica Bendezú Roca

:

:

FECHA DE ENTREGA:

IX “A”

11/07/19

HUANCAYO-PERÚ 1

2019

COLORACION DE LOS PIGMENTOS CERAMICOS INORGANICOS - OXIDOS

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INDICE RESUMEN ...................................................................................................................................... 4 II. MARCO TEÓRICO ....................................................................................................................... 5 2.1. PIGMENTO CERÁMICO ....................................................................................................... 5 2.2. COLORANTE CERÁMICO ..................................................................................................... 5 2.3. METODO CERAMICO PARA LA COLORACIÓN ..................................................................... 5 2.4. CLASIFICACION DE PIGMENTOS CERAMICOS..................................................................... 6 2.5. PIGMENTOS INORGÁNICOS................................................................................................ 7 2.6. PIGMENTOS CERAMICOS: DCMA ....................................................................................... 8 2.7. DCMA, LA SOCIEDAD DE LOS COLORISTAS (SOCIETY OF DYERS AND COLOURISTS): NOMENCLATURA GENÉRICA DENOMINADA COLOUR INDEX (C.I.) ........................................ 11 III. CONCLUSIONES………………………………………………………………………………………………………………….13 BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................................................. 13 ANEXOS ....................................................................................................................................... 14

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RESUMEN A lo largo de la historia los pigmentos y colorantes han sido los materiales más comercializados entre las civilizaciones. Generalmente los pigmentos son sólidos inorgánicos que finamente dispersados, mezclados con otros componentes, en forma de suspensión son aplicados como recubrimiento sobre diversos materiales ingenieriles, cerámicos, vidrios, metales y polímeros, con el fin de colorearlos. La mayoría de los óxidos puros utilizados como pigmentos inorgánicos proveen una paleta de colores reducida. Fue por ello que, hacia finales del 1900 se fabricaron nuevos pigmentos inorgánicos, cuyos colores simularon los colores de los pigmentos naturales, del tipo de los que están presentes en los minerales. Los esmaltes cerámicos, además de otorgarle color y decoración, al sustrato, deben conferirle un alisado superficial e impermeabilizarlo para facilitar la limpieza, mejorar su resistencia química frente a agentes ácidos y básicos y sus propiedades mecánicas, en particular al rayado y a la abrasión. El rol del esmalte en la terminación del producto es crucial. Los pigmentos inorgánicos tradicionales están basados en compuestos de metales de transición. Entre los materiales que aportan intensidad de pigmentación y estabilidad como agentes colorantes de cerámicos predominan los óxidos de vanadio, cromo, hierro, cobalto, cobre, oro, uranio, circonio, cadmio, entre otros. Debido a que algunos de los metales coloreados son esencialmente tóxicos, la búsqueda de nuevos pigmentos más ecológicos es un tema de creciente interés en todo el mundo. Por otro lado algunos de estos óxidos coloreados, ampliamente utilizados en la fabricación de cerámicos, son escasos y caros por lo cual las industrias han procurado optimizar su uso racionando la cantidad de pigmento con la finalidad de bajar costos de producción.

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II. MARCO TEÓRICO 2.1. PIGMENTO CERÁMICO Se considera un pigmento como una sustancia inorgánica en una proporción de 0,5 a un 5 % incluido en una matriz vítrea genera una coloración uniforme siendo termoestable, e insoluble. Y se denomina pigmento cerámico, a los componentes químicos que, cumpliendo los requisitos de ser estables a alta temperatura, y estables en el vidrio fundido, dan el color de distintas formas al esmalte. (Hevia y col., 2002). Desde el punto de vista estructural, un pigmento cerámico está formado por una red cristalina huésped (o matriz) donde se integra el componente pigmentante o cromóforo (normalmente un catión de transición) y los posibles componentes modificadores que confieren o reafirman las propiedades pigmentantes tales como el rendimiento del color o la tonalidad (Monrós y col., 2003). La pureza del color dentro de una paleta es el factor de mayor importancia y problemática, ya que la reproducción exacta de las características cromáticas en diferentes partidas es difícil de conseguir. Además, el pigmento debe ser compatible con el sistema, adonde se encuentra (vidriados, opacificantes, aditivos o/y otros pigmentos) (Eppler, 1987). 2.2. COLORANTE CERÁMICO

Son llamados colorantes cerámicos a los compuestos que interaccionan con la masa vítrea y se disuelven en ella en forma de iones. Según sea su coordinación con el oxígeno, producen diversos colores. El verde de cobre, el amarillo de hierro, el verde de hierro y el violeta de manganeso son colores característicos. Los iones colorantes, pertenecen a la primera serie de transición en determinados estados de oxidación (Fe, Co, Ni, Cu, Mn, V, Ti). (Hevia , 2002). 2.3. METODO CERAMICO PARA LA COLORACIÓN

El método cerámico se suele producir como calcinación a alta temperatura los distintos compuestos, como carbonatos, silicatos, óxidos, etc. En general el tamaño de la partícula es fundamental, tanto antes como una vez realizado la calcinación. Los óxidos pueden reaccionar entre si para dar formas complejas siendo nuevos compuestos más estables. Cada color de pigmento se logra por modificación de los óxidos colorantes (hierro, cobre, cobalto, cromo, manganeso, etc.) mediante su mezcla con agentes modificadores del color; alúmina, cuarzo, óxido de

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cinc, estaño, calcio, etc., en proporciones bien definidas según los colores a lograr. (Mestre, 1996)

2.4. CLASIFICACION DE PIGMENTOS CERAMICOS

Sus criterios no parecían muy adecuados desde el punto de vista químico o estructural y en 1968 W. D. J. Evans formuló otra clasificación (Figura 1.2), basada en la estructura cristalina (Monrós y col., 2003). Ilustración 1:Pigmentos cerámicos según color

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Ilustración 2:Pigmentos cerámicos según estructura

2.5. PIGMENTOS INORGÁNICOS.

Caracterizados por no contener carbón en su composición. El poder tintoreal, su capacidad de "pintar" es en general menor a la de los pigmentos orgánicos. Entre los pigmentos inorgánicos más conocidos se encuentran los siguientes: 

AMARILLOS DE CROMO. Cromatos de plomo.



AMARILLOS DE CADMIO. Hechos a base de sulfuro de cadmio, muy resistente a la temperatura (cercanos a los 1000°C) aunque atacados por los ácidos fuertes.



AMARILLO DE HIERRO. Hidróxido ferroso férrico de hierro. Tono color mostaza, conocido como Amarillo de Nápoles. Alta resistencia a los UV, muy baja a la temperatura.



AMARILLO FERRITA DE ZINC. Sumamente resistente a la temperatura y al intemperismo. Tono amarillo rojizo.

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

NARANJA MOLIBDATO. Conocido también como naranja de molibdeno es un cromato de plomo- molibdeno. Resistencia mediana a la temperatura, alta al intemperismo. Contiene plomo y molibdeno en su composición química.



NARANJA Y ROJOS DE CADMIO. Hechos a base de sulfuro de cadmio cono selenio, muy resistente a la temperatura (cercanos a los 1000°C) aunque atacados por los ácidos fuertes.



AZUL DE ULTRAMAR. Tono muy vivo y de muy alta resistencia a la temperatura.



VERDE ÓXIDO DE CROMO. Muy resistente a la temperatura y al intemperismo, sumamente duro.



NEGRO ÓXIDO. Oxido férrico de hierro, resistencia hasta 180°C.



ROJO DE ÓXIDO. Oxido ferroso de hierro, muy resistente a la temperatura (300C) y al intemperismo.



BLANCO DE TITANIO. Dióxido de titanio. El blanco por excelencia, no se decolora, no se amarilla significativamente.

2.6. PIGMENTOS CERAMICOS: DCMA

a)   

Azul (1100º) cuarzo 20 feldespato 30 carbonato de Bario 10

b) Amarillo (1050º)  Pentóxido de Vanadio 1  2% de nitrato de potasa c)     

Amarillo (1000º) Antimonio 26 Estaño 13 Carbonato de calcio 9 Albayalde 46 Alúmina 6

d) Amarillo de titanio. (1020º) 8

  

Óxido de titanio....80 Óxido de cinc.......81 Óxido de hierro.....16

e)    

Amarillo naranja (1020º) Óxido de estaño......30 Óxido de antimonio...50 Minio.....................80 Sulfato de hierro....26

Es un color estable sólo hasta 1040º, hay que lavarlo bien después de la calcinación. f) Pardo amarillento (1060º-1100º)    

Óxido de hierro.......40 Óxido de cromo........38 Óxido de cinc.........18 Alúmina hidratada.....50

g)    

Pardo rojizo (1060º-1100º) Óxido de hierro........45 Óxido de cromo.........38 Óxido de cinc..........121 Alúmina hidratada.......25

h)   

Lila (1020º-1040º) Óxido de estaño...........60 Bórax.........................25 Dicromato de potasio......5

El tono lila aparece sólo después de lavar bien el pigmento una vez calcinado. i)    

Rojo carmín (1140º-1180º) Óxido de estaño.........75 Carbonato de calcio.....20 Dicromato de potasio.....8 Bórax.........................4

j) Azul cobalto (1040º-1140º)  Óxido de cobalto...........75  Cuarzo........................60 9

k) Azul oscuro (1160º-1250º)  Alúmina.......................63  Carbonato de cobalto....37 l)    

Verde manzana (1040º) Dicromato de potasio........33 Cuarzo..........................18 Fluoruro de calcio............18 Carbonato de calcio.........18

Este pigmento hay que calcinarlo y lavarlo bien luego. m)    

Negro (1160º-1250º) Óxido de hierro..........42 Óxido de cromo...........43 Óxido de manganeso.........5 Carbonato de cobalto......18

n)        

Verde (900º) Cromo 4 Cinc 4 Cuarzo 65 Alúmina 19 Cromo 35 Cinc 21 Cobalto 14 Carbonato de calcio 54

o)    

Rojo de cadmio Selenio (300º) Cadmio 5 Arcilla blanca 10 Selenio 1 azufre 2

p)    

Turquesa (1135º) Cobre 3 Fe2O3 1 Cobalto 0.5 OFe 0.5

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2.7. DCMA, LA SOCIEDAD DE LOS COLORISTAS (SOCIETY OF DYERS AND COLOURISTS): NOMENCLATURA GENÉRICA DENOMINADA COLOUR INDEX (C.I.) 2.7.1. PIGMENTOS CERÁMICOS CON ESTRUCTURA DE TiO2-RUTILO

El rutilo TiO2 es ampliamente utilizado como pigmento blanco intenso en pinturas, plásticos, papeles y alimentos. Debido a sus excelentes propiedades ópticas, electroquímicas, alto punto de fusión y capacidad para desarrollar una coloración intensa cuando es dopado con cromóforos tales como Cr(III) (Gargori y col., 2010; Gomes Vieira y col., 2009), Cr, Mn, Ni y V (Matteucci y col., 2006a), Cr/Sb (Zeng y col., 2015), entre otros (Hanaor & Sorrell, 2011), estos materiales son aplicados frecuentemente como pigmento cerámico. El desarrollo de color en TiO2 dopado, se produce en la transición de anatasa a rutilo durante la cocción a elevada temperatura. Esta transición cristalina está principalmente influenciada por la presencia de los cromóforos, aumentando la concentración de vacantes de oxígeno, que tienden a disminuir la temperatura de inicio del cambio estructural. En el caso de la combinación de cationes Cr/Sb, el descenso es hasta 300°C por debajo del valor del TiO 2 puro (900- 1100°C) (Matteucci y col., 2006a; Matteucci y col., 2006b).

2.7.2. PIGMENTOS CERÁMICOS BASADOS EN SnO2-CASITERITA El óxido de estaño SnO2 es un material semiconductor transparente, tipo n, con gran estabilidad química y mecánica. Presenta una adecuada combinación de propiedades químicas, electrónicas y ópticas que lo hacen útil como material para sensores de gas, varistores, catalizadores, dispositivos optoelectrónicos, electrodos electrocatalíticos, celdas fotovoltaicas y pigmentos cerámicos (AraratIbarguen y col., 2007). Como pigmentos coloreados se mencionan el malva de cromo-estaño, descubierto en Inglaterra por Brougham, modificado con cerianita, óxido de boro y CaO, también se conoce un gris de antimonio-estaño modificado por MnO, SiO2 y/o TiO2. Tal vez, el color más interesante en este sistema sea el amarillonaranja de V-Sn, obtenida por calcinación a 1200°C (Monrós y col., 2003). 2.7.3. PIGMENTOS Y COLORANTES CERÁMICOS CON ESTRUCTURA DE ZnO

El ZnO, en el esmalte cerámico no contribuye a ningún color, pero tiene una influencia considerable en el color producido por metales de transición incorporados en su retículo. El exceso de ZnO propicia la desvitrificación y el desarrollo de cuerpos vítreos poco resistentes al ataque químico. Este óxido 11

blanco, genera en baja proporción buen brillo y tersura de la superficie esmaltada, es un valioso fundente auxiliar en esmaltes calcinados por encima de 1050ºC, ricos en alúmina (Hevia y col., 2002). 2.7.4. LA CROMITA Cr2O3 COMO PIGMENTO CERÁMICO

Como fue mencionado, el Cr2O3, es un típico pigmento que produce tonalidades verdes en los esmaltes con alto contenido de sílice. El óxido tiene una pobre solubilidad en los esmaltes y lo hace refractario. Sin embargo, en vidriados con plomo y óxidos alcalinos (por encima de 0.1% mol de Na2O) produce tonalidades que van desde amarillos hasta rojos, a temperaturas menores a 1000°C, cuando seenfrían rápidamente después de la cocción. En presencia de otros óxidos contribuye a la formación de negros opacos (Italian Ceramic Society, 2003). Para la decoración bajo cubierta, el descubrimiento del verde de óxido de cromo en Sevres, marca un hito en la producción de colorantes en base, no sólo al propio óxido (verde de Sevres), sino también a la gran cantidad de colorantes en los que interviene al ser calcinado con otros óxidos para dar intensos colores con estructura de espinela, de alta estabilidad térmica (1300-1350°C) (Monrós y col., 2003). Para generar los verdes basados en Cr bajo cubierta, se adicionaba de 1-2% de silicato de zirconio para ayudar a estabilizar el color y prevenir los tonos oscuros. La alúmina y el carbonato de calcio también se añadían a estos esmaltes para generar un color más claro (Italian Ceramic Society, 2003).

III. CONCLUSIONES 

Los pigmentos inorgánicos tradicionales están basados en compuestos de metales de transición. Entre los materiales que aportan intensidad de pigmentación y estabilidad como agentes colorantes de cerámicos predominan los óxidos de vanadio, cromo, hierro, cobalto, cobre, oro, uranio, circonio, cadmio, entre otros. Y la mayoría de los óxidos puros utilizados como pigmentos inorgánicos proveen una paleta de colores reducida.

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Se logró conocer las variedades de pigmentos cerámicos, basados en la estructura de rutilo; la formación de pigmentos “in-situ” de mayor resistencia térmica, al formarse la fase willemita dopada en el seno del esmalte, debido a la interacción entre el pigmentante y la sílice proveniente de la frita; nuevos pigmentos verdes minimizando el 12

contenido de cromo, proponiendo novedosos materiales estructurales y finalmente, la purificación y reutilización de un residuo industrial, al incorporarlo en formulaciones de pigmentos cerámicos típicos.

BIBLIOGRAFÍA Costa, G., Ribeiro, M. J., Trindade, T., & Labrincha, J. A. (2007). Development of wastebased ceramic pigments. Bol. Soc. Esp. Ceram. Vidr., 46(1), 7–13. Cruciani, G., Dondi, M., Ardit, M., Stoyanova, T., Carda, J. B., Matteucci, F., & Costa, A. L. (2009). Malayaite ceramic pigments: A combined optical spectroscopy and neutron/ X-ray diffraction study. Mater. Res. Bull., 44, 1778–1785

DCMA "Classification and Chemical Description of the Mixed Metal Oxide Inorganic Colored Pigments 2ª edition.

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Tcheichvili, L., W.A. Weyl. (1965). "Síntesis de Pigmentos Cerámicos a la luz de la moderna cristaloquimica de alta temperatura”. Sociedad Española de Cerámica y Vidrio Vol. 4(5),461-493.

W.D.J. Evans. (1968). "Ceramic Pigments a structural approach" Brithish Ceramic Society .379-419.

ANEXOS ASOCIACIÓN DE LOS FABRICANTES DE COLORES SECOS DE ESTADOS UNIDOS (DCMA, 1982)

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