Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát

Nguyên liệu làm men trang chí bao gồm men in và màu in, trong men trang trí có men hiệu ứng chìm sử dụng in lên gạch ốp lát tạo các ñường viền chìm trên sản phẩm và có tác dụng chống trơ

BỘ CÔNG THƯƠNG

VIỆN NC SÀNH SỨ THUỶ TINH CÔNG NGHIỆP

BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT MEN

Bộ công thương Viện nghiên cứu sành sứ thủy tinh công nghiệp

báo cáo khoa học

đề tài cấp bộ Tên đề tài:

“Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát”

cộng hòa xã hội chủ nghĩa việt nam

Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc

báo cáo khoa học

đề tài khoa học công nghệ cấp bộ

Tên đề tài: “Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát”

Chủ nhiệm đề tài: K.S Nguyễn Trung Kiên

Cán bộ phối hợp: Th.s Nguyễn Tuấn Anh

Cơ quan chủ trì đề tài: Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp

Mục lục Trang

I Cơ sở lý thuyết chung của men 03

1 Vai trò tác dụng của men 03

3 Căn cứ lựa chọn thành phần hóa của frit 13

4 Khảo sát lựa chọn nguyên liệu 15 III Thực nghiệm nghiên cứu 20

1 Nấu thử nghiệm lần thứ nhất 20

2 Nấu thử nghiệm lần thứ hai 24

2 Sản xuất men hiệu ứng chìm 28

MỞ ðẦU

Hiện nay trong công cuộc công nghiệp hoá, hiện ñại hoá ñất nước ngành công nghiệp gốm sứ ñã ñược ñầu tư phát triển mạnh mẽ Nhiều thành tựu kỹ thuật, nguyên vật liệu mới, công nghệ mới ñược áp dụng vào sản xuất Ngành sản xuất vật liệu xây dựng phát triển ñồng thời kèm theo nó các ngành sản xuất nguyên vật liệu cung cấp cho ngành sản xuất vật liệu xây dựng nói chung và ngành ceramic nói riêng cũng phát triển mạnh Nguyên liệu sản xuất gạch ốp lát gồm có nguyên liệu làm xương và nguyên liệu làm men Nguyên liệu làm xương bao gồm ñất sét, trường thạch, ñôlômit Các loại nguyên liệu này hiện nay trong nước ñã ñáp ứng ñược nhu cầu về chất lượng và số lượng Nguyên liệu làm men bao gồm chủ yếu: 80÷90% hàm lượng frít và một số hoá chất khác, như ôxyt

Al2O3, ZrO2 Nguyên liệu làm men trang chí bao gồm men in và màu in, trong men trang trí có men hiệu ứng chìm sử dụng in lên gạch ốp lát tạo các ñường viền chìm trên sản phẩm và có tác dụng chống trơn, tạo cho viên gạch có hoa văn ñẹp hơn Hiện nay trong nước chưa có cơ sở nghiên cứu và sản xuất men hiệu ứng chìm sử dụng cho sản xuất gạch ốp lát nên chúng ta phải nhập ngoại hoàn toàn

Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài Men hiệu ứng chìm dùng cho sản xuất gạch ốp lát ñã ñược các nước công nghiệp phát triển trên thế giới (Pháp, Tây Ba Nha, Italia Nghiên cứu sản xuất từ lâu cùng với tên tuổi các hãng nổi tiếng như Quimicer, Cerdec, Fero, JonhsonMathey, Esmalglass… Với công nghệ sản xuất

và thiết bị sản xuất hiện ñại, ñáp ứng ñược nhu cầu thị trường về số lượng, chất lượng sản phẩm

Do nhu cầu thị trường và yêu cầu ñáp ứng cho ngành sản xuất gạch ốp lát Viện NC Sành sứ Thuỷ tinh Công nghiệp ñã ñăng ký với Bộ Công Thương

“Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm cho gạch ốp lát” với mục

ñích sản xuất ñược hiệu ứng chìm cung cấp cho ngành sản xuất gạch ốp lát ñể

chủ ñộng trong sản xuất và thay thế ngoại nhập

Hợp ñồng thực hiện ñề tài khoa học công nghệ số:(61- 08/RD/Hð-KHKT)

Ký giữa Bộ Công Thương và Viện nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp, ngày 25 tháng 01 năm 2008

Nhiệm vụ nghiên cứu của ñề tài:

+ Nghiên cứu nguyên liệu trong nước dùng ñể sản xuất men hiệu ứng chìm + Nghiên cứu xác ñịnh ñơn phối liệu sản xuất men hiệu ứng chìm

+ Thử nghiệm các tính năng kỹ thuật của men hiệu ứng chìm

+ Nghiên cứu công nghệ sản xuất men hiệu ứng chìm

+ Triển khai sản xuất thử qui mô nhỏ

+ Hiệu chỉnh công nghệ và hoàn thiên qui trình sản xuất

+ Triển khai sản xuất thử ở qui mô bán công nghiệp (100 kg)

Triển khai sản phẩm men chìm trên dây truyền sản xuất gạch ốp lát

PHẦN I: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG CỦA ðỀ TÀI

I CƠ SỞ LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MEN

1 Vai trò và tác dụng của men

Men là một loại thuỷ tinh có chiều dày: 0,15÷0,4mm, phủ lên bề mặt xương gốm sứ Lớp thủy tinh này ñược hình thành trong quá trình nung và có tác dụng làm cho bề mặt sản phẩm trở thành sít ñặc, nhẵn bóng Về mặt công nghệ khi sự phù hợp giữa xương và men tốt thì có tác dụng cải thiện tất cả các tinh chất của sản phẩm như ñộ bền hoá, bền cơ, bền nhiệt, bền ñiện

Về mặt kỹ thuật: Tráng men là một phương pháp trang trí sản phẩm như men màu, men rạn, men khô, men kết tinh, men khử (Ngũ sắc, huyết dụ ) Nhờ vậy khi tráng men sẽ làm tăng giá trị sản phẩm rất lớn Yêu cầu cơ bản của men

là có nhiệt ñộ chảy mong muốn có hệ số giãn nở nhiệt α phù hợp với xương, có

ñộ nhớt và sức căng bề mặt thỏa ñáng

Giữa men và xương tạo một lớp trung gian, lớp trung gian này có tính chất vật lý trung gian giữa xương và men ñặc biệt là hệ số giãn nở nhiệt làm dịu nhiều

ứng suất, sự xuất hiện lớp trung gian giữa men và xương hạn chế ñược các hiện

tượng nứt và bong men, tăng ñộ bền cơ của sản phẩm Nếu giữa xương và men có chênh lệch hệ số giãn nở nhiệt lớn và quá trình nung nhanh thì càng cần lớp trung gian giữa men và xương ñể ñảm bảo trung hoà tính chất vật lý giữa xương và men

2 Phân loại các loại men

2.1 Phân loại theo thành phần

1 Men chì

Men không chứa bo:

- Men chì ñơn giản

- Men chì có chứa bo

2.Men không có chứa chì

Men chứa bo

Men không chứa bo

- Men kiềm (Có chứa hàm lượng kiềm cao)

- Men có hàm lượng kiềm thấp (Men sứ)

2.2 Phân loại theo phương pháp sản xuất

1 Men sống (Thường gọi tắt là men)

2 Men frắt

Bao gồm chủ yếu là men nấu chảy frắt hoá ựược nghiền (Có khi hàm lượng frắt hoá chiếm ựến 100%), hoặc hỗn hợp của frắt với 5ọ20% các nguyên liệu phụ trợ theo những tỷ lệ khác nhau ựể ựiều chỉnh một số tắnh chất của men như: Nhiệt

ựộ chảy, hệ số giãn nở nhiệt, sức căng bề mặt, chống hiện tượng men bị sa lắng

3 Men ựược tạo thành do các chất bay hơi bám lên bề mặt sản phẩm tạo nên lớp men (Chủ yếu là men muối)

4 Men tự tạo (Phối liệu trong quá trình nung hình thành trên bề mặt sản phẩm một bề mặt tương ựối phẳng nhẵn và bóng)

Các loại men sống có thành phần chủ yếu là ựất sét và các chất trợ chảy, ngoài ra có thể có các chất mang màu Loại men này có thể là men chứa chì hoặc không chứa chì và thường thuộc loại nhóm men có hàm lượng kiềm thấp (Men sứ)

Men khử và men luster có thể sản xuất theo kiểu men sống hoặc frắt, thành phần của nó có thể là tổ hợp của các nhóm, trừ nhóm men không chứa bo

Men muối là loại men có thành phần thuộc nhóm men có hàm lượng kiềm thấp

2.3 Phân loại theo nhiệt ựộ nung

đó là các loại nguyên liệu không tan trong nước, nên phương pháp sản

xuất loại men này là sản xuất men sống Loại này thường ựược tráng lên sản phẩm sứ, sành, sành dạng ựá

Men ñất sét thường dùng ñể tráng lên sản phẩm ống dẫn, sản phẩm bền hoá hoặc bình ñựng axít Loại men này mặc dù có nhiệt ñộ chảy thấp hơn so với những men ñã nên trên, nhưng vẫn ñược xếp vào loại men này

2.3.2 Men dễ chảy

Men loại này có nhiệt ñộ nóng chảy thấp (Dưới 1250oC), ñộ nhớt của men khi nóng chảy nhỏ ðây là loại men nghèo SiO2 nhưng giàu kiềm và các loại ôxyt kiềm loại khác, thường ñược tráng lên sản phẩm sành dạng ñá hoặc hàng ñất sét nung Men loại này có thề là men chì hoặc men không chì Trường hợp người ta

ñưa vào thành phần men các hợp chất dễ chảy mà khả năng hoà tan của nó trong

nước lớn hoặc ñộc thì phải frít hoá trước Các loại men frít nói chung có nhiệt ñộ nóng chảy thấp hơn men sống: 60÷80 oC, nhưng lại có nhược ñiểm là rất dễ lắng,

vì vậy thường pha, ñưa thêm vào men: 10÷20% cao lanh, ñất sét chưa nung ñể chống lắng và triệt tiêu bớt kiềm tự do Ngoài ra còn có thể thêm chất ñiện giải

ðối với việc sản xuất men thì ñiều quan trọng cần chú ý là phải tìm men có

khoảng chảy mền rộng, có nghĩa là tìm ra men có thành phần sao cho men ñó có

ñộ nhớt ít thay ñổi hay thay ñổi chậm khi thay ñổi nhiệt ñộ, ñể cho men có thể

nóng chảy hoàn toàn và bám chắc vào xương mà không có hiện tượng chảy dồn men, men có ñộ chảy dàn ñều tốt

Quá trình giãn nở nhiệt của men cũng tương tự như thuỷ tinh, khi làm nguội dưới ñiểm chuyển hoá men sẽ ñóng rắn, nên phải làm nguội hoàn toàn và

hệ số giãn nở phải tương ñương với xương sứ

Nếu men (Ở dưới nhiệt ñộ chuyển hoá) khi làm nguội co lại mạnh hơn xương sẽ hình thành trong sản phẩm ứng suất kéo (Hệ số giãn nở của men quá lớn) và sinh ra vết nứt Trường hợp ngược lại sẽ xuất hiện hiện tượng bong men

Chú ý men có hệ số giãn nở nhiệt lớn Khi nung giãn nở mạnh, khi làm nguội co nhiều Men có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ Khi nung nở ít, co ít khi làm nguội

Nếu tráng lên sản phẩm mỏng thì men sẽ làm cho sản phẩm bị biến hình tuỳ theo ứng lực kéo hay nén mà uốn cong lồi lõm Thường phương pháp này

ñược dùng ñể kiểm tra sản phẩm

Theo kinh nghiệm thì hệ số giãn nở của men tăng theo dãy sau:

: Al2O3 < K2O < NaO < Li2O

Giảm theo dãy sau: Cao > ZnO > MgO > SnO2 > B2O3 > SiO2

Theo Purdy và Potts thì ñộ sít ñặc của phối liệu tăng sẽ làm giảm hệ số giãn nở nhiệt

R.Riecke ñã chứng minh hệ số giãn nở nhiệt phụ thuộc nhiều vào dạng thù hình của SiO2 cho vào phối liệu

H.Kohl chứng minh là Feldspar ñưa vào thì sự giãn nở nhiệt của phối liệu

sẽ tăng, nhưng chỉ tăng ñến 1180oC, ở nhiệt ñộ này ñộ giãn nở nhiệt của phối liệu giảm

CaCO3 có tác dụng tăng sự giãn nở

Về ứng lực giữa xương và men theo Steger cho biết là ứng suất qua nhiều lần nung thì thay ñổi, do làm lạnh ñột ngột ở vùng trên nhiệt ñộ thoát ứng lực làm cho sự giãn nở nhiệt của men giảm ñi

ðể xác ñịnh hệ số giãn nở nhiệt của men người ta có thể dùng nhiều

phương pháp khác nhau:

- Phương pháp tính toán theo quy tắc cộng

α = α 1P1 + α 2P2 + α 3P3 + ……

Trong ñó P1, P1, P1 …… là hàm lượng % các ôxýt trong frít

α 1, α 2, α 3 … các hệ số ứng với các ôxýt ấy

- Phương pháp tính theo công thức của A.A.Appen

α.107 = Σaiαi/Σ ai

Trong ñó ai hàm lượng ôxyt theo phần phân tử trong thuỷ tinh

αi hệ số ứng với các ôxyt trong thuỷ tinh

- Phương pháp dùng dụng cụ ño hệ số giãn nở thạch anh của

OKBotvinkin và N.V.Solomin

Nguyên tắc của dụng cụ ño này là dựa trên cơ sở hệ số giãn nở nhiệt của mẫu frít cao hơn hệ số giãn nở nhiệt của thạch anh nên khi ñốt nóng mẫu frít giãn

nở bao nhiêu truyền sang thanh thạch anh ñến ñồng hồ sẽ chỉ cho ta biết ñộ giãn

nở nhiệt Dựa vào ñộ giãn nở nhiệt của thạch anh và số chỉ của ñồng hồ, hiệu số nhiệt ñộ ta sẽ tính ñược hệ số giãn nở của mẫu frít

3.2 ðộ nhớt

Men không có ñiểm nóng chảy xác ñịnh mà có sự thay ñổi dần từ trạng thái dẻo quánh sang trạng thái chảy lỏng Do vậy ñộ nhớt cũng sẽ thay ñổi dần theo nhiệt ñộ, nhiệt ñộ tăng ñộ nhớt giảm và ngợc lại

ðộ nhớt của men phụ thuộc vào thành phần hoá của men Qua thực nghiệm, người ta có thể sơ bộ kết luận rằng các oxyt làm tăng ñộ nhớt SiO2, Al2O3, ZrO2,

Cr2O3, SnO2, MgO, CaO (Riêng MgO và CaO chỉ tăng khi hàm lượng ñưa vào lớn) B2O3 dưới 12% cũng có tác dụng tăng ñộ nhớt, nếu trên 12% sẽ có tác dụng giảm ñộ nhớt CaO khi ña vào phối liệu với hàm lượng nhỏ thì hầu như không

ảnh hưởng ñến ñộ nhớt, tăng CaO thì ñộ nhớt tăng SrO với hàm lượng nhỏ có tác

dụng giảm ñộ nhớt, với hàm lượng trên 20% thì sẽ tăng ñộ nhớt

ðối với việc sản xuất men thì ñiều quan trọng cần chú ý là phải tìm men có

khoảng chảy mền rộng, có ý nghĩa là tìm men có thành phần sao cho men ñó có

ñộ nhớt ít thay ñổi hay thay ñổi chậm khi thay ñổi nhiệt ñộ, ñể cho men có thể

nóng chảy hoàn toàn và bám chắc vào xương mà không có hiện tượng chảy dồn (Men có ñộ chảy dàn ñều tốt)

3.3 Sức căng bề mặt Sức căng bề mặt (Năng lượng bề mặt) tác dụng lên ranh giới của pha lỏng

theo chiều hướng thu nhỏ mặt pha lỏng ðối với các pha silicat nóng chảy sức

căng bề mặt nằm trong khoảng 300 dyn/cm

Dựa vào thành phần hoá của men, người ta có thể dùng phương pháp cộng

ñể tính ñược sức căng về mặt

Nhiệt ñộ cao thì tăng nhiệt ñộ lên sức căng bề mặt giảm xuống Sức căng

bề mặt luôn có khuynh hướng thu nhỏ ranh giới tiếp xúc của pha lỏng Tại ranh giới giữa pha lỏng, rắn và khí sẽ hình thành sức căng bề mặt, ñiều này ñóng vai trò rất quan trọng trong quá trình thấm ướt Một chất lỏng có sức căng bề mặt lớn luôn có khuynh hướng tự co lại thành hình cầu, ñiều này có ý nghĩa lớn nếu người ta tráng hai men cách nhau hoặc chồng lên nhau phải tính sức căng bề mặt

so cho hai men ñó phù hợp nhau

Nếu không tráng hai men cách nhau và muốn có ranh giới tiếp xúc sắc nét thì cả hai men ñó phải có sức căng bề mặt bằng nhau

Nếu không men có sức căng bề mặt lớn hơn sẽ co lại, còn men có sức căng

bề mặt nhỏ hơn sẽ bị men có sức căng lớn hơn kéo giãn ra

Trường hợp cần trang trí men co người ta ta có thể dựa vào sức căng bề mặt ñể ñiều chỉnh men thích hợp

Sức căng bề mặt của men lớn, khả năng thấm ướt của men với xương kém, thường xảy ra khuyết tật như phồng, rộp nứt men, bọt sủi tăm cuốn men

4 Men hiệu ứng chìm

Men hiệu ứng chìm là loại men có ñộ nhớt thấp, nhiệt ñộ chảy thấp, tỷ trọng của men cao, các chất trang trí ñược áp dụng (theo các phương pháp vẽ, phun, in lưới…) sẽ phản ứng với men nền, nó làm nóng chảy và một phần sẽ bị chìm vào bên trong Trong nhiều trường hợp, các vùng có tiếp xúc trang trí có những màu sắc hoàn toàn khác biệt với các màu ban ñầu, các màu dạng trung gian (màu phối) hoặc có những hiệu ứng bề mặt khác biệt ðiều này có thể xảy ra bởi việc thêm vào men trên cùng với các chất chảy (có nhiệt ñộ nóng chảy thấp : Như các hợp chất chì, frit, borax, canxi borate, kẽm borate, Amonium meta

vanadate, Vanadium Pentoxide) Các chất chảy ở nhiệt ñộ thấp có thể ñể làm các nguyên liệu cơ bản của các men dễ chảy

Thông thường , một số men thuộc loại cơ sở, nung với những màu khác nhau lại có những ứng dụng ñặc trưng ñi kèm và là tốt nhất so với những loại khác trong việc ñạt ñược những hiệu ứng chìm mong muốn

NH4VO3, V2O5 là các chất dễ chảy, nhiệt ñộ nóng chảy của NH4VO3 là

210 oC, nhiệt ñộ nóng chảy của V2O5 là 690 oC

Việc thêm V2O5 vào trong men nhằm làm giảm sức căng bề mặt Các men với thành phần khác nhau, thực hiệu sự phản ứng tương tác dựa trên việc nóng chảy, có thể ñược sử dụng làm ñường in ñường biên… nhằm mục ñích thay ñổi màu sắc hoặc cấu trúc bề mặt của vật liệu ñược trang trí men

Bayerdorfer, Grum-Grzimailo và Wagner ñã nghiên cứu các hiệu ứng từ sự kết hợp những loại men dễ chảy khác nhau Batschwarov ñề xuất các men dễ chảy cho gạch ốp lát như sau :

Bảng 1: Các men dễ chảy:

Loại men 1146 1147 1148 1149 Nhiệt ñộ chảy 970 970 970 970 Loại men Nâu bóng Xanh mat Xanh kim loại Trắng

ðối với việc tráng lên men các men dễ chảy, lớp men trên cùng, khi nóng

chảy cần có các thông số kỹ thuật như: nhiệt nóng chảy, ñộ nhớt, và sức căng bề mặt khác so với những thông số này của men cở sở (men nền) Men với ñộ nhớt cao thường là lớp men phủ Loại men, với sức căng bề mặt thấp hơn nhiều, sẽ thâm nhập vào lớp men phủ và làm khuếch tán màu tại các ñường biên tiếp xúc giữa 2 loại

Tương tự, các hiệu ứng trang trí có thể ñạt ñược bởi việc ñể lớp men khô hẳn, trước khi phủ lên nó một dung dịch muối tạo màu, những loại muối ñễ tan như Coban nitrat, Coban Clorua, Crom clorua, Crom acetate và Mangan nitrat Các muối kim loại phân hủy trong quá trình nung; Ôxyt kim loại ñược giữ lại, phân tán ñều và phản ứng với phần còn lại của men tại những vùng thích hợp Các dung dịch tạo màu phù hợp có thể ñược ñiều chế bằng cách hòa tan muối kim loại trong nước, cồn… có kèm hoặc không có dextrine,… với vai trò chất làm dày Các hiệu ứng khác nhau thu ñược tùy thuộc vào ñộ nhớt của dung môi nước hay cồn; các dung dịch tạo ra những trang trí với ñường viền mềm (mảnh) và

mờ, trong khi chất lỏng nhớt tạo ra các ñường biên sắc nét hơn Tỷ lệ hỗn hợp nằm trong phạm vi 40% ÷ 60% dung dịch muối kim loại, 25% ÷ 30% nước bổ sung, 10% ÷ 15% syrup (xi-rô, dung dịch ñường) và 6% ÷ 10% cồn Dung dịch

có thể ñược ứng dụng theo 1 trong 2 trường hợp sau: hoặc ở trên hoặc ở dưới men Các hiệu ứng màu tốt có thể ñạt ñược thông qua việc sử dụng một số dung dịch nối tiếp nhau

Các men dễ chảy ñược pha màu, tạo ra các hiệu ứng thú vị có thể ñạt ñược với những màu sắc hài hòa ðặc biệt tại các ñường tiếp xúc giữa 2 màu khác nhau, các hiệu ứng thú vị này ñược tạo bởi quá trình kết tụ hoặc kết tinh

Qua tham khảo tính chất của một số loại men hiệu ứng chìm của nước ngoài ngoài những tính chất chung của frít truyền thống thì frít trong sử dụng làm men hiệu ứng chìm sản xuất gạch ốp lát ñược sử dụng trong quá trình nung nhanh phải ñảm bảo một số tính chất sau:

Hệ số giãn nở nhiệt trong khoảng 100 ÷110 10-7/oC, ñộ ñồng nhất cao Nhiệt ñộ chảy bán cầu của men frít thường 600oC, màu sắc ñảm bảo sau khi nung ñảm bảo ñộ phát màu tốt, khả năng chìm tạo ra hiệu ứng bề mặt

Ngoài những yêu cầu trên thì frít sử dụng làm men hiệu ứng chìm phải

ñược hoạt hoá tốt vì do quá trình thay ñổi nhiệt ñộ ñột ngột dẫn ñến tạo các ứng

xuất nội tạo các vết nứt tế vi sau dễ nghiền lại sử dụng làm men hiệu ứng chìm

PHẦN II: THỰC NGHIỆM NGHIÊN CỨU

I NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu các loại nguyên liệu sản xuất frít, thành phần hóa của các loại frít, nấu thử trong phòng thí nghiệm sau ñó thử các tính năng kỹ thuật và chọn ra bài frít ñạt yêu cầu so với mẫu ñối chứng Tiến hành nấu mẻ lớn ñể thử trên dây truyền sản xuất của nhà máy

- Tham khảo thành phần hoá học của các loại men chìm nói chung và men chìm sử dụng trên dây chuyên sản xuất gạch ốp, lát nói riêng Tham khảo yêu cầu

về men sử dụng công nghệ nung nhanh Tham khảo các tính chất ñặc trưng của các ôxyt thành phần trong men

- Chọn hệ frít hiệu ứng chìm, có thành phần hóa phù hợp với ñiều kiện nấu, giá thành phối liệu, có nhiệt ñộ chảy và hệ số giãn nở nhiệt phù hợp với nung gạch ốp lát, qua tham khảo tài liệu của các hãng men ñang ñược sử dụng tại các nhà máy sản xuất gạch ốp lát trong nước, nhóm ñề tài ñã chọn men hiệu ứng chìm 590/2CO của hãng Ferro ñược sử dụng rộng rãi tại các nhà máy với nhiệt

ñộ nung cao nhất trong khoảng 1050÷1180oC, ñộ ổn ñịnh cao, hiệu ứng chìm tốt, tính ổn ñịnh cao Làm mẫu ñối chứng cho ñề tài

- Tính toán ñơn phối liệu theo các thành phần hoá ñã chọn, theo hướng:

ðưa vào bài phối liệu các nguyên liệu dễ nấu, nguồn cung cấp và thành phần hoá

II ðỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU

1 ðịnh hướng kỹ thuật

Men hiệu ứng chìm là sản phẩm, khi nung, ñạt ñược trạng thái chìm, lún xuống, thấp hơn so với mặt phẳng gạch men, ngay tại vị trí mà nó ñược phủ, in lên gạch ðể ñạt ñược hiện tượng này về kỹ thuật men cần có những ñặc tính sau: + Tỷ trọng của loại men này phải cao hơn so với các men khác cùng ñược tráng, phủ, in lên trên gạch với nó

+ Men có nhiệt ñộ chảy thấp hơn so với các men nền cùng ñược tráng, phủ,

in lên trên gạch với nó Nhưng không ñược quá thấp ñể tránh hiện tượng sôi men + Có sức căng bề mặt nhỏ hơn so với các men khác ñược tráng, phủ, in lên gạch xung quanh nó

+ Có hệ số dãn nở nhiệt không chênh lệch nhiều với các loại men khác cùng

ñược tráng, phủ, in lên trên gạch xung quanh nó

+ Men này có thể thâm nhập vào vùng men hoặc xương mà nó phủ lên và nhờ ñó tụt thấp hơn so với các lớp men khác cùng ñược tráng, phủ, in trên gạch + Men này khi chảy sớm tạo ra một vùng men ñộc lập mà không bị hòa tan quá nhiều vào trong các men khác xung quanh

2 ðịnh hướng tham khảo

ðể tạo hiệu ứng chìm trên men gạch ốp – lát, các nhà máy sử dụng các loại

Frit hiệu ứng chìm hoặc bột men ngoại nhập, ñem nghiền ướt với cao lanh men

và dung môi rồi in lên bề mặt gạch

Xuất phát từ các Frit và bột men này, nhóm ñề tài ñã tiến hành khảo sát thành phần hóa và các tính chất cơ – hóa – lý của chúng ñể làm cơ sở tham khảo cho nghiên cứu của mình Áp dụng trực tiếp thành phần hóa ñã tham khảo ñược từ kết quả phân tích bài men hiệu ứng chìm ñang ñược dùng trong sản xuất tại các nhà máy gạch ốp – lát, cho việc phối hợp men từ các nguyên liệu sẵn có trong nước Các nhà máy gạch ốp lát ở khu vực phía Bắc hiện ñang sử dụng phổ biến 2 sản phẩm bột men hiệu ứng chìm sau: Fritta - 999/138; Ferro – 590/2CO

Kết quả khảo sát bột nguyên liệu khô và thành phần hóa học men cho biết rằng: bột men nhập ngoại ñược phối từ Frit nghiền mịn, cao lanh và một số bột nguyên liệu khác

Bảng2 : Kết quả phân tích thành phần hoá men hiệu ứng chìm [%TL]

Kí hiệu SiO 2 Al 2 O 3 CaO MgO PbO R 2 O B 2 O 3 V 2 O 5 Hãng

sản xuât

999/138 25,87 1,89 0,94 0,30 49,75 0,69 9,33 8,13 Fritta 590/2CO 30,80 2,06 0,94 0,03 51,29 0,63 9,17 8,15 Ferro

[Phân tích tại Viện Vật liệu Xây Dựng]

Lựa chọn nguyên liệu:

- Do PbO là một oxyt KL nặng, dễ tan trong nước, có khả năng gây hại tới môi trường, con người khi thâm nhập vào trong cơ thể ðể sử dụng trong men chúng thường phải ñược Frit hóa, chuyển thành dạng liên kết polyme rắn không tan trong nước

- B2O3 cũng ñược cung cấp từ những nguyên liệu tan trong nước Tuy nhiên, với hàm lượng nhiều như trên thì chúng dễ tái kết tinh một phần Nếu sử dụng trực tiếp các nguyên liệu này thì men không ñạt ñược trạng thái hồ thích hợp cho việc phun tráng men, do vậy ñây cũng là một thành phần phải ñưa vào từ men qua Frit

- Các nguyên liệu cung cấp các oxyt khác như Na2O, K2O, CaO, MgO, SiO2

.v.v ñể phù hợp với công nghệ nung nhanh cũng cần ñược ñưa vào men ở dạng

ñã ñược Frit hóa

- Nguyên liệu cung cấp V2O5 thường là các hợp chất không tan hoặc ít tan trong nước, ở dạng bột mịn Thành phần này có thể ñưa vào men qua dạng Frit hóa hoặc ñưa trực tiếp qua các dạng bột V2O5 hay NH4VO3 công nghiệp

ðể sử dụng ổn ñịnh và hiệu quả việc trang trí trên men, nhóm ñề tài ñịnh

hướng tạo ra Frit với thành phần hóa tượng tự thành phần hóa của men có hiệu

ứng chìm Frit này sẽ ñược kết hợp với caolanh, hợp chất của V5+

và dung môi in

ñể tạo ra bài men chìm có tính chất tương ñương với men nhập ngoại

3 Căn cứ lựa chọn thành phần frít thử nghiệm

- Sử dụng tối ña các nguyên liệu trong nước, giảm chi phí nguyên liệu

- Các thông số nhiệt ñộ chảy, sức căng bề mặt, hệ số dãn nở nhiệt ñược tính toán lý thuyết phải tương ứng với men hiệu ứng chìm nhập ngoại sau khi phối trộn thành bài men

- Chọn hệ frít, có thành phần hoá phù hợp với ñiều kiện nấu, có nhiệt ñộ chảy và hệ số giãn nở nhiệt phù hợp với nung gạch ốp lát, qua tham khảo tài liệu của các hãng men ñang ñược sử dụng rộng rãi nhóm ñề tài ñã chọn men hiệu ứng chìm của hãng Ferro ñược sử dụng rộng rãi tại các nhà máy với nhiệt ñộ nung cao nhất trong khoảng 1050÷1180oC, tính ổn ñịnh cao hệ số giãn nở nhiệt

- Tham khảo tài liệu, các ñơn men ngoại nhập và cùng với sự góp ý của cán

bộ kỹ thuật nhà máy, nhóm ñề tại ñã tính toán và ñưa ra ñược 02 ñơn thành phần hóa học cho nấu chảy tạo Frit như trong Bảng 3 Việc tính toán các ñơn này dựa trên các ñiều kiện kỹ thuật và công nghệ sau:

+ Nhiệt ñộ nung cao nhất của gạch ốp lát: 1160 ÷ 1180 [oC]

+ Nhiệt ñộ nấu Frit: 900 ÷ 1100 oC

+ Nhiệt ñộ chảy chỏm cầu của Frit chìm: 580 ÷ 600 [oC]

+ Hệ số dãn nở dài, theo nhiệt ñộ 25÷ 400 oC: α = 100 ÷ 110 [-7/ oC]

+ Hệ thủy tinh: SiO2 – B2O3 – PbO – V2O5

Bảng 3: Thành phần hóa học ñịnh hướng cho nấu Frit chìm [%TL]

Kí hiệu SiO

2 B 2 O 3 Al 2 O 3 CaO MgO R 2 O PbO V 2 O 5 ZnO FC01 25,51 10,48 0,60 1,07 0,72 5,56 53,98 0,00 1,98 FC02 23,54 9,66 0,56 0,99 0,66 5,13 49,80 7,75 1,83

Thành phần Frit dự kiến thử nghiệm, ñược tính nội suy từ thành phần hóa của men hiệu ứng chìm ñang ñược áp dụng tại nhà máy – Ferro 590/2CO, với việc bỏ