JOÃO ANDRÉ MACIEL MEDEIROS Colagem de Barbotina.pdf

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS
FACULDADE DE ENGENHARIA E MATERIAIS
PROCESSAMENTO CERÂMICO
COLAGEM DE BARBOTINA
MARABÁ-PA
Setembro de 2017
UNIVERSIDADE FEDERAL DO SUL E SUDESTE DO PARÁ
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS E ENGENHARIAS
FACULDADE DE ENGENHARIA E MATERIAIS
PROCESSAMENTO CERÂMICO
JOÃO ANDRÉ MACIEL MEDEIROS - 201140606023
Trabalho apresentado ao Prof.º Adriano Rabelo, como requisito parcial para aprovação da disciplina de Processamento Cerâmico.
MARABÁ-PA
Setembro de 2017
SUMÁRIO
1.	INTRODUÇÃO	3
2.	OBJETIVO	4
3.	REFERENCIAL TEÓRICO	4
3.1.	Gesso	4
3.1.1.	Propriedades Físicas	4
3.1.2.	Utilização	5
3.1.3.	Cuidados	5
3.1.4.	Armazenagem	6
3.1.5.	Relação Gesso - Água	6
3.1.6.	Tempo e velocidade de agitação	7
3.1.7.	Secagem	7
3.1.8.	Cálculos de proporções gesso-água	7
3.2.	Desmoldantes	8
3.3.	Colagem de Barbotina	9
3.3.1.	Princípios Físicos	9
3.3.2.	Aditivos	10
4.	MATERIAIS E MÉTODOS	11
4.1.	Materiais Utilizados	11
4.2.	Métodos Utilizados	12
5.	CONCLUSÃO	13
6.	REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA	13
INTRODUÇÃO
A modelagem de gesso é basicamente efetuada para a produção em série de objetos cerâmicos, produzidos artesanal ou industrialmente, além de também ser um procedimento utilizado na confecção de peças artísticas [1].
Para que uma peça seja produzida em escala repetitiva é necessário executar um protótipo - modelo, normalmente em gesso ou argila, a partir do qual será posteriormente feito o primeiro molde, em gesso, com o objetivo de reproduzir amostras de peças, em número limitado e posterior execução de uma madre, a partir da qual se produzirá a quantidade de moldes necessários para a reprodução de peças cerâmicas. Para a execução de todas estas operações é necessário conhecer as várias fases de processamento de modelos, moldes e madres assim como dos materiais e ferramentas a serem utilizadas para a construção dos mesmos [1].
A colagem é um processo utilizado para formação de peças cerâmicas com formas complexas. Este método originado entre os anos de 1700 a 1740 vem emergindo como uma das principais técnicas utilizadas na indústria cerâmica, tanto para produção de peças tradicionais como para o desenvolvimento da cerâmica avançada [2].
O processo de colagem envolve praticamente uma suspensão de matérias primas na forma de pó em um meio líquido e um molde poroso, normalmente de gesso. A suspensão, conhecida como barbotina, é inserida no molde que removerá o líquido do pó através da ação de seus capilares, conferindo a forma da cavidade do molde à peça [2].
O controle das propriedades reológicas da barbotina é de fundamental importância para obtermos um produto com homogeneidade no empacotamento das partículas, o que é essencial, juntamente com uma composição química adequada, para um bom comportamento na sinterização e propriedades finais do material. Sabe-se que os principais fatores conhecidos para este fatores são: forças entre partículas, distribuição de partículas, forma e densidade e quantidade de sólidos [2].
Os mesmos fatores bem como a força motriz (ΔP) para o processo de deposição das partículas no molde também determinam a homogeneidade e densidade do empacotamento de partículas em corpos verdes [2].
Entre as vantagens deste método temos a obtenção de formas relativamente complexas, com paredes finas e uniformes, economia em pequenas produções e moldes mais baratos [3]. Portanto, este relatório tem o intuito de esclarecer e explicar além de realizar experimentos para fabricação de molde de gesso, utilizando o mesmo para a confecção de objetos cerâmicos através do método de conformação por colagem de barbotina.
OBJETIVO
Adquirir conhecimento e treinamento para preparação de moldes de gesso para colagem além de executar o método de conformação por colagem de barbotina para confecção de peças cerâmicas
REFERENCIAL TEÓRICO
 Gesso
Propriedades Físicas
O mineral conhecido por gesso é um sulfato de cálcio de baixa dureza, de cor branca amarelada quando puro e muito encontrado em terrenos associado a calcários, argilas, xistos argilosos, etc. No Brasil as melhores jazidas estão no Ceará e fornecem matéria prima para todo o Brasil. 
Como matéria prima original para fabricação de modelos, moldes e madres na Indústria Cerâmica, o gesso sofre tratamento de calcinação entre 130°a 180°C perdendo desta forma parte da água que o constitui. Sua calcinação é feita em fornos abertos ou fechados, ou ainda em fornos contínuos.
Existem dois tipos de gesso utilizado na indústria, o alfa e o beta. O gesso alfa, utilizado na fabricação de madres é calcinado entre 160° e 180° C; o gesso beta utilizado na fabricação de modelos e moldes é calcinado entre 130°e 140°C. Após sua calcinação o gesso é peneirado, seco e armazenado em sacos de papel. Deve ser mantido em local seco (portanto elevado do solo), para manter suas características [1].
Utilização
A grande utilização do gesso para a cerâmica deve-se ao seu baixo custo e sua propriedade de absorver água devido à sua porosidade. Neste sentido o gesso cerâmico tem-se mantido como a principal matéria prima para o fabrico de modelos, madres e moldes na produção por enchimento, contra-moldagem ou prensagem, devido a algumas notáveis propriedades [1]:
Capacidade de fixar e transmitir às peças finos pormenores;
Estabilidade dimensional;
Boa capacidade de absorção de água conduzindo à formação de uma parede, a partir de uma barbotina (massa líquida para produção cerâmica);
Existência de uma superfície macia e durável;
Reprodutibilidade das propriedades físicas e químicas;
Entupimento difícil dos poros, pela massa;
Baixo custo;
Fácil manuseio.
Cuidados
Na indústria cerâmica, embora tenham sido procurados numerosos materiais para a sua substituição, o gesso não perdeu a sua grande importância, principalmente devido aos esforços desenvolvidos pelos produtores de gesso, para melhorar a qualidade do produto e o adaptar às exigências das novas técnicas de produção cerâmica. De fato as técnicas de produção, controladas automaticamente, permitem uma homogeneidade das matérias primas.
Durante a produção e a utilização dos moldes de gesso é importantíssimo que os mesmos mantenham as suas propriedades por períodos de tempo tão longos quanto possível; estes períodos são definidos pela capacidade dos mesmos manterem o relevo em bom estado de reprodução e boa capacidade de absorção e resistência mecânica. Os fatores que influenciam diretamente o tempo de vida útil de um molde são [1]:
Qualidade do gesso;
Armazenagem;
Relação água-gesso;
Tempo e velocidade de agitação;
Secagem.
Armazenagem
A armazenagem do gesso é um dos fatores mais importantes para manter as suas características ideais. Para isto devem ser respeitadas duas regras básicas [1]:
- após aquisição de um lote de gesso deve-se manter o mesmo em repouso por um período não inferior a 30 dias, para que o mesmo possa "envelhecer". O envelhecimento do gesso permite diminuir a viscosidade da mistura e aumentar o tempo de fluidez da massa - barbotina, podendo-se rentabilizar a produção industrializada de moldes;
- a armazenagem deve ser feita em local de pouca unidade e com uma temperatura ambiente que oscile entre 10° e 20° C, os sacos de papel devem ser empilhados sobre paletes de madeira, afastados do contato com o chão, possibilitando uma melhor circulação do ar.
Relação Gesso - Água
O fabrico da massa de gesso inicia-se com a junção do gesso à água, o tempo durante o qual se faz a adição deve ser constante, a fim de garantir a uniformidade da mistura durante a incorporação.
Antes de se iniciar a agitação da massa deve-se manter a mesma em repouso para que todas as partículas de gesso sejam molhadas uniformemente.
Existem no mercado vários tipos de gesso com características específicas para cada trabalho, por isso deve-se consultar os folhetos técnicos fornecidos pelos fabricantes, respeitando as instruções indicadas. Noentanto, devido a especificidade de alguns trabalhos, surge a necessidade de realizar acertos na percentagem de água e reduzir ou aumentar a velocidade de agitação para que se possa obter as transformações necessárias [1].
Pode-se constatar que:
- quanto mais gesso for adicionado à água, mais rápida será a reação e maior será a resistência mecânica, diminuindo, no entanto, o seu grau de porosidade e capacidade de absorção que é desejável para um enchimento com barbotina.
Tempo e velocidade de agitação
O controle do tempo e velocidade de agitação é outro dos fatores importantes a ser considerado, para que a massa de gesso fique homogênea.
O controle do tempo de agitação de cada tipo de gesso, que podemos encontrar no mercado, pode ser facilitado com um relógio despertador - timer, ou um temporizador ligado ao agitador. O tempo médio é de três minutos variando conforme o tipo de gesso e a qualidade do lote. Deve-se ter cuidado com o tempo pois, caso este seja reduzido ou seja reduzida a velocidade de agitação a massa resultante terá menor resistência mecânica e portanto maior absorção.
A execução da mistura de gesso com água e a sua posterior agitação deve ser feita em recipientes limpos [1].
Secagem
O controle do processo de secagem do gesso é muito importante também. Para se prolongar o tempo de vida útil do gesso deve-se observar o seguinte [1]:
- quanto maior for o corpo de gesso, mais tempo será necessário para sua secagem;
- durante a secagem, com a liberação de água, o corpo de gesso pode empenar se não estiver apoiado em superfícies planas que possibilitem tanto quanto possível a circulação de ar;
- o gesso depois de curado deve repousar pelo menos 2 a 3 horas antes de ser colocado no local da secagem;
- o corpo de gesso pode ser secado forçadamente a uma temperatura que não ultrapasse 50°C;
- o local de secagem do gesso deve ter um sistema de ventilação que possibilite a secagem uniforme de toda a sua superfície, para que fique, depois de seco, com a mesma resistência mecânica e grau de porosidade.
Cálculos de proporções gesso-água
Para se obter massa de gesso homogênea, é essencial que a dosagem do gesso e da água seja sempre correta e uniforme. Muitas das vezes isto é descuidado, mesmo por modelistas experientes, provocando grandes variações na estrutura física e química do gesso. Sabe-se, por exemplo, que se adicionarmos menos gesso à mesma porcentagem de água, passamos a ter um gesso mais fraco em termos de resistência mecânica (menos tempo de vida útil), aumentando ao mesmo tempo o grau de porosidade e de permeabilidade ao ar e a água.
Para se executar cálculos de proporções gesso-água, utiliza-se uma regra de proporcionalidade direta (regra de três simples) [1]: Gesso (proporção básica): 1 litro de água p/ 1200 g de gesso.
 Desmoldantes
Os desmoldantes são utilizados na indústria cerâmica para ajudar na execução de modelos, moldes e madres, tendo por função impermeabilizar os vários tipos de materiais utilizados na construção dos mesmos, evitando que eles se colem uns aos outros, após a sua sobreposição, por vazamento [1]. A seguir tem a tabela dos desmoldantes mais utilizados.
Tabela 01 – Desmoldantes mais utilizados na indústria cerâmica e dos resultados obtidos quando utilizados em gesso.
	Desmoldantes
	Composição
	Aplicação
	Resultados
	Sabão mole industrial
	Sabão mole mais água
21 + 11 = 31
Deixar ferver 5 minutos
	Gesso
	Bons
	Verniz (fino) (celulose)
	Varia de fabricante para fabricante
	Gesso
	Bons – quando aplicado muito fino
	Pó de talco
	Mineral
	Gesso
	Insuficiente - deve- se adicionar outro desmoldante
	Vaselina líquida
	Água e oleína
	Gesso
	Insuficiente - deve- se adicionar outro desmoldante
	Gorduras animais e vegetais
	Varia com produto
	Gesso
	Insuficiente - deve- se adicionar outro desmoldante
Fonte: [1]
Obs: a utilização de um desmoldante contraindicado ou insuficiente, no trabalho que se pretende desmoldar, pode pôr em risco todo esse trabalho. Antes de iniciar qualquer tipo de trabalho, deve testar a qualidade do desmoldante que se vai utilizar [1].
 Colagem de Barbotina
Princípios Físicos
O processo de colagem de barbotina se assemelha à filtração. Em ambos os casos existem diferenciais de pressão que provocam a difusão da água através dos sólidos. O diferencial de pressão na colagem se deve às ações capilares que transportam a água através do gesso [3].
A taxa de crescimento da espessura da camada depositada na parede do molde de gesso diminui com o inverso da espessura da parede formada [3]:
 (01)
Após integração,
 (02)
onde t é o tempo necessário para a formação de uma camada depositada de espessura L1 e ΔP é a queda de pressão através da parede. A constante C inclui a viscosidade do líquido, a quantidade de líquido na suspensão, o fator de empacotamento das partículas e o coeficiente de permeabilidade. Estas equações supõem um depósito não compressível e, como isso não é completamente verdadeiro, a espessura do depósito irá aumentar mais lentamente do que o previsto [3]. A velocidade de deposição varia com a quantidade de água na suspensão: quanto mais água, mais vagaroso o processo, pois a água deve ser filtrada através do depósito formado. Altos valores de viscosidade são marcados por altas velocidades de deposição. Velocidades de deposição mais lentas produzem melhor empacotamento das partículas e melhor densidade a verde [3]. Deste modo, uma barbotina deve ter baixa viscosidade para que ocorra uma melhor formação de camada e para evitar o aparecimento de bolhas de ar. Portanto, uma boa dispersão é necessária também para assegurar a máxima fluidez com um mínimo de água.
Através da colagem de barbotina, pode-se conseguir corpos a verde com alta densidade, devido às grandes forças capilares envolvidas que atuam de modo a formar uma parede compacta de partículas sobrepostas, principalmente em se tratando de um pó formado por partículas pequenas [3].
Aditivos
O meio mais usado na colagem é a suspensão aquosa, onde a aglomeração e a decantação são evitadas com o uso de dispersantes ou defloculantes [3]. 
O pH no qual o potencial zeta (ζ) é nulo é chamado de ponto isoelétrico. Neste pH a repulsão entre as partículas é mínima e a suspensão flocula resultando em uma suspensão muito viscosa (o ponto isoelétrico da α-Al2O3 varia entre 8 e 9) [3]. Suspensões muito viscosas formam peças com paredes irregulares, mas se o pH da suspensão estiver suficientemente distante do ponto isoelétrico a mesma poderá se manter dispersa sem o uso de defloculante.
Para que a dispersão ocorra, é necessário que seja alcançada uma condição de equilíbrio entre as forças de atração e repulsão entre as partículas e a força de gravidade. A função do dispersante é evitar aglomerações de partículas, o que pode ser conseguido tornando-as eletricamente carregadas. Para isso modifica-se o pH da suspensão adicionando-se uma base (OH-) ou um ácido (H+). Quando as cargas das partículas são idênticas, há uma repulsão eletrostática entre elas. Se estas forças são suficientes para superar a atração de van der Waals, o sistema ficará bem disperso. Este estado de dispersão não é único, pois existem vários graus de dispersão, dependendo da magnitude das forças repulsivas. 
As suspensões devem possuir valores de pH intermediários, de modo a evitar o desgaste do molde de gesso por corrosão. Apesar disso, em suspensões dispersas sem uso de defloculante, costuma-se usar valores extremos de pH para se obter uma suspensão estável por longo período [3]. 
Uma suspensão bem dispersa mostra um comportamento próximo ao newtoniano, em contraste com a floculada, que tem um comportamento pseudoplástico [3]. As características reológicas da suspensão têm grande influência sobre o processo de formação do compacto a verde e seus eventuais defeitos. A reologia da suspensão depende, entre outras coisas, dos aditivos e impurezas presentes, da distribuição de tamanho de partículas,da área superficial e de modificações coloidais [3].
Outros fatores que afetam a moldagem, além da viscosidade, pHe dispersante são a concentração de sólidos e as condições de moldagem. Controlando estes fatores se obtém os melhores compactos a verde [3].
Existe uma quantidade ideal de dispersante. Dispersante em excesso pode se comportar como aglutinante e com isso as peças aderem ao molde e não se consegue extraí-las. Pode-se adotar um valor um pouco abaixo do ideal por razões de cinética de formação de parede [3]. Por exemplo, uma suspensão totalmente defloculada tende a formar uma parede com menor permeabilidade do que uma parcialmente dispersa [3].
O ácido cítrico vem sendo usado como dispersante em suspensões de alumina, principalmente porque forma um ânion carboxilato na superfície, provocando mudanças na carga superficial e, consequentemente, a repulsão entre as partículas [3].
Outro aditivo que se torna necessário para a conformação de peças cerâmicas por colagem de barbotina é o ligante. O álcool polivinílico (PVA) é um exemplo de aditivo que pode ser usado como ligante [3]. O propósito da adição do ligante é aumentar a resistência do corpo a verde, o suficiente para que ele possa ser manipulado e receber acabamento [3]. Mas a presença do ligante provoca aumento da viscosidade da barbotina, o que faz com que a concentração de sólidos deva ser diminuída, reduzindo assim a velocidade de formação de parede da peça a verde [3].
MATERIAIS E MÉTODOS
 Materiais Utilizados
Alumina;
Água;
Ácido Cítrico;
Silicato de Sódio;
PVB;
Anti-espumante;
Óxido de Magnésio;
Recipiente para o moinho de bolas;
Béquer;
Bastão;
Moinho;
Vaselina;
4 moldes de gesso;
Métodos Utilizados
Os componentes utilizados na Barbotina estão especificados na Tabela 01, estão espenicados também as porcentagens e suas quantidades em gramas de cada elemento (vale ressaltar que foram adicionados aditivos, englobando ligantes e desmoldantes). 
Tabela 01: Componentes utilizados para a formação da barbotina.
	Barbotina
	(%)
	(g)
	Alumina
	70
	350
	Água
	30
	150
	Ácido Cítrico
	0,08
	0,40
	Silicato de Sódio
	0,03
	0,15
	PVB
	0,50
	2,50
	Anti-espumante
	0,10
	0,50
	MgO
	25
	1,26
Fonte: [2]
No inicio do processo, com Acido Clorídrico (HCl), o moinho foi limpo para que recebesse o material no recipiente para moer durante 8 horas. Enquanto o material estava sendo moído, os moldes foram preparados com as seguintes especificações: 75 de consistência, 1,48 g/cm³ de densidade de suspensão, 0,63 de fator para água, 0,84 de fator para Gesso e deixando secar em 45 ºC, aproximadamente, por 5 dias.
Retirou-se a Barbotina do moinho e transferiu a mesma para um béquer, agitando constantemente com um bastão, enquanto isso, nos quatros moldes passou-se vaselina, para esta vaselina se comportar como desmoldante. A barbotina foi despejada no primeiro molde ate preencher o mesmo, logo em seguida o a barbotina foi despejada do molde para o béquer e retirando a rebarba do molde, em seguida fez o mesmo procedimento para os outros 3 moldes. Esse processo foi repetido no primeiro molde, pois a camada de barbotina não foi a desejada. Para se retirar os cadinhos dos moldes, esperou-se em torno de 5 minutos aproximadamente.
CONCLUSÃO
Nesse método, as partículas tendem a se consolidar através da suspensão coloidal, removendo-se a parte líquida por um molde com características absorventes, analogamente, que tenha poros, como o gesso. Por conta da simplicidade e pelo baixo custo que possui o método de colagem de barbotina, utiliza-se muito este procedimento na produção de cerâmicas. O uso dos defloculantes é para prevenir as aglomerações, podendo notar que a utilização de aditivos tinha por finalidade influenciar a um endurecimento da barbotina mais lento, auxiliando no desaparecimento dos poros e no efeito da capilaridade. Portanto, a garantia das propriedades reológicas do produto formado depende da adição dos defloculantes e das impurezas presentes. Concluímos que para a fabricação de refratários, de tubos fechados, de moldes e entre outros materiais, o método de colagem de barbotina é de grande importância.
REFERÊNCIA BIBLIOGRAFICA
[1] FERNANDES, D. M. P., REINKE, V. Modelação de Gesso: Materiais, Ferramentas e Procedimentos. Festival de Inverno de Antonina. Antonina – PR, 2000.
[2] COLLA JUNIOR, J. Desenvolvimento de uma massa cerâmica para produção de peças especiais esmaltadas para revestimento através do método de colagem. Dissertação. UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina. Florianópolis – SC, 2004.
[3] CATAFESTA, J. et al., Colagem de barbotina de aluminas submicrométricas comerciais, Revista Cerâmica, v. 53, p. 29., 2007.
[4] ASKELAND, D.R., PHULÉ, P.P. Ciência e Engenharia dos Materiais. Nova Iorque: Thomson Brookc/Cole, 2003.
[5] SOUZA SANTOS, P. Ciência e Tecnologia de Argilas. São Paulo: v. I e II, Edgard Blücher, 1992.