Esmaltes de porcelana 60 años después
Para conmemorar el sexagésimo aniversario de Técnica Industrial, durante 2012 reproduciremos cuatro artículos de 1952. Este tercer artículo que publicamos en facsimil, Esmalte de porcelanas con titanio español, es de José María Cabestany Sanz, director de Cromogenia. El correspondiente comentario técnico, a cargo de David Aradilla Zapata, pone en perspectiva los procesos de elaboración de esmaltes de porcelana y comenta los avances registrados en la producción de nuevos materiales capaces de mejorar las propiedades del titanio.
Los esmaltes de porcelana fueron originariamente utilizados en el antiguo Egipto para realizar joyas y cerámicas. Desde entonces civilizaciones posteriores lo han seguido utilizando en ámbitos tan diversos como capas protectoras en superficies metálicas. Tras su eclosión hace ya miles de años, la cultura de los esmaltes de porcelana ha evolucionado considerablemente debido a la incorporación de nuevos materiales, y uno de los que ha tenido un papel más importante en el progreso y desarrollo de los esmaltes es el titanio (Ti).
Desde la publicación del artículo Esmalte de porcelanas con titanio español hace ya 60 años, la progresión de los esmaltes de porcelana (también conocidos como esmaltes vítreos) basados en titanio han despertado un gran interés en la industria y sociedad dadas las interesantes propiedades que presentan. En este contexto, el dióxido de titanio (TiO2) ha ayudado a mejorar los esmaltes de porcelana gracias a su resistencia a determinadas sustancias químicas, especialmente ácidos, además de mejorar la opacidad y tonalidad que proporciona al esmalte. El TiO2 es un pigmento muy utilizado en el proceso de esmaltado dada la blancura y brillantez que proporciona. En la actualidad, sin embargo, se utilizan otros óxidos metálicos como pigmentos en el proceso de elaboración de esmaltes de porcelana (denominado técnicamente también fritas), como el óxido de cobre (verde), el óxido de cromo (verde), el óxido de hierro (marrón) y el óxido de níquel (marrón). Recientemente, algunos estudios se han realizado empleando óxidos de uranio (amarillo-anaranjado), aunque debido a los problemas de radiación se han desestimado y sustituido por elementos de tierras lantánidas para conseguir la misma tonalidad.
EN LA ACTUALIDAD SE UTILIZAN OTROS ÓXIDOS METÁLICOS COMO PIGMENTOS EN EL PROCESO DE ELABORACIÓN DE ESMALTES DE PORCELANA
El dióxido de titanio (TiO2), cuya estructura química presenta dos fases cristalinas (anatasa y rutilo) es un pigmento muy utilizado en el recubrimiento de superficies, pinturas y plásticos debido a su alto índice de refracción, brillantez, opacidad y blancura. Una de las principales características del TiO2 es que ambas formas cristalinas presentan altos índices de refracción, lo que les proporciona un elevado poder opacificante. De este modo, el óxido de titanio es un candidato ideal para ser empleado en esmaltes de porcelana. No obstante, actualmente, otras variantes se han empezado a utilizar como es el caso del óxido del estaño para la obtención de esmaltes blancos con elevado grado opacificante. Entre los opacificantes más empleados hoy en día se encuentran los silicatos de zirconio, debido a su bajo costo y mejor blancura, además de sus excelentes propiedades mecánicas en términos de dureza, resistencia al desgaste y resistencia química. El otro gran óxido empleado por su alta opacidad es el óxido de cerio, mayoritariamente utilizado en esmaltes con bajo punto de fusión, y que se suele emplear en presencia de titanio para obtener tonalidades amarillentas. Sin embargo, dado su elevado precio, su uso se encuentra más restringido. En la actualidad, también se encuentra combinado con óxidos de tierras raras que le proporcionan una tonalidad de amarillo-rojo oscuro.
Tal como se comentó anteriormente en el proceso de esmaltado, la opacidad y tonalidad del color del esmalte son dos características de vital importancia. El TiO2 ha mostrado desde sus orígenes ser un excelente candidato, aunque como se describió en el artículo publicado hace 60 años en esta revista, uno de los principales inconvenientes que presenta se halla en su capacidad para controlar la tonalidad y estabilidad del color durante los sucesivos tratamientos térmicos que se llevan a cabo en el proceso de esmaltado. La complejidad de este proceso se debe a la estructura polimórfica del TiO2, en la que a temperaturas situadas entre 800-900 ºC (temperaturas alcanzadas durante el proceso de esmaltado) la fase de anatasa se transforma en rutilo cambiando la tonalidad a amarillenta. De este modo, en estos años se ha estado trabajando en la evolución de esmaltes basados en titanio como materia prima, cuyo objetivo es mantener la fase anatasa para la obtención de un esmaltado blanco puro. En esta línea, avances importantes se han desarrollado con la combinación del TiO2 en presencia de óxidos de calcio o silicatos de zirconio que inhiben la formación de la fase rutilo durante los procesos de cocción y enfriamiento del vidriado. La presencia de calcio favorece la formación de cristales de esfena (CaO·TiO2·SiO2) en detrimento de los de rutilo, lo que produce una disminución de la tonalidad amarillenta dado el carácter blanquecino de los cristales de esfena. Consiguientemente, se obtienen esmaltes opacos blancos de gran calidad.
En la obtención de esmaltes de porcelana la elección de la naturaleza de las materias primas ejerce una gran influencia en el acabado final del esmalte. La tonalidad, opacidad, brillantez y buenas propiedades mecánicas son las características principales del esmalte. El desarrollo y la innovación en la ingeniería de los materiales han permitido obtener nuevos materiales capaces de mejorar las propiedades del titanio en los esmaltes de porcelana desde un punto de vista de las propiedades mecánicas y físicas. El avance y la progresión de nuevos óxidos metálicos abren una nueva dimensión en el mercado de los esmaltes de porcelana en un futuro inminente.
