Aplicação industrial de design de experimentos (DOE) no estudo de substituição da frita em esmaltes cerâmicos transparentes

Abstract

A principal forma de experimentação na indústria cerâmica é a “Uma variável por vez”, onde as interações dos fatores não são avaliadas. O design de experimentos (DOE) vem se mostrando altamente eficaz tanto na indústria, quanto no meio acadêmico. Na indústria de louças sanitárias, os principais defeitos associados ao esmalte cerâmico, têm correlação direta com as propriedades de contração do conjunto esmalte-suporte e a viscosidade do esmalte fundido, que dependem da composição química e granulometria do esmalte e do suporte, bem como do desenvolvimento de fases durante a queima. Este estudo foi realizado visando a otimização da contração e da viscosidade de um esmalte transparente sem a utilização da frita (material vítreo produzido através da moagem e queima de outras fontes de óxidos), visando reduzir custos. Os esmaltes foram produzidos a úmido em moinho excêntrico com esferas de alumina, até um resíduo #325 entre 0,1 e 0,2%. Foram avaliados o efeito de quartzo, feldspato e carbonato de bário na contração e viscosidade dos esmaltes, através dos ensaios de meio anel e torre de escorrimento, respectivamente. Foi utilizado o DOE para avaliar os fatores mais significativos, através de um fatorial completo de dois níveis (2³) com um ponto central e 3 replicações, com o apoio do software JMP®. Seguido de uma etapa de otimização da formulação, tendo em vista manter as propriedades adequadas para queima. Para a fórmula otimizada, também foi realizado o ensaio de gretamento e leituras de cor, visando garantir a correta aplicação do vidrado como um pilar estético. Os resultados mostraram que o quartzo, BaCO₃ e a interação dos três fatores são os mais significativos para o processo de duas respostas. Já para o ½ anel, quartzo e BaCO₃ são mais efetivos, tendo relação direta com a contração dos esmaltes. Enquanto feldspato e quartzo, principalmente, foram os mais efetivos para a viscosidade do fundido. Através da otimização chegou-se ao ponto (+1) quartzo, (+1) feldspato e (-1) BaCO₃ que apresentou um desvio de 6,2% para o ½ anel e 2,9% para o escorrimento, quando comparado ao resultado predito pelo software Minitab 18®. Em adição, a fórmula otimizada não apresentou linhas gretamento e a leitura de cor (L*, a*, b*) ficou dentro do especificado, com ΔE=0,75 em relação ao esmalte padrão.