Quais materiais podem originar as bolhas nas porcelanas? Qual a influência da viscosidade na retenção dessas bolhas?

Passo 1

O enunciado pergunta quais materiais presentes na formulação ou no processo de fabricação de porcelanas podem gerar gases que formam bolhas durante a cozedura e como a viscosidade do vidro cerâmico influencia a retenção ou liberação dessas bolhas. Vamos usar conceitos de química dos materiais cerâmicos (decomposição térmica) e de reologia de vidros (viscosidade x migração de bolhas).

Passo 2

Materiais que podem originar bolhas em porcelana
  1. Compostos orgânicos residuais
    – Ligantes e plastificantes (por ex. polímeros, celulose, álcoois) que, ao queimar, liberam \rm CO_2, \rm H_2O e outros gases.
  2. Carbonatos e hidróxidos
    – Carbonatos de cálcio e magnésio, p. ex. \rm CaCO_3 ou \rm MgCO_3, se presentes como impurezas, decompõem-se segundo
\rm CaCO_3 \;\longrightarrow\; CaO \;+\; CO_2\uparrow
– Hidróxidos como \rm Al(OH)_3 liberam \rm H_2O na desidratação.
3. Sais solúveis e sulfatos
– Sulfatos (por ex. \rm Na_2SO_4) ou cloretos que, ao fundir, desprendem \rm SO_2, \rm Cl_2 ou \rm HCl.
4. Umidade ligada na argila
– A água estrutural da caulinita e outros minerais é liberada como vapor próximo a 500 °C
5. Carbono fixo (resíduos de carvão ou grafite)
– Se houver adição de minerais carbonáceos, gera \rm CO e \rm CO_2 ao oxidar

Passo 3

Influência da viscosidade na retenção de bolhas
– Definição: viscosidade \eta é a resistência ao escoamento do material vítreo fundido.
– Em altas temperaturas o vidro cerâmico tem baixa \eta, o que facilita a subida e escape das bolhas para a superfície.
– Em temperaturas mais baixas ou em composições ricas em sílica, a \eta é maior e prende as bolhas no interior, pois o arraste viscoso supera a força de empuxo.
– Critério de escape de bolhas de raio r: velocidade de ascensão segundo a lei de Stokes
v = \frac{2}{9}\,\frac{(\rho_{\rm vid}\!-\rho_{\rm gás})\,g\,r^2}{\eta}\,.á
Logo, para \eta grande, v fica muito pequeno e a bolha não consegue migrar antes do resfriamento.

Resposta

Os principais materiais geradores de bolhas são compostos orgânicos (ligantes, plastificantes), carbonatos (por ex. \rm CaCO_3), hidróxidos, sais solúveis ou sulfatos e a umidade ligada às argilas. A viscosidade do vidro cerâmico controla a mobilidade das bolhas: baixa viscosidade (alta temperatura ou vidros mais fluidos) permite que as bolhas subam e escapem, enquanto alta viscosidade retém as bolhas no interior, gerando defeitos.

Exercícios relacionados