Brevet FR2002691A1 — publié le 19691031

La présente invention concerne des pigments céramiques, et plus particulièrement des pigments stables à la chaleur, dont le réseau cristallin principal est consisté par du silicate de zirconium. Conformément au brevet français 1 289 796 et au brevet anglais 996 033, on peut obtenir des pigments roses à partir d'un mélange contenant de l'oxyde de zirconium, de la silice, de l'oxyde de fer ( ou un composé du fer donnant par calcination de l'oxyde de fer) et un produit minéralisant approprié. On sait que, dans ces procédés d'obtention des pigments, il y a formation de silicate de zirconium et l'on croit que le fer s'incorpore au réseau cristallin du silicate de zirconium. On sait également que l'on peut obtenir des pigments jaunes à partir des oxydes du praséodyme, ou d'autres composés de ce métal, remplaçant le fer dans des compositions analogues (brevet des EUA nO 2 992 123). Les pigments jaunes ainsi obtenus sont clairs, mais relativement froids. Or l'industrie demande des colorations plus chaudes, du genre de celles fournies par les pigments étain-vanadium, On a obtenu en modiflant la composition du pigment jaune à base de praséodyme par des additi,par exemple d'oxyde de cérium (brevet fran çais nO 1 345 400). Il est également possible de modifier la nuance par mélange physique de pigments déjà calcinés, mais lorsque l'on ne cherche que de faible modification de coloration, il est difficile d'obtenir une coloration parfaitement définie, nu de la reproduire.On peut obtenir, par exemple, des pigments jaunes relativement chauds par mélange physique de pigments roses à base de fer et de pigments jaunes à base de praséodyme, mais en raison de la faible brillance des colorants roses, le changement de nuance est obtenu avec de très faibles quantités du colorant rose à base de fer. La présente invention fait connattre un procédé pour la préparation de toute une gamme de pigments, à base de silicate de zirconium, stables à la chaleur, et allant depuis les jaunes chauds aux nuances rose pêche, en faisant réagir des mélanges de dérivés du fer et du praséodyme avec l'oxyde de zirconium et la silice en présence d'un agent minéralisant. Le mélange des composants du pigment avant calcination présente les avantages suivants 1 - Les pigments résultants sont plus reproductibles. 20 I1 n'est plus nécessaire de mélanger des pigments pour obtenir une teinte précite souhaitée. 3 - Le prix de revient du pigment est abaissé, la proportion de praséodyme pouvant être diminuée. I1 a été trouvé que, pour l'obtention des nuances jaunes relativement chaudes, on pouvait utiliser des proportions plus élevées de composés du fer, pour une couleur finale identique,- que par mélange de pigments. D'autre part,en raison de la moindre sensibilité des mélanges à la proportion de fer, il est possible d'obtenir une meilleure reproductibilité des couleurs. Conformément à l'invention, un procédé d'obtention de pigments céramiques comprend la calcination d'un mélange intime d'oxydes de zirconium, de silicium, de praséodyme et de fer, ou de composés susceptibles de donner ces oxydes, et d'une composition minéralisante comprenant une source d'ions de métaux alcalins et une source d'ions fluorure, ces ingrédients étant associés dans les proportions suivantes en poids Composés du zirconium (exprimésen ZrO2) 25 - 70 Composés du silicium (exprimés en silo2) 10 - 45 Composés du praséodyme (exprimés- en Pr6011) 0,3 - 10 Composés du fer (exprimés en Fe203) 1 - 25 Ions de métaux alcalins 1 - 12 Ions fluorure 1-5 Ions halogdnure (autres que F > o - 8 Ions nitrate O - 6 Le produit minéralisant peut également comporter une source d'ions halogènure autres que fluorures et une source d'ions nitrate.La calcination eS'effectue entre 800 et l30OOC, et de préférence entre 900 et 10000C. Les composés du zirconium utilisables sont par exemple l'oxyde de zirconium, l'oxyde hydraté et le carbonate, qui peuvent être utilisés isolément ou en mélange. Les composés du silicium sont la silice et/ou l'acide silicique. Les composés du praséodyme sont l'oxyde et/ou le carbonate. Les composés du fer utilisables sont Oxyde ferrique, le chlorure ferrique, et le sulfate ferreux, utilisés seul ou en association. Les compositions minéralisantes contiennent, seuls ou en association, les divers fluorures, chlorures, bromures et nitrates du lithium, du sodium et du potassium. Les composants du mélange sont introduits suivant les proportions préférées ci-après Composés du zirconium (en ZrO2) 40 - 60 Composés du silicium (en SiO2) 15 - 35 Composés du praséodyme ( en Pr6011) 1,5 - 4,0 Composés du fer (en Fe203) 1 à 25 Ions minéralisants comme précédemment Les exemples suivants illustrent l'invention sans toutefois lui apporter aucune limitation. Exemples 1 à 8 Les composants mentionnés dans le tableau I ci-après sont intimement mélangés à l'état sec (quantités exprimées en gramme. TABLEAU U Exemples 1 2 3 4 5 6 7 8 Oxyde de zirconium 54,5 53,0 52,0 50,0 49,0 43,5 39,5 36,5 Silice 27,0 26,5 26,0 26,0 24,5 22,0 20,0 18,0 Oxyde de praséodyme 3,0 3,0 2,5 2,5 3,0 2,5 2,5 2,0 Sulfate ferreux 2,0 4,0 6,o 8,0 10,0 15,0 20,0 25,0 i7H20) Fluorure de sodium 6,0 6,0 6,0 6,o 6,0 7,0 8,0 8,5 Chlorure de sodium 6,o 6,o 6,o 6,o 6,o 7,0 6,o 6,o Nitrate de sodium 1.5 1,5 1,5 1.5 15 3,0 4,0 O 100 100 100 100 100 100 100 101 Les mélanges sont calcinés en creusets couverts à 9500C pendant une heure et demie. Les produits résultant de la calcination sontbroyés à l'état humide pendant 2 heures, lavés et séchés. On incorpore une proportion de 5% de chacun de ces pigments, d'une part dans des émaux transparents, d'autre part dans des émaux semi-opaques, en opérant en dispersion aqueuse fortement agitée, et le mélange est projeté au pistolet sur des carreaux de céramique. de 12,5 cm de côté, à raison de 17 à 18 g de poids à l'état humide par carreau. Les carreaux sont cuits au four à 10200C pour les émaux semiopaques et à 10700C pour les émaux transparents. Les couleurs obtenues sont étudiées au spectrophotomètre tri chrome, les couleurs étant exprimées dans le système Adams modifié dans lequel : +a correspond au rouge, -a au vert,- +b au jaune, -b au bleu, L désignant le pouvoir réflecteur. Les résultats obtenus sont résumés par les tableaux II et III. T A B L E A U II Email semi-oDaaue (10200C) Exemples 1 2 3 4 5 6 7 8 a -7,3 -6,2 -2,5 +2,7 +5,9 +7,2 +14,1 +16,6 b +40,5 +37,1 +32,8 +28,7 +28,0 +23,6 +15,0 +13,1 L -87,77 86,12 83,54 80,47 78,31 77,64 70,26 67,12 T A B L E A U Email transParent (10700 C) Exemples 1 2 3 4 5 6 7 8 a -7,8 -4,5 +0,6 +0,9 +14,1 +18,3 +23,5 +37,1 b +71,7 +68,4 +59,4 +50,9 +48,8 +42,1 +28,7 +16,8 L 81,13 78,57 7406 70,9 68,64 63,29 53,91 49,48 La stabilité à haute température des pigments obtenus est bonne comme le montre le tableau IV ci-après résumant l'étude des couleurs en émail semi-opaque après cuisson à 1070 C. T A B L E A U IV Stabilité à haute temPérature (10700c) Email semi-opaque Exemple 1 2 3 4 5 6 7 8 a -7,6 -5,7 -2,2 +2,5 +6,7 +7,2 +13,6 +15,9 b +40,6 +35,3+31,6 +27,3+27,2 +21,1 +14,6 +12,6 L 87,81 86,06 83,51 80,81 78,92 79,44 70,23 66,97 La comparaison des chiffres du tableau IV avec ceux du tableau II montre l'excellente stabilité de couleur des pigments conformes à l'invention. Les couleurs des émaux semi-opaques traduites numériquement par le tableau II varient, de l'exemple 1 à l'exemple 8, depuis les jaunes pastel aux couleurs chamois et rose, en passant les jaune brun, dits havane. Dans les émaux transparents, les couleurs vont d'un Jaune intense à l'orange brun profond, en passant par d'agréables colorations orange. A titre d'exemple, les compositions 3 et 4 donnent des jaunes chauds agréables en émail semi-opaaue et des jaunes orange en émail transparent. En ramenant à 3% la proportion du pigment correspondant à l'exemple 6, on obtient un émail semi-opae d'une coloration havane. La proportion de pigment utilisée est généralement comprise entre 2 et 8%, par rapport au poids total de l'émail. R E V E N D I C A T I O N S 1 - Procédé d'obtention de pigments pour céramiques comportant la calcination d'un mélange intime d'oxydes de zirconium, de silicium, de praséodyme et de fer, ou de composés susceptibles de produire lesdits oxydes, le mélange comportant également une composition minéralisante contenant une source d'ions de métaux alcalins et une source d'ions fluorure, les ingrédients en question étant mélangés suivant les proportions pondérales suivantes en poids Composés du zirconium (exprimés en ZrO2) 25-70 Composés du silicium (exprimés en sio2) 10-45 Composés du praséodyme (exprimés en Pr6011) 0,3-10 Composés du fer (exprimés en Fe205) 1-25 Ions de métaux alcalins 1-12 Ions fluorure 1-5 Ions halogénure (autres que F ) 0-8 Ions nitrate 0-6 2"- Procédé selon la revendication 1, les proportions pondérales des ingrédients étant les suivantes Composés du zirconium (en ZrO2) 40-60 Composés du silicium (en SiO2) 15-35 Composes du praséodyme (en Pr6011) 1,5-4,0 Composés du fer (en Fe2O3) 1-25 Ions minéralisants Comme précédemment 3 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel le zirconium est sous forme d'oxyde , d'oxyde hydraté ou de carbonate, ces dérivés étant isolés ou en mélange. 40- Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel le silicium est sous forme de silice et/ou d'acide silicique. 5 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3 dans lequel le praséodyme est sous forme d'oxyde et/ou de carbonate. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le fer est sous forme d'oxyde ferrique et/ou de chlorure ferrique et/ou de sulfate ferreux. 70- Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel l'agent minéralisant est un fluorure, un chlorure, un bromure ou un nitrate de lithium, de sodium ou de potassium. 8 - Procédé selon la revendication 1, dans lequel les ingrédients sont mélangés suivant les proportions indiquées dans l'un des exemples 1 à 8 du tableau I. 9 - Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel le mélange des ingrédients est calciné entre 800 et 13000C. 100- Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel le mélange des ingrédients est calciné entre 9000 et 10000C. 110- Email contenant 1 à 10% en poids d'un pigment obtenu par un procédé selon l'une des revendications 1 à 10. 120- Pigment obtenu selon l'une des revendications 1 à 10.