Esmalte cerámico

El esmalte cerámico , o simplemente esmaltado , es un revestimiento vítreo que se aplica a la cerámica. Se utiliza con fines decorativos, para garantizar que el artículo sea impermeable a los líquidos y para minimizar la adherencia de contaminantes. ^[1]

El esmaltado hace que la loza sea impermeable al agua, sellando la porosidad inherente de la loza. También proporciona una superficie más resistente. El esmaltado también se utiliza en loza y porcelana . Además de su funcionalidad, los esmaltados pueden formar una variedad de acabados superficiales, incluidos grados de acabado brillante o mate y color. Los esmaltados también pueden realzar el diseño o la textura subyacentes, ya sea sin modificar o inscritos, tallados o pintados.

La mayor parte de la cerámica producida en los últimos siglos ha sido esmaltada, a excepción de las piezas de porcelana bisque , terracota y algunos otros tipos. Los azulejos suelen estar esmaltados en la superficie, y la terracota arquitectónica moderna suele estar esmaltada . El ladrillo esmaltado también es común. Los sanitarios están invariablemente esmaltados, al igual que muchas cerámicas utilizadas en la industria, por ejemplo, los aisladores cerámicos para líneas eléctricas aéreas .

Los grupos más importantes de esmaltes tradicionales, cada uno de ellos denominado según su principal agente fundente cerámico , son:

• El esmalte de ceniza , tradicionalmente importante en el este de Asia, está hecho simplemente de ceniza de madera o de plantas, que contiene potasa y cal .
• Esmaltes feldespáticos de porcelana.
• Los esmaltes de plomo , lisos o coloreados, son brillantes y transparentes después de la cocción, que requiere solo unos 800 °C (1470 °F). Se han utilizado durante unos 2000 años en China, por ejemplo, en el sancai , en el Mediterráneo y en Europa, por ejemplo, en la mayólica victoriana .
• Esmalte de sal , en su mayoría de gres europeo. Se utiliza sal común.
• Esmalte de estaño , que recubre la cerámica con un esmalte de plomo que se vuelve blanco opaco mediante la adición de estaño. ^[2] Conocido en el Antiguo Oriente Próximo y luego importante en la cerámica islámica , de donde pasó a Europa. Incluye la cerámica hispano-morisca , la mayólica renacentista italiana (también llamada mayólica ), la loza y la cerámica de Delft .

El esmalte se puede aplicar por pulverización, inmersión, arrastre o pincel sobre una suspensión acuosa del esmalte sin cocer. El color de un esmalte después de su cocción puede ser significativamente diferente al de antes de la cocción. Para evitar que los objetos esmaltados se adhieran a los soportes del horno durante la cocción, se deja sin esmaltar una pequeña parte del objeto que se está horneando (por ejemplo, el pie) o, como alternativa, se utilizan " espolones " refractarios especiales como soportes. Estos se retiran y se desechan después de la cocción.

Históricamente, el esmaltado de cerámica se desarrolló con bastante lentitud, ya que era necesario descubrir materiales apropiados y también una tecnología de cocción capaz de alcanzar de forma fiable las temperaturas necesarias. Los esmaltes aparecieron por primera vez en materiales de piedra en el cuarto milenio a. C., y la loza del Antiguo Egipto ( frita en lugar de un material a base de arcilla) era autoesmaltada, ya que el material formaba naturalmente una capa similar al esmalte durante la cocción. El esmaltado de cerámica siguió a la invención del vidrio alrededor de 1500 a. C., en Oriente Medio y Egipto con esmaltes alcalinos que incluían el esmalte de ceniza , y en China, utilizando feldespato molido . Hacia el año 100 a. C., el esmaltado con plomo estaba muy extendido en el Viejo Mundo . ^[3]

El ladrillo vidriado se remonta al templo elamita de Chogha Zanbil , que data del siglo XIII a. C. La Pagoda de Hierro , construida en 1049 en Kaifeng , China , con ladrillos vidriados es un ejemplo posterior muy conocido. ^[4]

La cerámica vidriada con plomo probablemente se fabricó en China durante el período de los Reinos Combatientes (475 – 221 a. C.), y su producción aumentó durante la dinastía Han. La cerámica vidriada con protocelado de alta temperatura se fabricó antes que la cerámica vidriada, desde la dinastía Shang (1600 – 1046 a. C.). ^[5]

Durante el período Kofun de Japón, la cerámica Sue se decoraba con esmaltes de ceniza natural de color verdoso . Entre el 552 y el 794 d. C. se introdujeron esmaltes de diferentes colores. Los esmaltes de tres colores de la dinastía Tang se utilizaron con frecuencia durante un período, pero se fueron eliminando gradualmente; no se han recuperado los colores y las composiciones precisas de los esmaltes. Sin embargo, el esmalte de ceniza natural se utilizó comúnmente en todo el país.

En el siglo XIII, los diseños florales se pintaban con esmaltes de color rojo, azul, verde, amarillo y negro. Los esmaltes se hicieron muy populares debido al aspecto particular que le daban a la cerámica .

A partir del siglo VIII, el uso de cerámica vidriada fue frecuente en el arte islámico y la cerámica islámica , generalmente en forma de cerámica elaborada . ^{[ cita requerida ]} El vidriado opacificado con estaño fue una de las primeras tecnologías nuevas desarrolladas por los alfareros islámicos. Los primeros vidriados opacos islámicos se pueden encontrar como cerámica pintada de azul en Basora , que data de alrededor del siglo VIII. Otra contribución significativa fue el desarrollo de la cerámica , originaria del siglo IX en Irak. ^{[6] [ cita completa requerida ]} Otros lugares de cerámica innovadora en el mundo islámico incluyeron Fustat (de 975 a 1075), Damasco (de 1100 a alrededor de 1600) y Tabriz (de 1470 a 1550). ^{[ cita requerida ]}

Los esmaltes deben incluir un fundente cerámico que actúa promoviendo la licuefacción parcial de los cuerpos de arcilla y de los demás materiales del esmalte. Los fundentes reducen el alto punto de fusión del vidrio y forman sílice y, a veces, trióxido de boro .

Las materias primas para los esmaltes cerámicos generalmente incluyen sílice, que será el principal formador de vidrio. Varios óxidos metálicos, como los de sodio , potasio y calcio , actúan como fundentes y, por lo tanto, reducen la temperatura de fusión. La alúmina , a menudo derivada de la arcilla , endurece el esmalte fundido para evitar que se escurra de la pieza. ^[7] Los colorantes, como el óxido de hierro , el carbonato de cobre o el carbonato de cobalto , ^[7] y, a veces, opacificantes que incluyen óxido de estaño y óxido de circonio , se utilizan para modificar el aspecto visual del esmalte cocido.

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El esmalte se puede aplicar espolvoreando una mezcla seca sobre la superficie del cuerpo de arcilla o insertando sal o soda en el horno a altas temperaturas para crear una atmósfera rica en vapor de sodio que interactúa con los óxidos de aluminio y sílice en el cuerpo para formar y depositar vidrio, produciendo lo que se conoce como cerámica esmaltada con sal . Lo más común es que los esmaltes en suspensión acuosa de varios minerales en polvo y óxidos metálicos se apliquen sumergiendo las piezas directamente en el esmalte. Otras técnicas incluyen verter el esmalte sobre la pieza, rociarlo sobre la pieza con un aerógrafo o una herramienta similar, o aplicarlo directamente con un pincel u otra herramienta.

Para evitar que el artículo esmaltado se adhiera al horno durante la cocción, se deja una pequeña parte del artículo sin esmaltar o se lo sostiene sobre pequeños soportes refractarios, como espolones y zancos, que se retiran y se desechan después de la cocción. A veces, las pequeñas marcas que dejan estos espolones son visibles en la pieza terminada.

La decoración bajo cubierta se aplica antes del esmaltado, generalmente a la cerámica sin cocer ("cruda" o "verde") pero a veces a la " cocción en galleta " (una cocción inicial de algunos artículos antes del esmaltado y la re-cocción). ^{[8] [9] [10]} Se aplica un esmalte húmedo, generalmente transparente, sobre la decoración. El pigmento se fusiona con el esmalte y parece estar debajo de una capa de esmalte transparente; generalmente el material del cuerpo utilizado se cuece hasta obtener un color blanquecino. El tipo más conocido de decoración bajo cubierta es la porcelana azul y blanca producida primero en China y luego copiada en otros países. El llamativo color azul utiliza cobalto como óxido de cobalto o carbonato de cobalto . ^[11] Sin embargo, muchos de los tipos imitativos, como la cerámica de Delft , tienen cuerpos de loza de color blanquecino o incluso marrón , a los que se les da un esmalte de estaño blanco y una decoración esmaltada o sobreesmaltada. Con la invención inglesa de la loza color crema y otras lozas de pasta blanca en el siglo XVIII, la decoración bajo cubierta comenzó a usarse ampliamente tanto en loza como en porcelana.

La decoración sobreesmalte se aplica sobre una capa de esmalte cocida y, por lo general, utiliza colores en "esmalte", esencialmente vidrio, que requieren una segunda cocción a una temperatura relativamente baja para fusionarlos con el esmalte. Debido a que solo se cuece a una temperatura relativamente baja, se podía utilizar una gama más amplia de pigmentos en períodos históricos. Los colores sobreesmalte son esmaltes de baja temperatura que dan a la cerámica un aspecto más decorativo y vítreo. Primero se cuece una pieza, esta cocción inicial se denomina cocción brillante , luego se aplica la decoración sobreesmalte y se cuece nuevamente. Una vez que la pieza se cuece y sale del horno, su textura es más suave debido al esmalte.

Otros métodos son el esmaltado en primer lugar , en el que las pinturas se aplican sobre el esmalte antes de la cocción y luego se incorporan a la capa de esmalte durante la cocción. Esto funciona bien con cerámica esmaltada con estaño , como la mayólica , pero la gama de colores se limitaba a aquellos que podían soportar una cocción brillante, como en el caso del esmaltado bajo cubierta. Los esmaltes de colores, en los que los pigmentos se mezclan con el esmalte líquido antes de aplicarlo a la cerámica, se utilizan principalmente para dar un solo color a una pieza completa, como en la mayoría de los celadones , pero también se pueden utilizar para crear diseños en colores contrastantes, como en las cerámicas chinas sancai ("tricolores"), o incluso escenas pintadas.

Muchos estilos históricos, por ejemplo, la cerámica japonesa Imari , la china doucai y la china wucai , combinan los diferentes tipos de decoración. En tales casos, la primera cocción del cuerpo, cualquier decoración bajo cubierta y el esmaltado suele ir seguida de una segunda cocción después de que se hayan aplicado los esmaltes sobre cubierta.

Los metales pesados ​​son metales densos que se utilizan en los esmaltes para producir un color o una textura particular. ^[9] Es más probable que los componentes del esmalte se filtren al medio ambiente cuando los productos cerámicos no reciclados se exponen a agua tibia o ácida. ^[12] La lixiviación de metales pesados ​​se produce cuando los productos cerámicos se esmaltan de forma incorrecta o se dañan. ^[12] El plomo y el cromo son dos metales pesados ​​que se pueden utilizar en esmaltes cerámicos que son monitoreados de cerca por las agencias gubernamentales debido a su toxicidad y capacidad de bioacumulación . ^{[12] [13]}

Los metales utilizados en los esmaltes cerámicos suelen presentarse en forma de óxidos metálicos.

Los fabricantes de cerámica utilizan principalmente óxido de plomo (II) (PbO) como fundente por su bajo rango de fusión, amplio rango de cocción, baja tensión superficial, alto índice de refracción y resistencia a la desvitrificación . ^[14] El plomo utilizado en la fabricación de esmaltes comerciales está unido molecularmente a sílice en una proporción de 1:1, o incluido en forma de frita , para garantizar la estabilización y reducir el riesgo de lixiviación. ^[15]

En ambientes contaminados, el dióxido de nitrógeno reacciona con el agua ( H
₂O ) para producir ácido nitroso ( HNO
₂) y ácido nítrico ( HNO
₃). ^[13]

yo
₂O + 2 NO
₂→ HNO
₂+ HNO
₃

Nitrato de plomo (II) soluble ( Pb(NO
₃)
₂) se forma cuando el óxido de plomo (II) (PbO) de los esmaltes con plomo se expone al ácido nítrico ( HNO
₃)

PbO2 + 2HNO3
₃→ Pb(NO
₃)
₂+ H
₂Oh

Debido a que la exposición al plomo está fuertemente vinculada a una variedad de problemas de salud, colectivamente conocidos como envenenamiento por plomo , la eliminación de vidrio con plomo (principalmente en forma de pantallas CRT desechadas) y cerámica esmaltada con plomo está sujeta a regulaciones de desechos tóxicos .

El carbonato de bario (BaCO3 ₎ se utiliza para crear un color de esmalte único conocido como azul de bario. Sin embargo, se ha cuestionado la naturaleza ética del uso de carbonato de bario para esmaltes en superficies en contacto con alimentos. La intoxicación por bario por ingestión puede provocar convulsiones, parálisis, malestar digestivo y muerte. ^[16] También es algo soluble en ácido, ^[17] y puede contaminar el agua y el suelo durante largos períodos de tiempo. Estas preocupaciones han llevado a intentos de sustituir el carbonato de estroncio (SrCO3 ₎ en esmaltes que requieren carbonato de bario. ^{[18] A diferencia del carbonato de bario, el} NIH no considera que el carbonato de estroncio sea un peligro para la seguridad . ^{[19] [17]} Los experimentos de sustitución de estroncio tienden a tener éxito en esmaltes de tipo brillante, aunque hay algunos efectos y colores producidos en esmaltes de tipo mate que solo se pueden obtener mediante el uso de bario. ^[18]

Para reducir la probabilidad de lixiviación, se utiliza carbonato de bario en forma de frita y ligado a sílice en una proporción de 1:1. También se recomienda no utilizar esmaltes de bario en superficies que entren en contacto con alimentos o en elementos de exterior. ^[20]

Óxido de cromo (III) ( Cr
₂Oh
₃) se utiliza como colorante en esmaltes cerámicos. El óxido de cromo (III) puede reaccionar con óxido de calcio (CaO) y oxígeno atmosférico a temperaturas alcanzadas por un horno para producir cromato de calcio ( CaCrO
₄). La reacción de oxidación cambia el cromo de su estado de oxidación +3 a su estado de oxidación +6. ^[21] El cromo (VI) es muy soluble y el más móvil de todas las demás formas estables de cromo. ^[22]

Cr
₂Oh
₃+ 2CaO + 3 ⁄ 2O
₂→ CaCrO
₄^[21]

El cromo puede ingresar a los sistemas hídricos a través de vertidos industriales. El cromo (VI) puede ingresar al medio ambiente directamente o los oxidantes presentes en los suelos pueden reaccionar con el cromo (III) para producir cromo (VI). Las plantas tienen cantidades reducidas de clorofila cuando crecen en presencia de cromo (VI). ^[22]

Óxido de uranio (IV) ( U O ₂ )

Los esmaltes cerámicos a base de uranio son de color verde oscuro o negro cuando se cuecen en una reducción o cuando se utiliza UO2; más comúnmente se utiliza en oxidación para producir esmaltes de color amarillo brillante, naranja y rojo _[ ^23] Los esmaltes de uranio se utilizaron en las décadas de 1920 y 1930 para fabricar baldosas de uranio , relojes, relojes de pared y diales de aviones. ^[24]

El dióxido de uranio se produce reduciendo el trióxido de uranio con hidrógeno .

UO3 + H2 _→ UO2 ₊ H2O _a 700 °C (973 K ₎

La oxidación del cromo durante los procesos de fabricación se puede reducir con la introducción de compuestos que se unen al calcio. ^[21] Las industrias cerámicas son reacias a utilizar alternativas al plomo, ya que los esmaltes con plomo proporcionan a los productos un brillo brillante y una superficie lisa. La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos ha experimentado con un esmalte doble, una alternativa al plomo con bario, pero no tuvo éxito en lograr el mismo efecto óptico que los esmaltes con plomo. ^{[ cita requerida ]}

• Esmaltes cerámicos
• 
  Cerámica del periodo Nara
• 
  Porcelana de Meissen, con decoración bajo cubierta azul sobre porcelana.
• 
  Taza con decoración bajo cubierta azul sobre porcelana.
• 
  Mayólica con esmaltes de plomo coloreados, circa 1870
• 
  Placas de prueba de diferentes esmaltes
• 
  Mayólica esmaltada al estaño decorada con colores de óxido metálico, Mintons, hacia 1870.
• 
  Técnica de esmaltado del siglo XX

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• Hamer, Frank; Hamer, Janet (1991). Diccionario de materiales y técnicas del alfarero (tercera edición). Londres, Inglaterra: A & C Black Publishers, Limited. ISBN 0-8122-3112-0.