Gạch ốp lát là vật liệu dùng cho xây dựng được hình thành, phát triển và phổ biến lâu đời trên thế giới. Từ những công trình cổ xưa cho đến các công trình hiện đại như các trung tâm thương mại, nhà ở... đều sử dụng vật liệu này. Có thể nói sự xuất hiện của các loại gạch ốp lát là một trong những phát minh vĩ đại của thế giới trong ngành vật liệu xây dựng.

Trong bối cảnh kinh tế - xã hội ngày càng phát triển, khoa học kỹ thuật tiến bộ vượt bậc trong mọi lĩnh vực trong đó có cả ngành sản xuất gạch ốp lát. Để tăng tính cạnh tranh, song song với việc cải tiến công nghệ nhằm nâng cao chất lượng thì sản phẩm gạch ốp lát phải tăng tính thẩm mỹ để đáp ứng thị hiếu người tiêu dùng. Sản phẩm gạch ốp lát đa phần được phủ lớp men trang trí, lớp men này làm tăng tính thẩm mỹ, giúp sản phẩm chống bụi bẩn và có tác dụng làm tăng một số tính chất kỹ thuật cho sản phẩm như: độ cứng, độ bóng, độ chịu mài mòn, độ bền cơ…

Gần đây dòng sản phẩm gạch mang hiệu ứng “hạt đường” được ưa chuộng vì tạo hiệu ứng trang trí độc đáo đem lại giá trị thẩm mỹ cao. Gạch này được phủ một lớp men đặc biệt tạo trên bề mặt gạch các hạt nhỏ li ti trong suốt, khi có nguồn sáng chiếu vào gây ra hiện tượng khúc xạ làm bề mặt gạch trở lên óng ánh đẹp mắt giống như được rải một lớp hạt đường. Mặt khác, cũng nhờ các hạt li ti này mà bề mặt gạch có độ nhám, có tác dụng chống trơn trượt, gạch có độ cứng và độ bền mài mòn cao. Hiện nay, các công ty sản xuất gạch ốp lát sử dụng men hạt đường đều nhập từ các hãng nước ngoài: Trung Quốc, Ý, Mỹ… với giá thành cao. Chính vì vậy, nhóm nghiên cứu thuộc Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp do ThS. Mai Văn Dương đứng đầu đã đề xuất với Bộ Công Thương đăng ký thực hiện đề tài: “Nghiên cứu sản xuất men tạo hiệu ứng ‘hạt đường’ sử dụng trong sản xuất gạch ốp lát” với mong muốn tạo ra được dòng men hạt đường thay thế sản phẩm nhập ngoại đáp ứng nhu cầu thực tế tại các nhà máy sản xuất gạch ốp lát trong nước.

Sau một năm làm việc tích cực nhóm thực hiện đề tài đã hoàn thành mục tiêu đặt ra và hoàn thành các nội dung nghiên cứu theo đề cương đăng kí của đề tài, cụ thể là:

1. Đã khảo sát, lựa chọn được nguyên liệu sản xuất frit men hạt đường: Các nguyên liệu đã chọn đều là các nguyên liệu có khả năng nấu chảy tốt ở nhiệt độ đã định. Nguyên liệu có thành phần hóa ổn định, hàm lượng tạp chất thấp. Cỡ hạt nguyên liệu mịn và ổn định, đảm bảo thuận tiện cho việc phối trộn 3 nguyên liệu và nguồn cung cấp ổn định.

2. Thiết lập được đơn phối liệu frit hạt đường và quy trình tạo frit.

Các đơn phối liệu trên đều nấu ở nhiệt độ cao 1400 ÷ 1500^oC, có độ đồng nhất tốt ở điều kiện nấu. Tuy nhiên, theo ghi nhận của nhóm thực hiện đề tài trong quá trình nấu: đơn SG04 và SG05 có độ nhớt nóng chảy thấp hơn, nhiệt độ nấu cũng thấp hơn so với đơn SG01, SG02 và SG03. Đơn SG01 và SG02 có nhiệt độ nấu cao hơn và độ nhớt nóng chảy cao hơn nhưng vẫn đảm bảo chảy loãng và rót hết hoàn toàn với điều kiện nấu nhóm thực hiện đề tài đã nghiên cứu. Điều này có thể giải thích do sự có mặt của ZnO trong đơn SG04 và SG05 với vai trò làm chất trợ chảy làm cho bài phối liệu dễ nấu hơn. Đơn SG03 tuy lượng Boric cao hơn các đơn khác nhưng lại có hàm lượng kiềm và CaO thấp hơn và ZrO2 cao hơn nên nhiệt độ nấu vẫn cao.

Kết quả phân tích thành phần hóa cho thấy số liệu tính toán theo lý thuyết và số liệu thực tế xấp xỉ nhau vì trong quá trình tính toán lý thuyết có xem xét đến độ ẩm các nguyên liệu, sự hao hụt thành phần do bay hơi trong quá trình nấu.

3. Xây dựng được đơn men với thành phần hạt và dung môi thích hợp.

Men hạt đường được tạo thành từ sự pha trộn giữa frit và dung môi theo một tỉ lệ thích hợp. Dung môi sử dụng trong nghiên cứu của đề tài là dung môi dành cho men hạt đường của hãng Ceri có thành phần cơ bản là keo hữu cơ tạo màng, chất phân cực gốc glyceron, CMC, STPP. Sau khi nghiền hạt frit và phân chia theo 3 dải hạt. Tiến hành phối trộn các dải hạt này theo tỉ lệ ứng với lượng dung môi thích hợp để đạt độ nhớt 30-32s, tỷ trọng 1.1. Đề tài sử dụng đơn SG03 trong nghiên cứu về thành phần hạt và tỉ lệ frit/dung môi. Thiết lập 3 bài men với các tỉ lệ thành phần hạt khác nhau và nghiên cứu tìm ra tỉ lệ frit: dung môi thích hợp.

Các bài phối liệu trên được nhóm đề tài kéo line trên xương gạch mộc song song với mẫu men đối chứng và nung trong lò thanh lăn chu kì nung 68 phút, nhiệt độ max 1182/1184^oC đang sản xuất tại công ty TNHH Thạch Bàn.

Kết quả nghiên cứu tỉ lệ frit và dung môi cho thấy với tỉ lệ frit: dung môi là 18:82 và tỉ lệ các cỡ hạt mịn: trung bình: thô = 15:60:25 thì cho bề mặt men có độ sần đồng đều và giống với mẫu đối chứng.

Lựa chọn đơn men cho sản xuất thử nghiệm: Theo nghiên cứu của nhóm thực hiện đề tài, đơn SG03 có nhiệt độ chảy phù hợp với nhiệt độ nung gạch lát, có độ cứng cao và độ chịu mài mòn cao thỏa mãn mục tiêu và yêu cầu của thuyết minh đề tài. Vì vậy nhóm thực hiện đề tài lựa chọn đơn SG03 để tiến hành chế thử và thử nghiệm tại nhà máy sản xuất.

4. Đề xuất được quy trình công nghệ sản xuất men tạo hiệu ứng hạt đường.

Các nguyên liệu được cân định lượng theo đơn phối liệu và nạp vào lò nấu frit. Phối liệu sau khi nạp vào lò khi đạt thời gian thì kéo sợi để kiểm tra độ đồng nhất, nếu chưa đạt thì tiếp tục nấu, nếu đạt thì chuyển sang hoạt hóa: xả trực tiếp thủy tinh trong nước, nước luôn được luân chuyển sao cho nhiệt độ nước vào và nước ra chênh nhau 50 ÷ 70^oC thì quá trình hoạt hóa diễn ra tốt. Frit sau khi nấu được sấy khô và nạp vào máy nghiền khô. Thời gian nghiền trong máy nghiền bi là 1 giờ, sau khi ra khỏi máy nghiền, frit qua sàng rung phân theo 3 cấp hạt: d< 106μm, 106 < d < 212μm và 212 < d < 500μm. Các hạt thô lớn hơn 500μm được hồi lưu về máy nghiền để đạt cỡ hạt mong muốn. Sau khi phân cấp hạt thành ba dải cỡ hạt thì cân định lượng từng cấp hạt theo tỉ lệ hạt mịn: trung bình: hạt thô là 15:60:25 sau đó trộn đều bằng máy trộn và đóng bao, lưu kho. Khi sử dụng tại nhà máy frit được trộn đều với dung môi theo tỉ lệ frit: dung môi = 18:82 và tráng lên bề mặt gạch.

5. Chế thử được 20kg frit men hạt đường đạt tiêu chuẩn dùng cho gạch lát và thử nghiệm thành công tại nhà máy.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 17013/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)