(12) FASCÍCULO DE PATENTE DE INVENÇÃO
(22) Data de pedido: 2011.11.16 (30) Prioridade(s):
(43) Data de publicação do pedido: 2013.05.16
(73) Titular(es):
SECIL - COMPANHIA GERAL DE CAL E CIMENTO, S.A.
OUTÃO, APARTADO 71 2901-864 OUTÃO
null-null null PT
(72) Inventor(es):
ÂNGELA MARIA JESUS DE SEQUEIRA SERRA
NUNES PT
(74) Mandatário:
ALBERTO HERMÍNIO MANIQUE CANELAS RUA VÍCTOR CORDON, 14
1249-103 LISBOA PT
(54) Epígrafe: PAINEL COMPÓSITO INCOMBUSTÍVEL, COLORIDO E DE ELEVADO DESEMPENHO ESTRUTURAL, À BASE DE LIGANTES CIMENTÍCIOS E PARTÍCULAS DE MADEIRA
(57) Resumo: O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UM PAINEL COMPÓSITO DE MADEIRA E LIGANTES CIMENTÍCIOS, DE SUPERFÍCIES PLANAS, COM VÁRIAS COLORAÇÕES POSSÍVEIS. ESTE PAINEL É CONSTITUÍDO POR 35 A 85% CIMENTO PORTLAND CINZENTO OU BRANCO; 10 A 30% DE PARTÍCULAS DE MADEIRA RESINOSA DESCASCADA; 5 A 20% DE SULFATO DE CÁLCIO HEMI-HIDRATADO; 0 A 10% DE UM ACELERADOR DE SUPERFÍCIE; 0 A 10% DE SOLUÇÃO DE SULFATO DE ALUMÍNIO; 0 A 30% DE CARBONATO DE CÁLCIO; E 0 A 15% DE PIGMENTOS. A INVENÇÃO UTILIZA O PROCESSO DE PREPARAÇÃO PARA O PAINEL VIROC EXISTENTE, AJUSTADO AO NOVO MATERIAL. ESTE PAINEL PARA ALÉM DE SER MUITO RESISTENTE, COM ELEVADAS PRESTAÇÕES AO NÍVEL DA RESISTÊNCIA AO IMPACTO, À HUMIDADE, ÀS VARIAÇÕES TÉRMICAS, AO RUÍDO E AOS FUNGOS E OUTROS MICRORGANISMOS, CUMPRE COM TODOS OS REQUISITOS DA NORMA DE PRODUTO ASSOCIADA.
RESUMO
"PAINEL COMPÓSITO INCOMBUSTÍVEL, COLORIDO E DE ELEVADO DESEMPENHO ESTRUTURAL, À BASE DE LIGANTES CIMENTÍCIOS E
PARTÍCULAS DE MADEIRA"
O presente invento diz respeito a um painel compósito de madeira e ligantes cimentícios, de superfícies planas, com várias colorações possíveis. Este painel é constituído por 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco; 10 a 30% de partículas de madeira resinosa descascada; 5 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; 0 a 10% de um acelerador de superfície; 0 a 10% de solução de sulfato de alumínio; 0 a 30% de carbonato de cálcio; e 0 a 15% de pigmentos. A invenção utiliza o processo de preparação para o painel VIROC existente, ajustado ao novo material. Este painel para além de ser muito resistente, com elevadas prestações ao nível da resistência ao impacto, à humidade, às variações térmicas, ao ruído e aos fungos e outros microrganismos, cumpre com todos os requisitos da norma de produto associada.
DESCRIÇÃO
"PAINEL COMPÓSITO INCOMBUSTÍVEL, COLORIDO E DE ELEVADO DESEMPENHO ESTRUTURAL, À BASE DE LIGANTES CIMENTÍCIOS E
PARTÍCULAS DE MADEIRA"
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção diz respeito a um novo tipo de painel de madeira cimento incombustível, permitindo a sua utilização uma maior segurança das construções para a acção do fogo, garantindo-se as restantes propriedades de elevada durabilidade, resistência mecânica, comportamento acústico e interesse estético, habituais para este material.
Permite uma enorme diversidade de aplicações desde pavimentos, tectos, coberturas, revestimento e isolamento de fachadas, de entre outros.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO
Os painéis ou revestimentos de madeira maciça ou derivados da madeira, embora apresentem elevada resistência à flexão, como são o caso do contraplacado, os painéis de fibras de média densidade (MDF) ou os painéis de partículas
(OSB), apresentam um fraco desempenho à durabilidade à água, estabilidade dimensional, elevada susceptibilidade ao ataque de fungos, insectos e microrganismos, e sobretudo um fraco desempenho ao nível da reacção ao fogo (classificação na maioria dos casos de equivalente à euroclasse D).
Os actuais painéis de madeira-cimento designados comercialmente por VIROC apresentam vantagens relativamente aos anteriormente mencionados, pois o desempenho mecânico e a durabilidade já estavam assegurados pela presença do cimento portland na composição. Porém a sua classificação no respeitante á acção do fogo não permite atingir o grau de incombustibilidade, sendo no máximo classificados com classe B.
Por outro lado na patente US 6.221.521 B1 é descrito um processo onde é utilizado gesso na forma de hemi-hidrato ou anidro e reforçado com fibras orgânicas, com aditivos como sulfato de potássio, para formar painéis multi-camada e cujo painel é classificado como incom-bustível segundo a ASTM E 136.
A patente US 5.320.677 descreve um outro processo onde uma mistura de gesso fluidizado com fibras de celulose é aquecida sob pressão, passando posteriormente por arrefe-cimento por forma a produzir um painel com a conformação desejada, embora com referencia á calcinação do gesso.
A patente US 5.342.566 está em linha com as anteriores, contudo contempla a utilização de fileres leves, como perlite, em mistura com gesso e fibras de celulose, para a produção de painéis multi-camada. A patente US 5.135.805 aborda a possibilidade de se utilizarem fibras de diferentes origens, de vidro ou outro mineral e/ou polipropileno em percentagens entre 10 e 20%. Todos estes painéis são considerados incombustíveis segundo a ASTM E 136, mas a sua fórmula não contêm cimento e devido a esse facto é-lhe limitado o campo de aplicação, em especial, às solicitações de natureza estrutural e á exposição ambiental exterior.
DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DO INVENTO
Problema técnico e solução encontrada
A principal vantagem deste invento baseia-se no facto de ser um painel incombustível, sem libertar gotas incandescentes e com uma produção limitada de fumo, contribuindo portanto para minimizar o risco de deflagração e propagação do fogo nas construções, contribuindo para a segurança de pessoas e bens em caso de incêncio. Em simultâneo apresenta um bom desempenho ao nível do seu comportamento térmico e acústico, resistente ao impacto, tracção e flexão, resistente à humidade, estável do ponto de vista dimensional, resistente a fungos, insectos e microrganismos, economicamente competitivo e muito fácil de
aplicar. Face a estas características pode ser utilizado numa vasta diversidade de áreas, inclusive com funções estruturais, arquitectónicas em ambientes interiores e exteriores.
A sua composição tem em vista a minimização da incorporação de matéria orgânica na forma de aparas de madeira, de forma a não comprometer as resistências mecânicas do painel (em especial, resistência à flexão), e a combinação do sulfato de cálcio na forma de hemidrato com cimento, em proporções devidamente estudadas de forma a controlar as eventuais reações expansivas que se poderiam gerar, possibilitam um comportamento ao fogo muito bom tornando o material incombustível. Este novo benefício alarga muito o campo de utilização do produto e melhora significativamente o comportamento das construções á acção do fogo.
Objecto da Invenção
Sendo assim, constitui o objecto da invenção um painel compósito incombustível e de elevado desempenho à base de cimento portland, gesso e partículas de madeira, que compreende, em percentagem em peso dos componentes relativamente ao peso total da composição:
1) 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco;
3) 5 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; 4) 0 a 10% de um acelerador de superfície; 5) 0 a 10% de solução de sulfato de alumínio; 6) 0 a 30% de carbonato de cálcio; e
7) 0 a 15% de pigmentos.
A madeira resinosa utilizada para obter o componente 2) é normalmente pinho.
De preferência, as partículas de madeira aí utilizadas apresentam-se a forma de aparas.
Geralmente as referidas aparas terem espessuras entre 0,25 e 0,32 mm.
Nos modelos de realização preferidos 50 a 70% das referidas aparas, de preferência cerca de 2/3, têm comprimento<1 mm e 26 a 40%, de preferência cerca de 1/3, têm comprimento entre 1 e 4 mm.
Habitualmente, percentagem de componente 3) é de cerca de 11%.
Preferencialmente, o acelerador de superfície utilizado como componente 4) é uma solução de silicato de sódio com uma densidade entre 1,10 e 1,15 g/cm3, em que o silicato de sódio tem um rácio SiO2/Na2O entre 3,19 e 3,53.
O sulfato de alumínio utilizado como componente 5) tem normalmente uma densidade entre 1,05 e 1,10 g/cm3.
O carbonato de cálcio utilizado como componente 6) é normalmente filer calcário, proveniente da moagem fina de calcários.
Os pigmentos utilizados com componente 7) são usualmente pigmentos de óxidos metálicos.
O painel compósito de acordo da invenção, é da classe A segundo ASTM E 136 e classe A2 segundo EN 13501-1 e DIN 4102, tem bom desempenho ao nível das resistências mecânicas, possuindo, no caso geral, uma resistência à tracção por flexão>9 N/mm2 e uma resistência à tracção perpendicular ao plano>0,5 N/mm2, um módulo de
elastici-dade>4000 N/mm2 e uma condutividade térmica < 0,23 W/m2.K.
Parte Experimental
Esta fórmula tem em vista a minimização da incor-poração das aparas de madeira e a introdução de uma mistura de ligantes com a incorporação de cimento portland e sulfato de cálcio hemi-hidratado, de forma a garantir a resistência mínima característica à flexão, superior a 9 N/mm2.
Os cimentos utilizados são cimentos Portland cinzentos ou brancos, consoante a tonalidade pretendida
para o painel e em conformidade EN 197-1, apresentando um desenvolvimento rápido de resistências(designação "R" da respectiva norma).
A utilização de gesso, sob a forma de sulfato de cálcio hemi-hidratado, em percentagens controladas permi-tirá não só acelerar o processo de presa da mistura, como melhorar o comportamento térmico e a resistência ao fogo do painel.
As aparas de madeira utilizadas, podendo ser provenientes de pinho ou outra resinosa, são destroçadas e afinadas para as seguintes dimensões:
Quadro 1 – Características das aparas de madeira
Espessura (mm) Comprimento (mm)
% fracção<1 mm % fracção [1;4] mm % fracção>4 mm
0,25 e 0,32 50-70 46-26 4
A utilização de sulfato do tipo alumínio Al2(SO4)3.nH2O em solução com densidade de entre 1,05 e 1,10
g/cm3 (1,07) permite a desfribilhação das aparas mais grossas, sendo que a utilização de silicato de sódio Na2O.nSiO2 com rácio SiO2/Na2O = entre 3,19 e 3,53 numa
solução com densidade entre 1,10 e 1,15 g/cm3, ajudará por um lado no aceleramento de presa da mistura como na mineralização das aparas de madeira.
A água a utilizar deverá ser limpa (incolor e sem cheiro), de preferência potável, e isenta de óleos ou outras impurezas que possam contaminar a cor do betão, obedecendo ao estipulado na EN 1008.
Os pigmentos adequados ao fabrico da mistura deverão ser inorgânicos e á cor pretendida.
O fabrico da placa segue o processo industrial do painel Viroc já referido, em instalação adequada para o efeito. Compreendendo uma fase de tratamento da madeira, com descasque, corte e fibrilação às dimensões referidas, seguindo-se um processo de mistura dos constituintes de pelo menos 90s em misturador industrial, após o que passa á conformação da placa em equipamento de conformação, seguindo-se a prensagem para estabilização dimensional. Segue-se a cura em estufa de endurecimento, maturação ao ar e finalmente a secagem em túnel de secagem. Após esta fase a placa é cortada, rectificada e embalada.
Exemplos
Damos em seguida alguns dos exemplos possíveis de preparação dos painéis. Estes exemplos destinam-se a ilustrar a invenção mas não pretendem ser, de modo nenhum, limitativos do âmbito da mesma.
Exemplo 1
Foram preparados painéis com os seguintes compo-nentes e nas percentagens em peso seco de material indicadas:
Etapa Componente % em peso
1 Aparas de madeira de Pinho (2/3<1 mm e 1/3 [1;4] mm)
15,4
2 Solução de sulfato de alumínio densi-dade 1,07 g/cm3
4,1
3 Solução de silicato de sódio de densi-dade 1,13 g/cm3
6,3
4 Cimento cinzento CEM II/A-L 42,5R 62,8
5 Gesso 11,5
Etapas de fabrico:
Os toros de madeira, são reduzidos em aparas. As aparas são afinadas e repartidas em grossas entre 1 e 4 mm e finas, abaixo dos 1 mm. As aparas entram no misturador onde após 30 s entra metade da água necessária ao processo (variável de acordo com o equipamento utilizado) e após outros 30 s, a restante metade de água. Passados mais 30 s entra a solução de sulfato de alumínio e após 60 s, entra a solução de silicato de sódio.
60 s, sendo então adicionados na misturadora principal com os restantes constituintes.
A mistura entra na fase de conformação onde é distribuída com uma espessura uniforme sobre chapas de aço, formando um colchão. É formada uma pilha de chapas e colchões alternados com um número de andares em função da espessura das placas a fabricar. A pilha é prensada e introduzida numa estufa de endurecimento, onde sob o efeito da pressão, temperatura e humidade e tempo de permanência, irão adquirir a resistência necessária por forma a serem manipuladas.
O conjunto das placas é desprensado a as placas são separadas das chapas. Os painéis sofrem uma operação de pré-corte e são empilhadas e deixadas em maturação em par-que coberto. Após a maturação, as placas são introduzidas no túnel de secagem a fim de retirar a humidade em excesso.
Na fase final as placas são cortadas à dimensão pretendida e tratadas superficialmente.
Exemplo 2
Seguindo o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1, excepto no que respeita ao carbonato de cálcio, que é processado juntamente com o cimento e o gesso, foram preparados painéis com os seguintes componentes e nas percentagens em peso indicadas:
Etapa Componente % em peso 1 Aparas de madeira de Pinho (2/3<1 mm e
1/3 [1;4] mm)
16,1
2 Solução de sulfato de alumínio densi-dade 1,07 g/cm3
4,3
3 Solução de silicato de sódio de densi-dade 1,13 g/cm3
5,8
4 Cimento cinzento CEM I42,5R 47,4
5 Gesso 16,1
6 Carbonato de cálcio 10,3
Utilização do produto da invenção
As aplicações mais comuns para este painel são:
Fachadas:
A utilização deste tipo de painéis em fachadas, garante diversas vantagens pelo facto de ser um material de construção que pode ser utilizado tanto em exteriores, com bom comportamento à exposição solar, aos ciclos húmidos e secos das águas da chuva, aos ciclos de gelo e degelo, pela sua resistência sonora e mecânica e pela inerente facilidade de aplicação e trabalhabilidade, podendo ser aplicado tal e qual, ou ser adoptado um acabamento por pintura ou revestimento com materiais cerâmicos.
Paredes:
Outra das aplicações poderá ser na construção de paredes divisórias ou estruturais em interiores ou exte-riores.
As características de resistência mecânica, térmica, de resistência à acção do fogo, quando aplicado com um sistema de suporte e fixação poderão constituir uma boa solução.
De facto a resistência mecânica, durabilidade e facilidade de manutenção, poderão tornar os painéis numa excelente solução para o revestimento de interiores em edifícios de grande afluência de pessoas (edifícios públicos). Por outro lado, os recintos húmidos interiores podem também ser áreas indicadas para a utilização deste tipo de painel, devido ao seu bom comportamento com a humidade, como são o caso de balneários e instalações sanitárias em geral.
Pavimentos:
As excelentes características de resistência mecânica, a sons aéreos e de percussão, resistência tér-mica, à acção do fogo, à acção dos fungos, térmitas e outros microrganismos, permitem, quando aplicado num sis-tema adequado de suporte, responder aos requisitos específicos da construção de pavimentos.
Tectos:
Uma outra possibilidade é a utilização destes painéis como tectos falsos, podendo ser obtidos excelentes resultados ao nível estético e de durabilidade.
Coberturas:
Sendo um material que não se degrada quando exposto em exteriores, poderá ser utilizado como reves-timento final de acabamento, requerendo naturalmente que haja um sistema de impermeabilização de forma a garantir a estanquidade.
Cofragem perdida:
As suas características de rigidez, resistência e durabilidade, permitirão utilizar este painel no domínio das cofragens perdidas.
Outras aplicações:
Decoração de interiores. Barreiras sonoras.
Mobiliário urbano e de interiores Paletes
Características do produto da invenção
As principais características do produto da invenção constam no quadro seguinte:
Quadro 2 – Características dos painéis
Característica Desempenho
Densidade 1500-1600 kg/m3
Condutividade térmica k=0,23 W/m2.K
Alcalinidade superficial pH= 11-13
Módulo de elasticidade à flexão 6000 MPa
Tracção paralela ao plano 5,00 MPa
Tracção perpendicular ao plano 0,60 MPa
Tracção por flexão 10,5 MPa
Compressão paralela ao plano 15,0 MPa Compressão perpendicular ao plano 40,0 MPa
Esforço transverso 2,00 MPa
Factor de resistência à difusão do vapor de água
µ=30 (método húmido) µ=50 (método seco)
Resistência ao Fogo A2-S1-d0 - EN 634.1/EN
13501-1/DIN 4102-1 M0 - NF P 92-501 A - ASTM E136-1
(continuação)
Característica Desempenho
Propriedades acústicas
Índice de redução sonora Rw entre 31 e 37 dB consoante espessura
Coeficiente de absorção sonora = 0,10 para frequências de 250-500 Hz
Estabilidade dimensional Variação longitudinal e transversal máxima
0,7% entre amplitudes extremas de humidade relativa ao ar Variação de espessura 1,5% - variação de espessura após
imersão em água durante 24 h
REIVINDICAÇÕES
1. Painel compósito incombustível e de elevado desempenho à base de cimento Portland, gesso e partículas de madeira, caracterizado por compreender, em percentagem em peso dos componentes relativamente ao peso seco da composição:
1) 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco;
2) 10 a 30% de partículas de madeira resinosa descascada; 3) 5 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado;
4) 0 a 10% de um acelerador de superfície; 5) 0 a 10% de solução de sulfato de alumínio; 6) 0 a 30% de carbonato de cálcio; e
7) 0 a 15% de pigmentos.
2. Painel compósito de acordo com a reivindi-cação 1, caracterizado por a madeira resinosa utilizada para obter o componente 2) ser pinho.
3. Painel compósito de acordo com a reivin-dicação 1 ou 2, caracterizado por as partículas de madeira utilizadas como componente 2) se apresentarem a forma de aparas.
4. Painel compósito de acordo com a reivindi-cação 3, caracterizado por as referidas aparas terem espes-suras entre 0,25 e 0,32 mm.
M0589.01 1/2
CLASSIFICAÇÃO DA MATÉRIA B32B13/02; C04B 28/04
De acordo com a Classificação Internacional de Patentes
DOCUMENTAÇÃO E BASES DE DADOS ELETRÓNICAS PESQUISADAS EPODOC, WPO, GOOGLE
DOMÍNIOS TÉCNICOS PESQUISADOS B32B13/10
De acordo com a Classificação Internacional de Patentes
DOCUMENTOS CONSIDERADOS RELEVANTES
Categoria* Citação do documento, com indicação, sempre que apropriado, das passagens relevantes
Relevante para a reivindicação
X US2009011207 A1(UNITED STATES GYPSUM CO [US]), 2009-01-08, descrição, parágrafos [0001], [0045], [0067], [0077], [0083], [0093]
1-10
* Categorias dos documentos citados: A X Y E L Estado da técnica;
Documento de particular relevância quando considerado isoladamente;
Documento de particular relevância quando combinado com um ou mais deste tipo de documentos;
Pedido de patente anterior publicado na mesma data ou em data posterior à do pedido;
Documento citado por qualquer outra razão;
T & P D O
Princípio ou teoria subjacente à invenção;
Documento membro da mesma família de documentos de patente;
Documento publicado antes da data de pedido mas depois da data de prioridade;
Documento citado no pedido;
Documento que se refere a uma divulgação oral, uso, exibição ou qualquer outro meio.
Data do termo da pesquisa
2012.02.17
Técnico examinador:
Miguel Moura
Assinatura
Telefone: 218818100 Data de elaboração do Relatório de Pesquisa
M0589.01 2/2 Documento de patente citado no relatório Data de
publicação Membro(s) da família
Data de publicação US2009011207 A1 2009-01-08 EP2167442 A2 WO2009006428 A2 US2009011207 A1 JP2010532309 A CN101687703 A CA2691670 A1 CO6270253 A2 RU2009146889 A 2010-03-31 2009-01-08 2009-01-08 2010-10-07 2010-03-31 2009-01-08 2011-04-20 2011-08-10
