ES2319075B2 - Tableros para tabiques de baja energia incorporada y metodos para su fabricacion. - Google Patents
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Abstract
Tableros para tabiques de baja energía
incorporada, y métodos para su fabricación. Los tableros para
tabiques se producen mediante métodos que utilizan una energía
incorporada, significativamente reducida en comparación con la
energía utilizada para fabricar tableros para tabiques de yeso. Un
nuevo ligante, que consiste en una realización de fosfato
monopotásico y óxido de magnesio, y combinado con diversos
materiales de relleno, se utiliza para proporcionar una reacción
exotérmica controlada, al objeto de generar un núcleo de tipo
tablero de yeso que puede ser envuelto en un material seleccionado
tal como papel reciclado, y fabricado sobre un sistema
transportador, con aspectos y comercialización análogos a los
tableros para tabiques de yeso, pero sin la enorme energía
necesaria para fabricar tableros para tabiques de yeso. El producto
resultante puede ser utilizado en aplicaciones de interior o de
exterior, y posee las importantes propiedades frente al fuego, el
sonido y otras,de los tableros para tabiques de yeso. Mientras los
costes energéticos se incrementan, los nuevos tableros para tabiques
de esta invención pueden hacerse de fabricación menos costosa que
los tableros para tabiques convencionales. El proceso de
fabricación tiene como resultado emisiones de gases de efecto
invernadero mucho menores que en los procesos utilizados para
fabricar tableros para tabiques de yeso.
Description
Tableros para tabiques de baja energía
incorporada, y métodos para su fabricación.
La presente invención se refiere a nuevas
composiciones de núcleos de tableros para tabiques y a los procesos
para fabricar tales núcleos, y en concreto a núcleos y procesos que
reducen la energía necesaria para fabricar los tableros para
tabiques, en comparación con la energía requerida para fabricar los
tradicionales tableros para tabiques de yeso.
Los tableros para tabiques de yeso son
utilizados en la construcción de edificios residenciales y
comerciales, para crear techos y paredes interiores y, en ciertas
situaciones, también paredes exteriores. Debido a que es
relativamente fácil de instalar y necesita un acabado mínimo, el
tablero para tabiques de yeso es el material de uso preferido a
estos efectos en la construcción de viviendas y oficinas.
El tablero para tabiques de yeso consiste en un
núcleo que contiene yeso endurecido, recubierto con papel u otro
material fibroso adecuado para recibir un revestimiento, tal como
pintura. Es común fabricar tableros para tabiques de yeso mediante
poner una lechada de núcleo, acuosa, compuesta principalmente de
yeso calcinado, entre dos láminas de papel formando así una
estructura en sándwich. En el arte se conoce diversos tipos de
papel de recubrimiento. Se deja fraguar a la lechada de núcleo de
yeso acuoso, o endurecerse por rehidratación del yeso calcinado, a
lo que usualmente sigue un tratamiento térmico en un secador para
retirar el exceso de agua. Después de que la lechada de yeso ha
fraguado (es decir, ha reaccionado con el agua presente en la
lechada acuosa) y se ha secado, la lámina formada se corta en los
tamaños deseados. Los métodos para la producción de tableros para
tabiques de yeso son bien conocidos en el arte.
Un proceso convencional para la fabricación de
la composición del núcleo del tablero para tabiques de yeso,
incluye inicialmente la mezcla previa de ingredientes secos en un
aparato mezclador de alta velocidad. Los ingredientes secos incluyen
a menudo hemihidrato de sulfato de calcio (estuco), un acelerador y
un anti-desecante (por ejemplo almidón). Los
ingredientes secos se mezclan entre sí con una parte "húmeda"
(acuosa) de la composición del núcleo, en un aparato mezclador. La
parte húmeda puede incluir un primer componente que incluye la
mezcla de agua, pasta de papel y, opcionalmente, uno o más agentes
de incremento de la fluidez, y un retardador del fraguado. La
solución de pasta de papel proporciona la mayor parte del agua que
forma la lechada de yeso de la composición del núcleo. Un segundo
componente húmedo puede incluir una mezcla del mencionado agente de
endurecimiento, espuma y, si se desea, otros aditivos
convencionales. Juntas, las mencionadas partes seca y húmeda
constituyen una lechada acuosa de yeso, que al término forma un
núcleo de tablero para tabiques de yeso.
Un ingrediente principal del tablero para
tabiques de yeso es el hemihidrato de sulfato de calcio,
normalmente mencionado como "yeso calcinado", "estuco" o
"yeso de París". El estuco tiene una serie de propiedades
físicas deseables que incluyen, pero no se limitan a, resistencia
al fuego, estabilidad dimensional térmica e hidrométrica,
resistencia a la compresión y pH neutro. El estuco se prepara
típicamente mediante secar, triturar y calcinar roca de yeso natural
(es decir, sulfato cálcico dihidratado). La etapa de secado en la
fabricación de estuco incluye pasar roca de yeso no refinada, a
través de un horno giratorio, para retirar cualquier humedad
presente en la roca, por ejemplo procedente de lluvia o nieve.
Después, la roca seca es molida a la finura deseada. El yeso secado
y molido fino, puede denominarse "yeso terroso",
independientemente de su uso previsto. El yeso terroso se utiliza
como suministro en procesos de calcinación para la conversión a
estuco.
La etapa de calcinación (o deshidratación) en la
fabricación de estuco se lleva a cabo calentando el yeso terroso,
lo que produce hemihidrato de sulfato de calcio (estuco) y vapor de
agua.
La etapa del proceso de calcinación se lleva a
cabo en un "calcinador", del que las personas cualificadas en
el arte conocen varios tipos.
El yeso calcinado reacciona directamente con el
agua, y puede "endurecerse" cuando se mezcla con agua en las
proporciones adecuadas. Sin embargo, el propio proceso de
calcinación conlleva un alto consumo energético. Se ha descrito
varios métodos para calcinar el yeso utilizando aparatos de una
sola etapa y de múltiples etapas, como se describe en la Patente de
Estados Unidos 5 954 497.
Convencionalmente en la fabricación de tableros
de yeso, la lechada de yeso, que puede contener diversos aditivos
para reducir el peso y añadir otras propiedades, se deposita sobre
un soporte de papel (o un revestimiento de fibra de vidrio) en
movimiento, que es soportado sobre una larga cinta en movimiento.
Después se aplica un segundo soporte de papel en la parte superior
de la lechada, para constituir la segunda cara del tablero de yeso,
y se pasa el sándwich a través de una estación de moldeo que
determina la anchura y el grosor del tablero de yeso. En tal
funcionamiento continuo, la lechada de yeso comienza a endurecerse
después de pasar a través de la estación de moldeo. Cuando se ha
producido un endurecimiento suficiente, el tablero se corta en
longitudes aceptables comercialmente, y después se pasa a un
secador de tableros. A continuación el tablero se recorta si se
desea, se encinta, se empaqueta, se envía y se almacena previamente
a su venta.
La mayoría de los tableros para tabiques de yeso
se venden en láminas de cuatro pies de ancho y ocho pies de largo.
El grosor de las láminas varia desde un cuarto de pulgada a una
pulgada, dependiendo de la aplicación y calidad concretas, siendo
común un grosor de 1/2'' o 5/8''. Se produce una variedad de tamaños
y grosores de planchas de tableros para tabiques de yeso, para
diversas aplicaciones. Tales tableros son fáciles de utilizar y
pueden marcarse y quebrarse fácilmente, para ser rotos en líneas
relativamente limpias.
Según ciertas estimaciones, el proceso para
fabricar tableros para tabiques de yeso tiene una antigüedad de más
de 100 años. Se desarrolló en un momento en que la energía era
abundante y barata, y no se conocía las emisiones de gases efecto
invernadero. Este es un atributo importante. Mientras que la
tecnología de tableros para tabiques de yeso ha mejorado con los
anos incluyendo resistencia al fuego, como un atributo de ciertos
tableros para tabiques, y se ha estandarizado las pruebas de
tableros para tabiques de yeso (tal como en ASTM C1396), en las
principales etapas de fabricación se ha producido pocos cambios, y
la mayoría de los tableros para tabiques de siguen fabricándose a
partir de yeso calcinado.
Como se muestra en la figura 1, que describe las
etapas principales en un típico proceso para fabricar tableros para
tabique de yeso, el tablero para tabique de yeso necesita una
cantidad significativa de energía para su producción. La "energía
incorporada" se define como la "energía total necesaria para
producir un producto, desde la etapa de materias primas hasta la
entrega" del producto acabado. Como se muestra en la figura 1,
cuatro de las etapas (secar el yeso, calcinar el yeso, mezclar la
lechada con agua caliente y secar los tableros) en la fabricación de
tableros para tabique de yeso, consumen una cantidad considerable
de energía. Así, son muy elevados la energía incorporada del yeso y
los resultantes gases de efecto invernadero. Sin embargo,
actualmente hay muy pocos materiales de construcción para sustituir
a los tableros para tabique de yeso.
Se utiliza energía durante todo el proceso del
yeso. Después de la extracción de la roca de yeso del suelo, es
necesario secarla, típicamente en un secador giratorio o en un
secador instantáneo. Después tiene que ser triturada, y a
continuación calcinada (aunque frecuentemente el triturado se
realiza antes que el secado). Todos estos procesos necesitan una
significativa cantidad de energía, solo para preparar el yeso al
objeto de que pueda utilizarse en el proceso de fabricación. Después
de haber sido calcinado, típicamente se mezcla con agua caliente
(frecuentemente próxima a la temperatura de ebullición - lo que
requiere más energía), para formar una lechada caliente que
comienza a endurecerse, después de lo cual los tableros (cortados en
la lechada endurecida) son secados en grandes secadores de
tableros, durante entre aproximadamente 40 y 60 minutos para
evaporar el agua residual, utilizando una cantidad de energía
significativa. A menudo es necesario retirar del tablero de yeso,
secándolo, hasta una libra (1 lb) de agua por pie cuadrado, antes de
su envasado. Así, sería muy deseable reducir la cantidad global de
energía incorporada en el tablero para tabique de yeso, reduciendo
así los costes energéticos y los gases de efecto
invernadero.
invernadero.
Los gases de efecto invernadero, en concreto el
CO_{2}, se producen a partir de la combustión de combustibles
fósiles y también como resultado de la calcinación de ciertos
materiales tales como el yeso. Así, el proceso de fabricación de
yeso genera cantidades significativas de gases de efecto
invernadero, debido a los requisitos del proceso.
De acuerdo con el Instituto Nacional de
Estándares y Tecnología (National Institute of Standards and
Technology (NIST) - Departamento de Comercio de EE.UU.),
específicamente NISTIR 6916, la fabricación de tableros para tabique
de yeso requiere 8196 BTU por libra. Con un tablero de yeso 5/8''
en promedio, que pesa aproximadamente 75 libras, esto equivale a más
de 600 000 BTU por tablero, de energía incorporada total. Otras
fuentes consideran que la energía incorporada es menor de 600 000
BTU por tablero, si bien otras sugieren que puede ser incluso
mayor. Se ha estimado que la energía incorporada constituye más del
50% del costo de fabricación. Puesto que los costes energéticos se
incrementan, y si se aprueba impuestos sobre el carbono, el coste
de fabricar tableros para tabique a partir de yeso calcinado
seguirá incrementándose en relación directa con el coste de la
energía. Además, para productos ampliamente utilizados los
fabricantes de material tienen la responsabilidad de encontrar
alternativas menos dependientes con la energía, como parte de una
iniciativa global para combatir el cambio climático.
Se ha estimado que el uso de energía en la
fabricación de tableros para tabique de yeso, se aproxima al 1% del
uso energético total (en BTU) en EE.UU. Con una cantidad entre 40
000 y 50 000 millones de pies cuadrados de tableros para tabique
utilizados cada año en EE.UU., en su fabricación puede consumirse
hasta 900 billones de BTU. Y por tanto se libera a la atmósfera más
de 50 millones de toneladas de gases de efecto invernadero, a
través de la quema de combustibles fósiles que soportan el proceso
térmico intensivo, dañando así el medio ambiente y contribuyendo al
calentamiento global.
El arte previo se centra en reducir el peso del
tablero de yeso o en incrementar su resistencia, o bien realiza
reducciones menores en el uso energético. Por ejemplo en la patente
de EE.UU. número 6 699 426 se describe un método que utiliza
aditivos en un tablero de yeso, para reducir el tiempo de secado y
reducir así el uso energético en la etapa de secado. En general,
estos intentos comienzan asumiendo el uso de yeso calcinado (sea
natural o sintético), puesto que los fabricantes de tableros para
tabique de yeso encontrarían que rediseñar los materiales y
procedimientos de minería desde el principio, desperdiciaría miles
de millones de dólares de infraestructura y conocimientos técnicos,
y dejaría sin valor sus minas de yeso.
\newpage
Sin embargo, las consideraciones proporcionadas
en relación con el cambio climático harían deseable fabricar
tableros para tabique que necesiten un uso energético radicalmente
menor durante la fabricación, incluyendo la eliminación de las
etapas de calcinación, agua caliente y secado, comunes en la
fabricación de tableros para tabique de yeso.
\vskip1.000000\baselineskip
De acuerdo con la presente invención, se
proporciona nuevos métodos de fabricación de tableros para tabique
(aquí definidos como tableros para tabique "EcoRock^{TM}").
Los nuevos tableros de tabique EcoRock resultantes pueden sustituir
a los tableros para tabique de yeso, en la mayoría de las
aplicaciones. Los tableros para tabique así concebidos reducen
significativamente la energía incorporada asociada a los tableros
para tabique, reduciendo así sustancialmente las emisiones de gases
de efecto invernadero, nocivas para el medio ambiente.
Esta invención se comprenderá de forma completa
a la luz de la siguiente descripción detallada, tomada junto con
los dibujos.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra ciertas etapas estándar de
fabricación de tabiquería seca de yeso, especialmente aquellas que
consumen cantidades sustanciales de energía.
La figura 2 muestra las etapas de fabricación de
EcoRock que, como se muestra, necesitan poca energía.
\vskip1.000000\baselineskip
La siguiente descripción detallada de
realizaciones de la invención, es solo ilustrativa y no limitativa.
A la vista de esta descripción, para aquellas personas cualificadas
en el arte serán obvias otras realizaciones. Las realizaciones
ejemplares se muestran en detalle suficiente para comunicar con
claridad la invención. Sin embargo, la cantidad de detalles
ofrecidos no está concebida para limitar las variaciones previstas
en las realizaciones; por el contrario, la invención cubre todas
las modificaciones, equivalentes y alternativas que caen dentro del
espíritu y el alcance de la presente invención, tal como se define
mediante las reivindicaciones anexas. Puede realizarse diversos
cambios en los detalles sin apartarse del alcance ni sacrificar
ninguna de las ventajas de la presente invención. Las descripciones
detalladas que siguen, están diseñadas para hacer que tales
realizaciones sean obvias para personas de cualificación ordinaria
en el arte.
Los nuevos procesos que se describe aquí para
fabricar tableros para tabique, eliminan los procesos del arte
previo de consumo energético más intensivo, en la fabricación de
tableros para tabique de yeso, tales como secado de yeso,
calcinación, agua caliente, y secado del tablero. Los nuevos
procesos permiten fabricar los tableros para tabique a partir de
materiales no calcinados, que son abundantes y seguros, y que
pueden reaccionar de forma natural para constituir un tablero duro
que también es resistente al fuego.
El nuevo tablero para tabique EcoRock contiene
un ligante de uno o más componentes entre óxido de magnesio (MgO),
óxido de calcio, hidróxido de calcio, óxido de hierro (hematites o
magnetita) y una solución de sal de fosfatos alcalinos (fosfato de
sodio, fosfato de potasio, fosfato monopotásico, fosfato tipotásico,
superfosfato triple, dihidrogenofosfato de calcio, fosfato
dipotásico o ácido fosfórico). Los materiales ligantes
seleccionados, a menudo junto con materiales de relleno, se mezclan
entre sí al inicio del proceso o procesos concretos de fabricación
de EcoRock, seleccionados para ser utilizados con el propósito de
formar el tablero, o los tableros, para tabique EcoRock. Antes de
la adición de líquidos como el agua, esta mezcla de ligantes y
polvos de materiales de relleno se denomina "mezcla seca". El
MgO puede ser calcinado o no calcinado. Sin embargo, el MgO no
calcinado puede ser menos costoso y proporcionar significativos
ahorros de energía frente al MgO calcinado. Así, no hay necesidad
de utilizar MgO calcinado, incluso aunque puede utilizarse MgO
calcinado en los procesos EcoRock.
En la aplicación de patente de EE.UU. 2 006 0
048 682, Arun S. Wagh et al. describen un sellador que puede
ser aplicado (por ejemplo, rociado) en pozos petrolíferos, basado
en cenizas volantes que en parte utilizan MgO y KH_{2}PO_{4}.
Este sellador se utiliza para recubrir cemento existente en los
pozos petrolíferos, y es muy duro. Mientras que en el sellador de
Wagh hay algunos ingredientes ligantes similares a los ingredientes
ligantes utilizados en el tablero para tabique EcoRock, en el
documento de Wagh no se describe ni se contempla un tablero para
tabique para su uso en la construcción de edificios. Ni se
describe, en el documento de Wagh, ninguna realización con
propiedades que sean características de tableros para tabique
(tales corno la capacidad de ser marcado y quebrado).
El fosfato monopotásico es una sal soluble que
se utiliza como fertilizante, como aditivo alimentario y como
fungicida. El óxido de magnesio, el octavo componente más abundante
en la corteza terrestre, es un mineral sólido blanco que se produce
de forma natural a partir de la magnesita, la dolomita o el agua del
mar, y se utiliza en aplicaciones de gestión de residuos. Estos
ingredientes pueden combinarse entre sí en muchas proporciones
diferentes, teniendo como resultado diversos tiempos de
endurecimiento y diversas resistencias.
Se describirá ahora un proceso acorde con esta
invención, basado en dihidrogenofosfato monopotásico
(KH_{2}PO_{4}). Tras la adición de agua (H_{2}O) y óxido de
magnesio (MgO), el producto de la reacción es fosfato de magnesio y
potasio (MgKPO_{4}. 6H_{2}O), que está formado por la
disolución de MgO en la solución de KH_{2}PO_{4}, y en su
reacción final para formar un producto solidificado. Este producto
de reacción es aludido en adelante como "ligante".
Si bien los tableros de cemento han sido
descritos en el arte previo, tanto utilizando cemento Portland como
utilizando en parte magnesia calcinada (tal como en la patente de
EE.UU. 4 003 752), estos tableros tienen varios problemas en
comparación con los tableros de tabique de yeso estándar, incluyendo
el peso, la fabricación y la capacidad de marcado/quebrado. En esa
invención no describe una reacción exotérmica con ciertos fosfatos,
que genere el ligante.
En los procesos de esta invención, de forma
natural comienza una reacción exotérmica entre los componentes
ligantes, y esta calienta la lechada. El tiempo de reacción puede
controlarse mediante muchos factores, que incluyen la composición
global de la lechada, el porcentaje en peso (%) de ligante en la
lechada, los materiales de relleno en la lechada, la cantidad de
agua u otros líquidos en la lechada, y la adición de ácido bórico a
la lechada. El ácido bórico (en forma de polvo) ralentiza la
reacción. Retardantes alternativos pueden incluir bórax,
tripolifosfato sódico, sulfonato sódico, ácido cítrico y muchos
otros retardantes comerciales comunes en la industria. La figura 2
muestra la simplicidad del proceso de esta invención, por cuanto
que la figura 2 muestra dos etapas: a saber, mezclar la lechada con
agua fría (ahorrando así una significativa cantidad de energía), y
después moldear los tableros para tabique, a partir de la lechada.
Las tableros para tabique pueden moldearse en moldes, o bien
utilizando un sistema transportador del tipo utilizado para
fabricar tableros para tabique de yeso, y después recortándolos al
tamaño
deseado.
deseado.
La lechada comienza a espesar rápidamente, la
reacción exotérmica calienta la lechada, y finalmente la lechada se
endurece convirtiéndose en una masa dura. Típicamente se ha
observado temperaturas máximas de entre 40ºC y 90ºC, dependiendo del
contenido del material de relleno y del tamaño de la mezcla. La
dureza puede también controlarse mediante los materiales de relleno,
y puede variar desde extremadamente duro y fuerte, hasta blando
(pero seco) y fácil de romper. Un tiempo de fraguado, lo
suficientemente fuerte como para retirar los tableros desde los
moldes o desde una lechada continua, puede diseñarse desde 20
segundos hasta días, dependiendo de los aditivos o los materiales
de relleno. Por ejemplo puede extenderse ácido bórico, para un
tiempo de endurecimiento desde segundos hasta días, donde al
ligante se añade ácido bórico en polvo en un rango de entre el 0% y
el 3%. Si bien un tiempo de endurecimiento de veinte (20) segundos
conduce a una productividad extrema, la lechada puede comenzar a
endurecerse demasiado pronto para una fabricación de alta calidad,
y en este caso el tiempo de endurecimiento debería ajustarse a un
período de tiempo mayor, típicamente mediante la adición de ácido
bórico.
De acuerdo con esta invención son posibles
muchas configuraciones diferentes de materiales, que tienen como
resultado resistencia, dureza, capacidad de marcado/quebrado,
adhesión de papel, resistencia térmica, peso y resistencia al fuego,
mejoradas. El ligante es compatible con muchos materiales de relleno
diferentes incluyendo carbonato cálcico (CaCO_{3}), wollastonita
(silicato de calcio), almidón de maíz, microesferas cerámicas,
perlita, cenizas volantes, productos de desecho y otros materiales
de baja energía incorporada. Puede también utilizarse yeso no
calcinado como material de relleno. Escogiendo cuidadosamente como
materiales de relleno, materiales de baja energía abundantes,
biodegradables, tales como los que se ha listado arriba, el tablero
para tabique comienza a adoptar las características del tablero para
tabique de yeso. Estas características (peso, resistencia
estructural para poder ser transportado, capacidad de ser marcado y
después quebrado a lo largo de la línea de marcado, capacidad de
resistencia al fuego, y capacidad de ser clavado o sujeto de otra
forma a otros materiales tales como pernos) son importantes en el
mercado, y pueden ser necesarias para hacer del producto un éxito
comercial en tanto que sustituto de un tablero para tabique de
yeso.
El carbonato cálcico (CaCO_{3}) es abundante y
no tóxico. El almidón de maíz, fabricado de maíz, es abundante y no
tóxico. Las microesferas cerámicas son un producto de desecho de
centrales de energía alimentadas con carbón, y puede reducir el peso
de los materiales así como incrementar la resistencia térmica y al
fuego, de los tableros para tabique que incorporen estos
materiales. La mezcla seca puede incluir hasta el 80% en peso de
microesferas cerámicas. Semejante mezcla seca se ha incorporado con
éxito al EcoRock. Concentraciones superiores incrementan el coste y
pueden reducir la resistencia. Las cenizas volantes son también un
producto de desecho de centrales de energía alimentadas con carbón,
que puede ser eficazmente reutilizado aquí. La mezcla seca puede
incluir hasta el 80% en peso de cenizas volantes. Semejante mezcla
seca ha sido incorporada con éxito al EcoRock; sin embargo,
concentraciones muy elevadas de cenizas volantes pueden incrementar
el peso, oscurecer el color del núcleo, y endurecer el núcleo en
una medida que puede no ser deseable. En esta realización se
utiliza biofibras (es decir, fibras basadas en plantas
biodegradables) para el endurecimiento dúctil y de flexión; sin
embargo puede utilizarse también otras fibras, tales como celulosa
o vidrio. El uso de fibras especializadas en tableros de cemento se
revela en la patente de EE.UU. 6 676 744, y es bien conocido por
las personas con práctica en el arte.
\newpage
En una realización de la presente invención, se
crea una mezcla seca de polvos utilizando los siguientes
materiales, en peso:
El fosfato monopotásico y el óxido de magnesio
forman juntos un ligante en la lechada, y por tanto en el núcleo
que ha de formarse, del tablero para tabique EcoRock. El carbonato
cálcico, el almidón de maíz y las microesferas de cerámica forman
un material de relleno en la lechada, y las biofibras refuerzan el
núcleo cuando la lechada se ha endurecido. El ácido bórico es un
retardante para reducir la reacción exotérmica y, así ralentizar el
endurecimiento de la lechada.
Después se añade a la mezcla seca, agua
equivalente al 34% en peso de la mezcla seca, para formar una
lechada. En una realización, la mezcla húmeda (la "lechada
inicial") es mezclada por medio del mezclador durante tres (3)
minutos. Puede utilizarse mezcladores de muchas variedades tales
como un mezclador de patillas, siempre que la mezcla pueda ser
removida rápidamente desde el mezclador, antes del
endurecimiento.
La lechada puede ser vaciada sobre un
revestimiento de papel, que puede enrollarse alrededor de los
lados, en un proceso de yeso estándar. Con esta realización no se
necesita ni papel protector ni adhesivos de papel, pero pueden
añadirse si se desea.
Casi inmediatamente después de la retirada del
mezclador dará comienzo una reacción exotérmica, y continuará
durante varias horas absorbiendo la mayoría del agua. En menos de
30 minutos puede cortarse y retirarse los tableros, dependiendo del
equipamiento de manipulación disponible. Todavía no se ha utilizado
todo el agua en la reacción, y durante varias horas continuará
cierta absorción de agua. En 24 - 48 horas ha sido absorbida la
mayor parte del agua, produciéndose asimismo alguna evaporación.
Cuando se utiliza revestimiento de papel, se recomienda dejar secar
individualmente los tableros durante 24 horas, para reducir la
posibilidad de formación de formas sobre el papel. Esto puede
conseguirse en bastidores a temperatura ambiente, sin que se
requiera calor. El tiempo de secado será más rápido a temperaturas
elevadas, y más lento a temperaturas menores por encima del punto
de solidificación. Se probó temperaturas por encima de 80ºF, pero no
se han tomado en consideración puesto que el diseño está dirigido a
procesos de baja energía. El secado residual seguirá
incrementándose a temperaturas superiores, aunque no es beneficioso
aplicar calor (por encima de la temperatura ambiente) debido a la
necesidad de que la reacción exotérmica utilice el agua que, si no,
se evaporaría demasiado rápidamente. Si bien la reacción exotérmica
se producirá por debajo de la solidificación, el agua residual se
solidificará dentro del núcleo hasta que la temperatura se eleve
por encima de la solidificación. Se presume que los niveles de
humedad ambiental afectarán asimismo al tiempo de secado residual,
si bien este problema no se ha investigado.
Los tableros resultantes (el "producto
acabado") tienen características de resistencia similares o
superiores a las características de resistencia de los tableros de
tabique de yeso, y pueden marcarse y quebrarse in situ
fácilmente. El ligante crea la capacidad única de ligar levemente
(o fuertemente) ciertos materiales de relleno (en comparación con
el cemento Portland, utilizado por lo general para tableros de
cemento). Los tableros de cemento (que a menudo se utilizan para
soporte de azulejos y aplicaciones exteriores) no exhiben muchos de
los aspectos atractivos de los tableros de yeso para uso interno,
tales como peso ligero, marcado y quebrado, y revestimiento en
papel.
En otra realización se mezcla entre sí las
mismas cantidades de polvos secos que en el ejemplo 1, en las
mismas proporciones, pero se deja fuera el ácido bórico. En este
caso la reacción se produce mucho más rápidamente, de forma que los
tableros pueden cortarse y retirarse en menos de 5 minutos.
En otra realización se mezcla entre sí las
mismas cantidades de polvos secos que en el ejemplo 1, en las
mismas proporciones, pero el agua añadida contiene un agente
espumante (típicamente un jabón) añadido a través de un generador de
espuma. Esto produce un tablero de resistencia significativamente
menor, y peso reducido. Ejemplos de espumantes utilizados en
tableros de tabique de yeso incluyen los descritos en la Patente de
EE.UU. Número 5 240 639, la Patente de EE.UU. Número 5 158 612, la
Patente de EE.UU. Número 4 678 515, la Patente de EE.UU. Número 4
618 380 y la Patente de EE.UU. Número 4 156 615. El uso de tales
agentes es bien conocido por parte de las personas que practican el
arte de la fabricación de tableros de tabique de yeso.
En otra realización se fabrica un tablero para
uso exterior, mediante incrementar el peso de los ligantes en la
lechada y, así, del núcleo del tablero de tabique a ser formado.
Esto proporciona al tablero de tabique EcoRock resultante, dureza
adicional y resistencia al agua. Adicionalmente, en esta realización
no se utiliza revestimiento de papel ni envoltura, debido a que el
tablero de tabique estará expuesto al entorno ambiental. La
composición en peso de esta realización, es la siguiente:
Después, a la mezcla seca se añade agua
equivalente al 32% en peso de la mezcla seca, para formar una
lechada.
Fin del ejemplo
4
\vskip1.000000\baselineskip
En otras realizaciones puede variarse la
relación de los ligantes fosfato monopotásico frente a óxido de
magnesio, de forma que ambos sean de la misma cantidad en peso.
Esto puede tener como resultado un menor uso de agua. Como
característica de esta invención puede variarse la relación en peso
de un componente ligante frente al otro componente ligante, para
minimizar el coste de los materiales. Se ha mezclado una
combinación del 10% de un ingrediente ligante frente al 90% del
otro, demostrando una reacción exotérmica aceptable.
El proceso de la lechada puede producirse
utilizando varias técnicas diferentes, dependiendo de una serie de
factores tales como la cantidad requerida de tableros, el espacio
para la fabricación, y la familiarización con el proceso por parte
del personal técnico presente. El método normal de lechada de yeso,
que utiliza un sistema transportador que es una larga línea
continúa que envuelve la lechada en papel, es un método aceptable
para fabricar la mayoría de las realizaciones de tableros para
tabique EcoRock de esta invención. El proceso es bien conocido por
parte de las personas cualificadas en la fabricación de tableros
para tabique de yeso. También es adecuado el método Hatscheck que
se utiliza en la fabricación de tableros de cemento, para fabricar
los tableros para tabique de esta invención, especialmente aquellos
que no necesitan soporte o recubrimiento de papel, y es un método
bien conocido por las personas cualificadas en el arte de la
fabricación de tableros de cemento. Se necesita agua adicional para
diluir la lechada cuando se utiliza el método Hatscheck, debido a
que el equipamiento de fabricación utilizado necesita a menudo una
lechada de menor viscosidad. Alternativamente, como otro método de
fabricación puede vaciarse la lechada en moldes
pre-dimensionados, y dejar que esta fragüe. Después
cada tablero puede ser retirado del molde, el cual puede ser
reutilizado.
A la vista de la revelación anterior serán
obvias otras realizaciones de la invención.
Claims (66)
1. Un ligante para un tablero para tabique,
comprendiendo el mencionado ligante:
uno o más componentes de entre óxido de magnesio
(MgO), óxido de calcio, hidróxido de calcio y óxido de hierro
(hematites o magnetita); y
al menos una sal de fosfatos alcalinos.
2. El ligante de la reivindicación 1 en el que
la mencionada, al menos una, sal de fosfatos alcalinos comprende
uno o más de los siguientes compuestos: fosfato de sodio, fosfato
potásico, fosfato monopotásico, fosfato tripotásico, superfosfato
triple o fosfato dipotásico.
3. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, en el que el ligante comprende
\leq 80% del peso global del tablero para tabique.
4. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, en el que el ligante comprende
\leq 50% de la composición global del tablero para tabique.
5. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, en el que el ligante comprende
\leq 20% de la composición global del tablero para tabique.
6. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, en el que el ligante comprende
\leq 10% de la composición global del tablero para tabique.
7. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, en el que el ligante comprende
\leq 5% de la composición global del tablero para tabique.
8. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, en el que el tablero para tabique
comprende además fibras seleccionadas entre el grupo que consiste
en biofibras, nailon, vidrio y celulosa.
9. Un tablero que utiliza el ligante de la
reivindicación 1, que comprende además un material de relleno
seleccionado entre el grupo que consiste en carbonato cálcico,
perlita y sulfato cálcico dihidratado.
10. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante de la reivindicación 1, el mencionado tablero para tabique
comprendiendo además un material de relleno de microesferas
cerámicas.
11. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante la reivindicación 1, el mencionado tablero para tabique
comprendiendo además almidón de maíz.
12. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante la reivindicación 1, el mencionado tablero para tabique
comprendiendo además almidón de tapioca.
13. Un tablero para tabique que utiliza el
ligante la reivindicación 1, el mencionado tablero para tabique
comprendiendo además un material de relleno de cenizas
volantes.
14. Un tablero para tabique con un tamaño de
al menos 16 pies cuadrados, con una capa externa de papel sobre al
menos 1 lado, que comprende:
un ligante de uno o más componentes de entre
óxido de magnesio (MgO), óxido de calcio, hidróxido de calcio, y
óxido de hierro (hematites o magnetita);
una o más sales de fosfatos alcalinos
seleccionadas entre el grupo que consiste en fosfato de sodio,
fosfato potásico, fosfato monopotásico, fosfato tripotásico,
superfosfato triple o fosfato dipotásico; y
agua en cantidad menor o igual a aproximadamente
el 50% en peso del tablero para tabique.
15. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, en el que el ligante comprende \leq 80% de
la composición global del tablero para tabique.
16. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, en el que el ligante comprende \leq 50% de
la composición global del tablero para tabique.
17. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, en el que el ligante comprende \leq 20% de
la composición global del tablero para tabique.
\newpage
18. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, en el que el ligante comprende \leq 10% de
la composición global del tablero para tabique.
19. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, en el que el ligante comprende \leq 5% de la
composición global del tablero para tabique.
20. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, que comprende además fibras seleccionadas entre
el grupo que consiste en biofibras, nailon, vidrio y celulosa.
21. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, que comprende además un material de relleno de
carbonato cálcico y/o perlita.
22. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, que comprende además un material de relleno de
microesferas cerámicas.
23. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, que comprende además almidón de maíz.
24. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, que comprende además almidón de tapioca.
25. El tablero para tabique de la
reivindicación 14, que comprende además un material de relleno de
cenizas volantes.
26. Un tablero para tabique con un tamaño de
al menos 16 pies cuadrados, con un grosor promedio entre 0,1'' y
1,0'', que comprende:
un ligante de uno o más componentes entre óxido
de magnesio (MgO), óxido de calcio, hidróxido de calcio, y óxido de
hierro (hematites o magnetita);
una o más sales de fosfatos alcalinos
seleccionadas entre el grupo que consiste en fosfato de sodio,
fosfato potásico, fosfato monopotásico, fosfato tripotásico,
superfosfato triple o fosfato dipotásico;
agua en cantidad menor o igual a aproximadamente
el 50% en peso del tablero para tabique; y
una capa externa de papel sobre al menos un (1)
lado del tablero para tabique.
27. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, en el que el ligante comprende \leq 80% de
la composición global del producto.
28. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, en el que el ligante comprende \leq 50% de
la composición global del tablero para tabique.
29. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, en el que el ligante comprende \leq 20% de
la composición global del tablero para tabique.
30. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, en el que el ligante comprende \leq 10% de
la composición global del tablero para tabique.
31. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, en el que el ligante comprende \leq 5% de la
composición global del tablero para tabique.
32. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, que comprende además fibras seleccionadas entre
el grupo que consiste en biofibras, nailon, vidrio y celulosa.
33. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, que comprende además un material de relleno de
carbonato cálcico y/o perlita.
34. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, que comprende además un material de relleno de
microesferas cerámicas.
35. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, que comprende además almidón de maíz.
36. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, que comprende además almidón de tapioca.
37. El tablero para tabique de la
reivindicación 26, que comprende además un material de relleno de
cenizas volantes.
\newpage
38. Un tablero para tabique con un tamaño de
al menos 16 pies cuadrados, con un grosor promedio entre 0,1'' y
1,0'', que comprende:
un ligante que comprende uno o más componentes
entre óxido de magnesio (MgO), óxido de calcio, hidróxido de
calcio, y óxido de hierro (hematites o magnetita);
sal o sales de fosfatos alcalinos, seleccionadas
entre el grupo que consiste en fosfato de sodio, fosfato potásico,
fosfato monopotásico, fosfato tripotásico, superfosfato triple o
fosfato dipotásico;
agua en cantidad menor de aproximadamente el 50%
en peso de la lechada inicial; y
una capa externa de revestimiento de fibra de
vidrio sobre al menos un (1) lado.
39. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, en el que el ligante comprende \leq 80% de
la composición global del tablero para tabique.
40. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, en el que el ligante comprende \leq 50% de
la composición global del tablero para tabique.
41. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, en el que el ligante comprende \leq 20% de
la composición global del tablero para tabique.
42. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, en el que el ligante comprende \leq 10% de
la composición global del tablero para tabique.
43. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, en el que el ligante comprende \leq 5% de la
composición global del tablero para tabique.
44. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, que comprende además fibras seleccionadas de
entre el grupo que consiste en biofibras, nailon, vidrio y
celulosa.
45. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, que comprende además un material de relleno de
carbonato cálcico y/o perlita.
46. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, que comprende además un material de relleno de
microesferas cerámicas.
47. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, que comprende además almidón de maíz.
48. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, que comprende además almidón de tapioca.
49. El tablero para tabique de la
reivindicación 38, que comprende además un material de relleno de
cenizas volantes.
50. Un tablero para tabique con un tamaño de
al menos 16 pies cuadrados, con un grosor promedio entre 0,1'' y
1,0'', que comprende:
un ligante de uno o más componentes entre óxido
de magnesio (MgO), óxido de calcio, hidróxido de calcio, y óxido de
hierro (hematites o magnetita);
una sal de fosfatos alcalinos;
un material de relleno de carbonato cálcico,
donde el mencionado carbonato cálcico constituye más del 30% en
peso del tablero para tabique; y
una capa externa de papel sobre al menos un (1)
lado.
51. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, en el que la mencionada sal de fosfatos
alcalinos comprende una o más sales seleccionadas de entre el grupo
de sales que consiste en fosfato de sodio, fosfato potásico, fosfato
monopotásico, fosfato tripotásico, superfosfato triple o fosfato
dipotásico.
52. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, en el que el ligante comprende \leq 80% de
la composición global del tablero para tabique.
53. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, en el que el ligante comprende \leq 50% de
la composición global del tablero para tabique.
\newpage
54. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, en el que el ligante comprende \leq 20% de
la composición global del tablero para tabique.
55. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, en el que el ligante comprende \leq 10% de
la composición global del tablero para tabique.
56. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, en el que el ligante comprende \leq 5% de la
composición global del tablero para tabique.
57. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, que comprende además fibras seleccionadas entre
el grupo que consiste en biofibras, nailon, vidrio y celulosa.
58. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, que comprende además un material de relleno de
microesferas cerámicas.
59. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, que comprende además almidón de maíz.
60. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, que comprende además almidón de tapioca.
61. El tablero para tabique de la
reivindicación 50, que comprende además un material de relleno de
cenizas volantes.
62. Un método de fabricación de tablero para
tabique, que consiste en:
formar una lechada que consta de:
- \quad
- un ligante que comprende uno o más de entre óxido de magnesio (MgO), óxido de calcio, hidróxido de calcio y óxido de hierro (hematites o magnetita); y
- \quad
- al menos una sal de fosfatos alcalinos; y
dejar que lechada fragüe.
63. El método de la reivindicación 62, que
comprende además cortar la lechada fraguada, con una forma
deseada.
64. El método de la reivindicación 62, que
incluye:
añadir un material a la lechada para incrementar
el tiempo que la lechada tarda en fraguar.
65. El método de la reivindicación 64, en el
que el material añadido a la lechada es ácido bórico.
66. El método de la reivindicación 62, en el
que la, al menos una, sal de fosfatos comprende uno o más de los
siguientes compuestos: fosfato de sodio, fosfato potásico, fosfato
monopotásico, fosfato tripotásico, superfosfato triple o fosfato
dipotásico.
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