TABLEROS PARA TABIQUES DE BAJA ENERGIA INCORPORADA Y METODOS PARA SU FABRICACION.

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

Tableros para tabiques de baja energía incorporada, y métodos para su fabricación.

Campo de la invención

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.

Antecedentes de la invención

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...

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 = 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 = 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 = 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 = 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 = 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 = 80% de la composición global del tablero para tabique.

16. El tablero para tabique de la reivindicación 14, en el que el ligante comprende = 50% de la composición global del tablero para tabique.

17. El tablero para tabique de la reivindicación 14, en el que el ligante comprende = 20% de la composición global del tablero para tabique.

18. El tablero para tabique de la reivindicación 14, en el que el ligante comprende = 10% de la composición global del tablero para tabique.

19. El tablero para tabique de la reivindicación 14, en el que el ligante comprende = 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 = 80% de la composición global del producto.

28. El tablero para tabique de la reivindicación 26, en el que el ligante comprende = 50% de la composición global del tablero para tabique.

29. El tablero para tabique de la reivindicación 26, en el que el ligante comprende = 20% de la composición global del tablero para tabique.

30. El tablero para tabique de la reivindicación 26, en el que el ligante comprende = 10% de la composición global del tablero para tabique.

31. El tablero para tabique de la reivindicación 26, en el que el ligante comprende = 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.

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 = 80% de la composición global del tablero para tabique.

40. El tablero para tabique de la reivindicación 38, en el que el ligante comprende = 50% de la composición global del tablero para tabique.

41. El tablero para tabique de la reivindicación 38, en el que el ligante comprende = 20% de la composición global del tablero para tabique.

42. El tablero para tabique de la reivindicación 38, en el que el ligante comprende = 10% de la composición global del tablero para tabique.

43. El tablero para tabique de la reivindicación 38, en el que el ligante comprende = 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 = 80% de la composición global del tablero para tabique.

53. El tablero para tabique de la reivindicación 50, en el que el ligante comprende = 50% de la composición global del tablero para tabique.

54. El tablero para tabique de la reivindicación 50, en el que el ligante comprende = 20% de la composición global del tablero para tabique.

55. El tablero para tabique de la reivindicación 50, en el que el ligante comprende = 10% de la composición global del tablero para tabique.

56. El tablero para tabique de la reivindicación 50, en el que el ligante comprende = 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:

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

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.