La presente invención se refiere a un material para elementos constructivos compuesto por un yeso o escayola que,

manteniendo las características físicas y mecánicas exigidas por la normativa de aplicación (en función del uso), multiplica por cinco su capacidad de almacenamiento térmico mediante la adición directa de materiales de cambio de fase microencapsulados y el refuerzo de la mezcla con adición de fibras de polipropileno y melamina formaldehído. Con este compuesto se elaboran paneles prefabricados para revestimiento interior de paramentos verticales (cerramientos exteriores y divisiones interiores) con gran inercia térmica

Elemento constructivo con matriz de yeso o escayola.

Sector técnico

La invención se enmarca en los sectores de fabricación de dispersiones poliméricas, fabricación de fibras y materiales de refuerzo, diseño y fabricación de materiales de cambio de fase, materiales de construcción, prefabricación de placas de yeso y escayola, divisiones interiores de edificios, cielorrasos y falsos techos, almacenamiento térmico y ahorro energético.

Estado de la técnica

El yeso se ha utilizado usualmente en fabricación de techos, muros, pastas de agarre, revestimientos continuos (guarnecidos, enlucidos, estucos, revestimientos ignífugos), yesos de proyección mecánica, paneles para tabiques, pastas niveladoras a base de anhidrita, placas de escayola y fibras, placas de cartón-yeso (yeso laminado), placas para falsos techos desmontables, etc. Durante los últimos años, la industria del yeso ha ido buscando nuevas aplicaciones dentro del proceso constructivo, mejorando las limitaciones existentes en algunas de sus propiedades y optimizando su utilización mediante adiciones específicas.

La prefabricación de elementos de yeso permite obtener productos de calidad a bajo coste, por lo que constituye una de las aplicaciones con mayores perspectivas de futuro. En esta línea se ha trabajado en los últimos años con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, incorporando aditivos como refuerzo.

Existe una extensísima documentación sobre los efectos de los polímeros sintéticos como aditivos con efectos fluidificantes en yesos y escayolas, y sobre los efectos mecánicos que producen las fibras de polímeros sintéticos. Las patentes españolas ES 2187301 B2 y ES 2199680 B2 analizan el comportamiento mecánico conjunto con diferentes aditivos, fibras y dispersiones, en diferentes proporciones y describen la dosificación ideal para una mejora de las prestaciones mecánicas del compuesto.

La patente ES 2 292 309 B2 describe un material de yeso o una escayola muy ligero para la elaboración de placas y paneles prefabricados de gran formato con una considerable reducción de peso. Este material está constituido por cualquier tipo de yeso o escayola como matriz principal con adiciones binarias de poliestireno expandido y fibras de polipropileno que permite reducir el peso en un cincuenta por ciento manteniendo los valores de resistencias mecánicas, porosidad, dureza y tiempos de fraguado. Tampoco incorpora ningún aditivo capaz de condicionar el efecto térmico del panel, en contra de la presente invención.

Las tres patentes citadas hacen referencia a la mejora de aspectos físico mecánicos del yeso convencional, mientras que la actual invención se basa en esas mejoras a la vez que multiplica la capacidad de almacenamiento de energía térmica del elemento constructivo mediante la incorporación de materiales de cambio de fase.

Los materiales de cambio de fase, o PCM, suponen un sistema muy eficiente de almacenamiento térmico. Un material de cambio de fase es aquel que experimenta un cambio de estado sólido ≤ftrightarrow líquido ≤ftrightarrow gaseoso a una temperatura determinada. El interés de este tipo de materiales está en que la temperatura se mantiene constante durante el cambio de fase mientras que el material va intercambiando energía. Este hecho supone una mayor densidad energética por parte de estos materiales en comparación con otros materiales sin esta capacidad. Otro aspecto muy positivo es la menor temperatura a la cual se acumula la energía, consiguiendo así unas pérdidas por transmisión menores. Por este motivo se ha considerado su uso en elementos constructivos. La incorporación de PCM al yeso le confiere una gran capacidad de almacenamiento térmico. Existen diversos trabajos que estudian el comportamiento de paneles de yeso con materiales de cambio de fase en sus tres métodos de incorporación.

El primer método utilizado fue el de incorporación directa: el PCM líquido o en polvo se añade y se mezcla con el yeso durante su producción, tal y como hizo Feldman D. (Obtaining an energy storing building material by direct incorporation of an organic phase change material in gypsum wallboard. Solar Energy Materials, 1991. 22 231-242). Comprobó en sus experimentos la compatibilidad de los paneles de yeso con gran variedad de PCM incluyendo ácidos grasos y ésteres. El porcentaje máximo alcanzado en estos ensayos fue de un 25% en peso de PCM. Se ha realizado un esfuerzo notable en desarrollar una técnica de incorporación de PCM en tableros para que sus características convencionales no se vean afectadas de forma considerable. El factor más importante en este proceso es la utilización de cantidades adecuadas de varios agentes dispersantes. Neeper, (Thermal dynamics ofwallboard with latent heat storage. Solar Energy, 2000. 68(5): 393-403) incorpora de forma directa butil estearato en un 21-22% en peso y agentes dispersantes a paneles convencionales de yeso. El inconveniente de esta técnica es la pérdida de pequeñas cantidades de PCM cuando se encuentra en estado líquido y la limitación de las propiedades físicas y mecánicas del compuesto.La segunda técnica utilizada es por inmersión como hicieron Hadjieva et al. (Composite salt-hydrate concrete system forbuilding energy storage. Renewable Energy, 2000. 19(1-2): 111-115). En este trabajo detectaron fugas tras varios ciclos. Salyer en 1993 (US 5,254,380) incorpora sílice para evitarlo. También es posible rociar con PCM un panel de hormigón o de yeso como hizo Houle; J.-F., en 1991, (US 4,988,543). Khudhair y Farid (Thermal performance and mechanical testing ofgypsum wallboard with latent heat storage. Proceedings of the EM4 indore workshop IEA ECES IA annex 17, 21-24 April 2003, Indore, India) en sus experimentos mostraron que se produce impregnación simplemente sumergiendo muestras de paneles en PCM fundido durante varios minutos. El inconveniente de este método es la fuga de PCM tras varios ciclos, cuando se licua, y la limitación del porcentaje incorporado, que está relacionado con la porosidad del material de yeso y con la capacidad mecánica del mismo.

El encapsulado es la técnica más sofisticada porque requiere un recubrimiento previo del PCM que se incorpora. Esta técnica evita las fugas del material acumulador y mejora la transferencia térmica con el ambiente al aumentar la relación superficie de contacto-volumen. El encapsulado puede ser macro, cuando las cápsulas superan los varios mm, o micro si el diámetro de éstas es del orden de micras. Con éste método está trabajando el Fraunhofer Institute junto con BASF en el desarrollo de un emplastecido de PCM y compuesto de masilla aplicado como emplastecido normal. El resultado es un producto comercial -Smart Board- que incorpora un 26% en peso de PCM en paneles de cartón yeso, de forma que un panel de 1,5 cm de espesor contiene 3 kg de PCM por metro cuadrado.

La cantidad máxima incorporada en cualquiera de las investigaciones realizadas no supera el 25-26%, ya que añadir un nuevo material PCM en esas proporciones en la fabricación de una placa de yeso limita considerablemente la capacidad mecánica del conjunto, y lo inutiliza para cualquier uso o función propia del yeso.

El problema que plantea la técnica es, por tanto, conseguir un material de construcción con capacidad de almacenamiento térmico mejorada y que mantenga el comportamiento físico-mecánico del yeso. La solución que propone la presente invención es un material que incorpora hasta el 45% de PCM -respecto al peso total del compuesto- y unos aditivos de refuerzo que restablecen las propiedades físicas y mecánicas del yeso en el conjunto actuando de forma sinérgica. El resultado es un material de construcción que integra las propiedades del yeso con la característica adicional de una gran capacidad de almacenamiento térmico en un elemento de pequeño espesor, lo cual supone una gran ventaja tecnológica sobre la técnica.

Descripción de la invención

La presente invención es un elemento constructivo con matriz de yeso o escayola que comprende al menos un material PCM microencapsulado en una proporción entre el 26% y 45% en peso y al menos un aditivo de refuerzo. Una realización preferente de la invención es que dicho aditivo de refuerzo está seleccionado entre fibras de polipropileno y dispersión de melanina formaldehido, o su mezcla.

Características de los componentes

Yeso o escayola: se recomienda la escayola E-30 ó E-35. La escayola E-35 es una escayola especial constituida por... [Seguir leyendo]

1. Elemento constructivo con matriz de yeso o escayola que comprende al menos un material PCM microencapsulado en una proporción entre el 26% y 45% en peso y al menos un aditivo de refuerzo.

2. Elemento constructivo según la reivindicación 1, en el que dicho aditivo de refuerzo está seleccionado entre fibras de polipropileno y dispersión de melanina formaldehido, o su mezcla.

3. Elemento constructivo según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que dicho material PCM es parafina microencapsulada.

4. Elemento constructivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha matriz de yeso o escayola tiene una relación agua/yeso adicionado o escayola adicionada de 1, con un porcentaje de adiciones ternarias calculado en relación al peso del yeso o escayola, de: