WO2022036429A1 - Método com alta capacidade de retenção de sólidos para produção de fibrocimento, uso e processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos e artigo de fibrocimento - Google Patents

Método com alta capacidade de retenção de sólidos para produção de fibrocimento, uso e processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos e artigo de fibrocimento Download PDF

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Definitions

  • the present disclosure pertains to the field of building materials. Particularly, the present disclosure relates to fiber cement production methods and processes that have a high solids retention capacity in the dewatering stage, providing increased productivity and potentially other process gains related to the lower concentration of solids and additives in the process water.
  • Fiber cements are generally known in the art.
  • the production of fiber cement comprises a drainage stage that causes an increase in the concentration of solids in the suspension, with the deposition of layers of this concentrated suspension on felts for the conformation of fiber cement products with subsequent curing (air, thermal or with the aid of forced carbonation) to promote hardening and mechanical strength development typically associated with hydraulic cementitious materials.
  • the solids not retained in the fiber cement blanket recirculate in the production system without being discarded and, in addition to impairing the efficiency of the production process, they can also generate other problems such as: (a) the cement recirculating in the system hydrates and loses its binding capacity and, therefore, , when incorporated into fiber cement, it acts only as an inert load with a high cost and great environmental impact; (b) the accumulation of some polymeric materials (flocculants, defoamers, lignin) in the system greatly affects the quality of the final product; (c) when the production system is heavily contaminated or loaded with solids, there is a need to treat the process water in a settling tank and, in this case, operating and handling costs for the settled sludge are involved, as well as, investments in assets to carry out the decanting stage.
  • the present invention provides a method with high solids holding capacity for the production of fiber cement which comprises adding and mixing dispersion water to at least one pulverulent material, fiber reinforcement material, cellulose filament and fiberglass. cellulose to form a fiber cement suspension; and dewatering the fiber cement suspension, so as to obtain a fiber cement.
  • Figure 1 is a scanning electron microscopy image for FC2, with a higher degree of defibrillation compared to FC 1 .
  • Figure 2 is a scanning electron microscopy image of FC2, with a higher degree of defibrillation compared to FC 1 .
  • Figure 3 is an apparatus for quantification of fiber cement retention through gravity filtration with 0.4 mm sieve.
  • Figure 4 is an equipment to measure the water retention of mortars under vacuum: front view (a); top view (b), used to complete the mass balance after gravity filtration of fiber cement.
  • Figure 5 is a curve showing the mass passing through the sieve by gravity as a function of time: averages of the six repetitions for each formulation up to 30 min of test.
  • Figure 6 is a curve showing the mass passing through the sieve by gravity as a function of time: averages of the six repetitions for each formulation up to 2 min of test.
  • Figure 7 is a bar graph demonstrating the retention of solids and water in the sieve after gravity filtration for the different formulations analyzed.
  • the present invention refers to fiber cement production methods and processes that have a high solids retention capacity in the dewatering stage, providing increased productivity and potentially other process gains related to the lower concentration of solids and additives in the process water .
  • fiber cement refers to cementitious material that contains fibrous material and that can assume any desired shape.
  • fiber cement slurry generally refer to slurries that at least include water, fiber and cement.
  • fiber cement is obtained after dewatering the diluted suspension of particles (reactive and/or inert), organic and/or synthetic or mineral fibers (such as asbestos) and chemical additives, which can (before curing) be shaped in the form that is desired for component production, followed by curing to develop strength and other properties relevant to the performance of the fiber cement component.
  • the present invention is carried out through methods with high solids retention capacity for the production of fiber cement that comprises the addition and mixing of dispersion water to at least one pulverulent material, fiber reinforcement material, cellulose filament and cellulose fiber to form a fiber cement suspension; and dewatering the fiber cement suspension, so as to obtain a fiber cement.
  • the present invention also discloses a use of a high solids holding capacity method for the production of fiber cement for the manufacture of a fiber cement article, as well as a high solids holding capacity production process for the production of fiber cement comprising: preparing a fiber cement suspension by adding and mixing a1) dispersion water and a2) pulverulent material, reinforcing fiber material, cellulose filament and cellulose fiber to form a fiber cement suspension, b) dewatering the fiber cement suspension, obtaining a fiber cement with a predetermined thickness.
  • cementitious material preferably refers to a material that comprises a cementitious material.
  • cementitious material includes hydraulic substances that harden in the presence of water, such as Portland cement, silicate-based cements, aluminate-based cements, such as calcium aluminate, pozzolanic cements, composite cements, geopolymers activated by alkaline solutions, magnesian cements, blast furnace slag cements for example.
  • water is present in the proportion of 0.4 to 10 times by weight of the pulverulent material in the composition of the fiber cement suspension.
  • the present invention comprises a fiber reinforcement material, characteristic of the fiber cement composition.
  • the fiber reinforcement material of the present invention may comprise at least one fiber selected from process fibers, natural plant fibers, natural mineral organic fibers, synthetic fibers, which may be asbestos fibers, polymeric fibers, Poly(vinyl acetate) fibers.
  • the reinforcing fiber material is a Poly(vinyl acetate) (PVA) and polypropylene (PP) fiber, or their mixtures .
  • the reinforcing fiber material comprises reinforcing fibers with a length between 0.5 and 20 mm.
  • the fiber reinforcement material of the present invention may be present in the proportion of 0.1% to 3% by weight of the powdery material.
  • Cellulose fiber
  • cellulose fiber includes cellulosic fibers preferably refined to a grade between 45 and 70 Schopper Riegler.
  • the individual cellulose fibers are typically 0.6 to 4 mm in length.
  • the cellulose fiber may be from bleached, unbleached, long and short fiber cellulosic pulps, recycled fibers, cellulose (paper)-based products, or combinations thereof.
  • the cellulose fiber is present in a proportion of 1 -10% by weight of the powdery material, preferably between 2 to 6% by weight of the powdery material.
  • the present invention comprises a cellulose filament.
  • the inventors have discovered that the addition of cellulose filament provides retention of solids in the fiber cement during the dewatering step of the fiber cement suspension and aids in water retention, improving cement hydration.
  • the cellulose filament is obtained by a defibrillation process, which can occur by a method of shearing the cellulose fibrils that promotes their separation.
  • defibrillation processes include high pressure homogenization, microfluidization, colloidal milling, mechanical refining, among others.
  • the cellulose filament may be in a pre-dispersed form. Pre-dispersion takes place by mixing the cellulose filament with an aqueous medium, so that it can later be used in the methods and processes disclosed herein.
  • the cellulose filament according to the present invention may be present in a proportion of 0.1% to 3% by weight of the pulverulent material, preferably from 0.4 to 1.5% by weight of the pulverulent material.
  • the cellulose filament may have a diameter between 20 nm and 700 nm, preferably 80 nm to 600 nm and more preferably 300 nm. nm to 500 nm. Furthermore, the cellulose filament may have a length greater than 1 ⁇ m and preferably greater than 10 micrometers.
  • the cellulose filament may be a microfibrillated cellulose, a nanofibrillated cellulose or a cellulose filament.
  • microfibrillated cellulose includes fibrillar components based on cellulose, but not limited to this composition exclusively, which may contain traces of hemicelluloses, and may originate from a thermo-chemo-mechanical process, comprising kraft, soda, sulfite, CTMP type , among others.
  • the present invention optionally comprises one or more mineral additions (i) filers (ii) rheological modifiers, such as particles with modifying action of the rheological behavior of the fiber cement suspension, or (iii) mineral additions with cementitious action, which may come originally in cement or added in the fiber cement production stage.
  • mineral additions i) filers (ii) rheological modifiers, such as particles with modifying action of the rheological behavior of the fiber cement suspension, or (iii) mineral additions with cementitious action, which may come originally in cement or added in the fiber cement production stage.
  • the filer used is as a replacement material, that is, it has physical properties similar to cement and is basically used to replace a reactive material with a predominantly inert one in the formulation, aiming to reduce costs and environmental impact, reducing CO2 associated.
  • Suitable examples of filer are calcium carbonate, magnesium carbonate, calcium magnesium carbonate, silica, alumina, phyllites, iron oxides, iron hydroxides, magnesium oxide, magnesium hydroxide, calcium hydroxide, residues of mining and other industries containing the aforementioned materials, and their mixtures.
  • the methods of the present invention may further comprise at least one flocculant.
  • the present method with high solids retention capacity for fiber cement production and production process may further comprise a flocculant.
  • Flocculants are water-soluble polymers that can be cationic, anionic, non-ionic (no charges or slightly negative charges), amphoteric (positive and negative charges), hydrophobic or hydrophilic, generally with a molar mass ranging from low (eg ⁇ 103 g/mol) to high (eg > 106 g/mol) and may have a linear or branched molecular structure, or mixtures thereof.
  • flocculants are polyacrylamides (PAM).
  • PAM polyacrylamides
  • Anionic polyacrylamides (PAM) are more effective for fiber cement and copolymers of acrylamide and acrylic acid are commonly used.
  • An alternative found in the literature is the double dosage system employing phenol-formaldehyde resin (PFR) and poly(ethylene oxide) (PEO), or their mixtures.
  • the present method comprises a step of dewatering the fiber cement suspension, from which the fiber cement blanket is obtained, prior to an eventual curing step.
  • the dewatering step is carried out by means of suction, through a water permeable conveyor belt.
  • Dewatering can be carried out in ways known in the art and results in a fiber cement.
  • the water is returned to the closed process water circuit.
  • the present invention is carried out through a method with high solids retention capacity for the production of fiber cement that comprises:
  • step a) of the present method can be achieved in several ways.
  • step a) of adding and mixing the water can be done by adding the powdery material to the water, forming a mixture of water and powdery material, with the subsequent addition of the other reinforcing fiber material, cellulose filament and cellulose fiber, forming a fiber cement suspension.
  • step a) can be done by adding the reinforcing fiber material to water, forming a mixture of water and reinforcing fiber material, followed by the addition of the other powdery material, cellulose filament and cellulose fiber. , forming a fiber cement suspension.
  • step a) can be carried out by adding the cellulose filament to water, forming a mixture of water and cellulose filament, with the subsequent addition of the others: powdery material, reinforcing fiber material and fiber fiber. cellulose, forming a fiber cement suspension.
  • step a) of addition and mixing can be done by adding the cellulose fiber to water, forming a mixture of water and cellulose fiber, with the subsequent addition of the other powdery material, fiber reinforcement material and cellulose filament, forming a fiber cement suspension.
  • method water with high solids holding capacity for fiber cement production can be added in a proportion of 0.4 to 10 times by weight of the powdery material.
  • the fiber reinforcement material may be added in the proportion of 0.1% to 3% by weight of the pulverulent material;
  • the cellulose fiber can be added in the proportion of 1 - 10% by weight of the pulverulent material, preferably between 2 to 6% by weight of the pulverulent material;
  • the cellulose filament of the method with high solids holding capacity for the production of fiber cement can be added in the proportion of 0.1% to 3% by weight of the pulverulent material, preferably from 0.4 to 0.4 to 1.5% by weight of the pulverulent material.
  • the cellulose filament may be in a pre-dispersed form.
  • the cellulose filament added in the method with high solids holding capacity for the production of fiber cement may be a pre-dispersed microfibrillated cellulose.
  • the dispersion water of the method with high solids holding capacity for the production of fiber cement can be added in a mass ratio between 0.4 and 10 times the mass of the pulverulent material.
  • water can be added all at once, or interspersed with the addition of each powdery material, fiber reinforcement material, cellulose filament and cellulose fiber in order to form a suspension of fiber cement, concomitantly, or in any other way, an amount of water of up to 10 times the mass of the pulverulent material, providing a fiber cement dispersion well fluid enough to provide a solids content suspension, e.g. pulverulent material, fiber reinforcement material, cellulose filament, cellulose fiber and inert (or reactive) solid particles between 50 g/L and 500 g/l
  • At least part of the water is removed from the fiber cement suspension in at least one dewatering step, to provide a fiber cement.
  • at least part of the water is removed by mechanical means, such as by filtration through a screen, optionally with the aid of vacuum boxes.
  • the dewatering step of the present invention can be performed initially by fixing the fiber cement layer in sieve, followed by vacuum (under-pressure) along the conveyor belts and finally by pressing in forming cylinders.
  • the step of dewatering the fiber cement suspension can also be carried out by means of suction through a water permeable conveyor belt.
  • the fiber cement preferably in the form of a fiber cement blanket obtained, can be subjected to a curing process to promote the hydration reactions (and optionally carbonation) of the cement materials present in the fiber cement responsible for stiffening, development of mechanical strength and other relevant properties of the fiber cement component.
  • a fiber cement component is obtained by the Hatschek/Mazza process obtained by stacking sheets while they are still wet, to obtain a laminate of the desired thickness.
  • the build-up of the laminate in layers is achieved by continuously winding the sheets onto a cylinder (mandrel).
  • This cylindrical product can be kept in the form of a tube or it can be cut to form a flat sheet or a plate of some particular shape (e.g. a corrugated sheet), with additional shaping of the fresh flat sheet with the required strength and flexibility. for such modeling.
  • the final stage of production is curing, which can be carried out at room temperature or by heat treatment.
  • the Hatschek production process is the most common for sheet metal production and its modification, the Mazza process, is applied in the manufacture of pressure pipes.
  • the present invention also provides a superior amount of water in the fiber cement after the dewatering step, the amount of solids, in terms of fiber cement mass, can vary significantly, being able to produce a fiber cement with a volume greater than the suspensions of the art. .
  • the present invention provides a water level in the fiber cement ranging from 10 to 40 percent, by mass of the fiber cement after the dewatering step.
  • a curing step of the fiber cement component obtained can be used in the present methods and processes, which can be done by treating the fiber cement component at room temperature in a tunnel with humidity conditions kept under control or by steam curing in higher temperature to accelerate the hardening process and mechanical strength development. Autoclave curing can also be used, as well as CO2 gas rich chamber curing to promote carbonation reactions.
  • the process and method of the present invention can provide a fiber cement article, typically applied in the construction industry.
  • a fiber cement article typically applied in the construction industry.
  • a fiber cement component can be obtained by a method or process with high solids retention capacity of the present invention.
  • Such production of a fiber cement component can occur by applying a curing step to the fiber cement component or without the curing step.
  • the present invention provides the use of a method with high solids holding capacity for the production of fiber cement for the manufacture of a fiber cement article, typically applied in the construction industry.
  • the use is for the manufacture of sheets.
  • the use can be to provide an external surface to the wall, both internal and external to a building or construction, such as facade plates, tiles, sidings, etc.
  • the use of a method with high solids retention capacity for the production of fiber cement is given by the application of a curing step of the article obtained by the production of a fiber cement article according to the present invention.
  • the use of a method with a high solids retention capacity for the production of fiber cement may be for the manufacture of sheets.
  • [080] provide a fiber cement suspension comprising pulverulent material, fiber reinforcement material, cellulose filament and cellulose fiber,
  • step (3) of the production process with high solids retention capacity for the production of fiber cement takes place through the drainage of the fiber cement suspension, which can be achieved by at least one of: conveyor belt, sieve cylinder, or both.
  • the dewatering of the fiber cement suspension can take place by suction.
  • a water permeable conveyor belt can be used to promote drainage.
  • a water permeable sieve cylinder can be used.
  • the dewatering of the fiber cement suspension takes place by suction through a water permeable conveyor belt.
  • US patents 3,974,024 and US 4,194,946 disclose processes for the continuous preparation of reinforced cement products.
  • fiber material and cement slurry are deposited on the filter belt through separate devices and in separate process steps.
  • the cement paste and fiber material, deposited on the belt are treated with a so-called “beating” device, in order to mix the fiber material with the paste and obtain at least some degree of homogeneous dispersion of the fiber material. in the matrix cement.
  • a so-called “beating” device in order to mix the fiber material with the paste and obtain at least some degree of homogeneous dispersion of the fiber material. in the matrix cement.
  • There is no obstacle to obtaining a fiber cement suspension comprising cellulose fiber which, after dewatering, will result in a fiber cement article. Just the presence of the dewatering step, such a result is achieved.
  • the present invention is not unique to the Hatschek process alone.
  • the dewatering step is normally performed only by means of mechanical force, such as by means of a belt press or a pressure plate.
  • the fiber cement suspension feeding step can be performed continuously or not continuously. If continuously, a fiber cement slurry stream is produced using one or more delivery devices. Such feeding devices have at least one outlet, allowing the fiber cement suspension to flow continuously. Furthermore, the supply devices may comprise one or more inputs, which are directly or indirectly operatively connected to a fiber cement suspension source. Suspension sources of fiber cement may be, for example, but are not limited to one or more continuous feeding systems or one or more continuous mixing devices constructed to form a suspension of fiber cement and means for indirectly or directly feeding the slurry. to one or more delivery devices.
  • One or more feeding devices may comprise at least one continuously moving walled part, which may be partitioned internally by walls, one or more agitated devices such as bristle brush-shaped devices, one or more spray systems , which continuously and randomly spray (droplets of) fiber cement suspension, supplied by one or more sources of fiber cement suspension, onto the conveyor belt of any suitable combination of one or more feed systems.
  • one or more agitated devices such as bristle brush-shaped devices
  • one or more spray systems which continuously and randomly spray (droplets of) fiber cement suspension, supplied by one or more sources of fiber cement suspension, onto the conveyor belt of any suitable combination of one or more feed systems.
  • the step of dewatering the fiber cement suspension is carried out by the application of mechanical force by one or more mechanical presses, such as, without limitation, a mechanical belt press, which may optionally be installed in a adjacent to the belt.
  • a mechanical belt press which may optionally be installed in a adjacent to the belt.
  • water in the production process of the present invention is present in a proportion of 0.4 to 10 times by weight of the amount of powdery material in the fiber cement suspension composition.
  • the present invention provides a method of retaining solids in a production process with a high capacity for retaining fiber cement solids by the dry base formulation comprising:
  • the base formulation of the solids retention method in a production process with high fiber cement solids retention capacity may further comprise one or more mineral fillers, rheological modifiers; and mineral additions with cementitious action.
  • the present invention provides a fiber cement obtained by a method with high solids retention capacity for the production of fiber cement.
  • the raw materials used were: cement, limestone filer, cellulose fibers and PVA fibers, cellulose filaments FC1 and FC2, flocculant and water.
  • Cellulose and PVA fibers present density of 0.89 and 1.49 g/cm 3 respectively.
  • the flocculant used is based on polyacrylamide (Praestol) with a solids content of 30%.
  • the cement used was a product of the Brazilian market of the CPV type of high initial resistance in accordance with the ABNT NBR 16697 standard.
  • the chemical composition of the cement was determined by X-ray fluorescence spectrometry, using the Axios Advanced equipment, from the PANalytical brand. The results are shown in Table 2, with these data the mineral phases were estimated using the Bogue method (NEVILLE, Adam M. et al. Properties of concrete. London: Longman, 1995).
  • the results estimated by the Bogue method demonstrate that the cement has high levels of Alita and Belite, and levels of aluminates, ferrite and calcite within the expected range for a high initial strength cement (CPV ARI).
  • FC was evaluated for its morphology and texture through transmission electron microscopy (TEM).
  • TEM transmission electron microscopy
  • This step was carried out with the purpose of measuring the amount of fines and water in the suspension filtered in the previous step (gravity filtration).
  • the equipment ( Figure 4) was used to measure the water retention in mortars (ABNT NBR 13277:2005).
  • This equipment consists of a vacuum pump coupled to a mercury manometer. There is a plate on top of the funnel on which a filter paper is placed.
  • the vacuum filtration procedure was carried out as follows: the suspension filtered in the previous step was poured all at once into the equipment dish, which was covered with filter paper with a weight of 80g/m 2 , and then the material was do for 2 minutes.
  • the cake retained on the plate was removed from the filter paper and placed in a container and the water content was determined by drying using two different procedures: (i) in microwave oven (1500W - Brastemp) in three cycles of 5 min until the dough make constant; and (ii) in an oven for 48 h at 100°C. It was adopted that the liquid passing through the glass flask consisted only of water.
  • results From the results obtained in the gravity filtration procedure and in the vacuum filtration procedure, the solids content (fibers, cement and filer) and water passing through the sieve were calculated, and by mass balance they were determined. and the percentages of solids and water retained, totaling the fiber cement suspension retained in the sieve.
  • the gravity filtration step shows the influence of the use of FCs in the fiber cement filtration process.
  • the assay was repeated six times.
  • the results (average of the 6 repetitions) of the gravity filtration tests are shown in Figure 5 (complete test up to 30min) and in Figure 6 (visualization up to 2min). In the first 2 min of the test, interval with greater variations in filtration kinetics with the use of FC's and flocculant in relation to the reference.
  • FCs reduced the amount of suspension passing through the sieve, with greater difference in the first minutes; this reduction occurred both in relation to the reference formulation and the mixture with flocculant, indicating that the FCs provide retention capacity of the fiber cement suspension (mainly solids, but also water) in the sieve used.
  • Figure 7 shows the mass percentages of solids and water retained in the sieve after gravity filtration for the four formulations analyzed.
  • the reference composition had the lowest solids and water retention as expected.
  • the composition with FC showed the highest solids retention among all formulations, even without the addition of flocculant.
  • An efficiency gain of 7% compared to FLOC (standard industrial practice) and 23% compared to REF was obtained.
  • formulations with the addition of FC were also able to slightly increase water retention in the sieve when compared to other formulations. This result can still be beneficial in the next stages of the fiber cement process.
  • a slightly higher water retention can result in a greater plasticity of the material, which can avoid the increase of tensions and the formation of defects in the fiber cement compression stage for the conformation of the pieces.
  • a greater plasticity of fiber cement can also reduce the energy spent in the compression process.

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Abstract

A presente divulgação se refere ao campo de materiais de construção. Particularmente, a presente divulgação é relativa a métodos e processos produtivos de fibrocimentos que apresentam alta capacidade de retenção de sólidos na etapa de deságue, proporcionando aumento de produtividade e potencialmente outros ganhos de processo relacionados à menor concentração de sólidos e aditivos na água de processo.

Description

“MÉTODO COM ALTA CAPACIDADE DE RETENÇÃO DE SÓLIDOS PARA PRODUÇÃO DE FIBROCIMENTO, USO E PROCESSO PRODUTIVO COM ALTA CAPACIDADE DE RETENÇÃO DE SÓLIDOS E ARTIGO DE FIBROCIMENTO”
CAMPO DA INVENÇÃO
[001 ] A presente divulgação se refere ao campo de materiais de construção. Particularmente, a presente divulgação é relativa a métodos e processos produtivos de fibrocimentos que apresentam alta capacidade de retenção de sólidos na etapa de deságue, proporcionando aumento de produtividade e potencialmente outros ganhos de processos relacionados à menor concentração de sólidos e aditivos na água de processo.
HISTÓRICO DA INVENÇÃO
[002] Os fibrocimentos são conhecidos de maneira geral na técnica. No entanto, a produção do fibrocimento compreende uma etapa de deságue que causa o aumento da concentração de sólidos da suspensão, com deposição de camadas desta suspensão concentrada sobre feltros para conformação dos produtos de fibrocimento com posterior cura (ao ar, térmica ou com auxílio de carbonatação forçada) para promover enrijecimento e desenvolvimento de resistência mecânica tipicamente associadas a materiais cimentícios hidráulicos. Os sólidos não retidos na manta de fibrocimento recirculam no sistema produtivo sem serem descartados e, além de prejudicar a eficiência do processo produtivo, ainda podem gerar outros problemas como: (a) o cimento recirculando no sistema hidrata e perde sua capacidade aglomerante e, portanto, quando incorporado ao fibrocimento atua apenas como uma carga inerte de alto custo e grande impacto ambiental; (b) o acúmulo de alguns materiais poliméricos (floculantes, antiespumantes, lignina) no sistema afeta sobremaneira a qualidade do produto final; (c) quando o sistema de produção se encontra muito contaminado ou carregado de sólidos, há a necessidade de tratamento da água de processo em tanque de decantação e, nesse caso, estão envolvidos custos de operação e de manuseio do lodo decantado, bem como, investimentos em ativos para realização da etapa de decantação.
[003] A arte tenta resolver tal situação. [004] A patente US20160083808A1 trata do aumento da retenção de sólidos em hidrolisados lignocelulósicos, sem se referir especificamente a sua utilização em fibrocimento.
[005] A patente US6872246B2 trata de materiais compósitos reforçados com fibras de celulose com desempenho elevado, porém sem se referir a retenção de sólidos em específico durante o processo de produção industrial.
DESCRIÇÃO RESUMIDA DA INVENÇÃO
[006] A presente invenção proporciona um método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento que compreende a adição e mistura de água de dispersão a pelo menos um material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose de modo a formar uma suspensão de fibrocimento; e deságue da suspensão de fibrocimento, de modo a obter um fibrocimento.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[007] A Figura 1 é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura para FC2, com maior grau de desfibrilação comparado à FC 1 .
[008] A Figura 2 é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura da FC2, com maior grau de desfibrilação comparado à FC 1 .
[009] A Figura 3 é um aparato para quantificação da retenção de fibrocimento através de filtração por gravidade com tamis de 0,4 mm.
[010] A Figura 4 é um equipamento para medir a retenção de água de argamassas sob vácuo: vista frontal (a); vista superior (b), utilizado para completar o balanço de massa após a filtração do fibrocimento por gravidade.
[01 1 ] A Figura 5 é uma curva demonstrando a massa passante no tamis por gravidade em função do tempo: médias das seis repetições para cada formulação até 30 min de ensaio. [012] A Figura 6 é uma curva demonstrando a massa passante no tamis por gravidade em função do tempo: médias das seis repetições para cada formulação até 2 min de ensaio.
[013] A Figura 7 é um gráfico em barras demonstrando a retenção de sólidos e de água no tamis após a filtração por gravidade para as diferentes formulações analisadas.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[014] A presente invenção se refere a métodos e processos produtivos de fibrocimentos que apresentam alta capacidade de retenção de sólidos na etapa de deságue, proporcionando aumento de produtividade e potencialmente outros ganhos de processos relacionados à menor concentração de sólidos e aditivos na água de processo.
[015] O termo “fibrocimento” como aqui utilizado se refere ao material cimentício que contém material fibroso e que pode assumir qualquer formato desejado. Os termos “suspensão de fibrocimento”, “pasta de fibrocimento” ou “lama de fibrocimento” se referem, de maneira geral, a pastas que pelo menos incluem água, fibras e cimento. De maneira geral, o fibrocimento é obtido após o deságue da suspensão diluída de partículas (reativas e/ou inertes), fibras orgânicas e/ou sintéticas ou minerais (como amianto) e aditivos químicos, que pode (antes da cura) ser conformado na forma que for desejada para a produção do componente, seguido de cura para desenvolvimento de resistência mecânica e outras propriedades relevantes para o desempenho do componente de fibrocimento.
[016] A presente invenção se concretiza através de métodos com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento que compreende a adição e mistura de água de dispersão a pelo menos um material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose de modo a formar uma suspensão de fibrocimento; e deságue da suspensão de fibrocimento, de modo a obter um fibrocimento. A presente invenção também revela um uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento para o fabrico de um artigo de fibrocimento, bem como um processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento que compreende: a) preparar uma suspensão de fibrocimento pela adição e mistura de a1 ) água de dispersão e a2) material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose de modo a formar uma suspensão de fibrocimento, b) desaguar a suspensão de fibrocimento, obtendo um fibrocimento com uma espessura predeterminada.
[017] Material pulverulento
[018] O termo “material pulverulento” preferivelmente se refere a um material que compreende um material cimentício. O termo material cimentício, conforme aqui utilizado, inclui substâncias hidráulicas que endurecem na presença de água, como cimento Portland, cimentos à base de silicato, cimentos à base de aluminato, como aluminato de cálcio, cimentos pozolânicos, cimentos compostos, cimentos à base de geopolímeros ativados por soluções alcalinas, cimentos magnesianos, cimentos de escória de alto-forno por exemplo.
[019] Em um aspecto, a água está presente na proporção de 0,4 a 10 vezes em peso do material pulverulento na composição da suspensão de fibrocimento.
[020] Material de fibra de reforço
[021 ] Em um aspecto, a presente invenção compreende um material de fibra de reforço, característico da composição dos fibrocimentos. O material de fibra de reforço da presente invenção pode compreender pelo menos uma fibra selecionada de fibras de processo, fibras naturais vegetais, fibras orgânicas naturais minerais, fibras sintéticas, podendo ser fibras de amianto, fibras poliméricas, fibras de Poli(acetato de vinila) (PVA), poli acrilonitrila (PAN), polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), de fibrapolietileno (PE), etc), fibras sintéticas inorgânicas, fibras de vidro ou, fibra de lã de rocha sintética , fibra de wool), fibra sintética metálica, fibra de aço e similares, suas ligas, outras ligas diversas, preferencialmente, o material de fibra de reforço é uma fibra de Poli(acetato de vinila) (PVA) e de polipropileno (PP), ou suas misturas.
[022] De maneira preferencial, o material de fibra de reforço compreende fibras de reforço com um comprimento entre 0,5 e 20 mm.
[023] O material de fibra de reforço da presente invenção pode estar presente na proporção de 0,1 % a 3% em peso do material pulverulento. [024] Fibra de celulose
[025] O termo “fibra de celulose”, conforme aqui utilizado, inclui fibras celulósicas preferencialmente refinadas a um grau entre 45 e 70 Schopper Riegler. As fibras de celulose individuais têm tipicamente 0,6 a 4 mm de comprimento.
[026] Em um aspecto, a fibra de celulose pode ser oriunda de polpas celulósicas de fibras longas e curtas, branqueadas, não branqueadas, fibras recicladas, produtos à base de celulose (papel), ou suas combinações.
[027] Tipicamente, a fibra de celulose está presente em uma proporção de 1 -10% em peso do material pulverulento, preferencialmente entre 2 a 6% em peso do material pulverulento.
[028] Filamento de celulose
[029] Em um aspecto, a presente invenção compreende um filamento de celulose. Os inventores descobriram que a adição de filamento de celulose proporciona retenção de sólidos no fibrocimento durante a etapa de deságue da suspensão de fibrocimento e auxilia na retenção de água, melhorando a hidratação do cimento.
[030] Notadamente, o filamento de celulose é obtido por um processo de desfibrilação, que pode ocorrer por um método de cisalhamento das fibrilas de celulose que promove sua separação. Exemplos de tais processos incluem a homogeneização em alta pressão, a microfluidização, a moagem coloidal, o refino mecânico, dentre outros.
[031 ] Em um aspecto, o filamento de celulose pode estar em uma forma pré- dispersada. A pré-dispersão se dá pela mistura do filamento de celulose com um meio aquoso, de modo a ser posteriormente utilizado nos métodos e processos aqui revelados.
[032] O filamento de celulose de acordo com a presente invenção pode estar presente em uma proporção de 0,1 % a 3% em peso do material pulverulento, preferivelmente de 0,4 a 1 ,5% em peso do material pulverulento.
[033] Em um aspecto, o filamento de celulose pode apresentar diâmetro entre 20 nm e 700 nm, preferencialmente, de 80nm a 600 nm e mais preferencialmente de 300 nm a 500 nm. Ainda, o filamento de celulose pode apresentar comprimento superior a 1 pm e preferencialmente superior a 10 micrometros.
[034] Em um aspecto, o filamento de celulose pode ser uma celulose microfibrilada, uma celulose nanofibrilada ou um filamento de celulose. O termo celulose microfibrilada, conforme aqui utilizado inclui componentes fibrilares a base de celulose, mas não limitado a essa composição exclusivamente, podendo conter traços de hemiceluloses, podendo ser originado de processo termo-quimio-mecânico, compreendendo tipo kraft, soda, sulfito, CTMP, entre outros.
[035] Adições minerais
[036] A presente invenção opcionalmente compreende uma ou mais adições minerais (i) filers (ii) modificadores reológicos, como partículas com ação modificadora de comportamento reológico da suspensão de fibrocimento, ou (iii) adições minerais com ação cimentícia, que podem vir originalmente no cimento ou serem adicionadas na etapa de produção do fibrocimento.
[037] O filer utilizado é como um material de substituição, ou seja, ele possui propriedades físicas semelhantes ao cimento e é utilizado basicamente para substituir um material reativo por um predominantemente inerte na formulação, visando redução de custos e impacto ambiental, redução de CO2 associado.
[038] Exemplos adequados de filer são carbonato de cálcio, carbonato de magnésio, carbonato de cálcio e magnésio, sílica, alumina, filitos, óxidos de ferro, hidróxidos de ferro, óxido de magnésio, hidróxido de magnésio, hidróxido de cálcio, resíduos de mineração e outras indústrias que contenham os materiais citados, e suas misturas.
[039] Floculante
[040] Em uma outra concretização, os métodos da presente invenção podem ainda compreender pelo menos um floculante. Neste sentido, 0 presente método com alta capacidade de retenção de sólidos para produção de fibrocimento e processo produtivo podem compreender ainda um floculante. Floculantes são polímeros hidrossolúveis que pode ser catiônicos, aniônicos, não-iônicos (sem cargas ou com cargas levemente negativas), anfóteros (cargas positivas e negativas), hidrofóbicos ou hidrofílicos, geralmente com massa molar variando de baixa (por exemplo < 103 g/mol) a alta (por exemplo > 106 g/mol) podendo apresentar estrutura molecular linear ou ramificada, ou suas misturas.
[041 ] Exemplos de floculantes são poliacrilamidas (PAM). As poliacrilamidas (PAM) aniônicas são mais eficazes para fibrocimento e comumente se utiliza copolímeros de acrilamida e ácido acrílico. Alternativa encontrada na literatura é o sistema de dupla dosagem empregando resina fenol-formaldeído (PFR) e poli (óxido de etileno) (PEO), ou suas misturas.
[042] O presente método compreende uma etapa de deságue da suspensão de fibrocimento, da qual se obtém a manta de fibrocimento, prévia à uma etapa eventual de cura. Preferencialmente, a etapa de deságue é realizada por meio de sucção, através de uma correia de transporte permeável à água. O deságue pode ser realizado de maneiras conhecidas pela arte e resulta em um fibrocimento. Preferencialmente, a água retorna ao circuito fechado de água do processo.
[043] Desta maneira, a presente invenção se concretiza através de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento que compreende:
[044] a) preparar uma suspensão de fibrocimento pela adição e mistura de:
[045] a1 ) água de dispersão e
[046] a2) material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose de modo a formar uma suspensão de fibrocimento,
[047] b) desaguar a suspensão de fibrocimento, obtendo um fibrocimento.
[048] Notadamente, a etapa a) do presente método pode ser alcançada de diversas maneiras. Em um aspecto, a etapa a) de adição e mistura da água pode se dar pela adição do material pulverulento à água, formando uma mistura de água e material pulverulento, com a seguida adição dos demais material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento. Em outro aspecto, a etapa a) pode se dar pela adição do material de fibra de reforço à água, formando uma mistura de água e material de fibra de reforço, com a seguida adição dos demais material pulverulento, filamento de celulose e fibra de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento. Ainda em outro aspecto, a etapa a) etapa pode se dar pela adição do filamento de celulose à água, formando uma mistura de água e filamento de celulose, com a seguida adição dos demais: material pulverulento, material de fibra de reforço e fibra de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento. Em ainda mais um aspecto a etapa a) de adição e mistura pode se dar pela adição da fibra de celulose à água, formando uma mistura de água e fibra de celulose, com a seguida adição dos demais material pulverulento, material de fibra de reforço e filamento de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento.
[049] Em um aspecto, a água do método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento pode ser adicionada na proporção de 0,4 a 10 vezes em peso do material pulverulento. De acordo, o material de fibra de reforço pode ser adicionado na proporção de 0,1 % a 3% em peso do material pulverulento; a fibra de celulose pode ser adicionada na proporção de 1 -10% em peso do material pulverulento, preferencialmente entre 2 a 6% em peso do material pulverulento;
[050] Em um aspecto, o filamento de celulose do método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento pode ser adicionado na proporção de 0,1 % a 3% em peso do material pulverulento, preferivelmente de 0,4 a 1 ,5% em peso do material pulverulento. Em um aspecto, o filamento de celulose pode estar em uma forma pré-dispersada.
[051 ] Em um aspecto, o filamento de celulose adicionado no método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, pode ser uma celulose microfibrilada pré-dispersada.
[052] Em um aspecto, a água de dispersão do método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento pode ser adicionada em uma proporção de massa entre 0,4 e 10 vezes a massa do material pulverulento.
[053] Neste sentido, para a obtenção de uma suspensão de fibrocimento ainda mais diluída, por exemplo, a água pode ser adicionada de uma vez, ou de maneira intercalada com a adição de cada um de material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose de modo a formar uma suspensão de fibrocimento, concomitantemente, ou de qualquer outra maneira, uma quantidade de água de até 10 vezes a massa do material pulverulento, proporcionando uma dispersão de fibrocimento bem fluida o suficiente para fornecer uma suspensão com teor de sólidos, por exemplo, material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose, fibra de celulose e partículas sólidas inertes (ou reativas) dentre 50 g/L e 500 g/L.
[054] Do deságue
[055] No método e processo aqui descritos, pelo menos parte da água é removida da suspensão de fibrocimento em pelo menos uma etapa de deságue, para fornecer um fibrocimento. Normalmente, pelo menos parte da água é removida por meios mecânicos, como por filtração através de uma tela, opcionalmente com o auxílio de caixas de vácuo.
[056] A etapa de deságue da presente invenção pode ser realizada inicialmente pela fixação da camada de fibrocimento em tamises, seguida de vácuo (sub-pressão) ao longo das correias transportadoras e por fim em prensagem em cilindros formadores. A etapa de deságue da suspensão de fibrocimento pode ainda ser realizada por meio de sucção através de uma correia de transporte permeável à água.
[057] O fibrocimento, preferencialmente na forma de uma manta de fibrocimento obtida pode ser submetido a um processo de cura para promover as reações de hidratação (e opcionalmente de carbonatação) dos materiais cimentícios presentes no fibrocimento responsáveis pelo enrijecimento, desenvolvimento de resistência mecânica e outras propriedades relevantes do componente de fibrocimento.
[058] Neste sentido, uma vez obtido o fibrocimento, o fabrico de componentes de fibrocimento pode ser executado de acordo com qualquer procedimento conhecido.
[059] Um componente de fibrocimento é obtido pelo processo Hatschek/Mazza obtido pelo empilhamento de lâminas enquanto estão ainda úmidas, para a obtenção de um laminado de espessura desejada. Frequentemente, o acúmulo do laminado em camadas é obtido por enrolamento contínuo das lâminas em um cilindro (mandril). Este produto cilíndrico pode ser mantido na forma de um tubo ou pode ser cortado para formar uma lâmina plana ou uma placa de alguma determinada forma (por exemplo, uma lâmina ondulada), com modelagem adicional da lâmina plana fresca, com a resistência e flexibilidade necessárias para tal modelagem. Como dito, preferencialmente, a fase final de produção é a cura, que pode ser realizada à temperatura ambiente ou por tratamento térmico. O processo de produção Hatschek é o mais comum para o fabrico de chapas e sua modificação, processo Mazza, é aplicado no fabrico de tubos de pressão.
[060] Da quantidade de sólidos
[061 ] Como a presente invenção também proporciona uma quantidade superior de água no fibrocimento após a etapa de deságue, a quantidade de sólidos, em termos de massa de fibrocimento pode variar significantemente, sendo capaz de produzir um fibrocimento com volume superior às suspensões da arte.
[062] A presente invenção proporciona um nível de água no fibrocimento variando de 10 a 40 por cento, em massa do fibrocimento após a etapa de deságue.
[063] Cura
[064] Uma etapa de cura do componente de fibrocimento obtido pode ser utilizada nos presentes métodos e processos, que pode se dar pelo tratamento do componente de fibrocimento à temperatura ambiente em um túnel com condições de umidade mantidas sob controle ou por cura a vapor em temperatura mais alta para acelerar o processo de endurecimento e desenvolvimento de resistência mecânica. A cura em autoclave também pode ser utilizada, bem como a cura em câmara rica em gás CO2 para promover reações de carbonatação.
[065] Artigo de fibrocimento
[066] Assim, 0 processo e método da presente invenção pode proporcionar um artigo de fibrocimento, tipicamente aplicado na indústria de construção. Por exemplo, chapas, placas de fachada, telhas, tapumes, etc.
[067] Desta maneira, um componente de fibrocimento pode ser obtido por um método ou processo com alta capacidade de retenção de sólidos da presente invenção. Tal produção de um componente de fibrocimento, pode se dar pela aplicação de uma etapa de cura ao componente de fibrocimento ou sem a etapa de cura.
[068] Uso [069] Ainda, a presente invenção proporciona o uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento para o fabrico de um artigo de fibrocimento, tipicamente aplicado na indústria de construção. Por exemplo, o uso se dá para o fabrico de chapas. Ainda, o uso pode se dar para fornecer uma superfície externa à parede, tanto interna quanto externa a um edifício ou construção, como placas de fachada, telhas, tapumes, etc.
[070] Em um aspecto, o uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, se dá pela aplicação de uma etapa de cura do artigo obtido pela produção de um artigo de fibrocimento de acordo com a presente invenção.
[071 ] Em um aspecto, o uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, pode ser para o fabrico de chapas.
[072] Neste sentido, em referência a uma descrição geral do processo Hatschek, este conta com cinco estágios de produção identificados:
[073] 1 - Preparação da pasta, que consiste na mistura dos sólidos à água;
[074] 2 - Formação da lâmina no cilindro de peneira e sua aplicação contínua na correia de feltro;
[075] 3 - Acúmulo das lâminas (camadas) formando um laminado, que é enrolado em um cilindro (mandril), até a obtenção da espessura desejada;
[076] 4 - Opcionalmente, corte e modelagem do laminado;
[077] 5 - Cura.
[078] A formação das lâminas se dá com a operação de deságue da pasta. Nesta fase, à medida que o cilindro da peneira gira, uma camada de suspensão de fibrocimento é depositada em sua superfície, que se transforma em uma camada coerente à medida que a água é filtrada para o lado seco do cilindro de peneira. As propriedades do laminado dependem da taxa de filtração. [079] Desta maneira, a adição do filamento de celulose à pasta do processo Hatschek resulta em uma suspensão de fibrocimento, que pode ser realizada pelas seguintes etapas:
[080] (1 ) fornecer uma suspensão de fibrocimento compreendendo material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose,
[081 ] (2) descarregar a suspensão de fibrocimento em uma correia de transporte, e
[082] (3) desaguar a suspensão de fibrocimento para formar um fibrocimento com uma espessura predeterminada.
[083] Em aspecto, a etapa (3) do processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, se dá pelo deságue da suspensão de fibrocimento, que pode ser alcançada por pelo menos um de: correia de transporte, cilindro de peneira, ou ambos. Por exemplo, o deságue da suspensão de fibrocimento pode se dar por sucção. Pode-se, por exemplo, utilizar-se uma correia de transporte permeável à água para promover o deságue. Alternativamente, pode ser utilizado um cilindro de peneira permeável à água. Preferencialmente, o deságue da suspensão de fibrocimento se dá por sucção através de uma correia de transporte permeável à água.
[084] Ao usar uma correia de transporte permeável à água para remover o excesso de água do fibrocimento, é possível ajustar com precisão a espessura e a densidade da chapa, sem resultar em um retorno da espessura do artigo de fibrocimento ao final do processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos.
[085] Outros processos de fabricação incluem o processo Magnani, injeção, extrusão, escoamento e outros, como alternativa ao processo de Hatschek.
[086] Por exemplo, as patentes US 3.974.024 e US 4.194.946 revelam processos para a preparação contínua de produtos de cimento reforçado. Nesses processos, o material de fibras e a suspensão de cimento são depositadas na correia de filtro por meio de dispositivos separados e em etapas de processo separadas. Posteriormente, a pasta de cimento e o material de fibras, depositadas na correia, são tratadas com o chamado dispositivo de “batimento”, a fim de misturar o material de fibras à pasta e obter pelo menos algum grau de dispersão homogênea do material de fibras na matriz cimentícia. Não há obste algum na obtenção de uma suspensão de fibrocimento compreendendo fibra de celulose que, após o deságue, resultarão em um artigo de fibrocimento. Bastando a presença da etapa de deságue, tal resultado é alcançado.
[087] Caso não seja utilizada uma filtragem, outros meios de deságue são possíveis. Neste sentido, a presente invenção não é particular apenas ao processo Hatschek. Em particular, em processos alternativos, a etapa de deságue é normalmente realizada apenas por meio de força mecânica, como por meio de uma prensa de correia ou uma placa de pressão.
[088] Ainda, a etapa de alimentação da suspensão de fibrocimento pode ser executada continuamente ou não continuamente. Se continuamente, é produzido um fluxo de suspensão de fibrocimento utilizando um ou mais dispositivos de distribuição. Tais dispositivos de alimentação têm pelo menos uma saída, permitindo que a suspensão de fibrocimento flua continuamente. Ainda, os dispositivos de alimentação podem compreender uma ou mais entradas, que são direta ou indiretamente operacionalmente conectadas a uma fonte de suspensão de fibrocimento. As fontes de suspensão de fibrocimento podem ser, por exemplo, mas não estão limitadas a um ou mais sistemas contínuos de alimentação ou um ou mais dispositivos de mistura contínua construídos de modo a formar uma suspensão de fibrocimento e meios para alimentar indireta ou diretamente a pasta a um ou mais dispositivos de distribuição.
[089] Um ou mais dispositivos de alimentação pode compreender pelo menos uma parte com paredes em movimento contínuo, que pode ser particionada internamente por paredes, um ou mais dispositivos agitados, como dispositivos em forma de escova de cerdas, um ou mais sistemas de pulverização, que pulverizam contínua e aleatoriamente (gotículas de) suspensão de fibrocimento, fornecidos por uma ou mais fontes de suspensão de fibrocimento, na correia de transporte de qualquer combinação adequada de um ou mais sistemas de alimentação.
[090] Ainda, em certas concretizações, a etapa de deságue da suspensão de fibrocimento é realizada pela aplicação de força mecânica por uma ou mais prensas mecânicas, tais como, sem limitação, uma prensa mecânica de correia, que pode opcionalmente estar instalada de maneira adjacente à correia. [091 ] Se o artigo de fibrocimento for produzido por extrusão, uma prensa mecânica estática pode ser ainda utilizada.
[092] Em um aspecto, a água no processo produtivo da presente invenção está presente em uma proporção de 0,4 a 10 vezes em peso da quantidade de material pulverulento na composição da suspensão de fibrocimento.
[093] Em uma concretização, a presente invenção provê um método de retenção de sólidos em processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos de fibrocimento pela formulação em base seca compreender:
[094] a. Um material cimentício,
[095] b. Um material de fibra de reforço de PVA,
[096] d. Uma fibra de celulose, e
[097] d. Um filamento de celulose
[098] Em um aspecto, a formulação base do método de retenção de sólidos em processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos de fibrocimento pode compreender ainda um ou mais adições minerais filers, modificadores reológicos; e adições minerais com ação cimentícia.
[099] Em uma concretização, a presente invenção provê um fibrocimento obtido por um método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento.
[0100] Detalhes experimentais
[0101 ] Experimento
[0102] Matérias-primas
[0103] As matérias primas utilizadas foram: cimento, filer calcário, fibras de celulose e fibras de PVA, filamento de celulose FC1 e FC2, floculante e água. As fibras de celulose e PVA apresentam densidade de 0,89 e 1 ,49 g/cm3 respectivamente. O floculante utilizado é baseado em poliacrilamida (Praestol) com teor de sólidos de 30%. [0104] Propriedades dos materiais granulares
[0105] Algumas propriedades físicas do cimento e do filer utilizados na formulação do fibrocimento foram mensuradas e estão apresentadas na Tabela 1 .
[0106] Tabela 1 - Parâmetros físicos dos materiais
Figure imgf000016_0001
[0107] O cimento utilizado foi um produto do mercado brasileiro do tipo CPV de alta resistência inicial em conformidade com a norma ABNT NBR 16697. A composição química do cimento foi determinada por espectrometria por fluorescência de Raio-X, utilizando o equipamento Axios Advanced, da marca PANalytical. Os resultados estão expressos na Tabela 2, com estes dados foram estimadas as fases minerais através do método de Bogue (NEVILLE, Adam M. et al. Properties of concrete. London: Longman, 1995). Os resultados estimados pelo método de Bogue demonstram que o cimento possui altos teores de Alita e Belita, e teores de aluminatos, ferrita e calcita dentro do esperado para um cimento de alta resistência inicial (CPV ARI).
Figure imgf000016_0002
Figure imgf000017_0002
[0108] Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV)
[0109] O FC foi avaliado quanto a sua morfologia e textura através de microscopia eletrônica de transmissão (MET). [01 10] As imagens das Figuras 1 e 2 apresentam a morfologia do FC com dois níveis de desfibrilação, evidenciando um formato de “teia” onde as fibras de celulose se dispõem de forma aleatória.
[01 1 1 ] Formulação base
[01 12] A formulação base do fibrocimento utilizado nesta etapa está descrita na Tabela 4. Esta formulação foi denominada como REF de referência
Figure imgf000017_0001
[01 13] Demais formulações
[01 14] Outras formulações foram testadas sendo a diferença apenas a adição de filamento de celulose (FC) ou floculante. Os teores e as nomenclaturas das demais formulações estão apresentadas na Tabela 5.
[01 15] A adição do floculante foi de 0,03% em massa enquanto o FC (base seca) foi utilizado no teor de 0,48% em massa da composição seca de fibrocimento
Figure imgf000018_0001
[0116] Preparação de fibrocimento
[0117] Pré-dispersão do PVA
[0118] A: dispersão das fibras de PVA foi realizada em um dispositivo no qual se injeta um jato de ar comprimido à uma pressão de 100 kgf/cm2 durante 30 + 10 s. Na parte superior do compartimento tem uma tela com abertura de 75 pm que retém as fibras.
[0119] Mistura
[0120] Para esta etapa da mistura foi utilizado uma argamassadeira planetária de bancada (EMIC). A preparação da suspensão de fibrocimento foi realizada pelas etapas:
[0121 ] (a) Inserir a água no recipiente do misturador;
[0122] (b) adicionar os pós e misturar em velocidade baixa (62±5 rpm) durante 3 minutos;
[0123] (c) sem desligar o misturador adicionar primeiramente a celulose durante 30 segundos e deixar misturando por mais 3 minutos.
[0124] (d, e) Na sequência adicionar o PVA por 30 segundos e misturar por mais 3 minutos, (f) Depois de misturar todos os materiais, mudar a velocidade do misturador para alta (125±10 rpm) e adicionar a água de diluição já com o floculante e/ou FC, e misturar por 5 minutos. O processo de mistura completo teve duração de 15 minutos. A FC antes de ser incorporado a água de diluição foi previamente dispersado com 100g de água utilizando um misturador de alta energia (Makita RT0700C à 10OOOrpm).
[0125] Teste de reprodução da etapa de filtração do processo Hatschek
[0126] Filtração por gravidade
[0127] O processo de filtração foi realizado sem vácuo com um tamis com malha de 0,4 mm (o mesmo tamis empregado na produção de fibrocimento Hatschek para fabricação de placas planas ou onduladas). Abaixo do tamis a caixa tem um furo por onde a suspensão filtrada flui direto para um Becker, que por sua vez está sobre uma balança de precisão para registrar a evolução da massa de suspensão passante no tamis. Conforme ilustrado na Figura 3.
[0128] Para se realizar a filtração por gravidade as seguintes etapas foram executadas: (i) despejar a suspensão concentrada no aparato e deixar que a filtração ocorra por aproximadamente 25 minutos; (ii) Anotar a variação de massa na balança no decorrer do tempo de ensaio, com intervalos de 30 segundos para cada medida.
[0129] Filtração a vácuo
[0130] Esta etapa foi realizada com o propósito de mensurar a quantidade de finos e de água da suspensão filtrada na etapa anterior (filtração por gravidade). Para realização desta etapa foi utilizado o equipamento (Figura 4) para medir a retenção de água em argamassas (ABNT NBR 13277:2005). Este equipamento consiste numa bomba de vácuo acoplada a um manómetro de mercúrio. Sobre o funil encontra-se um prato onde é acomodado um papel filtro. O procedimento de filtração à vácuo foi realizado da seguinte forma: despejou-se a suspensão filtrada na etapa anterior de uma só vez no prato do equipamento, que estava coberto com papel filtro de gramatura 80g/m2, e então o material ficou sob ação do por 2 minutos. A torta retida no prato foi retirada do papel filtro e colocada em um recipiente e o teor de água foi determinado através de secagem utilizando dois procedimentos distintos: (i) em microondas (1500W - Brastemp) em três ciclos de 5 min até a massa se tornar constante; e (ii) em estufa durante 48 h a 100°C. Foi adotado que o líquido passante para o frasco de vidro era constituído apenas de água.
[0131 ] Resultados [0132] A partir dos resultados obtidos no procedimento de filtração por gravidade e no procedimento de filtração à vácuo, calculou-se o teor de sólidos (fibras, cimento e filer) e de água passante no tamis, e por balanço de massa determinaram-se os percentuais de sólidos e de água retidos, totalizando a suspensão de fibrocimento retida no tamis.
[0133] A etapa de filtração por gravidade mostra a influência do uso das FCs no processo de filtração do fibrocimento. Para cada formulação o ensaio foi repetido seis vezes. Os resultados (média das 6 repetições) dos ensaios de filtração por gravidade são apresentados na Figura 5 (ensaio completo até 30min) e na Figura 6 (visualização até 2min). Nos primeiros 2 min de ensaio, intervalo com maiores variações na cinética de filtração com o uso de FC’s e floculante em relação à referência.
[0134] Nota-se que o uso dos FCs reduziu a quantidade de suspensão passante no tamis, com maior diferença nos primeiros minutos; essa redução se deu tanto em relação a formulação referência quanto a mistura com floculante, indicando que os FCs fornecem capacidade de retenção da suspensão de fibrocimento (principalmente sólidos, mas também água) no tamis utilizado.
[0135] A Figura 7 apresenta os porcentuais de massa de sólidos e água retidos no tamis após a filtração por gravidade para as quatro formulações analisadas. A composição referência apresentou a menor retenção de sólidos e água conforme esperado. Por outro lado, a composição com FC apresentou a maior retenção de sólidos dentre todas as formulações, mesmo sem a adição de floculante. Foi obtido um ganho de eficiência de 7% comparado com FLOC (padrão da prática industrial) e 23% comparado com REF. Estes resultados confirmam a eficiência de FC no aumento da capacidade de retenção de sólidos durante a filtragem da suspensão de fibrocimento.
[0136] O efeito físico dos filamentos de celulose na retenção dos finos e das fibras de celulose e PVA se mostrou mais eficiente do que o efeito físico-químico de floculação das partículas obtidos através da incorporação do aditivo químico (floculante).
[0137] Além de uma maior retenção de sólidos, as formulações com adição de FC também foram capazes de aumentar ligeiramente a retenção de água no tamis quando comparada as outras formulações. Este resultado ainda pode ser benéfico nas próximas etapas do processo do fibrocimento. Uma retenção de água ligeiramente maior pode resultar em uma maior plasticidade do material podendo evitar o aumento de tensões e formação de defeitos na etapa de compressão do fibrocimento para conformação das peças. Uma maior plasticidade do fibrocimento também pode reduzir a energia gasta no processo de compressão.
[0138] Vale ressaltar que os resultados apresentados na Figura 7 foram calculados para 30 min de ensaio. Porém, conforme demonstra a Figura 6, para 2 min de ensaio, a retenção de sólidos das formulações com FC tende a ser ainda maior do que para as demais formulações quando comparando com os resultados de 30 min.
[0139] Desta maneira, os testes demonstram aumento significativo na retenção de sólidos (pó e fibras) no tamis devido à incorporação de FC, mesmo sem o uso de floculante. Além de maior retenção de sólidos, as composições com FC também foram capazes de reter mais água no fibrocimento, especialmente no lote processado (com maior refinamento). Estes resultados indicam melhoria de eficiência do processo de filtração durante a produção de fibrocimento.

Claims

REIVINDICAÇÕES Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento caracterizado por compreender as etapas: a) Preparar uma suspensão de fibrocimento pela adição e mistura de a1 ) água de dispersão e a2) material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose de modo a formar uma suspensão de fibrocimento, b) desaguar a suspensão de fibrocimento, obtendo um fibrocimento. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a etapa a) de adição e mistura compreender a adição do material pulverulento à água, formando uma mistura de água e material pulverulento, seguida pela adição do material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a etapa a) de adição e mistura compreender a adição do material de fibra de reforço à água, formando uma mistura de água e material de fibra de reforço, seguida pela adição do material pulverulento, filamento de celulose e fibra de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a etapa a) de adição e mistura compreender a adição do filamento de celulose à água, formando uma mistura de água e filamento de celulose, seguida pela adição do material pulverulento, material de fibra de reforço e fibra de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por a etapa a) de adição e mistura compreender a adição da fibra de celulose à água, formando uma mistura de água e fibra de celulose, seguida pela adição do material pulverulento, material de fibra de reforço e filamento de celulose, formando uma suspensão de fibrocimento.
6. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela água ser adicionada na proporção de 0,4 a 10 vezes do peso de material pulverulento presente na composição da suspensão de fibrocimento.
7. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender ainda a adição de uma ou mais adições minerais podendo ser filers, modificadores reológicos; e adições minerais com ação cimentícia.
8. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender ainda a adição de um ou mais filer selecionado de carbonato de cálcio, carbonato de magnésio, carbonato de cálcio e magnésio, sílica, alumina, filitos, óxidos de ferro, hidróxidos de ferro, óxido de magnésio, hidróxido de magnésio, hidróxido de cálcio, resíduos de mineração e outras indústrias que contenham os materiais citados, e suas misturas.
9. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender ainda a adição de um floculante.
10. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por compreender ainda a adição de um floculante selecionado de polímeros catiônicos, aniônicos, não-iônicos, anfóteros, hidrofóbicos ou hidrofílicos, ou suas misturas.
11. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo floculante ser selecionado de poliacrilamidas (PAM) aniônicas copolímeros de acrilamida e ácido acrílico, resina fenol-formaldeído (PFR), poli (óxido de etileno) (PEO), ou suas misturas.
12. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo floculante compreender pelo menos uma poliacrilamida (PAM) aniônica.
13. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela etapa de deságue ser realizada por meio de tamises, seguida de vácuo ao longo das correias transportadoras e por fim em prensagem em cilindros formadores.
14. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela etapa de deságue da suspensão de fibrocimento ser preferencialmente realizada por meio de sucção.
15. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela etapa de deságue ser através de uma correia de transporte permeável à água.
16. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo material pulverulento compreender pelo menos um cimento.
17. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo material pulverulento compreender pelo menos um cimento selecionado de cimento Portland, cimentos à base de silicato, cimentos à base de aluminato, como aluminato de cálcio, cimentos pozolânicos, cimentos compostos, cimentos à base de geopolímeros ativados por soluções alcalinas, cimentos magnesianos, cimentos de escória de alto-forno.
18. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo material de fibra de reforço ser adicionado na proporção de 0,1% a 3% em peso do material pulverulento.
19. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo material de fibra de reforço compreender pelo menos uma fibra selecionada de fibras de processo, fibras naturais vegetais, fibras orgânicas naturais minerais, fibras sintéticas, podendo ser fibras de amianto, fibras poliméricas, fibras de Poli(acetato de vinila) (PVA), poli acrilonitrila (PAN), polipropileno (PP), tereftalato de polietileno (PET), de fibrapolietileno (PE), etc), fibras sintéticas inorgânicas, fibras de vidro ou, fibra de lã de rocha sintética , fibra de wool), fibra sintética metálica, fibra de aço e similares, suas ligas, outras ligas diversas, preferencialmente, as o material de fibra de reforço é uma fibra de Poli(acetato de vinila) (PVA) e de polipropileno (PP), ou suas misturas.
20. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo material de fibra de reforço compreender fibras de reforço com um comprimento entre 0,5 e 20 mm.
21. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela fibra de celulose ser preferencialmente refinadas a um grau entre 45 e 70 Schopper Riegler e tipicamente apresentarem 0,6 a 4 mm de comprimento.
22. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela fibra de celulose ser adicionado na proporção de 1 -10% em peso do material pulverulento, preferencialmente entre 2 a 6% em peso do material pulverulento.
23. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela fibra de celulose ser polpas celulósicas de fibras longas e curtas, branqueadas e não branqueadas, fibras recicladas, e produtos à base de celulose (papel).
24. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo filamento de celulose ser adicionado na proporção de 0,1 % a 3% em peso do material pulverulento, preferivelmente de 0,4 a 1 ,5% em peso do material pulverulento.
25. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo filamento de celulose estar em uma forma pré-dispersada.
26. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo filamento de celulose apresentar diâmetro entre 20 nm e 700 nm, preferencialmente, de 80nm a 600 nm e mais preferencialmente de 300 nm a 500 nm.
27. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pelo filamento de celulose apresentar comprimento superior a 1 pm, preferencialmente superior a 10 micrometros.
28. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo filamento de celulose ser um filamento de celulose pré-disperso.
29. Método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela água de dispersão estar em uma proporção de massa entre 0,4 e 10 vezes a massa do material pulverulento.
30. Método de produção de um componente de fibrocimento caracterizado pelo fibrocimento ser obtido de acordo com o método de acordo com a reivindicação 1 .
31. Método de produção de um componente de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela aplicação de uma etapa de cura ao componente de fibrocimento.
32. Uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por ser para o fabrico de um artigo de fibrocimento.
33. Uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, caracterizado pela aplicação de uma etapa de cura do artigo obtido pela a produção de um artigo de fibrocimento de acordo com a reivindicação anterior.
34. Uso de método com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por ser para o fabrico de telhas, placas e demais produtos de fibrocimento.
35. Processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento caracterizado por compreender:
(1 ) fornecer uma suspensão de fibrocimento compreendendo material pulverulento, material de fibra de reforço, filamento de celulose e fibra de celulose,
(2) descarregar a suspensão de fibrocimento em uma correia de transporte, e
(3) desaguar a suspensão de fibrocimento para formar um fibrocimento com uma espessura predeterminada.
36. Processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela etapa (3) de deságue da suspensão de fibrocimento, ser alcançada por pelo menos um de: correia de transporte, cilindro de peneira, ou ambos.
37. Processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos para a produção de fibrocimento, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado pela suspensão de fibrocimento ser uma suspensão de fibrocimento obtida de acordo com a etapa a1 ) da reivindicação 1 .
38. Método de retenção de sólidos em processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 1 ou 37, caracterizado pela formulação em base seca compreender: a) Um material cimentício, b) Um material de fibra de reforço de PVA, c) Uma fibra de celulose, e d) Um filamento de celulose.
39. Método de retenção de sólidos em processo produtivo com alta capacidade de retenção de sólidos de fibrocimento, de acordo com a reivindicação 38, caracterizado pela formulação em base seca compreender ainda uma adição mineral.
40. Fibrocimento caracterizado por ser obtido pelo método com alta capacidade de retenção de sólidos para produção de fibrocimento da reivindicação 1 .
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