BR0103564B1 - Painel poroso acusticamente absorvente - Google Patents

Description

PAINEL POROSO ACUSTICAMENTE ABSORVENTE

Campo Da Invenção A presente invenção se refere ao campo dos materiais de construção e, mais especificamente, aos painéis acústicos para paredes, tetos, divisórias móveis e outras superfícies internas nas construções comerciais e residenciais. Estes são materiais porosos projetados para absorção acústica.

Histórico Da Invenção Os painéis acústicos para paredes e tetos fornecem absorção de sons, estética e separam espaços utilitários nos tetos. Os fabricantes esforçam-se em desenvolver painéis acústicos e decorativos para tetos no menor custo possível, por aprimoramento contínuo do processo de fabricação, no esforço de reduzir o uso de energia, custos de materiais e resíduos. Embora a redução de custos seja importante, existe um limite inerente de quanto o processo pode ser simplificado e ainda produzir um painel que satisfaça os requisitos desempenho acústico, resistência à umidade e resistência ao fogo. A fabricação típica do material prensado para revestir paredes começa com gesso que é extraído e triturado como rocha de gesso ou obtido sinteticamente de plantas de dessulfurização de gás de combustão. No processo de calcinação, o gesso em pó é aquecido para desidratar o gesso em um hemidratado. 0 gesso calcinado ou hemidrato é conhecido como estuque.

Cargas, tais como, perlita e fibra de vidro são adicionadas ao estuco para obter as propriedades desejadas do material prensado para revestir paredes acabadas. Outros aditivos incluem amido para ajudar a aderir o núcleo à face de papel. Retardadores e aceleradores podem ser adicionados para ajustar a taxa de reação. Estes ingredientes são combinados com água e espuma de sabão em um misturador de alta velocidade ou por pinos.

Embora a espuma de sabão seja adicionada para abaixar a densidade do núcleo, a estrutura resultante pode não ter porosidade suficiente para ser considerada acústica. A mistura resultante é colocada entre duas folhas de papel e dimensionada quanto a espessura por um rolete. Após o núcleo ser estabelecido, a prancha é cortada no comprimento, então transferida para um forno para secar.

Processos correntes de produção de painéis acústicos para teto utilizam várias combinações de fibra, cargas, ligantes, água e tensoativos misturados em uma pasta que é processada nos painéis. Este processo é muito semelhante aos processos usados na fabricação de papel. Exemplos de fibras usadas podem incluir fibra mineral, fibra de vidro e material celulósico. Lã mineral é um material a base de sílica, de peso leve, vítreo, fiado em uma estrutura fibrosa semelhante à fibra de vidro e pode também ser usado. A lã mineral melhora o desempenho acústico, a resistência ao fogo e a resistência ao arqueamento de um painel acústico.

As cargas podem incluir perlita expandida e argila. A perlita expandida reduz a densidade do material e a argila melhora a resistência ao fogo do painel acústico. Exemplos de ligantes usados em painéis acústicos podem incluir amido, látex e/ou produtos de papel reconstituídos, os quais ligam-se e criam um sistema de ligação que prende todos os ingredientes em uma matriz estrutural.

Os ingredientes acima, quando combinados e processados apropriadamente, produzem um painel poroso, que absorve o som, apropriado para uso como painéis acústicos para teto e outros tipos de painéis para construção. Atualmente, tais painéis são fabricados utilizando-se um processo de volume alto, que lembra a produção de papel.

Processos de fabricação tradicionais para formação de painéis incorporando fibra de lã mineral, carga de perlita e ligantes celulósicos, fiam-se na agregação e floculação dos ingredientes celulósicos. A espuma celular aquosa resultante é seca para prover uma estrutura estável dentro da qual, fibras, ligantes e cargas floculam e ligam-se para criar uma matriz. Embora uma mistura de espuma celular aquosa possa incluir um tensoativo para facilitar a entrada de ar dentro da mistura, os processos tradicionais de fabricação fiam-se na floculação. A estrutura de um material de painel para teto típico é mostrada na fotomicrografia 30x da figura 1. As partículas de perlita são discerníveis como nódulos redondos embutidos em uma matriz de interconexão de lã mineral e fibras de papel de jornal reconstituídas.

Os processos atuais para fabricação de painéis para teto são complexos, incluem muitas etapas e utilizam grandes quantidades de água e energia. Durante o processo, água é progressivamente removida do produto através de uma combinação de secagem, prensagem e aquecimento em forno a alta temperatura. Uma quantidade da água drenada pode ser reciclada, porém a maior parte é tratada e liberada para o ambiente.

Processos de produção diferentes e receitas de pastas rendem painéis com características acústicas e estruturais diferentes. Existe uma permuta entre o desempenho acústico e a durabilidade. Um material de densidade baixa, altamente poroso pode exibir o melhor desempenho acústico.

Infelizmente, um material de baixa densidade tende a ser frágil e difícil de ser manuseado, exibindo baixa durabilidade, baixa capacidade de limpeza e baixa resistência à tensão. Para os fins desta revelação, o termo durabilidade se refere à resistência de rendimento compressivo do painel que é uma medida de quão fácil o painel deforma sob compressão. A resistência à indentação por dedos é um exemplo de boa resistência de rendimento compressivo. A capacidade de limpeza é a resistência à abrasão por movimento para frente e para trás de um escovão de limpeza úmido. A resistência à tensão se refere à capacidade do painel de ser elevado ou suportado ao longo de sua borda, sem que o mesmo seja rompido. Vários processos e receitas são usados para equilibrar as permutas inerentes na fabricação de painéis acústicos para teto. Por exemplo, uma estrutura comum para painel de teto é um laminado, usando diferentes camadas de material, conforme mostrado na figura 2. Uma camada (201) compreende um material macio, acusticamente absorvente, enquanto a outra camada (202) que está voltada para o ambiente é um material estrutural algumas vezes mais durável que é relativamente absorvente ao som. O desempenho acústico do painel é, na maior parte, uma função da camada interna (201), enquanto a camada externa (202) melhora a durabilidade, capacidade de limpeza e estética. A camada externa (202) na figura 2 pode ser um material fornecido de terceiros. Normalmente, um adesivo anexa o revestimento (202) à camada interna (201). Outras etapas envolvidas na fabricação de painéis laminados incluem pintura, corte no tamanho e embalamento.

Painéis laminados fornecem um bom equilíbrio entre o desempenho e a durabilidade. Tais painéis possuem a vantagem de serem suscetíveis ao processo de fabricação contínua em determinadas etapas, porém requerem etapas de processamento e materiais adicionais, por exemplo, o material da camada externa e adesivo, que não são necessários quando se produz um painel homogêneo.

Adicionalmente, o material de camada externa geralmente é um constituinte de alto custo e o processo de laminação requer máquinas adicionais, materiais e recursos humanos.

Enquanto a produção do componente de material acústico (201) pode tipicamente ser feita em um modo contínuo, a etapa de laminação não é um processo contínuo. Como resultado, os painéis laminados são relativamente caros de serem fabricados.

Os processos de fundição ou moldagem são também usados para criar uma estrutura de painel como na figura 1. A fundição produz um material homogêneo que é muito durável e possui boas propriedades acústicas. Os materiais fundidos geralmente possuem uma densidade muito maior, e não requerem camada adicional presente na construção laminada. A fundição é essencialmente um processo em batelada, no qual o material é derramado dentro de um molde. A parte inferior do molde é tipicamente revestida com um veículo ou agente de liberação para prevenir aglutinação. Os materiais são secos no molde, o molde é removido e o painel sofre um processo de acabamento. Os painéis moldados geralmente possuem boas propriedades de resistência mecânica e exibem boa durabilidade, porém o desempenho acústico geralmente não é tão bom quanto o do painel laminado. As desvantagens do processo de moldagem incluem: a necessidade para mover os moldes continuamente através de todo o processo, painéis menores resultam de contenções de tamanho do molde; o requisito da etapa adicional de remoção do painel dos moldes e custo de material mais alto por painel devido à densidade aumentada do painel.

Outro processo comum para produção de um painel possuindo a estrutura mostrada na figura 1 é extrusar a pasta sobre uma correia de arame, e deixar que a água drene da pasta. Outros processos incluem etapas de formação, secagem e 1-ixamento, dos painéis resultantes para criar a textura desejada em um processo quase contínuo para produzir uma camada acusticamente absorvente. Etapas de processo, tais como, gravação ou perfuração de pequenos orifícios no material podem adicionalmente melhorar a absorvência acústica do painel. As desvantagens incluem custos de energia mais caros e o tratamento da água descarregada.

Com os problemas precedentes em mente, é necessário produzir um material de baixa densidade para uso no teto e outros painéis estruturais possuindo bom desempenho acústico, enquanto mantendo durabilidade estrutural do material.

Adicionalmente, existe a necessidade de se produzir um painel com uma alta resistência ao arqueamento, durabilidade aperfeiçoada, um alto Coeficiente de Redução de Ruído (NRC) e um alto Coeficiente de Transmissão de Som (STC).

Um processo comum para produção de um painel possuindo STC alto é aplicar um material de reforço, tal como, uma folha ou um revestimento orgânico ao lado posterior do painel acústico. A aplicação de materiais de reforço acrescenta etapas de processamento e custo ao produto acabado.

Adicionalmente, existe a necessidade de se criar um painel que não precise de aditivos para melhorar a resistência ao fogo e de se criar um painel heterogêneo com uma superfície rígida, de alta densidade em pelo menos um dos lados.

Sumário Da Invenção Os painéis porosos acusticamente absorventes da presente invenção são compreendidos de um material de cimento espumado, aquoso e curado, onde o painel resultante é compreendido de pelo menos 90% em peso de material de cimento. Adicionalmente, o material de cimento espumado/e aquoso é compreendido de uma base úmida de cerca de 53% a 68% em peso de cimento, cerca de 17% a cerca de 48% em peso de água, cerca de 0,05% a cerca de 5% em peso de fibra e cerca de 0,01% a cerca de 10% em peso de tensoativo. 0 painel adicionalmente inclui poros distribuídos dentro do material curado, compreendendo cerca de 75% a cerca de 95% em volume do painel.

Adicionalmente, a presente invenção inclui um painel poroso acusticamente absorvente, onde o painel resultante é compreendido de pelo menos 90% em peso de material de cimento. 0 material de cimento espumado é compreendido de uma base úmida de cerca de 54% a cerca de 63% em peso de cimento, cerca de 32% a cerca de 44% em peso de água, cerca de 0,1% a cerca de 3% em peso de fibra e cerca de 0,5% a cerca de 5% em peso de tensoativo com poros distribuídos dentro do material curado compreendendo cerca de 75% a cerca de 95% em volume do material. A presente invenção inclui um painel poroso acusticamente absorvente, onde o painel resultante é compreendido de cerca de 95% em peso do material de cimento. O material de cimento espumado é compreendido de uma base úmida de cerca de 56% a cerca de 61% em peso de cimento, cerca de 32% a cerca de 42% em peso de água, cerca de 0,28% a cerca de 1,3% em peso de fibra e cerca de 0,7% a cerca de 2% em peso de tensoativo com poros distribuídos dentro do material curado compreendendo cerca de 75% a cerca de 95% em volume do material.

Adicionalmente, a presente invenção inclui um processo para produção de um painel poroso, acusticamente absorvente. Dentro do processo, uma pasta de espuma compreende cerca de 53% a cerca de 68% em peso de cimento, cerca de 17% a cerca de 48% em peso de água, cerca de 1% a cerca de 10% em peso de silicato de cálcio, cerca de 0,05% a cerca de 5% em peso de fibras orgânicas sintéticas e 0,01% a cerca de 10% em peso de tensoativo sendo aerado ou agitado rapidamente para incluir ar dentro da pasta. A pasta espumada e aerada é então seca a um teor de umidade inferior a cerca de 5% em peso de água. A presente invenção pode também ser caracterizada como um painel poroso, acusticamente absorvente, formado de material de cimento, fibras e tensoativo. Onde o painel formado possui uma densidade entre cerca de 0,16 g/cm3 e 0,64 g/cm3 e uma reentrância inferior a cerca de 0,31 cm. 0 painel formado possui um Coeficiente de Redução de Ruído de pelo menos 0,5 e STC entre e incluindo 30 e 40, e um resultado de teste de arqueamento inferior a 0,38 cm a 90% RH.

Estes e outros aspectos da presente invenção ficarão claros quando da análise da descrição que se segue, quando tomada em conjunto com os desenhos anexos.

Breve Descrição Dos Desenhos A figura 1 é uma fotomicrografia 30x de um material a base de lã mineral feito de acordo com a técnica anterior. A figura 2 é uma representação esquemática, em perspectiva, de um painel acústico a base de laminado feito de acordo com a técnica anterior. A figura 3 é uma fotomicrografia 30x de um material feito de acordo com a presente invenção. A figura 4 é uma fotomicrografia 30x de um material feito de acordo com a presente invenção. A figura 5 é uma fotomicrografia lOOx de um material feito de acordo com a presente invenção. A figura 6 é uma fotomicrografia 300x de um material feito de acordo com a presente invenção.

Descrição Detalhada A presente invenção compreende um material de cimento espumado para uso na formação de painéis porosos acusticamente absorventes, tais como, painéis para teto. A formulação do material de cimento espumado em porcentagens em peso úmido não curado pode incluir cerca de 53% a cerca de 68% de cimento; cerca de 17% a cerca de 48% de água, cerca de 0,05% a cerca de 5% de fibras e cerca de 0,01% a cerca de 10% de tensoativo. As fibras podem ser fibras orgânicas sintéticas, tais como aquelas formadas de poliésteres.

Outras formulações para o material de cimento espumado em porcentagens em peso úmido não curado podem incluir cerca de 54% a cerca de 61% de cimento; cerca de 32% a cerca de 44% de água; cerca de 0,1% a cerca de 3% de fibras e cerca de 0,5% a cerca de 5% de tensoativo.

Adicionalmente, o material de cimento espumado em porcentagens em peso úmido, não curado pode incluir cerca de 56% a cerca de 61% de cimento; cerca de 32% a cerca de 42% de água; cerca de 0,28% a cerca de 1,3% de fibras e cerca de 0,7% a cerca de 2% de tensoativo.

Duas concretizações específicas da invenção que foram feitas incluem: Em uma concretização, a formulação pode incluir, adicionalmente, determinados aditivos para aumentar a rigidez, facilidade de manuseio e resistência à indentação ou dano por impacto do painel. Exemplos de aditivos que podem contribuir para a rigidez total de um cimento espumado geralmente incluem compostos de cálcio ou sílica, que são tipicamente adicionados em quantidades de cerca de 1% a cerca de 10% em peso. Exemplos de enrijecedores à base de cálcio podem incluir óxido de cálcio, hidróxido de cálcio e carbonatos. Aditivos de sílica podem também incluir silicato de sódio, mica, areia em grãos finos e determinadas cinzas de alto teor de sílica, tais como, cinzas de cascas de arroz e cinzas de insetos. Silicatos podem fornecer uma determinada rigidez aos painéis que é tipicamente medida por um teste de resistência a arranhões.

Este teste de resistência a arranhões é usado para determinar a integridade da superfície dos painéis formados e é classificado em uma escala de 10 a 25, onde o valor mais alto indica uma superfície mais resistentes a arranhões.

Teste De Resistência A Arranhão 0 teste consiste de "arranhar" várias espessuras de estoque de calibre "apalpador" (aço para molas) através da face ou borda de uma placa ou painel para teto. A medida é a espessura de calibre "apalpador" mais alta (em milhares de centímetros) que não danifica o material de teste. As lingüetas ou ramificações de metal são dispostas de modo preso em uma fileira e cada uma possui um comprimento de saliência de aproximadamente 4,76 cm. A espessura das lingüetas aumenta de uma extremidade à outra da fileira. As espessuras das lingüetas são 0,254 mm, 0,305 mm, 0,356 mm, 0,406 mm, 0,457 mm, 0,508 mm, 0,559 mm e 0,635 mm com aumento correspondente na rigidez. A amostra é colocada em um prendedor, abaixo do conjunto de lingüetas com um flange da amostra mais baixo do que o corte formando o flange. As lingüetas são sobrepostas através da borda superior da amostra com a parte inferior da lingüeta a uma distância de aproximadamente 0,56 cm abaixo da superfície da amostra no corte formando o flange. As lingüetas são então estiradas através da amostra a uma velocidade 50,80 cm/min. As lingüetas mais espessas arranharão e danificarão a borda mais facilmente do que as lingüetas mais finas.

Na presente invenção, os painéis possuem um valor de teste de resistência a arranhões de cerca de 12 ou mais.

Quando a superfície do painel é revestida com um revestimento orgânico, tal como uma tinta, o valor é tipicamente pelo menos 16 e pode se tão grande quanto 22, quando dois revestimentos de tinta são aplicados ao painel.

Tipicamente, os painéis têm como média entre cerca de 12 e 14 para o painel não revestimento e entre cerca de 16 a 18 para um painel com um revestimento de tinta simples.

Adicionalmente, a rigidez pode ser determinada como uma função da resistência à compressão conforme estabelecido no ASTM C367. 0 teste foi modificado por utilização de uma esfera de 2,54 cm, 13,6 kgf e uma velocidade cruzeta de 1,27 cm/minuto. Na presente invenção os painéis tipicamente possuem uma resistência de compressão ou indentação inferiores a 0,31 cm. Em uma concretização alternativa, a resistência à compressão pode ser inferior a 0,254 cm e em uma segunda concretização alternativa, a resistência a compressão pode ser menor do que 0,20 cm. A absorção acústica pelos painéis é uma função da energia sonora que é refletida e absorvida em parte. A absorção geralmente acontece de dois modos, transmissão através dos painéis ou conversão da energia acústica em calor pelo material de painel. A quantidade energia sonora absorvida por um material é determinada por um procedimento de teste padronizado ASTM C423-90a intitulado "Standard Test Method for Sound Absorption and Sound Absorption Coeffícients by the Reverberation Room Method". Os testes que possuem resultados STC são determinados por uma inserção menor do que a estabelecida no ASTM E90. A absorção é expressa como a razão da energia sonora absorvida para a energia sonora incidente em relação a superfície do painel. Esta razão é denominada o coeficiente de absorção, geralmente designado como A. Quanto mais energia sonora absorvida, mais próximo o coeficiente está de 1,0. Assim, quando A=0, nenhuma energia sonora é absorvida e toda a energia sonora incidente é refletida. De modo contrário, quando A = 1,0, toda a energia sonora é absorvida e nenhuma energia incidente é refletida. As propriedades de absorção sonora de materiais varia com freqüência e com dados de perda de transmissão. Os dados de absorção sonora são determinados como uma função de faixas de freqüência de 1/3 de oitavos para 100 Hz a 5000 Hz. Os dados de absorção sonora são freqüentemente combinados em um número simples denominado o Coeficiente de Redução de Ruído que é obtido de um valor médio de A a 250, 500, 1000 e 2000 Hz arredondados para o múltiplo mais próximo de 0,05. Quanto maior o valor NRC, maior a absorção de som média nesta faixa de freqüência.

Os painéis porosos acusticamente absorventes possuem um Coeficiente de Redução de Ruido de pelo menos 0,5. Em uma concretização adicional, os painéis possuem um NRC de pelo menos 0,6 e em uma concretização adicional os painéis possuem um NRC de pelo menos 0,7. O material de cimento poroso espumado pode incluir a maior parte de qualquer cimento, incluindo, porém não limitado a um cimento hidráulico, tal como um cimento Portland, cimento de ácido oxálico, cimento de escória, cimento de cinzas volantes, cimento de alumina cálcio, alfa hemidrato de sulfato de cálcio ou beta hemidrato de sulfato de cálcio, beta hemidrato de sulfato de cálcio, natural, sintético ou quimicamente modificado, bem como misturas dos ingredientes de cimento referidos acima ou qualquer mistura dos cimentos referidos acima. Por exemplo, uma mistura de cimento de alumina cálcio e cimento portland pode prover um tempo de endurecimento mais rápido para a composição de cimento porosa. O componente de silicato de cálcio do material pode ser selecionado de tipos comerciais conhecidos como volastonita ou Orleans One.

As fibras adicionadas ao material de cimento espumado podem se adicionadas como fibras essencialmente lineares não possuindo curvamento intencional no cordão. Na alternativa, as fibras podem ser enrugadas, onde as fibras receberam curvaturas, tais como em uma configuração de ziguezague. Além das fibras de poliéster, o material fibroso pode incluir fibras de vidro ou lã mineral. Outras fibras podem também incluir materiais de poliolefina e poliamida para aumentar o módulo de elasticidade do material resultante.

Os tensoativos para uso na invenção podem incluir, porém não estão limitados a porções anfotéricas, aniônicas e não-iônicas com uma porção molecular hidrófoba contendo 8 a 20 carbonos. Tais tensoativos podem basear-se em óleos de coco, tais como, cocamidopropil betaina, cocamidopropil hidroxisultaina e cocoanfopropionato. Porções aniônicas incluem sais de sódio de um grupo funcional sulfoxal, tais como, sulfato ou sulfosuccinato. Por exemplo, tais porções aniônicas podem incluir sulfonato de alquil benzeno, eter lauril sulfato de sódio, dietil amina de cocamida disódio, sulfosuccinato de metiletil amina cocamido de dissódio, metil isopropil amina de cocamido disódio, sulfosuccinato, decet-6-sulfosuccinato dissódio, sulfosuccinato de dimeticona copoliol disódio, sulfosuccinato de lauret disódio e sulfosuccinato de nonxinol-10 disódio.

Tensoativos não-iônicos incluem porções de etoxilato e óxido de amina, tais como, fenol etoxilado de alquila, óxido de cocoamina, óxido de lauramina, óxido de miristamina, óxido de oleamina e óxido de cocamidopropilamina. Um tensoativo preferido para cimento portland é sulfosuccinato lauret de disódio, porém a seleção do tensoativo ótimo depende da natureza do cimento usado.

Em uma formulação alternativa de material espumado de cimento, alfa gesso, tal como, alfa hemidrato de sulfato de cálcio pode ser substituído pelo cimento. Para fins de espumamento, quando se utiliza alfa gesso, o tensoativo desejado é um alquil fenol etoxilado com uma porção molecular hidrófoba contendo 8 a 13 carbonos. Este tensoativo não-iônico produz ótimas propriedades de suspensão de partícula para gesso. 0 material espumado pode ser feito por combinação de uma mistura seca e uma mistura aquosa para formar um material de cimento espumado. A mistura seca pode ser preparada por combinação de cimento (tal como portland), silicato de cálcio e fibras (tais como, tereftalato de polietileno (PET)) nas quantidades reveladas anteriormente.

As fibras podem ter comprimentos nominais de cerca de 0,64 cm a 1,90 cm com cerca de 1,27 cm sendo o preferido e com cerca de 0,0013 cm a cerca de 0,018 cm de diâmetro. Os ingredientes de mistura seca são combinados em um aparelho de mistura seca e combinados até as fibras e o silicato de cálcio estarem completamente dispersos. A mistura aquosa é criada separadamente e inclui água e um tensoativo, tal como, sulfosuccinato lauret de disódio. Os componentes aquosos são misturados para ciar uma solução de tensoativo diluída. Adicionalmente, os componentes aquosos são tipicamente misturados e aerados ou espumados em temperaturas entre 5°C a cerca de 76°C. Em uma concretização alternativa, a solução de tensoativo diluída pode ser misturada em temperaturas entre cerca de 14°C a cerca de 61°C ou entre 20°C a cerca de 33°C. A solução de tensoativo diluída é combinada com mistura seca e ar em um processo de mistura de dois estágios ou a solução de tensoativo diluído pode ser aerada antes da mistura com a mistura seca. Uma mistura de estágio de cisalhamento alto recebe ar para criar uma composição espumada e também dispersa os ingredientes. Em uma próxima etapa, um processo de mistura de cisalhamento baixo garante dispersão uniforme das fibras. Os ingredientes, por peso da mistura podem variar. A mistura recebe ar para criar uma pasta de cimento espumada e é uniformemente dispersa. A pasta espumada é depositada em um molde possuindo forma e espessura desejadas e então deixada endurecer. Uma vez endurecida e seca, é formado um material de cimento densidade relativamente baixa com as fibras e os outros componentes travados em uma matriz estável. 0 produto resultante possui uma casca densa e rígida em suas superfícies externas, tipicamente inferior a 1% a cerca de 2% da espessura do material formado. A camada de casca densa rígida é vista na parte superior da fotografia na figura 4. Na presente invenção, esta camada de superfície é removida de um lado do painel por lixamento ou outros processos mecânicos ou físicos. Em outra concretização, os depositantes removeram a casca densa antes do endurecimento do material de cimento. Quando se remove a camada densa antes do material de cimento endurecer, isto elimina a etapa de lixamento e portanto, reduz o acúmulo de pó de lixamento. Um revestimento de acabamento de tinta látex ou vedante pode ser aplicado para reduzir a formação de pó e para prover uma cor uniforme e agradável.

Painéis de fibra mineral tradicionais são de cor marrom a cinza, em parte devido as quantidades de carga mineral e papel de jornal reciclado que eles contêm.

Portanto, várias camadas de revestimentos pigmentados ou tintas são necessárias para prover uma superfície de cor branca, agradável, enquanto se mascara o substrato escuro.

Arranhões ou outras abrasões da superfície são prontamente evidenciadas devido ao contraste de cor entre o branco, a superfície pintada e o substrato mais escuro. Os materiais de cimento, contudo, estão disponíveis na cor branca o que requer pouca a nenhuma pigmentação no revestimento de acabamento, para fornecer a aparência branca. A combinação de branco sobre branco resultante produz uma aparência contínua de cor, mesmo se a superfície for arranhada. 0 material formado resultante produz uma composição de cimento com uma densidade entre cerca de 0,16 g/cm3 e cerca de 0,64g/cm3. Em uma concretização alternativa, o painel pode ter uma densidade entre cerca de 0,24 g/cm3 e cerca de 0,56 g/cm3 ou entre cerca de 0,32 g/cm3 e cerca de 0,48 g/cm3. O material pode ser preparado como uma prancha ou painel, tipicamente com cerca de 0,64 cm a cerca de 2,54 cm de espessura. Tais painéis acústicos são especificamente apropriados para uso como painéis de construção, painéis de parede ou painéis de teto. A fotomicrografia de 30x da figura 3 mostra a matriz de fibra e cimento e a natureza aberta da estrutura resultante do material. O material contém poros variando de cerca de 1,5 mm de diâmetro a menos que cerca de 50 μιη. A maior parte está na faixa de 40 μτη a 220 μιη. Estes poros abertos compreendem cerca de 75% a cerca de 95% dq volume do material.

As fibras de reforço presentes na composição resultante fornecem resistência à tensão à matriz. Através de toda a estrutura, as fibras de reforço passam através das estruturas de cimento cristalino e também passam através dos poros criados pelo processo de espumamento. 0 painel acabado exibe uma camada limite de alta densidade. Isto é mostrado na fotomicrografia 30x da figura 4. A camada limite de alta densidade é de aproximadamente 150 μη a 225 μη de espessura e está presente em ambos os lados do painel. Ela contém alguns, se houver, poros induzidos por espuma e assim é aproximadamente tão densa quanto o cimento sem espumamento. Existe, também, um grau relativamente pequeno de porosidade nesta camada limite, criado pelos micro espaços dentro da matriz de cristal. A porosidade é muito baixa, contudo, resultando em uma camada de superfície de alta densidade, rígida. A vista de maior ampliação de lOOx da figura 5 mostra a estrutura reticulada da matriz. Os poros na composição formam uma rede reticulada complexa de túneis pequenos e microscópicos através de todo o material. Também são observados de forma clara, poros menores do que 100 μ m a 225 μη transversais, interligados com poros maiores na matriz.

Na vista microscópica de 300x da figura 6, podem ser vistos poros tão pequenos quanto de alguns micra, que resultam dos espaços entre os cristais intertravados.

Partículas de cimento cristalinas individuais podem também ser vistas nesta fotomicrografia. As partículas de cimento variam em tamanho do limite mais baixo da resolução da fotomicrografia, aproximadamente 1 μιη, a estruturas planas e finas com cerca de 10 μη a cerca de 50 μη transversais, e talvez com menos de 1 μη de espessura. Outros poros, de até cerca de 200 μη a cerca de 225 μη transversais são também vistos dentro da matriz. As redes maiores de cristais são formadas ao redor das células da espuma aquosa durante a fabricação, criando estes e poros maiores no material. Os cristais de cimento ligam-se uns aos outros conforme a água envolve os cristais durante a cura. A ligação química entre cristais conformados aleatoriamente mantém ligada a rede cristais grandes e pequenos vista na figura 6. Os cristais são alinhados aleatoriamente nessa rede interligada. É este intertravamento de estruturas de cristal dentro do cimento e ao redor das fibras de poliéster que fornece excelente durabilidade e resistência aos painéis construídos do material.

Uma característica da composição é o processo de combinação de poucos ingredientes para criar uma estrutura de cimento durável, acústica e fibrosa, apropriada para fabricação de painéis de construção. Outro aspecto da composição é a durabilidade em combinação com um NRC e STC alto. E ainda outro aspecto, é a construção de um painel caracterizado por uma porosidade alta e distribuição de poros através desta estrutura de cimento espumada.

Aproximadamente 75% a cerca de 95% do volume do painel são constituídos por ar. A remoção da camada limite de alta densidade uma face por lixamento ou outros meios, expõe a estrutura altamente porosa da composição de cimento espumada, resultando em um painel de absorção acústica superior. Quando a camada limite de alta densidade permanece intacta na face inversa, isto produz um STC alto, sem a necessidade material de reforço adicional, tal como folha ou um revestimento orgânico. 0 material de cimento é relativamente resistente à umidade. Isto pode ser quantificado como um valor determinado de um teste de arqueamento. 0 que se segue são faixas aproximadas de teste de arqueamento de quatro ciclos para várias concretizações. Cada ciclo consiste da submissão de uma amostra de 61 cm por 61 cm por 17 horas a 28°C e 90% RH seguido por 6 horas a 28°C e 35% RH. Em uma concretização, em 90% RH existe tipicamente um arqueamento resultante inferior a 0,38 cm. Em uma segunda concretização, em 90% RH, existe tipicamente um arqueamento resultante inferior a 0,254 cm. Em uma terceira concretização, em 90% RH, existe tipicamente um arqueamento resultante inferior a cerca de 0,127 cm. O material de cimento curado pode formar um painel para construção que compreende alta porosidade e distribuição de poros através de toda esta estrutura de cimento espumada, com um tamanho médio de poro de cerca de 40 micra a aproximadamente 200 micra. Adicionalmente, a natureza reticulada da matriz dentro do material é tal que, a maior parte dos poros são abertos para outros poros, criando várias passagens através do material para absorção eficaz do som. 0 painel possui uma estrutura de material de auto sustentação compreendida de cimento, fibras de poliéster, água e tensoativo. Nenhum amido ou outro sistema ligante externo é necessário para manter os componentes juntos. Outros ligantes podem ser adicionado, caso desejado, porém sua inclusão não é necessária, uma vez que o cimento cristalino combinado com a fibra de poliéster forma a estrutura primária fortemente ligada dos painéis formados.

Embora as concretizações tenham sido ilustradas e descritas acima, é reconhecido que muitas alterações podem ser feitas com relação âs características e componentes da invenção. Portanto, embora a invenção tenha sido revelada de várias formas, será óbvio aos versados na técnica que muitas adições, retiradas e modificações podem ser feitas sem fugir do espírito e escopo desta invenção e que nenhum limite indevido deverá ser imposto aqui, exceto conforme especificado nas reivindicações que se seguem. Por exemplo, o tipo de cimento utilizado dentro da fórmula pode variar, dependendo das propriedades desejadas do material.

Adicionalmente, o tipo, comprimento e diâmetro da fibra podem variar, dependendo dos requisitos de resistência do produto final a ser construído do painel.

Claims (28)

1. Painel poroso acusticamente absorvente caracterizado pelo fato de compreender uma estrutura de matriz de auto sustentação compreendida de cimento, fibras, água e tensoativo, em que nenhum outro sistema de ligação externo é requerido para construir a matriz de auto sustentação e em que um material de cimento espumado, aquoso e curado compreende em base úmida de 53% a 68% em peso de cimento, de 17% a 48% em peso de água, de 0,05% a 5% em peso de fibra, e de 0,01% a 10% em peso de tensoativo; e em que poros são distribuídos dentro do material curado compreendendo de 75% a 95% em volume do material, onde o painel tem uma densidade entre 160 Kg/m3 e 641 Kg/m3.

2. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do material de cimento espumado, aquoso e curado compreender em base úmida de 54% a 63% em peso de cimento, de 32% a 44% em peso de água, de 0,1% a 3% em peso de fibra, e de 0,5% a 5% em peso de tensoativo.

3. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do material de cimento espumado também conter de 1% a 10% em peso de uma carga.

4. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato da carga ser silicato de cálcio.

5. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato do silicato de cálcio ser volastonita.

6. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do cimento ser selecionado do grupo consistindo em cimento de gesso, cimento portland, cimento de ácido oxálico, cimento de escória, cimento de cinzas volantes, cimento de cálcio alumina e misturas dos mesmos.

7. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do cimento de gesso ser selecionado do grupo consistindo em alfa hemidrato de sulfato de cálcio e beta hemidrato de sulfato de cálcio.

8. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato do cimento de gesso ser selecionado do grupo consistindo em beta hemidrato de sulfato de cálcio sintético e beta hemidrato de sulfato de cálcio modificado quimicamente.

9. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do tensoativo ser selecionado do grupo consistindo em porções anfotéricas, aniônicas e não-iônicas.

10. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do tensoativo compreender uma porção selecionada do grupo consistindo em uma porção hidrófoba contendo de 8 to 20 carbonos.

11. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 9, car ac ter i zado pelo fato do tensoativo ser selecionado do grupo consistindo em betaina, sultaina, propionato, sulfato, sulfosuccinato, e óxido de amina.

12. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato do tensoativo ser selecionado do grupo consistindo em cocamidopropil betaina, cocamidopropil hidroxisultaina, cocoanfoproprionato, cocamidopropil óxido de amina, óxido de cocamina, óxido de lauramina, óxido de miristamina e óxido de oleamina.

13. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do tensoativo compreender um fenol etoxilato de alquila.

14. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente uma casca densa compreendendo menos que 2% da espessura total do painel formado de modo adjacente à superfície do painel.

15. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de incluir adicionalmente uma casca densa compreendendo menos que 2% da espessura total do painel, sendo formada sobre ambas as superfícies do painel.

16. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do painel ter uma densidade entre 240 Kg/m3 e 561 Kg/m3.

17. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato do painel ter uma densidade entre 320 Kg/m3 e 481 Kg/m3.

18. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um diâmetro médio dos poros está entre 1,5 mm e 50 μπι.

19. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato dos poros possuírem um tamanho médio de 40 μιη a 200 μπι, e estarem abertos para outros poros criando passagens através do material de cimento, onde o som pode ser eficazmente absorvido.

20. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das fibras serem de 6,35 mm a 19,05 mm de comprimento e de 13 pm a 178 μπι de diâmetro.

21. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das fibras serem fibras orgânicas sintéticas selecionadas do grupo consistindo em poliéster, poliamida e poliolefina.

22. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato das fibras de poliéster serem fibras de tereftalato de polietileno.

23. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato das fibras serem enrugadas.

24. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do painel ser uma placa acústica para teto.

25. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do Coeficiente de Redução de Ruído do painel ser maior ou igual a 0,5.

26. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato do Coeficiente de Redução de Ruído do painel ser maior ou igual a 0,7.

27. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato da faixa para o Coeficiente de Transmissão de Som estar entre 30 e 40.

28. Painel poroso acusticamente absorvente, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato do material de cimento espumado e curado compreender em base úmida de 56% a 61% em peso de cimento, de 32% a 42% em peso de água, de 0,28% a 1,3% em peso de fibra e de 0,7% a 2% em peso de tensoativo.