BR102021007462A2 - Placa cerâmica semiporosa (biib) obtida com resíduo de pó de madeira da indústria moveleira - Google Patents

Abstract

A presente patente de invenção refere-se a uma placa cerâmica para revestimento tipo semiporosa (classe BIIb), composta de dupla camada, densa e porosa, na qual é empregado o resíduo de pó de madeira produzido na indústria moveleira, como um agente formador de poros. O resíduo de pó de madeira consiste num resíduo sólido na forma de pó fino (< 0,5 mm) produzido na etapa de lixamento de móveis. A placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, foi preparada com massa cerâmica para placa de média absorção de água e quantidades variáveis de resíduo de pó de madeira da indústria moveleira (2,5 a 7,5% da massa total) e pelo processo via seca. A placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada destina-se para emprego na indústria da construção civil com potencial aplicação como material de revestimento cerâmico para fachada ventilada.

Description

PLACA CERÂMICA SEMIPOROSA (BIIB) OBTIDA COM RESÍDUO DE PÓ DE MADEIRA DA INDÚSTRIA MOVELEIRA Domínio técnico da invenção

[1] A presente patente de invenção refere-se a uma placa cerâmica para revestimento tipo semiporosa (classe BIIb), composta de dupla camada, densa e porosa, na qual é empregado o resíduo de pó de madeira produzido na indústria moveleira, como um agente formador de poros. A placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, destina-se fundamentalmente para aplicação na construção civil para uso em fachada ventilada.

Antecedentes da invenção

[2] Placas cerâmicas são largamente utilizadas na construção civil para revestimento de pisos, mas também são usadas para revestimento de fachadas de edifícios comerciais e residenciais.

[3] Destaca-se que as placas cerâmicas para revestimento de fachadas são utilizadas principalmente para proteger as edificações das condições climáticas e intempéries, mas também contribuem para a estética e beleza das edificações.

[4] Nos últimos anos um tipo de fachada que tem ganhado grande destaque no processo construtivo das edificações é aquele denominado de fachada ventilada. Este tipo de fachada tem se tornado cada vez mais usual nas edificações devido a diversos fatores, que incluem durabilidade, facilidades de limpeza e manutenção, estética, conforto térmico e economia em termos de eficiência energética.

[5] As placas cerâmicas para revestimento convencionais são largamente utilizadas no processo construtivo de fachadas ventiladas. De acordo com a norma ISO 13006:2018(E) [1] , as placas cerâmicas para revestimento convencionais de camada única e fabricadas por prensagem são classificadas em termos de absorção de água (AA) em três grupos principais: 1) baixa absorção de água: placa BIa denominada de porcelanato com AA  0,5 % e placa BIb denominada de grês com 0,5 < AA  3,0 %; 2) média absorção de água: placa BIIa denominada de semigrês com 3,0 < AA  6,0 % e placa BIIb denominada de semiporosa com 6,0 < AA  10,0 %; e 3) alta absorção de água: placa BIII denominada de revestimento poroso (azulejo) com AA > 10,0 %.

[6] Para a aplicação de placas cerâmicas convencionais em fachadas ventiladas é de particular importância considerar os fatores climáticos. Por exemplo, placas cerâmicas de baixa absorção de água classificadas como BIa - porcelanato e BIb - grês são as mais recomendadas para regiões frias. Para edificações em regiões quentes todos os tipos de placas cerâmicas para revestimento (BIa, BIb, BIIa, BIIb e BIII) podem ser empregadas na construção de fachada ventilada. Deve ser ressaltado também que atualmente a placa cerâmica tipo porcelanato (BIa) é a mais utilizada na construção de fachadas ventiladas, independentemente das condições climáticas. Tal placa cerâmica se destaca das demais por apresentar propriedades técnicas superiores, maior durabilidade e beleza estética singular. Por outro lado, ela possui limitação em termos de alta massa específica (~ 2,4 g/cm3 ), que influencia diretamente no peso e nas características de isolamento térmico e acústico da fachada ventilada.

[7] Na atualidade placas cerâmicas para revestimento em fachadas ventiladas com características adequadas de isolamento térmico e acústico são altamente valorizadas. Por conta dessa demanda, esforços estão sendo desenvolvidos com o intuito de buscar soluções tecnológicas viáveis para tal problema, e a placa cerâmica para revestimento de dupla camada, densa e porosa, pode ser ótima opção para atender os requisitos de redução de peso e características adequadas de isolamento térmico e acústico.

[8] A seguir, são apresentados alguns documentos que abordam a confecção de placas cerâmicas de dupla camada, tais como o objeto da presente patente de invenção.

[9] O documento [2] , “Alves Junior et al., Desenvolvimento de materiais cerâmicos de dupla camada com adição de diferentes materiais orgânicos. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, V. 9, N. 1, 2014” refere-se à fabricação de material cerâmico de dupla camada, em que a camada externa densa está associada as funções estética e de resistência mecânica e a camada interna porosa função isolante. O documento indica que o material cerâmico de dupla camada é fabricado utilizando misturas de argilas e materiais orgânicos (MDF e pó de serra oriundos de serralharias) como agentes formadores de poros em diferentes quantidades, prensagem sob força de 5 toneladas e queima a 950 ºC durante 30 min. No documento foi estabelecido que o material cerâmico de dupla camada mais adequado em termos de aspecto visual e resistência mecânica é aquele fabricado com a mistura de argila + 10 % em massa de pó de serra.

[10] O documento [3] , “Binhussain et al., Sintered and glazed glass-ceramics from natural and waste raw materials, Ceramics International, V. 40, N. 2, 2014”, refere-se à fabricação de um material vitrocerâmico de dupla camada para aplicação como painél estrutural leve em fachadas de edifícios. O documento indica que o material vitrocerâmico é fabricado usando misturas de matérias-primas naturais (argila e areia de sílica) e resíduos sólidos (cinzas volantes de usinas termelétricas e escórias metalúrgicas), prensagem a 40 MPa, e depois vitrificado ou diretamente sinterizado. O material vitrocerâmico de dupla camada fabricado é composto por uma camada densa resistente ao desgaste sobre um substrato poroso, que apresenta resistência mecânica adequada.

[11] O documento [4] , Novais et al., Wood waste incorporation for lightweight porcelain stoneware tiles with tailored thermal conductivity, Journal of Cleaner Production, Vol. 90, 2015”, refere-se à fabricação de porcelanato leve de dupla camada com condutividade térmica controlada, que usa resíduo de madeira (etapa de serragem) como agente formador de poros. O documento indica que o novo porcelanato leve de dupla camada, quando comparado a um porcelanato convencional comercial (BIa), apresenta redução de peso de até 7,5 %, redução de até três vezes de condutividade térmica e redução de massa específica.

[12] O documento [5] , “Novais et al., Lightweight dense/porous bi-layered ceramic tiles prepared by double pressing, Journal of Materials Processing Technology, V. 216, 2015”, refere-se ao processo de fabricação de placa cerâmica para revestimento de dupla camada (camada densa/camada porosa) para aplicação em fachada ventilada. O documento indica que a placa cerâmica de dupla camada é fabricada utilizando misturas de massa cerâmica para porcelanato granulada por via úmida e polímeros sintéticos (polipropileno (PP) e polimetilmetacrilato (PMMA)) em distintas quantidades, dupla prensagem uniaxial (5 MPa e 10 MPa a 12 MPa por 30 s) e queima a 1200 ºC usando um ciclo de queima rápido (< 4 h). As placas cerâmicas de dupla camada fabricadas apresentaram potencial para uso em fachada ventilada, em que foi obtida redução de peso de até 12 %, boa aderência entre as camadas e, muito bom desempenho em termos de isolamento térmico (expressiva redução de condutividade térmica).

[13] O documento [6] , “Wang et al., Integrated utilization of fly ash and waste glass for synthesis of foam/dense bi-layered insulation ceramic tile, Energy and Buildings, V. 168, 2018”, refere-se à fabricação de uma placa cerâmica para revestimento de dupla camada (camada densa/espuma) com características isolante usando como matérias-primas principais cinza volante de alta alumina e resíduo de vidro. Esta placa cerâmica apresenta bom desempenho em termos de economia de energia e custos de construção.

[14] Paralelamente, verifica-se a demanda por soluções eco-amigáveis e econômicas para a problemática do descarte final dos resíduos sólidos de madeira gerados na indústria moveleira no Brasil.

[15] De acordo com o documento [7] , o Brasil detém uma expressiva produção na indústria moveleira de madeira, cujas empresas estão instaladas por todas regiões do país. A despeito de sua importância econômica e social, a indústria moveleira Brasileira também é responsável pela geração de quantidades significativas de resíduos sólidos. Ressalta-se que a fabricação de móveis de madeira invariavelmente resulta na geração de resíduos sólidos provenientes das etapas de beneficiamento da madeira.

[16] O Documento [8] classifica os resíduos sólidos de madeira gerados na indústria de móveis em termos de suas características morfológicas em quatro classes principais descritas como: 1) cavaco (tamanhos máximos de 50 x 20 mm, em geral provenientes do uso de picadores); 2) maravalha (tamanho de partícula > 2,5 mm); 3) serragem (partículas de madeira provenientes do uso de serras, com tamanhos entre 0,5 e 2,5 mm); e 4) pó fino (tamanho de partícula < 0,5 mm).

[17] Em termos de potencial poluidor, conforme descrito no Documento [7] , os resíduos sólidos de madeira provenientes da indústria de móveis são classificados de acordo com a NBR 10004 (ABNT, 2004) como resíduos sólidos do tipo Classe IIA (não perigosos e não inertes). Esta classificação reflete importantes características inerentes aos resíduos de madeira como biodegradabilidade, combustibilidade ou solubilidade em água.

[18] Visando contribuir com uma solução técnica sustentável relacionada aos resíduos sólidos gerados pela indústria de móveis de madeira, a presente patente de invenção propõe o uso de pó fino de madeira (< 0,5 mm), proveniente do processo de lixamento de móveis, como um agente formador de poros para fabricação de uma placa cerâmica para revestimento tipo semiporosa (BIIb) de dupla camada (camada densa e camada porosa) aplicável em fachada ventilada.

[19] Dois aspectos importantes devem ser destacados em relação ao resíduo de madeira na forma de pó fino (< 0,5 mm) proveniente do processo de lixamento utilizado nesta patente de invenção: 1) por ser muito fino, leve, facilidade de entrar em suspensão devido a ação do vento e longo tempo de degradação apresenta grande dificuldade de obter uma aplicação prática; e 2) este tipo de resíduo de madeira na forma de pó fino ainda não tem sido aplicado na confecção de placa cerâmica para revestimento tipo semiporosa (BIIb) de dupla camada.

Breve descrição das figuras

[20] As figuras descritas a seguir estão relacionadas às características da matéria-prima: resíduo de pó de madeira da indústria moveleira; e do produto: da placa cerâmica para revestimento de dupla camada, objeto da presente patente de invenção.

[21] A Figura 1 apresenta o resíduo de pó de madeira coletado após processo de lixamento: a) resíduo em seu estado natural; e b) resíduo passado na peneira de 42 mesh.

[22] A Figura 2 apresenta o esquema da placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada (camada densa superior e camada porosa inferior) produzida usando resíduo de pó de madeira da indústria moveleira para formação da camada porosa.

[23] A Figura 3 apresenta micrografia de microscopia eletrônica de varredura da superfície de fratura da placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada obtida com 2,5 % em peso de resíduo de pó de madeira da indústria moveleira, queimada a 1235 ºC, que realça a formação da dupla camada (camada densa e camada porosa).

[24] A Figura 4 apresenta micrografia de microscopia eletrônica de varredura da superfície de fratura da placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada obtida com 5,0 % em peso de resíduo de pó de madeira da indústria moveleira, queimada a 1235 ºC, que realça a formação da dupla camada (camada densa e camada porosa).

[25] A Figura 5 apresenta micrografia de microscopia eletrônica de varredura da superfície de fratura da placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada obtida com 7,5 % em peso de resíduo de pó de madeira da indústria moveleira, queimada a 1235 ºC, que realça a formação da dupla camada (camada densa e camada porosa).

Descrição detalhada da patente

[26] A presente patente de invenção consiste numa placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada (camada densa/camada porosa), que utiliza resíduo de pó de madeira da indústria moveleira como agente formador de poros para a camada porosa.

[27] O processo de obtenção da placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, é descrito a seguir.

[28] Nesta patente de invenção as matérias-primas utilizadas na obtenção da placa cerâmica para revestimento de dupla camada foram: 1) massa cerâmica para placa de média absorção de água com granulometria < 325 mesh e composta de 40 % em peso de argila caulinítica de queima branca, 47,5 % em peso de feldspato e 12,5 % de quartzo; 2) resíduo de pó de madeira proveniente do processo de lixamento, o qual foi homogeneizado passando na peneira de 42 mesh, pelo fato de que o resíduo no estado in natura ser muito fino e altamente aglomerado, conforme mostrado na Figura 1.

[29] Em adição, a massa cerâmica utilizada como matéria-prima apresenta a seguinte composição em termos de óxidos: SiO2 (69,28 % em peso), Al2O3 (23,49 % em peso), Na2O + K2O (6,72 % em peso) e demais óxidos acessórios (0,51 % em peso);

[30] Além disso, ressalta-se que o resíduo de pó de madeira é usado nesta patente de invenção como uma matéria-prima não convencional e, portanto, ainda sem uso comercial para esta finalidade.

[31] Para obtenção da placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, foram usadas duas massas cerâmicas distintas considerando a formação de uma camada densa e formação de uma camada porosa, como mostrado na Figura 2. A camada densa é formada usando a massa cerâmica para placa de média absorção de água (MGS), isenta de resíduo de pó madeira. A camada porosa é formada a partir da mistura de 97,5 % a 92,5 % em peso da mesma massa cerâmica da camada densa (MGS) e 2,5 % a 7,5 % em peso de resíduo de pó de madeira da indústria moveleira, como substituto das matérias-primas tradicionais e como agente formador de poros.

[32] A preparação das duas massas cerâmicas considerando a obtenção da placa cerâmica de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, foi por processo de via seca simplificado, que incluiu as etapas de mistura e homogeneização das matérias-primas num misturador durante 10 minutos, umidificação com 7 % em peso de água e granulação manual por passagem na peneira de 35 mesh.

[33] A produção da placa cerâmica de dupla camada, objeto da presente patente de invenção é composta de três etapas consecutivas: prensagem uniaxial, secagem e queima rápida. A etapa de prensagem consistiu de dois estágios: primeiro, a prensagem da massa cerâmica da camada densa com aplicação de 2,5 toneladas durante 30 segundos; em seguida, a massa cerâmica da camada porosa contendo resíduo de pó de madeira foi adicionada à matriz junto a massa da camada densa e prensada a 5 toneladas durante 60 segundos. Assim, foram produzidas placas cerâmicas de dupla camada com formato retangular e com as seguintes dimensões 115,0 mm x 25,4 mm (Figura 2). Por fim, as placas cerâmicas prensadas foram secas em estufa a 110 ºC por 24 h, queimadas a 1235 ºC com taxa de aquecimento de 15 ºC/min e tempo de patamar de 4 minutos.

[34] A placa cerâmica de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, apresenta cor branca com pequena variação de tonalidade entre as camadas densa e porosa, conforme o acréscimo do resíduo de pó de madeira. Assim, ela deve ser caracterizada como placa cerâmica para revestimento de dupla camada base branca.

[35] Placas cerâmicas para revestimento de dupla camada com diferentes percentuais de incorporação do resíduo pó de madeira, a saber 2,5%, 5,0% e 7,5%, foram selecionadas como corpos de prova e avaliadas quanto aos aspectos microestruturais da superfície de fratura e adesão entre as camadas densa e porosa da placa cerâmica com um microscópio eletrônico de varredura (Shimadzu, SSX-550), voltagem de 15 kV, após metalização com uma camada de ouro. Em seguida, foram avaliados para a determinação das seguintes propriedades físicas: retração linear após a queima, massa específica aparente e absorção de água.

[36] As Figuras 3-5 apresentam micrografias obtidas por microscopia eletrônica de varredura da superfície de fratura dos corpos de prova da placa cerâmica de dupla camada, respectivamente com 2,5%, 5,0% e 7,5 % de incorporação de resíduo de pó de madeira. Estas figuras mostram de forma bem definida a formação de ambas as camadas, densa e porosa, que compõem a dupla camada da placa cerâmica. Observa-se que as camadas densa e porosa foram formadas com bom grau de adesão entre elas. As micrografias das Figuras 3-5 também mostram com bastante clareza o efeito da incorporação do resíduo de pó de madeira como um efetivo agente formador de poros na microestrutura queimada. Quanto maior é a quantidade de resíduo de pó de madeira incorporado, maior é a quantidade de poros gerados na camada porosa da dupla camada.

[37] Na Tabela 1 são apresentados os valores de retração linear após queima (RL), massa específica aparente (MEA) e absorção de água (AA) para os corpos de prova da placa cerâmica de dupla camada, os quais foram produzidos a 1235 ºC e com incorporação de 2,5 %, 5,0% e 7,5 % em peso de resíduo de pó de madeira na camada porosa.

[38] Os corpos de prova da placa cerâmica de dupla, objeto da presente patente de invenção, apresentaram valores de RL na faixa entre 8,57 a 9,12 %, conforme o percentual de incorporação de resíduo de pó de madeira. Tais valores indicam que as placas cerâmicas de dupla camada produzidas apresentam estabilidade dimensional compatível com aquela observada numa placa cerâmica de camada única convencional, em qualquer dos percentuais de incorporação do resíduo no intervalo de 2,5% a 7,5%.

[39] As placas cerâmicas de dupla camada produzidas com incorporação de 2,5 % a 7,5 % em peso de resíduo de pó de madeira na camada porosa apresentaram valores de MEA de 2,05 g/cm3 a 2,15 g/cm3 . De modo que o uso do resíduo pó de madeira da indústria moveleira permite a obtenção de uma placa cerâmica para revestimento de dupla camada base branca até 7,0 % mais leve em relação à placa cerâmica densa de camada única tradicional. Esta placa cerâmica de dupla camada mais leve tende a proporcionar melhores características de isolamento térmico e acústico.

[40] As massas cerâmicas formuladas para a camada densa e camada porosa possibilitaram a obtenção de placa cerâmica para revestimento de dupla camada que pode ser classificada, de acordo com as especificações da norma ISO 13006:2018(E) [1] em termos de absorção de água, como placa cerâmica de média absorção de água, especificamente, placa cerâmica semiporosa (classe BIIb), com valor de AA entre 6,86 % e 8,73 %.

[41] Desse modo, a placa cerâmica para revestimento de dupla camada, objeto da presente patente de invenção, com percentual de incorporação do resíduo pó de madeira proveniente de processo de lixamento na faixa de 2,5 % a 7,5 %, satisfaz a especificação técnica em termos de absorção de água, podendo ser classificada como uma placa cerâmica de média absorção de água pertencente a classe BIIb – semiporosa. Ademais, a placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada é mais leve e, por isso, mais conveniente para uso na confecção de fachada ventilada de edificações, preferencialmente, construídas em regiões ou países mais quentes.

Referências

[42] 1. ISO 13006:2018(E) tiles - Definitions, classification, characteristics and marking, Geneva, Switzerland, 2018.

[43] 2. R. Alves Junior, J.B. Silva, L.F.A. Campos, H.S. Ferreira, R.P.S. Dutra, Desenvolvimento de materiais cerâmicos de dupla camada com adição de diferentes materiais orgânicos. Revista Eletrônica de Materiais e Processos, V. 9, N. 1, p. 10–15, 2014.

[44] 3. M.A. Binhussain, M. Marangoni, E. Bernardo, P. Colombo, Sintered and glazed glass-ceramics from natural and waste raw materials, Ceramics International, V. 40, N. 2, p. 3543-3551, 2014.

[45] 4. R.M. Novais, M.P. Seabra, J.A. Labrincha, Wood waste incorporation for lightweight porcelain stoneware tiles with tailored thermal conductivity, Journal of Cleaner Production, V. 90, p. 66-72, 2015

[46] 5. R.M. Novais, M.P. Seabra, J.A. Labrincha, Lightweight dense/porous bi-layered ceramic tiles prepared by double pressing, Journal of Materials Processing Technology, V. 216, p. 169-177, 2015.

[47] 6. H. Wang, Y. Sun, L. Liu, R. Ji, X. Wang, Integrated utilization of fly ash and waste glass for synthesis of foam/dense bi-layered insulation ceramic tile, Energy and Buildings, V.168, p. 67-75, 2018.

[48] 7. G.R. Corrêa, A.L. Duarte, L.G. Abreu, Resíduos da indústria moveleira: diagnóstico nas empresas associadas ao SINDIMOV-MG, Blucher Design Proceedings, V.2, N.2, p. 4214-4225, 2016.

[49] 8. A.C. Casilha, C.L. Podlasek, E.F.C. Junior, M.C. Silva, S.N.F. Mengatto, Indústria moveleira e resíduos sólidos: considerações para o equilíbrio ambiental, Revista Educação & Tecnologia, V. 8, p. 209-228, 2004.

Claims (3)

1. Placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada caracterizada por ser composta por: uma camada densa, constituída por uma massa cerâmica para placa de média absorção de água; e uma camada porosa, na qual à massa cerâmica de composição semelhante àquela da camada densa, é incorporado o resíduo de pó madeira da indústria moveleira como agente formador de poros.
2. Placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada pelo fato da massa cerâmica da camada densa ser preparada pelo processo via seca e, ser composta por: 40 % em peso de argila caulinítica de queima branca, 47,5 % em peso de feldspato e 12,5 % de quartzo e umidificada com 7 % em peso de água.
3. Placa cerâmica semiporosa (BIIb) de dupla camada, de acordo com as Reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato da massa cerâmica da camada porosa ser preparada pelo processo via seca e, ser composta por: 97,5 % a 92,5 % em peso de massa cerâmica com composição semelhante da massa cerâmica da camada densa; 2,5 % a 7,5 % em peso de resíduo de pó de madeira da indústria moveleira; e umidificação com 7 % em peso de água.

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