BR112013033822B1 - Composiçao de amido oxidado, elemento para o dominic da construçao compreendendo a mesma, e sua utilizaçao para o reforço do nucleo de tal elemento - Google Patents
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Abstract
AMIDO PARA O REFORÇO DO NÚCLEO DE PLACAS DE GESSO. A presente invenção refere-se a uma composição compreendendo sulfato de cálcio semi-hidratado ou anidro, água e amido oxidado, apresentando o referido amido oxidado: - uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e - um máximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e um máximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs; sendo que a viscosidade Brookfield é medida para uma solução aquosa de amido oxidado, a uma concentração de 8%, percentagem em massa.
Description
[001] A presente invenpao refere-se a uma composipao de gesso e de amido oxidado, a um elemento para o campo da construpao, compreendendo a referida composipao, assim como a utilizapao de amido para aumentar a resistencia mecanica do nucleo das placas de gesso.
[002] As placas de gesso compreendem geralmente duas folhas de guarnipoes, por exemplo, de papel cartonado, tomando intercalado uma camada de gesso que forma o nucleo da placa. No entanto, estas placas sao bastante pesadas. Deste modo, tornou-se necessario ali- geira-las. No entanto, o aligeiramento das placas de gesso tern como inconveniente diminuir a resistencia mecanica a compressao das placas de gesso.
[003] Assim, tornou-se necessario encontrar um outro meio para melhorar a resistencia mecanica a compressao do nucleo das placas de gesso.
[004] Deste modo, o problema que a invenpao se propoe resolver e fornecer um novo meio para reforpar o nucleo das placas de gesso.
[005] De forma inesperada, os inventores puseram em evidencia que e possivel utilizar amido oxidado, possuindo um perfil reologico especifico e apresentando uma viscosidade controlada as temperatures de secagem das placas de gesso.
[006] E conhecida a utilizapao do amido como agente de ligapao entre a guarnipao e o nucleo das placas de gesso. Estes amidos sao geralmente modificados para diminuir a sua viscosidade e para aumentar a sua solubilidade na agua a uma temperature moderada. Sao adicionados na pasta de gesso que serve para realizar o nucleo. Durante a secagem das placas, quando a temperatura aumenta, aqueles sao solubilizados e migram com a agua para a superficie da placa, on- de se encontram as guarnipoes. Ora, quando a temperatura aumenta durante a secagem, o amido migra para a superficie, com a agua, e permanece pouco tempo no nucleo da placa de gesso, em virtude da fluidez do amido.
[007] A presente invenpao propoe amidos oxidados que se dis- solvem no nucleo das placas de gesso, mas que praticamente nao mi- gram para as superficies (guarnipoes).
[008] Para este efeito, a presente invengao propoe uma composi- pao compreendendo sulfato de calcio semi-hidratado ou anidro, agua e amido oxidado, sendo que o referido amido oxidado apresenta:- uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs;
[009] sendo a viscosidade Brookfield medida para uma solupao aquosa de amido oxidado, a uma concentrapao de 8%, percentagem em massa.
[0010] A invenpao propoe igualmente um elemento para o dominio da construpao, realizado utilizando-se a composipao descrita acima.
[0011] A invenpao propoe igualmente a utilizapao de amido oxidado para aumentar a resistencia mecanica do nucleo das placas de gesso, o amido oxidado, apresentando o referido amido:- uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs;
[0012] sendo a viscosidade Brookfield medida para uma solupao aquosa de amido oxidado, a uma concentrapao de 8%, percentagem em massa.
[0013] A invengao oferece pelo menos uma das vantagens descri- tas adiante.
[0014] A utilizapao do amido oxidado de acordo com a invenpao permite, vantajosamente, aumentar a resistencia mecanica do nucleo das placas de gesso de pelo menos 10%, em comparapao com a mesma placa sem a utilizapao deste amido oxidado.
[0015] A utilizapao do amido oxidado de acordo com a invenpao apresenta vantajosamente resultados muito satisfatorios em todos os tipos de gessos.
[0016] Vantajosamente, os amidos propostos nao sao soluveis em agua a uma temperatura inferior ou igual a 45 °C, o que permite nao se modificar a reologia do gesso durante a malaxagem, que tern lugar geralmente a uma temperaura inferior ou igual a 45 °C. Pelo contrario, aqueles se solubilizam no nucleo das placas durante a secagem.
[0017] Finalmente, a invenpao tern a vantagem de poder ser utili- zada na industria, por exemplo, na industria da construpao civil ou na industria da construpao de elementos de gesso.
[0018] Outras vantagens e carateristicas da invenpao surgirao cla- ramente com a leitura da descripao e dos exemplos que se seguem, dados a titulo puramente ilustrativo e nao limitativo.
[0019] Entendem-se preferencialmente, de acordo com a presente invenpao, pelos termos que se seguem:- por gesso ou sulfato de calcio dihidratado: CaSO4-2(H2O);- por sulfato de calcio semi-hidrato ou sulfato de calcio par- cialmente anidro: CaSO4-0,5H2O;- por sulfato de calcio anidro ou anidrite (tipo II ou tipo III) ou sulfato de calcio totalmente anidro: CaSCU.
[0020] Entende-se pelo termo "gesso", de preferencia, de acordo com a invenpao, tanto o sulfato de calcio sob a forma CaSOzrO.SFW, como sob a forma CaSO4-2(H2O) apos a hidratapao.
[0021] Pela expressao "elementos para o dominio da construpao" entende-se geralmente, de acordo com a presente invenpao, qualquer elemento de uma construpao, como por exemplo, um muro, uma parade, um contra-muro, um teto, um painel ou uma placa de gesso.
[0022] Primeiramente, a invenpao tern como objeto uma composi- pao, compreendendo sulfato de calcio semi-hidratado ou anidro, agua e amido oxixdado, sendo que o referido amido oxidado apresenta:- uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs;
[0023] sendo a viscosidade Brookfield medida para uma solupao aquosa de amido oxidado, a uma concentrapao de 8%, percentagem em massa.
[0024] O amido oxidado conveniente, de acordo com a invenpao, po- de ter diversas origens, por exemplo, de milho, de batata ou de ervilhas.
[0025] O amido oxidado conveniente de acordo com a invenpao e preferencialmente o amido de milho.
[0026] O amido oxidado apresenta preferivelmente uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 10 cPs a 60 °C, mais preferivelmente inferior ou igual a 15 cPs a 64 °C.
[0027] O amido oxidado apresenta, preferencialmente, um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 85 °C, mais preferencialmente a uma temperatura compre- endida na faixa de 68 °C a 80 °C.
[0028] O amido oxidado apresenta preferivelmente um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 190 cPs a 1500 cPs.
[0029] A viscosidade Brookfield do amido, tai como e definida na descripao e nas reivindicaçoes, foi medida preparando-se uma mistura de 33,79 g de amido a 5,3% de umidade em 366,21 g de solupao satu- rada em gesso. A solupao e aquecida ate 35 °C, em seguida e aqueci- da com um gradiente de temperatura de 3 °C por minuto ate 94 °C. A solupao e mantida sob agitapao durante a subida da temperatura. A viscosidade e medida a diferentes temperaturas. O viscosimetro e um viscosfmetro Brookfield, model© LV-DV1. As medipoes de viscosidade foram realizadas a 30 rotapoes por minuto, utilizando-se o fuso cilindri- co LV2, codigo 62.
[0030] O amido convenient©, de acordo com a invenpao, foi oxidado parcialmente. Isto significa que o amido sofreu uma reagao de oxi- dapao por meio de um agente oxidante. O amido pode ser oxidado por um oxidante como um hipoclorito de metal alcalino, por exemplo, o hi- poclorito de sodio (NaOCI) ou iodato de sodio (NalOs) ou agua oxige- nada (H2O2) ou ozonio. A oxidapao do amido tambem pode ser obtida por meio de permanganate de potassio, em seguida por tratamentos com acido lactico e com acido citrico. No decurso da oxidapao do amido, sao geralmente introduzidos na molecula do amido grupos carboxi- las ou carbonilas.
[0031] O amido convenient© de acordo com a invenpao pode ser obtido vantajosamente depois de outros tratamentos de oxidapao.
[0032] A composipao de acordo com a invenpao pode compreen- der, por sua vez, vantajosamente, diversos aditivos ou adjuvantes utili- zados habitualmente, tais como fluidificantes, reguladores de presa (aceleradores e/ou retardadores), espessantes, plastificantes, agentes tensoativos, hidrofugantes, agentes de espumapao ou cargas inertes.
[0033] De acordo com diferentes variantes da invengao, a composipao de acordo com a invenpao pode compreender, ainda:- um agente fluidificante, por exemplo, os poli-sulfonatos de melamina (PMS), os polissulfonatos de naftaleno (PNS), os policarbo- xilato polioxietileno (PCP);- um agente espessante, por exemplo, derivados celulosi- cos, como por exemplo, carboximetilcelulose, metilhidroxipropilcelulose ou metil-hidroxietilcelulose, gomas vegetais, como por exemplo, as gomas de acacia, tragacanto, alfarroba, dextrano, diutano, gelano, guar, escleroglucano, xantano, welano, polioxidos de etileno, o amido ou os seus derivados, gelatina, polissacandeos, hidrocoloides, agar, carragenina, ou as suas misturas;- um agente polastificante, nomeadamente que confira plas- ticidade a composipao, por exemplo, uma argila;- um agente tensoativo, por exemplo, um oleo de silicone, um oleo mineral, um oleo vegetal, talco, mica ou um derivado silicatado;- agentes reguladores de presa, do tipo acelerador (por exemplo, germen de gesso, K2SO4, gel de sulfato, "Ball Milled Accelerator" [acelerador moido em moinho de esferas]), que e uma mistura de 50% de gesso, 40% de amido e 10% de lignossulfato de calcio) ou do tipo retardador (por exemplo, proteinas degradadas ou nao degra- dadas, apucares, poliacrilatos);- cargas inertes, por exemplo, carbonato de calcio, gesso, gesso proveniente de refugos de placas de gesso;- fibres, por exemplo, fibres vegetais ou minerais, residues de papel.
[0034] A invenpao refere-se igualmente a um elemento para o do- minio da construpao, realizado por utilizapao de uma composipao de acordo com a invenpao.
[0035] Em particular, a invengao se refere a uma placa de gesso realizada por utilizapao de uma composipao de acordo com a invenpao. Esta placa de gesso pode compreender, pelo menos, uma guarni- pao. As guarnipoes geralmente utilizadas na fabricapao de placas de gesso sao particularmente convenientes, como por exemplo, as guarnipoes de fibra de celulose (por exemplo, as guarnipoes de papel, de papel reciclado), ou de fibra inorganica (por exemplo, as guarnipoes de fibra de vidro). Esta placa de gesso pode compreender pelo menos uma camada de gesso denso. As camadas de gesso denso das placas de gesso convencionais sao muito particularmente convenientes, por exemplo, as camadas densas presentes na placa de gesso conventional do tipo BA13.
[0036] A invenpao se refere igualmente a utilizapao de amido oxidado para aumentar a resistencia mecanica do nucleo das placas de gesso, o amido oxidado, sendo que o referido amido apresenta:- uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e- um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs;
[0037] sendo que a viscosidade Brookfield e medida para uma solupao aquosa de amido oxidado, a uma concentrapao de 8%, percen- tagem em massa.
[0038] Tudo o que foi indicado acima para o amido que entra na composipao de acordo com a invenpao e valido para a utilizapao, de acordo com a invenpao, do amido.
[0039] A figure 1 representa a viscosidade de varios amidos oxidados, para diferentes concentrapoes de agente oxidante, em funpao da temperatura.
[0040] Os exemplos que se seguem ilustram a INVENÇÃO, sem limi- tar a mesma no seu alcance.
[0041] Foi utilizado o protocolo seguinte:
[0042] - uma balanQa de precisao;
[0043] - um copo pyrex de 500 mL;
[0044] - uma placa de aquecimento combinada com um agitadormagnetico, e equipada com uma sonda de regula?ao da temperatura;
[0045] - um viscosimetro Brookfield LV-DV1;
[0046] - um termometro e uma sonda de controle.
[0047] - amido de milho em po ("Native Corn Starch" da sociedadecoreana DAESANG) ou amido de milho oxidado;
[0048] - uma solucao saturada de gesso proveniente da fabricaDangjin da sociedade Lafarge (a solucao mais representativa do meio liquido em que o amido se encontrara na placa de gesso);
[0049] - gesso de Dangjin (fabrica da sociedade Lafarge na Coreiado Sul).
Tabela I: Carateristicas do gesso de DangjinPreparacao de uma solupao saturada de gesso de DANGJIN:
[0050] Foram pesados 15 g de gesso (sendo o limite de solubilida- de de 11,8 g) para se obter uma solugao saturada em Ca(SO4), 2H2O. Este gesso foi adicionado a 4,5 L de agua num Erlenmeyer de 5 L. A solugao obtida foi agitada durante um minimo de 12 horas.
[0051] Os diferentes adjuvantes foram adicionados nas proporgoes precisadas adiante e a agitagao foi prolongada durante 1 h. A solugao foi filtrada atraves de um filtro de Buchner com um papel de filtro da sociedade Whatman, sem cinzas, grau 42, diametro 125 mm.
[0052] Para se ter uma concentrapao de amido seco de 8% na solugao saturada em gesso de Dangjin, foram pesados e colocados num recipients 33,79 g de amido com 5,3% de umidade e 366,21 g de solugao saturada de gesso de Dangjin. Este recipients foi colocado sobre uma placa de aquecimento. A sonda de regulagao foi introduzida no recipiente. A solugao foi colocada sob agitagao a 300 r.p.m. e aqueci- da a 35 °C. O viscosimetro foi colocado em posigao. Assim que a temperatura de 35 °C foi alcangada, o cronometro foi disparado. A viscosidade foi medida regularmente a uma velocidade de 30 r.p.m. e com o fuso cilindrico LV2 codigo 62. Ao firn de 20 minutos a sonda de regulagao de temperatura foi retirada da solugao. A temperatura de ajusta- mento da placa de aquecimento foi aumentada para 115 °C. A sonda de controle de temperatura (a que esta ligada a caixa) foi introduzida na solugao. As medigoes de viscosidade foram continuadas ate aos 94 °C, anotando-se simultaneamente o tempo correspondents as temperatures das medigoes. A solugao foi mantida a 94 °C ate se obter a queda de viscosidade. Quando necessario, foi adicionada agua para nao se alterar a concentracao da solugao por causa da evaporagao. Assim que a queda de viscosidade foi obtida, a solucao foi arrefecida e a viscosidade foi igualmente medida depois do arrefecimento.
[0053] A cuba do reator de parede dupla foi colocada em posipao e a parede dupla foi cheia com agua termostatada (ou com um liquido portador de calor). O reator foi posto em aquecimento ate 45 °C. O amido e a agua foram pesados e introduzidos na cuba do reator. Foi adicionada a pa de agitapao, a tampa foi colocada em posipao a firn de fe- char, a agitacao foi posta em movimento a 200 r.p.m., assim como o refrigerante, a ampola de carga e a sonda de pH e de temperatura. Em seguida esperou-se que o meio de reagao estivesse a cerca de 45 °C: o pH do meio de reagao foi ajustado a 9 por adicao de NaOH a 30% (per- centagem em massa). A agua de Javel foi introduzida progressivamente e com o auxilio de uma ampola de carga. A evolucao do pH foi acom- panhada. O pH esteve compreendido na faixa de 8,5 a 9 durante toda a reagao. Quando o pH diminuia, era adicionada soda com o auxilio de uma ampola de carga. A mistura foi deixada sob agitacao e a temperatura constante de 45 °C durante o decurso da oxidacao. A reacao foi parada adicionando-se gota a gota bissulfito de sodio, ao mesmo tempo que se controlava o pH da mistura e sem parar a agitacao. Quando o pH atingiu o valor de 7 tinha sido obtida a suspensao de amido. Foi rea- lizada uma filtracao por um filtro de Buchner com um papel de filtro da sociedade Whatman, sem cinzas, grau 42, diametro 125 mm. Em seguida, o bolo de filtracao obtido foi lavado duas ou tres vezes com agua. O solido obtido depois da filtracao foi arrefecido num congelador, e depois foi seco por liofilizacao. Foi obtido amido oxidado em po.
[0054] A tabela II abaixo indica as condiQoes de oxidacao para ca- da amido. Tabela II: condigdes de oxidagao
[0055] Os amidos oxidados OX-ST 1, OX-ST 2, OX-ST 3 e OX-ST 4 apresentavam todos um teor em amilose de 25 a 28% e um teor em amilopectina de 72 a 75%, percentagem em massa.
[0056] As mini-placas foram realizadas no laboratorio, a 20 °C. Es- tas mini-placas nao continham guarnigoes. A malaxagem foi efetuada no malaxador Hobart (Referenda Hobart: Modelo N50, 3 velocidades, agitador planetario, batedeira inox).
[0057] Foi preparada uma pasta de gesso da seguinte maneira. Os pos (gesso de Dangjin e adjuvantes solidos) foram introduzidos no malaxador e misturados a seco a velocidade 1 (60 r.p.m.) durante 5 minu- tos. Em seguida foi acrescentada a agua de preparagao da massa (com os adjuvantes liquidos na agua, sem agente espumante) sobre os pos, em 10 segundos, sendo que o malaxador funcionava a veloci- dade 1 (60 r.p.m.). Em seguida a mistura foi mantida a velocidade 1 (60 r.p.m.) durante 15 segundos. O motor do malaxador foi parado durante 20 segundos, e as paredes da tigela de malaxagem foram ras- padas com a pa. O malaxador foi reposto em rota^ao a velocidade 2 (120 r.p.m.) durante 10 segundos.
[0058] Assim que a malaxagem estava terminada, a pasta foi va- zada num molde horizontal em PVC ngido, de 30 cm de lado e de 13 mm de altura, com um fundo em PVC. O resto da pasta foi vazado numa outra placa de vidro, a firn de se medir o tempo de presa a espatula e o tempo de presa Gilmore.
[0059] O molde foi abanado ligeiramente e a superficie da pasta foi estendida uma vez com o auxilio de um rolo. Esperou-se durante alguns minutos (2 a 3 minutos) o desaparecimento das grandes bolhas a superficie, em seguida foi aplicada sobre a pasta de gesso uma placa de vidro, por cima do molde, come?ando por uma borda.
[0060] Quando foi alcan^ada a presa de Gilmore (apos cerca de 10 minutos), a placa de vidro foi retirada delicadamente. A placa de gesso obtida foi desmoldada, e em seguida colocada num saco de plastico. O saco foi fechado hermeticamente e deixou-se o gesso hi- dratar durante 60 minutos a temperatura ambiente. Estas operates permitiram evitar a evapora?ao da agua das placas.
[0061] A placa no saco de plastico fechado sofreu em seguida uma cura a 90 °C durante 60 minutos, numa estufa. Esta opera^ao permitiu gelatinizar ao maximo os amidos no nucleo da placa. O saco hermetico permitiu conservar a umidade saturada da atmosfera que rodeava placa, e assim prevenir a migra^ao de agua no decurso da cura. Por consequencia, nao houve migra$ao possivel dos amidos para a superficie das placas.
[0062] Depois da cura, as placas foram retiradas do seu saco e secas numa estufa durante 24 horas, a 45 °C, UR (umidade relativa) regulada a 6% (ate massa constante). As placas foram em seguida recortadas em quadrados de 5 cm por 5 cm e condicionadas em estufa durante a noite, a 45 °C, UR regulada a 6%. Em seguida foi determi- nada a massa especifica, assim como a resistencia a compressao dos quadrados de gesso (miniplacas).
[0063] A resistencia a compressao das miniplacas e caraterizada pelo valor de M1, de acordo com a equapao seguinte:Rc (Mpa)M1 = (densidade seca nucleo'pureza gessoAtaxa hidrato)3
[0064] em que:
Claims (8)
1. Composipao, caracterizada pelo fato de que compreende sulfato de calcio semi-hidratado ou anidro, agua e amido oxidado, em que o referido amido oxidado apresenta:-uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e-um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e-um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs;sendo a viscosidade Brookfield medida para uma solupao aquosa de amido oxidado, a uma concentrapao de 8%, percentagem em massa.
2. Composipao de acordo com a reinvindicação 1, caracterizada pelo fato de o amido oxidado apresentar uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 15 cPs a 64 °C.
3. Composipao de acordo com a reinvindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de o amido oxidado apresentar o seu maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 85 °C.
4. Composipao de acordo com qualquer uma das reivindi- capoes 1 a 3, caracterizada pelo fato de o amido oxidado apresentar um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 190 cPs a 1500 cPs.
5. Composipao de acordo com qualquer uma das reivindi- capoes 1 a 4, caracterizada pelo fato de o amido ser parcialmente oxidado.
6. Elemento para o dominio da construpao, caracterizado pelo fato de ser realizado empregando-se uma composipao como defi- nida em qualquer uma das reivindicaçoes 1 a 5.
7. Elemento de acordo com a reivindicacao 6, caracterizado pelo fato de se tratar de uma placa de gesso.
8. Utilizacao de amido oxidado na composicao como defini- da na reivindicacao 1, caracterizada pelo fato de ser para aumentar a resistencia mecanica do nucleo de placas de gesso, o amido oxidado apresentando:-uma viscosidade Brookfield inferior ou igual a 2 cPs a uma temperatura inferior ou igual a 55 °C; e-um maximo de viscosidade Brookfield a uma temperatura compreendida na faixa de 65 °C a 100 °C; e-um maximo de viscosidade Brookfield compreendido na faixa de 100 cPs a 3000 cPs;sendo a viscosidade Brookfield medida para uma solugao aquosa de amido oxidado, a uma concentracao de 8%, percentagem em massa.
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