"MATERIAL DE MADEIRA DE GRANDES DIMENSÕES, IMPREGNADO COMPOLÍMERO DE FURANO E MÉTODO PARA PREPARAÇÃO DO DITO MATERIAL"
A presente invenção se refere a um material demadeira impregnado com polímero de furano, que é de cor edensidade uniformes em toda a zona tratada. A fim de obtera madeira impregnada com o polímero, foi impregnado ummaterial de madeira de origem com uma mistura contendocompostos orgânicos polimerizáveis, de pelo menos álcoolfurfurílico e um composto adicional. A invenção também serefere a um método para preparação de um material demadeira impregnado com polímero de furano e respectivo usodos mesmos.
Fundamentos da Invenção
O estado da técnica que divulga a fabricação deum material de madeira impregnado com polímero de furanomediante impregnação de madeira com uma solução de álcoolfurfurílico e posterior polimerização do álcool furfurílicointernamente à madeira, produzindo um material de madeiramarrom escuro de material composto de polímero em zonastratadas, foi exposto de diferentes modos, conformedescrito a seguir.
1. Iniciadores
No método mais antigo, os iniciadores seconstituíam de sais solúveis em água, particularmente, decloreto de zinco. O sal era dissolvido em água e depois asolução era adicionada ao álcool furfurílico. O peso do salera de aproximadamente 5% do peso do álcool furfurílico.Essa mistura era depois impregnada dentro da madeira epolimerizada usando calor. Na medida em que ocorria aimpregnação, a água e o sal eram retidos pela madeira,próximo à superfície. O álcool furfurílico que penetravaintensamente na madeira era, assim, exaurido do iniciador,dessa forma, não tendo uma cura satisfatória. Portanto,esse método era restrito a pedaços de madeira curtos efinos.
Um método mais novo utilizou um processo de doisestágios. Primeiro, foi feito uma solução de cloreto dezinco em água. Esta foi impregnada dentro da madeira e amadeira foi seca. A quantidade de sal seco foi deaproximadamente 5% da quantidade calculada de álcoolfurfurílico que poderia ser impregnada na etapa seguinte. Aseguir a madeira foi impregnada com álcool furfurílico edepois curada com calor. Através desse método, foi formadoum material uniforme, porém foram necessários dois estágiosde impregnação e de secagem.
2. Tamanho do material
Para o raétodo mais antigo, foram requeridasseções finas e curtas extensões de madeira, devido àsrazões acima mencionadas. Um material de madeira serradoapresentou fortes gradientes de cor e densidade quandotratado, com o material mais escuro e mais denso próximo àssuperfícies da madeira tratada. Nas superfícies próximas àszonas satisfatoriamente tratadas (ou em pequenos pedaços),as densidades variaram na faixa de 0,9 g/cm3 a 1,15 g/cm3,enquanto no interior, a densidade se aproximou da densidadeda madeira de origem e o álcool furfurílico não curado sefez normalmente presente.
O método mais novo não se restringiu ao tamanho,como no caso do método mais antigo, mas o método foiconsideravelmente mais longo, uma vez que a secagem noprimeiro estágio precisou de cuidados para evitar fissurase empenamento.
3. Cor do material
Devido aos gradientes que utilizam o método maisantigo mencionado acima, a cor do material variou com aprofundidade das superfícies. A usinagem ou lixamento detais superfícies deixou exposto o material de cor maisclara, em que a cor variou com a distância da superfície. Ométodo mais novo, como um todo, apresentou excelentecoloração.
Resumo da Invenção
Um dos principais objetivos da invenção éfornecer um material de madeira impregnado com polímero defurano, mediante uso de pelo menos dois produtos químicos,a fim de obter uma solução de impregnação uniforme.
Outro objetivo da invenção é proporcionar umadistribuição uniforme dos produtos químicos na madeiraimpregnada com polímero de furano, que é de cor e densidadeuniformes em toda a zona tratada, proporcionando uma corescura uniforme. Isso se obtém através de uma etapa deimpregnação.
Ainda outro objetivo da invenção é deproporcionar um material de madeira impregnado com polímerode furano, apresentando aperfeiçoadas propriedades comrelação à estabilidade dimensional e resistência àdecomposição, entre outras.
Descrição Detalhada de Modalidades PreferidasNuma modalidade da presente invenção, éproporcionado um material de madeira impregnado compolímero de furano, caracterizada pela madeira serimpregnada com uma solução de monômero de furfurolpolimerizável, contendo pelo menos álcool furfurílico e umcomposto adicional selecionado dentre anidrido maléico,anidrido itálico, ácido maléico, ácido málico, ácidoitálico e combinação dos mesmos.
Em outra modalidade da presente invenção, éproporcionado um método para preparação de um material demadeira impregnado com polímero de furano, caracterizado emque a madeira é impregnada através de uma etapa deimpregnação com uma solução de monômero de furfurolpolimerizável, contendo pelo menos álcool furfurílico e umcomposto adicional selecionado do grupo que consiste deanidridos, ácidos e combinações dos mesmos, seguido de umaetapa de cura.
As premissas essenciais para a invenção incluem ouso de um ou mais produtos químicos que atuam como novosiniciadores. Esses iniciadores possuem afinidade similar aodo álcool furfurílico com a madeira e, portanto, entram namadeira e permanecem em solução, na medida em que tantomais penetram. Sempre que a solução penetra, a mesma épolimerizável. Os iniciadores são selecionados a partir dequalquer composto contendo anidrido, assim como de ácidosselecionados do grupo que consiste ácido maléico, ácidomálico, ácido ftálico e ácido esteárico. Entretanto, épreferencialmente usado um composto selecionado dentreanidrido maléico, anidrido ftálico e combinações dosmesmos. Mais preferencialmente, é usado anidrido maléico ouanidrido ftálico ou uma combinação dos mesmos, sendo maispreferido o uso de anidrido maléico ou anidrido ftálico.Para fazer uma solução de tratamento, pelo menos um desses iniciadores, preferencialmente apenas um dessesiniciadores, é dissolvido diretamente no álcoolfurfurilico, formando uma solução que apresenta diversosmeses de vida útil à temperatura ambiente. A concentraçãovaria de cerca de 5% a cerca de 20%, baseado no peso do álcool furfurilico. As concentrações mais baixasproporcionam tempo de armazenamento mais longo e produzemuma cura mais lenta quando aquecidas. As concentrações maisaltas são usadas quando se deseja tempos de cura maisrápidos, quando são requeridas temperaturas de cura inferiores às temperaturas normais ou quando se usamadeiras que contêm inibidores de polimerização.
A impregnação da madeira através da solução detratamento inicial é realizada usando um processo de cubaintegral, que utiliza uma quantidade de vácuo inicial, seguido de pressão super-atmosférica, que varia de cerca de1 a cerca de 20 atmosferas. O vácuo inicial pode seraplicado, variando num período de cerca de 5 minutos a 30minutos ou mais e a pressão super-atmosférica pode seraplicada variando num período de cerca de 20 minutos a cerca de 1 hora, ou mais.
A cura é realizada usando calor liberado pelo arquente, vapor, óleo quente ou ainda por aquecimento de altafreqüência. 0 calor ativa os iniciadores e dá início àpolimerização. A temperatura normal de cura pode variar nafaixa de cerca de 70°C a cerca de 140°C. A cura requeralgum tempo numa temperatura de cerca de 90°C e algum temponuma temperatura de cerca de 140°C ou um tempo determinadoà temperatura de cerca de 140°C. Os períodos de tempo irãovariar conforme o tamanho do material e o tipo de forno. Otempo de cura pode variar no período de cerca de meia horaa cerca de doze horas, particularmente, no período de cercade meia hora a cerca de seis horas. O período de tempo etemperaturas mais baixas não são críticos. Mas a etapa detemperatura mais alta é nova, sendo considerada crítica, afim de se obter um produto de boa qualidade.
Quando se utiliza ar quente, a temperatura dacura é de cerca de 90°C. O material é então colocado em umambiente aquecido. Quando o material alcança umatemperatura de cerca de 90°C, tem início uma reação depolimerização exotérmica. O calor adicional gerado pelareação acelera a cura, que é completada em poucos minutos.Depois, a temperatura é elevada para cerca de 140°C,durante cerca de uma hora, para expelir os produtosreacionais e monômero(s) não curado(s). O estágio definalização sob alta temperatura após a cura é um aspectofundamental da invenção. Alternativamente, uma temperaturaque proporcione queimaduras no material de madeira pode serusada como temperatura máxima (temperatura de queima).Quando é usada uma atmosfera de ar, o oxigênio irá maisfacilmente proporcionar queimaduras. A fim de evitar esseproblema, deve ser usada uma atmosfera livre de oxigênio.
O material de partida é um material de madeira,normalmente madeira serrada, que inclui tábuas (madeiraserrada grossa), mas também pode ser de madeira composta,tal como painel de fios orientados e painel de partículas.Materiais de madeira de quaisquer dimensões podem serutilizados, preferencialmente de grandes dimensões, em quea dimensão máxima do comprimento do material acabado é de100 m, a dimensão máxima do diâmetro do material acabado éde 7 m e a dimensão mínima da seção transversal do ditomaterial acabado é de 40 m2. Normalmente, a madeira serrada(tábua) é no máximo de 50 mm de espessura. Entretanto, aextensão é de grande importância, uma vez que a solução detratamento percorre de modo rápido ao longo da extensão,porém, de modo bastante lento ao longo da seçãotransversal.
Com madeira permeáveis, como madeira de faia e dovidoeiro, a uniformidade do tratamento é determinada pelomodo satisfatório como a solução de tratamento permaneceuniforme, na medida em que se movimenta ao longo daextensão. Quando a impregnação se completa, o material demadeira/lenhoso formado por esse método apresentapropriedades uniformes integralmente. A cor, a resistênciaà umidade e deterioração e as propriedades mecânicas sãotambém integralmente consistentes. As propriedades e cor depeças individuais de madeira serrada tratada, depende,desse modo, da carga do polímero obtido. Espéciesdiferentes de madeira e mesmo diferentes painéis da mesmaespécie, podem se impregnar diferentemente. Esses painéisque aceitam uma maior quantidade de polímero apresentam umacoloração mais escura e uma maior dureza. Entretanto, aresistência à umidade e à deterioração são pouco afetadaspelo carregamento.
O teor de umidade do material à base de madeirapode variar em até cerca de 30%, particularmente, em maisde cerca de 15%, mas pode também ser inferior a 15%. Noentanto, o teor de umidade do material de madeira não écritico.
0 material de madeira, incluindo materiais detipos mais baratos e refugos, podem ser usados paraproduzir produtos nobres de madeira, tais como teca (árvoreoriginária da índia) de imitação, mogno, junco e outros, etambém proporciona aos mesmos novas propriedades, comoresistência à água e requisitos de manutenção mais simplese reduzidos.
Conquanto composições, métodos e usos específicossejam aqui referidos, deve ser entendido que tais receitasespecíficas não devem ser consideradas como limitativas,sendo incluídos por meio de ilustração e paraestabelecimento do melhor modo em conformidade com apresente invenção.
Exemplo
Os painéis de três espécies de madeira dura deaproximadamente 1 m de comprimento e 12 mm de espessuraforam enfeixados juntos e impregnados por meio de pressão avácuo usando uma solução de tratamento contendo 5% deanidrido maléico e 95% de álcool furfurílico. A cura foifeita em um forno de ar quente a 95°C por 2 horas, seguidode 3 horas a 140°C. Em cada estágio de tratamento, cadafeixe foi pesado. Ao final, foi calculada a conversão domonômero em polímero, conhecendo a perda dos produtosreacionais. Alguns painéis foram cortados separadamenteapós tratamento e sua uniformidade de tratamento foiavaliada usando mudança de cor.
Os dados de tratamento são dados na Tabela abaixo, em que o tipo 1 de madeira é a madeira de faia, otipo 2 de madeira é a madeira de bordo (árvore da famíliadas Aceráceas) e o tipo 3 de madeira é a madeira dovidoeiro.
<table>table see original document page 10</column></row><table>
Onde:
a) representa o peso conforme recebido, com teor de umidade(MC) (em inglês: moisture content) de 6%;
b) representa o peso calculado do forno seco (OD) (eminglês: oven dry) (MC 0%);
c) representa o peso registrado após impregnação (que aindainclui a umidade) ;
d) representa o peso após a cura, também sem umidade devidoao aquecimento;
e) representa o percentual de monômero na madeira (a partirde (c)), com base no peso calculado do forno seco (OD);
f) representa o percentual de polímero na madeira (a partirde (d)), com base no peso calculado do forno seco (OD);
g) representa o percentual de monômero que é convertido empolímero durante a cura;
h) representa a densidade final curada.
As madeiras de bordo e do vidoeiro se comportaramsimilarmente entre si. Estas madeiras se impregnaram demodo satisfatório, mas as superfícies tratadas foram umpouco melhor que o interior, que foi de cor marrom maisclaro. Tais madeiras apresentaram absorção, densidade eeficiência de conversão ligeiramente inferiores que àmadeira de faia. A madeira de faia apresentou absorção,conversão e densidade mais altas e foi integralmenteuniformemente tratada, sendo considerada a melhor espécieusada, apresentando, integralmente, cor uniforme e escura,quando cortada.
A nova fórmula de impregnação e programação decura produziu uma composição de polímero uniforme namadeira, ao se utilizar a madeira de faia e um materialbastante uniforme ao se utilizar as madeiras de bordo e devidoeiro.
Será evidente para os especialistas versados natécnica que diversas modificações e variações poderão serfeitas nas composições, métodos e usos da presenteinvenção, sem que seja afastado o espírito do escopo damesma. Portanto, é pretendido que a presente invenção cubraas modificações e variações de tal invenção, desde que asmesmas sejam adequadas dentro do escopo das reivindicaçõesanexas e de suas equivalências.