BR0314993B1 - Processo para a produção de um corpo de madeira com uma dureza superficial aumentada, e, corpo de madeira - Google Patents

Processo para a produção de um corpo de madeira com uma dureza superficial aumentada, e, corpo de madeira Download PDF

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Description

“PROCESSO PARA A PRODUÇÃO DE UM CORPO DE MADEIRA COM
UMA DUREZA SUPERFICIAL AUMENTADA, E, CORPO DE MADEIRA” Descrição A invenção refere-se a um processo para a produção de um corpo de madeira com dureza superficial aumentada e menor emissão de formaldeído, caracterizado pelo fato de que um corpo de madeira não- tratado é impregnado com uma solução aquosa de A) um agente de impregnação composto de um l,3-bis(hidroximetil)-4,5- diidroxiimidazolidinona-2 modificado com um álcool Ci_5, um poliol ou suas misturas, e B) um catalisador a partir do grupo de sais metálicos ou de amônio, ácidos orgânicos ou inorgânicos ou suas misturas, secado e a seguir endurecido sob temperatura elevada.
Sob um corpo de madeira é compreendido um corpo moldado sólido, que inclui compensados. A partir do corpo de madeira e do agente de impregnação, deve ser formado igualmente um material compósito, no qual as propriedades positivas do material de madeira natural, em especial a aparência estética, devem ser mantidas, sendo, no entanto, aperfeiçoadas uma ou mais propriedades físicas. Isto refere-se, de modo especial, à dureza superficial. A partir da publicação "Treatment of timber with water soluble dimethylol resins to improve the dimensional stability and durability", in Wood Science and Technology 1993, págs. 347-355, é conhecido que, para aperfeiçoar as propriedades de encolhimento e intumescimento da madeira, assim como a sua resistência contra fungos e insetos, esta deve ser tratada com um agente de impregnação, que é composto de uma solução aquosa de dimetiloldiidroxietilenouréia (DMDHEU ou l,3-Bis(hidroximetil)-4,5- diidroximidazolidinon-2) e um catalisador. Como catalisadores são usados, neste caso, sais metálicos, ácidos cítricos e sais de amina, isoladamente ou em combinação. O DMDHEU é usado na solução aquosa em concentrações de entre 5% a 20%. A quantidade de catalisador acrescentada é de 20%, com base no DMDHEU. A impregnação ocorre sob vácuo. Em temperatura elevada, a reação do DMDHEU ocorre consigo mesmo e com a madeira. Esta reação transcorre durante uma hora em um forno de secagem em temperaturas de 80°C ou de 100°C. As amostras de madeira assim tratadas apresentam um aperfeiçoamento das propriedades de encolhimento e de intumescência de at'pe 75%, e até mesmo em concentrações do DMDHEU de 20%. Corpos de madeira com medidas de 20 mm x 20 mm x 10 mm foram investigados deste modo. O processo descrito apenas podem ser usado no caso de corpos de madeira de pequenas dimensões, porque, no caso de dimensões maiores, eles tendem à formação de rachaduras. A partir da publicação de W. D. Ellis, J. L. 0'Dell, "Wood- Polymer Composites Made with Acrylic Monomers, Isocyanate and Maleic Anhydride", publicada no Journal of Applied Polymer Science, Vol. 73, páginas 2493-2505 (1999), é conhecido o tratamento de madeira natural com uma mistura de acrilatos, isocianato e anidrido maleico, sob vácuo. Os materiais usados reagem consigo mesmos, no entanto, não reagem com a madeira. Através de uma tal impregnação, é aumentada a densidade, a dureza e a resistência contra a difusão de vapor d’água. Além disso, são ainda melhoradas a repelência à água e a estabilidade dimensional da madeira. A partir da EP-B 0 891 244 é conhecido impregnar corpos de madeira de madeira maciça com um polímero biologicamente degradável, uma resina natural e/ ou um éster de ácido graxo, opcionalmente mediante o uso de vácuo e/ou pressão. A impregnação ocorre sob temperaturas elevadas.
Neste caso, os poros na madeira são, pelo menos, substancialmente enchidos e resulta um corpo moldado, que contém tanto madeira, como também polímero biologicamente degradável. Não ocorre uma reação do polímero com a madeira. Com este tratamento, as propriedades características da madeira, a biodegradabilidade, assim como as propriedades mecânicas não são perdidas. A termoplasticidade pode ser aumentada. De acordo com a fração de polímero usada, resulta um aumento da dureza superficial através da incorporação do polímero à matriz da madeira, de tal modo que madeiras de natureza mole possam ser também apropriadas para pisos de alto valor. A SE-C 500 039 consiste em um processo para o endurecimento de madeira com compressão, no qual a madeira não-tratada é embebida com vários monômeros aminoplásticos à base de melamina e de formaldeído através de impregnação por pressão a vácuo, a seguir secada, e endurecida em uma prensa mediante compressão sob temperatura elevada.
Como reticuladores são usados, entre outros, DMDHEU, dimetiloluréia, dimetoximetiluréia, dimetiloletilenouréia, dimetilolpropilenouréia, assim como dimetoximetilurona. Este processo apresenta a desvantagem de que a estrutura natural da madeira é perdida através da compressão, assim como a emissão de formaldeído do corpo de madeira pronto, de acordo com o reticulador usado, é relativamente alta. A invenção tem como objetivo, colocar à disposição um processo para aperfeiçoar a dureza superficial de um corpo de madeira, também no caso de grandes dimensões, que não apresente as desvantagens do estado da técnica, de modo especial que não conduza a nenhuma formação de rachaduras na madeira, nos quais seja mantida a estrutura da madeira natural.
Com isto, resultam para o corpo de madeira diversas possibilidades de uso vantajosas, em especial no caso de uso como taco. O objeto da invenção foi alcançado, de acordo com a invenção, através do processo inicialmente descrito.
Um agente de impregnação apropriado A) para corpos de madeira é, de modo apropriado, um l,3-bis(hidroximetil)-4,5- diidroxiimidazolidinona-2 modificado com um álcool Ci_5, um poliol, ou suas misturas. Ο 1,3-bis(hidroximetil)-4,5-diidroxiimidazolidinona-2 modificado (mDMDHEU) é, por exemplo, conhecido a partir das patentes US 4. 396. 391 e WO 98/ 29393. Neste caso, trata-se de produtos da reação de l,3-bis(hidroximetil)-4,5-diidroxiimidazolidinon-2 com um álcool C1.5, um r poliol, ou suas misturas. Alcoois C1.5 são, por exemplo, metanol, etanol, n- propanol, iso-propanol, n-butanol e n-pentanol, de modo preferido metano.
Polióis apropriados são etileno glicol, dietileno glicol, 1,2- e 1,3- propilenoglicol, 1,2-, 1,3- e 1,4-butilenoglicol, glicerina e polietileno glicóis das fórmula HO (CH2CH20)n, com n sendo de 3 a 20, de modo preferido dietilenoglicol.
Para a modificação do l,3-bis(hidroximetil)-4,5- diidroxiimidazolidinon-2 (mDMDHEU), DMDHEU é misturado com um álcool monovalente e/ ou um poliol, em que 0 álcool monovalente e/ ou 0 poliol são usados em uma quantidade de respectivamente 0,1 a 2,0 equivalentes molares, com base no DMDHEU. A mistura de DMDHEU, álcool monovalente e/ ou poliol é reagida em temperaturas de 20 a 70°C e em um valor de pH de 1 a 2,5, em que o valor do pH após a reação é ajustado para de 4 a 8.
Agentes de impregnação C) apropriados são 1,3- bis(hidroximetil)-4,5-diidroximidazolidinon-2, 1,3-dimetil-4,5- diidroxiimidaolidinon-2, dimetiloluréia, bis(metoximetil) uréia, tetrametilacetilenodiuréia, l,3-bis(hidroximetil) imidazolidinon-2, metilolmetiluréia, ou as suas misturas. r E preferido l,3-bis(hidroximetil)-4,5-diidroxiimidazolidinon- 2.
Agentes de impregnação D) apropriados são álcoois Ci_5, polióis ou as suas misturas, tais como, por exemplo, metanol, etanol, n- propanol, isso-propanol, n-butanol, n- pentanol, etilenoglicol, dietilenoglico, 1,2- e 1,3-propilenoglicol, 1,2-, 1,3-, e 1,4-butilenoglicol, glicerina, polietilenoglicóis da fórmula HO (CH2CH20)n, com n sendo de 3 a 20 ou suas misturas. São preferidos metanol, dietilenoglicol ou suas misturas. O agente de impregnação A), e eventualmente C) e D), são empregados em uma concentração de 1 a 60%, em peso, de modo preferido de 10 a 50%, em peso, com base na solução de agente de impregnação aquosa.
Se o agente de impregnação C) for usado de modo concomitante, é então preferido o uso de 1 a 60%, em peso, com base no agente de impregnação A).
Se o agente de impregnação D) for usado concomitantemente, é então preferido o uso de 1 a 40%, em peso, com base no agente de impregnação A).
Catalisadores B) apropriados são sais metálicos a partir do grupo de halogenetos metálicos, sulfatos metálicos, nitratos metálicos, tetrafluoroboratos metálicos, fosfatos metálicos ou as suas misturas. São exemplos, cloreto de magnésio, sulfato de magnésio, cloreto de zinco, cloreto de lítio, brometo de lítio, fluoreto de boro, cloreto de alumínio, sulfato de alumínio, nitrato de zinco, tetrafluoroborato de sódio ou suas misturas.
Catalisadores B) apropriados são também sais de amônio do grupo de cloreto de amônio, sulfato de amônio, oxalato de amônio, fosfato de diamônio ou suas misturas.
Outros Catalisadores B) apropriados são ácidos orgânicos ou inorgânicos. Exemplos apropriados são ácido maleico, ácido fórmico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido oxálico, ácido p-toluenossulfônico, ácido clorídrico, ácido sulfürico, ácido bórico ou suas misturas. São ainda preferidos cloreto de magnésio, cloreto de zinco, sulfato de magnésio e sulfato de alumínio. r E em especial preferido cloreto de magnésio. O catalisador B) é usado em uma concentração de 0,1 a 10%, em peso, de modo preferido de 0,2 a 8 %, em peso, de modo especialmente preferido de 0,3 a 5%, em peso, com base no agente de impregnação A) e, opcionalmente, C) e D).
No caso do processo da presente invenção, a impregnação pode ser executada mediante uso de vácuo com subseqüente aplicação de pressão. No caso de corpos de madeira em uma unidade de impregnação, pode ser aplicado um vácuo de 10 a 100 mbar durante um período de tempo de 10 minutos a 2 horas, de modo preferido durante cerca de 30 minutos, de acordo com as dimensões do corpo de madeira e a seguir imerso no agente de impregnação. Foi comprovado ser especialmente vantajoso o uso de um vácuo de cerca de 50 mbar durante cerca de uma hora. De modo alternativo, o corpo de madeira pode ser submetido à imersão na unidade de impregnação, sendo a seguir submetido a um vácuo de 10 a 100 mbar durante o período de tempo acima mencionado.
Segue-se a seguir a aplicação de pressão sob pressões de 2 a 20 bar, de modo preferido de 10 a 12 bar, de acordo com as dimensões do corpo de madeira, durante um período de tempo de 10 minutos a 2 horas, de modo preferido durante cerca de uma hora. O processo de pressão sob vácuo é especialmente apropriado em conexão com altos teores de partes, em peso, do agente de impregnação.
Após a fase de pressão, o líquido residual é removido e o corpo de madeira impregnado e fixado e previamente secado em uma temperatura de 20°C a 40°C. A secagem prévia significa que o corpo de madeira é secado abaixo do ponto de saturação da fibra, que, de acordo com o tipo de madeira, é de cerca de 30%, em peso. Esta secagem prévia elimina o risco de formação de rachaduras. No caso de corpos de madeira de formato pequeno, por exemplo, de compensados, pode ser eliminada secagem prévia.
No caso e corpos de madeira de grandes dimensões, a secagem prévia é, no entanto, sempre necessária. O agente de impregnação incorporado à madeira é levado à reação consigo mesmo e com a madeira sob uma temperatura de 70 a 170°C, de modo preferido de 80°C a 150°C, durante um período de tempo de 10 minutos a 72 horas. A reação do agente de impregnação pode, de modo especial, ocorrer a cerca de 120°C durante um período de tempo de cerca de 12 horas. Neste caso, não só os poros são enchidos com o agente de impregnação, como resulta uma reticulação transversal entre o agente de impregnação e a madeira em si mesma. No caso de compensados, podem ser empregadas altas temperaturas e períodos de tempo mais curtos.
Com o novo processo é produzido simultaneamente um novo material, no qual a proporção de madeira para a proporção do agente de impregnação está em uma ordem de grandeza de cerca de 1: 0,3 a 1. O peso do novo material é aumentado em relação ao peso da madeira não tratada em cerca de 30% a 100%. O material possui propriedades técnicas aperfeiçoadas que podem ser utilizadas a partir de um ponto de vista prático, e apesar disto, a aparência agradável da madeira. A dureza superficial é aumentada em cerca de 2 a 3 vezes. Podem ser alcançadas durezas de Brinell na faixa de 80 a 100 N/ mm2, por exemplo, em faias, enquanto que as faias não tratadas apresentam uma dureza de Brinell de cerca de 30 a 37 n/m m2. Em adição, as emissões de formaldeído em relação à madeira, que foi tratada com as resina de uréia- formaldeído antecedentes, são consideravelmente reduzidas, o que é de interesse, em especial quando do uso em área interna. Com isto, abrem-se novas áreas de aplicação, em especial na área total do taco de madeira. É produzido um material, que é fácil de cuidar, de longa duração e que podem ser usado em classes de alta suscitação. É também reduzida a suscetibilidade às alterações de condições climáticas, em especial da umidade.
Em uma modalidade de execução especial, o corpo de madeira impregnado e previamente secado, é retido firmemente com uma prensa aquecível para a fixação. Com isto, é possível, de modo simples, impedir o empenamento do corpo de madeira e simultaneamente executar o processo de endurecimento do agente de impregnação. Neste caso, deve-se trabalhar com uma pressão da prensa relativamente baixa, de modo a que seja obtida a estrutura superficial do corpo de madeira.
Exemplo de Uso 1: De acordo com este exemplo de uso, foram tratadas as camadas de topo de um taco pronto. As camadas de cobertura podem ser compostas de faia, outros tipos de madeiras impregnáveis sendo igualmente possíveis. Os estágios do processo são também aplicáveis para a produção de um taco de camadas única, de pranchas para soalhos, assim como de outros tipos de madeira, de modo similar. 1. ) Uma solução aquosa a 50% de concentração de um DMDHEU modificado com dietilenoglicol e metanol (mDMDHEU) foi misturada com 1,5% de MgCl2 ■ 6 H20. As lamelas secas, com umidade de madeira de cerca de 12%, ásperas, foram introduzidas em uma unidade de impregnação. A unidade de impregnação foi exposta a um vácuo de 100 mbar absoluto e a seguir inundada com o agente de impregnação. A seguir, foi aplicada uma pressão de 10 bar durante uma hora. A fase de pressão foi terminada e o líquido residual removido. 2. ) As lamelas impregnadas da camada de topo foram fixadas em pilhas, de tal modo que um empenamento se tomasse impossível. As lamelas foram secadas durante cerca de 7 dias a uma temperatura de 40° C. A reação entre a madeira e o agente de impregnação para formar o material compósito ocorre através da introdução das lamelas em uma prensa aquecível. A prensa foi aquecida a 130°C e as lamelas foram prensadas a 0,9 N/mm2. A duração da ação da temperatura dependeu do tipo de madeira e das dimensões das lamelas. Em lamelas de espessura de 4 a 5 mm, o tempo de reação foi de cerca de 1 hora.
Após o resfriamento das lamelas, estas puderam ser adicionalmente processadas como lamelas não tratadas. As lamelas possuem dimensões de 50 mm x 100 m x 4 mm.
Conteúdo de formaldeído: O conteúdo de formaldeído das pranchas de madeira foi medido de acordo com o método das garrafas, com base na EN 717 Parte 4.
Tabela 1 * a concentração é indicada em mg de formaldeído por 100 g de madeira.
Os corpos de madeira tratados com DMDHEU apresentam um conteúdo de formaldeído muito fortemente reduzido em relação aos corpos de madeira tratados com DMDHEU convencionais.
The surface hardness was very greatly increased by this process. The measurement was effected on the basis of EN 1534. A dureza superficial foi grandemente aumentada através deste processo. A medição ocorreu de modo similar à EN 1534.
Exemplo de Uso 2 Este exemplo aplicativo tem como objetivo produzir um painel de madeira maciça de pinho, que é montado a partir de lamelas com medidas de 500 mm x 30 mm x 30 mm.
Um DMDHEU modificado com dietilenoglicol e metanol (mDMDHEU) foi diluído com água a 30%, em peso, e misturado com 1,5 %, em peso, de MgCl2 · 6 H20. As lamelas secadas a uma umidade de cerca de 12%, ásperas, foram introduzidas em uma unidade de impregnação, imersas em um agente de impregnação e expostas a um vácuo de 40 mbar absoluto. A seguir, foi aplicada uma pressão de 10 bar durante 2 horas. A fase de pressão foi terminada e o líquido residual foi removido.
As lamelas foram secadas através de sua fixação em pilhas, de tal modo que o empenamento fosse impossibilitado. Seguiu-se uma secagem durante um período de tempo de 15 dias em temperatura ambiente. Pode ser também usada uma câmara de secagem convencional, e ser usada uma temperatura aumentada, de modo a que o tempo de secagem prévia seja reduzido. As lamelas foram aquecidas pela sua manutenção em sua fixação sob uma corrente de ar de cerca de 105°C. A duração da ação da temperatura depende do tipo de madeira e das dimensões das lamelas. No caso de lamelas com espessura de 3 cm, o tempo de reação foi de 48 horas. Após o resfriamento, as lamelas podem ser coladas sob a forma de um painel, tal como as partes de madeira maciça não tratadas.
Conteúdo de Formaldeído: O conteúdo de formaldeído das pranchas de madeira foi medido de acordo com o método das garrafas, com base na EN 717, parte 4.
Tabela 2 * A concentração é indicada em mg de formaldeído por 100 g de madeira.
Os corpos de madeira tratados com DMDHEU apresentam um conteúdo de formaldeído muito fortemente reduzido com relação aos corpos de madeira tratados com DMDHEU convencionais. A dureza superficial foi fortemente aumentada com este processo. A medição ocorreu com base na EN 1534.

Claims (19)

1. Processo para a produção de um corpo de madeira com uma dureza superficial aumentada, caracterizado pelo fato de que um corpo de madeira não tratado é impregnado, secado, e então endurecido em temperatura elevada com uma solução aquosa de um A) agente de impregnação, que consiste de um 1,3- bis(hidroximetil)-4,5-diidroxiimidazolidin-2-ona, modificado com um metanol, etanol. n- propanol, iso-propanol, n-butanol e n-pentanol. etileno glicol, dietileno glicol, 1.2- e 1,3-propilenoglicol, 1,2-, 1,3- e 1,4- butilenoglicol, glicerina e polietileno glicóis das fórmula HO (CH2CH20)nH, com n sendo de 3 a 20 ou misturas dos mesmos, e B) um catalisador a partir do grupo, que consiste de sais metálicos ou de amônio, ácidos orgânicos ou inorgânicos ou suas misturas.
2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é usado, de modo concomitante, um agente de impregnação C) a partir do grupo que consiste de l,3-bis(hidroximetil)-4,5- diidroxiimidazolidin-2-ona, 1,3-dimetil-4,5-diidroxiimidazolidin-2-ona, dimetilluréia, bis(metoximetil)uréia, tetrametilolacetilenodiuréia, 1,3- bis(hidroximetil)imidazolidin-2-ona, metilolmetiluréia ou misturas dos mesmos.
3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado pelo fato de que é usado, de modo concomitante, um agente de impregnação D) a partir do grupo de um álcool C1.5, um poliol ou misturas dos mesmos.
4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que são usados, de modo concomitante, metanol, etanol, n- propanol, iso-propanol, n-butanol, n-pentanol, etilenoglicol, dietilenoglicol. 1,2- e 1,3-propileno glicol, 1,2-, 1.3 e 1,4 - butilenoglicol, glicerina, polietilenoglicóis da fórmula H0(CH2CH20)nH, em que n é de 3 a 20, ou misturas dos mesmos.
5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que são usados, de modo concomitante, metanol, dietilenoglicol ou suas misturas.
6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que é usado o agente de impregnação A), e opcionalmente C) e D), em uma concentração de 1 a 60%, em peso, na solução aquosa.
7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que como catalisador B) são usados sais metálicos a partir do grupo de halogenetos metálicos, sulfatos metálicos, nitratos metálicos, tetrafluoroboratos metálicos, fosfatos metálicos ou suas misturas.
8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que, como catalisador B), são usados sais metálicos a partir do grupo de cloreto de magnésio, sulfato de magnésio, cloreto de zinco, cloreto de lítio, brometo de lítio, trifluoreto de boro, sulfato de alumínio, cloreto de alumínio, nitrato de zinco, tetrafluoroborato de sódio e suas misturas.
9. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de, como catalisador B), são usados sais de amônio a partir do grupo de cloreto de amônio, sulfato de amônio, oxalato de amônio, fosfato de diamônio ou suas misturas.
10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que, como catalisador B), são usados ácidos orgânicos ou inorgânicos a partir do grupo de ácido maleico, ácido fórmico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido oxálico, ácido p-toluenossulfônico, ácido clorídrico, ácido sulfúrico, ácido bórico ou suas misturas.
11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado pelo fato de que, como catalisador B) é usado cloreto de magnésio.
12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que o catalisador B) é usado em uma concentração de 0,1 a 10, em peso, com base na quantidade de agentes de impregnação A) e opcionalmente C) e D).
13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que o corpo de madeira impregnado é secado em uma temperatura de 20 a 60°C.
14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o corpo de madeira impregnado e secado é endurecido em uma temperatura de 80 a 170°C.
15. Processo de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o corpo de madeira impregnado e secado é endurecido em uma temperatura de 90 a 150°C.
16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que o corpo de madeira é impregnado e secado em um período de tempo de 10 minutos a 72 horas.
17. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 16, caracterizado pelo fato de que o corpo de madeira, após a impregnação e secagem, é fixada de tal modo que seja impedida uma alteração da forma do corpo de madeira durante o endurecimento.
18. Processo de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o corpo de madeira é fixado em uma prensa aquecível.
19. Corpo de madeira obtido através do processo como definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 18, caracterizado pelo fato de que a proporção de madeira para a proporção do agente de impregnação está em uma ordem de grandeza de 1: 0,3 a 1; a dureza superficial da madeira tratada é aumentada de 2 a 3 vezes em relação à madeira não tratada, em que as durezas de Brinell da madeira tratada estão na faixa de 80 a 100 N/ mm2.
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