BR112013006397B1

BR112013006397B1 - Processo para a acetilação de peças de madeira

Info

Publication number: BR112013006397B1
Application number: BR112013006397-1A
Authority: BR
Inventors: Roger M. Rowell
Original assignee: Titan Wood Limited
Priority date: 2010-09-17
Filing date: 2011-09-16
Publication date: 2020-05-12
Also published as: CL2013000699A1; ES2837553T3; US9151000B2; EP2616186B1; BR112013006397A2; EP2616186A1; CN103118804B; US20130303751A1; CA2810920A1; WO2012037481A1; EP2616186A4; CA2810920C; CN103118804A

Abstract

tratamento de peças de madeira. a presente invenção refere-se a um processo de uma ou duas etapas para acetilação e refinamento de peças de madeira em que a acetilação e o refinamento para uma geometria reduzida ocorrem simultaneamente no refinador. produtos de tábua construídos, compreendendo materiais de geometria reduzida acetilada possuem estabilidade e durabilidade dimensionais elevadas em comparação aos produtos do tipo tábua que compreendem materiais não acetilados.

Description

PROCESSO PARA A ACETILAÇÃO DE PEÇAS DE MADEIRA

A presente invenção refere-se à acetilação de peças de madeira, e em particular lascas de madeira, em um refinador (desfibrador) em que a acetilação e o refinamento acontecem simultaneamente.

Pela expressão peças de madeira as requerentes preferivelmente querem dizer peças de espécies de madeira não duráveis como madeiras frágeis, por exemplo, árvores coníferas e madeiras duras não duráveis, a saber, abeto, pinheiro ou abeto, preferivelmente na ordem de 8 cm x 3 cm x 3 cm em tamanho. No caso de lascas de madeira, o tamanho correspondente seria cerca de 2,5 cm x 1,5 cm x 1,5 cm.

A técnica anterior, nesta área, trata da acetilação de geometrias de madeira únicas, por exemplo, madeira sólida para madeira sólida acetilada ou fibras e madeira acetilada. Não existe ensinamento anterior em relação à acetilação de madeira enquanto simultaneamente mudando sua geometria. A presente invenção combina os processos de acetilação e geometria de redução em uma ou mais etapas. Uma vez que reduzir a geometria de lascas de madeira, por exemplo, em um refinador, resulta em períodos muito curtos de permanência no equipamento de redução, uma etapa de pré-refinamento é muitas vezes realizada, de acordo com a presente invenção, para acetilar grupos hidroxila disponíveis na geometria de partida. A acetilação final é depois realizada em um refinador em que sítios de hidroxila adicionais podem ser acetilados, pois eles se tornam disponíveis durante a geometria redução. 0 material de partida pode ser peças de madeira de vários tamanhos que são reduzidos a lascas, flocos, filamentos,

Petição 870190066341, de 15/07/2019, pág. 8/11

2/13 partículas ou fibra na presença de um fluido de acetilação no refinador. O processo pode convenientemente ser executado em uma ou duas etapas. Em uma etapa do processo, lascas de madeira são reduzidas a uma geometria final na presença de um fluido de acetilação no refinador. Em um processo de duas etapas, as lascas são pré-acetiladas antes da redução para uma geometria final como em um processo de uma etapa do processo.

Dependendo da geometria final desejada e do grau de acetilação, geometrias de madeira podem ser préacetiladas ou pós-acetiladas, em relação à acetilação em um refinador. Tais pré ou pós-tratamentos podem ser convenientemente realizados impregnando as geometrias de madeira com um fluido de acetilação quente em um frasco de reação.

Desse modo, a presente invenção provê um processo para a acetilação de peças de madeira em um refinador em que as peças tendo um teor de umidade de 2%

- 10% são introduzidas no refinador, na presença de um fluido de acetilação em uma temperatura na faixa de 120

170°C e refinadas por de um período de 0,5 - 60 minutos para peças de uma geometria reduzida tendo um ganho de percentual de peso acetilado de 10 - 30%.

Preferivelmente, as peças de madeira têm um teor de umidade de 2% - 5%, e de s e j a ve Ime n t e , o fluido de acetilação é em uma temperatura na faixa de 140 - 170°C. Além disso, preferivelmente, as peças de madeira são refinadas por um período de 1

- 60 minutos.

Em uma modalidade as peças de madeira são

3/13 acetiladas antes que elas sejam introduzidas no refinador. Em tais processos o fluido de acetilação antes de e no refinador pode ser pressurizado até 6 bar (600 kPa).

Adicionalmente ou alternativamente, as peças de madeira acetiladas de uma geometria reduzida podem adicionalmente ser acetiladas e refinadas.

Em uma etapa do processo, lasca seca e fluido de acetilação são introduzidos em um refinador e reagidos e refinados ao mesmo tempo. Entretanto, uma vez que tal processo provê somente um tempo de permanência muito curto em que acontece a acetilação, um processo de duas etapas pode ser apropriado no qual a lasca seca é primeiro pré-acetilada por contato com o fluido de

acetilação em	um	frasco de reação, antes	de ser
transportada	para	o refinador em	que	ela é
simultaneamente	ainda acetilada e refinada	para	fibra na
presença do fluido	de acetilação.
Tanto	no	processo de uma ou de	duas	etapas,

uma vez que o nivel de acetilação final desejado é alcançado, quaisquer fluidos residuais são preferivelmente removidos usando uma lavagem de água ou gás quente, e a geometria da madeira resultante é preferivelmente seca.

A presente invenção também considera processos de múltiplas etapas em que a geometria da madeira pode ser trocada um número de vezes, antes da geometria final ser alcançada. Altos níveis de acetilação podem ser obtidos em tais casos.

Desta maneira, é possível começar com peças

4/13 grandes de madeira e reduzir suas geometrias na presença de um fluido de acetilação quente, como anidrido acético, em um refinador. Geometrias de filamento, lasca, floco, fibra, partícula ou polvilho acetilados são possíveis como um resultado de usar esta invenção, tais materiais sendo de valor potencial na fabricação de produtos de tábua preparados, tendo estabilidade dimensional melhorada e resistência a decomposição, quando comparados com produtos de tábua compreendendo materiais não acetilados.

Uma mistura de anidrido acético e ácido acético pode ser usada no lugar de anidrido acético sozinho, tipicamente na faixa de 95% de anidrido, 5% de ácido a 55% de anidrido, 45% de ácido.

Os exemplos a seguir servem para ilustrar, mas não limitar, a presente invenção.

Exemplo 1

Lasca de pinheiro amarelo do sul (2 cm x 1 cm x 1 cm) foram secas para um teor de umidade de 2% - 10% e colocada em um desfibrador Asplund atmosférico D, conectado a um motor industrial Baldor de 20 hp. Anidrido acético foi introduzido no desfibrador junto com a lasca e a temperatura elevou-se para 140°C. O intervalo entre as lâminas do desfibrador e a parede de contenção foi 0,7 mm. A porta foi lacrada e o desfibrador mantido a 140°C, e funcionando a 1.700 rpm por períodos de tempo diferentes. Anidrido em excesso e subproduto de ácido acético foram removidos, e a fibra acetilada lavada com água e seca em um forno a 150°C. 0 teor de umidade de equilíbrio (EMC) a 90% de umidade relativa (RH) e 27 °C, ganho de peso de acetila e distribuição de tamanho da fibra visual foram determinados

5/13 na fibra acetilada isolada.

ganho percentual de peso (WPG) resultante da acetilação no desfibrador é mostrado na Tabela 1. Entretanto, a Tabela 2 mostra que, devido ao tempo de contato relativamente longo entre a lasca e as lâminas do desfibrador, durante a reação de acetilação, as fibras resultantes podem ser bem curtas. Se elas são consideradas muito curtas para seu uso final destinado, então uma etapa de pré-acetilação pode ser primeiro realizada, como descrito abaixo.

Tabela 1 - Ganho percentual de peso de fibra de pinheiro amarelo do sul em tempos diferentes

Ganho percentual de peso em: (minutos)

30 45 60

15,6% 17,2%20,2%21, 6%

Tabela 2 - Teor de umidade de equilíbrio e distribuição de tamanho de fibra visual depois de refinar a lasca acetilada

WPG	EMC (90% RH, 27°C)%	LF/SF
20,2%	3, 6	5/95
21, 6%	3,3	2/98

LF = fibra longa, SF = fibra curta ou

Pó

Exemplo 2

Lasca de pinheiro amarelo do sul (2 cm x 1 cm x 1 cm) foi seca para um teor de umidade de 2% - 10% e colocada em um frasco de reação na pressão atmosférica, conectado a um refinador de disco duplo Sprout-Bauer. Anidrido acético foi introduzido no frasco de reação e a temperatura se elevou para 140°C por períodos de tempo

6/13 diferentes. A reação de acetilação foi continuada até o nível desejado de acetilação ser alcançado, por exemplo, 8% - 12% wpg. A lasca acetilada e a mistura de reação foram depois transportadas para o refinador e a lasca acetilada refinada. Anidrido em excesso e subproduto de ácido acético foram removidos, por exemplo, usando uma lavagem de gás ou água quente. 0 conteúdo de mistura de equilíbrio a 90% em relação à umidade (RH) e 27 °C, a distribuição de ganho de peso de acetila e o tamanho da fibra visual foram determinados na fibra acetilada isolada.

A Tabela 3 mostra os dados do processo de duas etapas. A lasca foi, primeiro, acetilada para percentuais de ganho de peso diferentes e depois transferida para o refinador junto com o meio de reação quente. Depois de um tempo de reação de 60 minutos a fibra acetilada tinha um WPG de 20,1%, um EMC de 4,9% e consistia principalmente de fibra longa.

Tabela 3 — Teor de umidade de equilíbrio de ganho percentual de peso e distribuição de tamanho de fibra visual depois de refinar a lasca acetilada._________

Tempo de reação (min)	WPG	EMC (90% RH, 27°C)	LF/SF
15	13,2	11,2%	80/20
30	16, 6	8,3%	75/25
45	18, 9	6,3%	70/30
60	20,1	4, 9%	60/40

LF = fibra longa, SF = fibra curta ou pó

Tabela 4 mostra a correlação entre EMC e estabilidade dimensional (eficiência antiencolhimento

7/13

ASE) , e perda de peso depois de um teste de bloco de solo padrão ASTM de 12 semanas com ambos os fungos de putrefação marrons e brancos. Esses dados indicam que se o EMC final da fibra acetilada é abaixo de cerca de 7,5, então os produtos de tábua construídos, como tábua de fibra de densidade média, feita usando a fibra terá uma alta estabilidade dimensional, e será resistente ao ataque por fungos de putrefação marrons e de putrefação brancos.

Tabela 4 — Correlação entre EMC, estabilidade dimensional e resistência à decadência da tábua de fibra feita fibra de pinheiro amarelo do sul de controle e acetilada.

WPG%	EMC%	ASE	Perda de peso (%) fungos de putrefação marrom	Perda de peso (%) fungos de putrefação branco
0	17,7	—	61,3	7,8
12,3	10,8	61,9	6,7	2,6
15,8	8,9	77,1	3,4	< 2
17,1	7,3	84,8	< 2	< 2
20,8	3, 8	94,7	< 2	< 2

EMC a 90% RH 27°C, ASE = eficiência antiencolhimento, bloqueio de solo de 12 semanas ASTM D 2017-71

Teste - Fungo de putregação marrom = Gloephyllum trabeum, Fungo de putrefação branco = Trametes versicolor

Uma variação deste método podería ser um processo de três etapas, em que uma etapa de reação adicional é adicionada depois do refinamento. Ambas as

8/13 etapas e os processos de três etapas seriam, preferivelmente, conduzidos de uma maneira contínua, em que os reatores e refinador seriam conectados e geometrias diferentes de madeira transportadas por meio de uma rosca de plugue, ou similares.

	Exemplo	3
	Lascas	de abeto	com dimensões aproximadas	de
2,0 cm x	1,0 cm	x 0,	5 cm	foram	secos em estufa para	um
teor de	umidade	de	2 ·	- 5% .	As lascas secas foram
carregadas em	um	f ras	co de	impregnação que	foi
despressurizado	até	cerca de	0,2 bar (20 kPa) .	Em
seguida,	uma mistura	de	10% de	ácido acético e 90%	de
anidrido	acético	a	temperatura ambiente,	foi

administrada até o ponto em que todas as lascas foram submersas. Gás de nitrogênio foi usado para aumentar a pressão para 1 bar (100 kPa) . Depois, o líquido foi na maior parte esgotado e as lascas com uma peguena quantidade de fluido de acetilação em excesso foram alimentadas para um refinador. O refinador foi isolado por meio de um invólucro que foi aquecido com óleo para controlar a temperatura de dentro. 0 calor dentro do refinador foi usado para aumentar a temperatura das lascas para 135°C. Depois de 0,5 minutos o material refinado foi coletado depois do refinador em um frasco de coleta isolado a partir do qual o material foi transportado para um secador por meio de um transportador de rosca. Gás de nitrogênio a uma temperatura de 150°C foi alimentado para frasco de coleta e a rosca alimentou o secador para reduzir o anidrido acético e/ou ácido acético vaporoso saindo do

9/13 material refinado. O material acetilado e seco foi coletado depois do processo de secagem. O ganho de peso de acetila foi 13,5% - 17,5%.

Exemplo 4

Lascas de abeto com dimensões aproximadas de 2,0 cm x 1,0 cm x 0,5 cm foram cozidas em forno e secas até um teor de umidade de 2 — 5%. As lascas secas foram carregadas em um frasco de impregnação, depois do que a pressão foi diminuída para 0,2 bar (20 kPa) . Depois, uma mistura pré-aquecida de 10% de ácido acético e 90% de anidrido acético, em uma temperatura de 130°C, foi adicionada às lascas até o ponto em que elas foram submersas. Gás de nitrogênio foi adicionado para ainda aumentar a pressão para 1 bar (100 kPa) . O líquido foi depois na maior parte drenado e as lascas com uma pequena quantidade de fluido de acetilação em excesso foram alimentados para um refinador junto com gás de nitrogênio na pressão atmosférica. A temperatura dentro foi regulada em 135°C. Os componentes do refinador foram isolados por meio de uma jaqueta que foi aquecida com óleo para manter a temperatura desejada dentro. Depois de 0,5 minuto o material refinado foi coletado, depois o refinador em um frasco de coleta a partir do qual o material foi transportado para um secador por meio de um transportador de rosca. Um gás inerte em uma temperatura de 150°C foi alimentado para o frasco de coleta e o secador alimentou a rosca para o frasco de coleta e o secador alimentou a rosca para reduzir o anidrido acético e/ou os vapores de ácido acético saindo do material refinado. O material acetilado e seco foi coletado depois do processo

10/13 de secagem. O ganho de peso de acetila foi 17,5% - 22%.

Exemplo 5

Lascas de abeto com dimensões aproximadas de 2,0 cm x 1,0 cm x 0,5 cm foram cozidas em forno seco para urn teor de umidade de 2 - 5%. As lascas secas foram carregadas em um frasco de impregnação depois do que a pressão foi diminuída para 0,2 bar (20 kPa) . Depois, uma mistura preaquecida de 10% de ácido acético e 90% de anidrido acético a uma temperatura de 130°C foi adicionada às lascas. Gás de nitrogênio foi adicionado para ainda aumentar a pressão para 2 bar (200 kPa) . 0 líquido foi depois, na maior parte, drenado sob pressão e as lascas com uma pequena quantidade de fluido de acetilação em excesso foram alimentados para um refinador. Gás de nitrogênio foi aplicado para o refinador para manter a pressão em 2 bar (200 kPa) . A temperatura dentro foi mantida a 150°C. Os componentes do refinador foram isolados por meio de um invólucro que foi aquecido com óleo para manter dentro a temperatura desejada. Depois de 0,5 minutos o material refinado foi coletado, depois o refinador em um frasco de coleta isolado a partir do qual o material foi transportado para um secador por meio de um transportador de rosca. Um gás inerte em uma temperatura de 150°C foi alimentado para o frasco de coleta e a rosca alimentou o secador para reduzir o anidrido acético e/ou os vapores de ácido acético saindo do material refinado. 0 material acetilado e seco foi coletado depois do processo de secagem. 0 ganho de peso de acetila obtido foi 22% - 25%.

Exemplo 6

Lascas de abeto com dimensões aproximadas de 2,0

11/13 cm x 1,0 cm x 0,5 cm foram cozidas em forno seco até um teor de umidade de 2 - 5%. As lascas secas foram carregadas em um frasco de impregnação depois do que a pressão foi diminuída para 0,2 bar (20 kPa) . Depois, uma mistura preaquecida de 10% de ácido acético e 90% de anidrido acético em uma temperatura de 130°C foi adicionada às lascas. Gás de nitrogênio foi adicionado para ainda aumentar a pressão para 3 bar (300 kPa) . O líquido foi depois, na maior parte, drenado para fora e as lascas com uma pequena quantidade de fluido de acetilação em excesso foram alimentadas para um refinador. Gás de nitrogênio foi aplicado ao refinador para manter a pressão em 3 bar (300 kPa). A temperatura dentro foi mantida a 160°C. Os componentes do refinador foram isolados por meio de um invólucro que foi aquecido com óleo para manter a temperatura desejada dentro do refinador. Depois de 0,5 minutos o material refinado foi coletado, depois o refinador em um frasco de coleta isolado a partir do qual o material foi transportado para um secador por meio de transportador de rosca. Gás de nitrogênio a uma temperatura de 150°C foi alimentado para o frasco de coleta e a rosca alimentou o secador para reduzir o anidrido acético e/ou os vapores de ácido acético saindo do material refinado. 0 material acetilado e seco foi coletado depois do processo de secagem. O ganho de peso de acetila foi de 25% - 28%.

Exemplo 7

As lascas de abeto com dimensões aproximadas de 2,0 cm x 1,0 cm x 0,5 cm foram cozidos em forno seco até um teor de umidade de 2-5%. As lascas secas foram

12/13 carregadas para dentro de um frasco de impregnação, depois do que a pressão foi diminuída para 0,2 bar (20 kPa) . Depois, uma mistura preaquecida de 10% de ácido acético e 90% de anidrido acético a uma temperatura de 130°C foi adicionada às lascas. Gás de nitrogênio foi adicionado para ainda aumentar a pressão para 6 bar (600 kPa) . O líquido foi depois, na maior parte, drenado para fora e as lascas com uma pequena quantidade de fluido de acetilação em excesso foram alimentados para um refinador. Gás de nitrogênio foi aplicado ao refinador para manter a pressão a 6 bar (600 kPa) . A temperatura ao contrário foi mantida a 170°C. Os componentes do refinador foram isolados por meio de um invólucro que foi aquecido com óleo para manter a temperatura desejada dentro do refinador. Depois de 0,5 minutos o material refinado foi coletado, depois o refinador em um frasco de coleta isolado a partir do qual o material foi transportado para um secador por meio de um transportador de rosca. Gás de nitrogênio a uma temperatura de 150°C foi alimentado para o frasco de coleta e a rosca de alimentação <do secador para reduzir o anidrido acético e/ou vapores de ácido acético saindo do material refinado. 0 material acetilado e seco foi coletado depois do processo de secagem. O ganho de peso de acetila foi 28% - 30%.

Produtos de tábua construídos, por exemplo tábua de fibra de densidade média, compreendendo fibra acetilada, de acordo com exemplos 3 - 7, possuíram alta estabilidade dimensional e durabilidade comparados ao tipo tábua compreendendo fibra não

13/13 acetilada.

	1/2 REIVINDICAÇÕES
1 .	Processo para a acetilação de peças de
madeira em um	refinador caracterizado por compreender:

Claims

13/13 acetilada.

adicionar peças de madeira tendo um teor de umidade

de 2 % 3. 10% e um fluido de acetilação a uma faixa de

temperatura entre 120 °C a 170 °C no refinador; e, refinar as peças de madeira na presença do fluido de acetilação por um período de 0,5 - 60 minutos para

formar peças de uma geometria reduzida, tendo um ganho de percentual de peso acetilado de 10% a 30%. 2 . Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de umidade das peças

de madeira é 2% - 5%.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de acetilação está em uma temperatura na faixa de 140°C a 170°C.

4 . Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as peças de madeira são refinadas por um período de 1 - 60 minutos. 5 . Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as peças de madeira são pré- acetiladas em um frasco de reação antes de sua introdução no

refinador.

6 . Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de acetilação é

pressurizado até 6 bar (600 kPa).

7 . Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as peças de madeira

acetiladas de geometria reduzida são ainda acetiladas e refinadas.

Petição 870190066341, de 15/07/2019, pág. 9/11

2/2

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as peças de madeira compreendem lascas e as peças de madeira de uma geometria reduzida compreendem fibras.

5 9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de acetilação compreende anidrido acético.

10. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de acetilação

10 compreende uma mistura de anidrido acético e ácido acético.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a mistura de anidrido acético e ácido acético é na proporção de 90% de anidrido para 10% de ácido.