BR112017000829B1

BR112017000829B1 - Processo para a acetilação de madeira

Info

Publication number: BR112017000829B1
Application number: BR112017000829-7A
Authority: BR
Inventors: Bernardus Jozef Maria Pol; Theodorus Gerardus Marinus Maria Kappen
Original assignee: Tricoya Technologies Ltd
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2015-07-16
Publication date: 2022-10-25
Also published as: CL2017000114A1; AR101827A1; AU2015289144B2; CN111231033A; MX2017000702A; CN107000243A; AU2019203769B2; US10668645B2; BR112017000829A2; AU2019203769A1; CN107000243B; AU2015289144A1; WO2016008995A3; WO2016008995A2; CA2955083C; US20170203467A1; EP3169495A2; CA2955083A1

Abstract

PROCESSO PARA A ACETILAÇÃO DE MADEIRA. É divulgado um processo para a acetilação de madeira, em que a madeira é impregnada com fluido de acetilação e aquecida em estágios. Desta forma é garantido que uma reação de acetilação seja conduzida em uma temperatura acima da temperatura de ebulição de um fluido de acetilação, em um estágio onde a madeira impregnada está bastante desprovida do fluido de acetilação livre (isto é, fluido de acetilação não retido em uma matriz de madeira ou em capilares). Preferivelmente, o processo é conduzido em uma instalação tendo transportadores, tais como parafusos de transporte, nas zonas em que as etapas de aquecimento separadas são conduzidas.

Description

Campo da invenção

[0001] A invenção se refere à acetilação de um material com base em madeira (material lignocelulósico). Particularmente, a presente invenção está no campo de acetilação de madeira e pertence a um processo que permite que altos teores de acetil sejam obtidos.

Fundamentos da invenção

[0002] De maneira a produzir materiais com base em madeira com uma longa vida de serviço, tem sido conhecida a modificação química da madeira e em particular para acetilar a madeira. Desta forma, materiais com propriedades de material aprimoradas, por exemplo, estabilidade dimensional, dureza, durabilidade, etc., são obtidos. A madeira mencionada através da descrição é selecionada a partir do grupo que consiste de elementos de madeira e madeira sólida.

[0003] Processos para a acetilação de elementos de madeira tais como as lascas incorporam desafios particulares. Estes em geral são diferentes dos desafios encontrados quando se acetila a madeira sólida, tal como vigas. Problemas estão relacionados com a homogeneidade desejada da acetilação, para a preferência de fornecer um processo contínuo de acetilação, e para a quantidade da acetilação obtida. Em ambos os casos de elementos de madeira e madeira sólida, a obtenção de madeira acetilada com um alto teor de acetil é um desafio.

[0004] Uma referência dos fundamentos na acetilação de elementos de madeira é WO2011/95824. Nesta um processo de dois estágios é divulgado para a acetilação de elementos de madeira em que os elementos são tratados com anidrido acético (isto é uma etapa de impregnação) e então aquecidos adicionalmente com um gás inerte de maneira a completar a acetilação (uma etapa de acetilação). Como uma primeira etapa opcional, antes da introdução de anidrido acético, um vácuo pode ser aplicado aos elementos para remover gases residentes.

[0005] A impregnação com fluido de acetilação de elementos de madeira sob vácuo também é endereçada em WO 2013/139937. Neste documento, um processo é divulgado que combina criteriosamente uma técnica para impregnação em batelada de tal modo que a subsequente acetilação pode ser conduzida de uma maneira contínua. Outra referência dos fundamentos, também divulgando um processo de duas etapas, é US 5, 608, 051 .

[0006] É notoriamente difícil obter altos graus de acetilação para a madeira. Em WO 2013/139937, isto é, endereçado com sucesso com um foco na etapa de impregnação. No entanto, também pode ser desejado otimizar adicionalmente a etapa de acetilação. Um desejo neste sentido é aprimorar um teor de acetilação. Outro desejo é fornecer um processo de acetilação ainda mais bem controlado. Mais um desejo é fornecer uma nova alternativa para processos de acetilação existentes.

Sumário da Invenção

[0007] De maneira a se solucionar melhor a um ou mais dos desejos anteriores, a invenção apresenta, em um aspecto, um processo para a acetilação de madeira, o processo compreendendo as seguintes etapas: (a) fornecer madeira com fluido de acetilação; (b) submeter a madeira, na presença de um fluido de acetilação, a uma primeira etapa de aquecimento de forma a iniciar acetilação, sem evaporação substancial de fluido de acetilação; (c) submeter a madeira impregnada, como aquecida na dita primeira etapa de aquecimento, a uma segunda etapa de aquecimento de maneira a remover substancialmente a fração livre de um fluido de acetilação, abaixo ou na temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre; (d) submeter a madeira impregnada, como aquecida na dita segunda etapa de aquecimento, a uma terceira etapa de aquecimento, em uma temperatura acima da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre.

[0008] Em outro aspecto, a invenção se refere a um processo para a acetilação de madeira, o processo compreendendo as seguintes etapas: (a) fornecer uma corrente de madeira impregnada na ou abaixo a temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre, a dita corrente compreendendo madeira impregnada que substancialmente não contém líquido livre, que possui um teor de líquido (LC) 20 a 40 % em peso, e que possui um teor de acetil (AC) de pelo menos 14%; (b) aquecer a corrente de madeira impregnada até uma temperatura acima da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre.

[0009] Em mais um aspecto adicional, a invenção proporciona uma instalação para a acetilação de madeira, a dita instalação compreendendo uma seção de contato e, a jusante da seção de contato, uma seção de reação de acetilação, em que a seção de reação de acetilação compreende três zonas de reação conectadas em série, cada uma das ditas zonas de reação compreendendo um dispositivo de transporte de madeira, em que controles são fornecidos permitindo a configuração independente da temperatura e da pressão em cada zona de reação.

Descrição detalhada da invenção

[00010] A invenção, em um sentido vasto, está baseada no reconhecimento criterioso de que um processo de acetilação ótimo para madeira pode ser realizado incluindo um estágio de reação em que madeira impregnada é feita para ter um teor reduzido do fluido de acetilação livre, antes de promover a reação de acetilação em temperaturas acima do ponto de ebulição do dito fluido de acetilação livre.

[00011] O termo “fluido de acetilação livre” indica a fração de fluido de acetilação que não está retido em capilares ou em uma matriz de madeira. Em outras palavras, este fluido de acetilação livre é a fração de um fluido de acetilação adicionado à madeira durante à impregnação, que é susceptível de evaporação em condições de ebulição atmosférica.

[00012] De maneira apropriada, no processo da invenção, uma etapa de aquecimento é incluída (viz., a segunda etapa de aquecimento) em que a fração livre de um fluido de acetilação é feita para evaporar, em uma temperatura em torno do ponto de orvalho da mistura de líquido a granel livre de fluido de acetilação, tipicamente ocorre abaixo ou no ponto de ebulição de tal fluido de acetilação livre. Apenas a seguir, na terceira etapa de aquecimento, calor adicional é aplicado de maneira a permitir que as temperaturas de madeira ocorram que não podem ser alcançadas quando qualquer fluido de acetilação livre pode estar presente. Independentemente de se qualquer fluido de acetilação livre ainda pode estar presente, a dita temperatura de ebulição é definida com referência ao ponto de ebulição do fluido de acetilação livre. Como o perito vai entender, a temperatura de ebulição atual de fluido de acetilação uma vez retido em pequenos capilares na madeira pode não estar sujeita à ebulição mesmo no ponto de ebulição do fluido referido. Para o bem da clareza e de guia para o perito, a terceira etapa de aquecimento é definida com referência ao ponto de ebulição ou o ponto de orvalho de fluido de acetilação “livre”, mesmo se qualquer tal fluido livre não pode mais estar presente. Evidentemente, o perito estará ciente do ponto de ebulição e do ponto de orvalho de um fluido de acetilação (in, respectivamente, um estado líquido e gasoso).

[00013] O aquecimento na segunda etapa, que serve para alcançar a remoção substancial da fração livre de um fluido de acetilação, deve ser conduzida sem ebulição substancial de fluido de acetilação. De maneira apropriada, esta etapa preferivelmente é conduzida em uma temperatura dentro de uma faixa de -5°C a +30°C com relação ao ponto de orvalho de um fluido de acetilação. Mais preferivelmente a temperatura neste estágio está entre +10°C e +20°C acima do ponto de orvalho do líquido a granel livre.

[00014] Sem desejar estar ligado por teoria, os presentes inventores acreditam que um resultado importante a partir da segunda etapa de aquecimento é que o teor de líquido (LC) remanescente da madeira é tão alto quanto necessário (para eventualmente alcançar um bom grau de acetilação), mas tão baixo quanto for possível (de maneira a evitar a presença substancial do fluido de acetilação livre que pode estar em ebulição uma vez sujeitado às temperaturas da terceira etapa de aquecimento quase na pressão atmosférica).

[00015] Em geral, a segunda etapa de aquecimento vai terminar com um teor de líquido (LC) de 20 a 40 % em peso, mais preferivelmente 25 a 35 % em peso. Mais preferivelmente, o Teor de líquido está dentro de uma faixa de 10% abaixo a 10% acima do Ponto de Saturação de Fibra (FSP), isto é LC = FSP ± 10%. Particularmente este vai se acumular até uma faixa de 27% a 33%. Ainda mais preferivelmente, a segunda etapa de aquecimento termina com madeira tendo um teor de líquido que satisfaz a fórmula LC = FSP ±5%, por exemplo, 28,5% a 31,5% (notando que o FSP vai diferir por espécie de madeira).

[00016] Nesta especificação o teor de líquido se refere ao teor total de líquido na madeira. Na prática, onde anidrido acético é usado como (parte de) um fluido de acetilação, o teor de líquido tipicamente pode ser apenas o teor de um fluido de acetilação, já que qualquer água residual na madeira pode ser convertida para ácido acético. LC pode ser facilmente determinado por um perito pesando uma amostra de madeira com e sem um líquido (por exemplo, após a secagem em um forno até um peso constante) . O LC de 20 a 40 % em peso e mais preferivelmente o LC de aproximadamente o FSP como descrito acima, corresponde com substancialmente no fluido de acetilação livre no sistema.

[00017] O FSP é determinado de acordo com o seguinte teste. Uma amostra de madeira impregnada em água é seca em um forno em 75°C com uma umidade relativa de 90 a 95%. A dimensão e o peso da amostra são seguidos durante a secagem; no ponto onde a baixa taxa de encolhimento transfere para uma maior taxa de encolhimento o teor de umidade da amostra indica o FSP.

[00018] O dito anteriormente serve para otimizar a entrada de madeira, com fluido de acetilação, para o eventual estágio de alta temperatura de um processo de acetilação. Será entendido que, no processo mencionado anteriormente, a dita entrada é determinada inicialmente pela impregnação. Desta forma a primeira etapa de aquecimento serve para alcançar um teor de acetil razoavelmente alto (AC), sem evaporação substancial de fluido de acetilação. O propósito de evitar evaporação substancial, é para reter inicialmente um suficiente volume de fluido de acetilação para permitir que o fluido seja tomado pela madeira, isto é entrar para uma matriz de madeira ou em pequenos capilares. Em uma modalidade, a primeira etapa de aquecimento pode ser conduzida quando ocorre a impregnação da madeira. Neste caso a etapa de fornecer a madeira impregnada vai ocorrer simultaneamente com a primeira etapa de aquecimento. Em outra modalidade, a impregnação da madeira ocorre separadamente, e antes de sujeitar a madeira impregnada para a primeira etapa de aquecimento.

[00019] Será entendido que a temperatura aplicada na primeira etapa de aquecimento é suficientemente alta para a acetilação ocorrer em um nível substancial. Isto é, uma temperatura é aplicada em uma faixa acima de uma temperatura em que acetilação pode ser esperada de ocorrer (tipicamente acima 90°C, apesar de outras temperaturas limite de acetilação poderem ser aplicáveis), e abaixo da temperatura de evaporação de um fluido de acetilação.

[00020] Uma vantagem da presente invenção é que o processo não requer pressão aumentada e que qualquer uma das etapas de aquecimento (ou qualquer combinação das etapas de aquecimento), e preferivelmente todas as três etapas de aquecimento, podem ser realizadas em uma pressão quase atmosférica ou atmosférica. A pressão preferivelmente está na faixa 0,06 a 0,4 MPa (0,60 bar a 4 bar), mais preferivelmente de 0,08 a 0,2 MPa (0,8 bar a 2 bar) e ainda mais preferivelmente de 0,09 a 0,15 MPa (0,9 bar a 1,5 bar) .

[00021] No dito anteriormente, algumas vezes é dito de eventos que ocorrem “substancialmente”. Em geral isto será claro para o perito, que vai entender que os termos “substancial” ou “substancialmente” em geral indicam algo ocorrendo até uma extensão reconhecível, mas não necessariamente completamente. Assim, a primeira etapa de aquecimento ocorrendo sem a evaporação substancial de fluido de acetilação, quer dizer que uma quantidade reconhecível de fluido de acetilação pode ser evaporada, mas não todas, e não necessariamente a maioria dos mesmos. Em geral, menos do que 50% em peso é removido, preferivelmente menos do que 25%, mais preferivelmente menos do que 15% e ainda mais preferivelmente menos do que 5%. Na segunda etapa de aquecimento a remoção substancial da fração livre de acetilação quer dizer que uma quantidade reconhecível do fluido de acetilação livre é evaporada, mas não necessariamente toda, e não necessariamente a maioria dos mesmos. A quantidade substancial evaporada em geral é uma quantidade acima 5%, preferivelmente acima 10%, mais preferivelmente acima 25%, e ainda mais preferivelmente acima 50%. Antes de entrar em uma etapa de aquecimento acima da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre, a presente invenção proporciona madeira que substancialmente não contém líquido livre. Em geral isto quer dizer que menos do que 5 % em peso de líquido livre, preferivelmente menos do que 2 % em peso, mais preferivelmente menos do que 1 % em peso. Ainda mais preferivelmente, a quantidade de líquido livre é zero, ou tão próximo de zero quanto for possível.

[00022] A invenção também inclui um processo de acetilação conduzido com base em madeira pré-tratada como pode ser obtido pela primeira e pela segunda etapas de aquecimento mencionadas acima. Neste processo uma corrente é fornecida de elementos de madeira ou madeira sólida que satisfazem os seguintes requisitos: - eles são impregnados com fluido de acetilação; - eles estão na ou abaixo a temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre; preferivelmente dentro de uma faixa de -5°C a +30°C com relação ao ponto de orvalho do fluido de acetilação de líquido a granel livre, preferivelmente entre +10°C e +20°C com relação ao dito ponto de orvalho; - eles são substancialmente desprovidos de líquido livre fluido de acetilação (tipicamente não contendo substancialmente líquido livre, preferivelmente menos do que 2 % em peso, e mais preferivelmente entre 0 % em peso e 1 % em peso dos mesmos; - eles possuem um teor de líquido (LC) de 20 a 40 % em peso, preferivelmente 25 a 35 % em peso; - eles possuem um teor de Acetil (AC) de pelo menos 14%, preferivelmente 14 a 20%, mais preferivelmente 16 a 19%, ainda mais preferivelmente 17 a 18,5%.

[00023] Na invenção, uma corrente destes elementos de madeira ou madeira sólida é aquecida até uma temperatura acima da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre.

[00024] Uma vantagem de um processo de acetilação da invenção, é que pode ser conduzido de maneira a otimizar a acetilação em si. Como um resultado, teores relativamente altos de acetil podem ser alcançados independentemente de como a impregnação inicial é conduzida. No entanto, é preferido, particularmente quando os teores de acetil mais altos possíveis são desejados, para combinar um processo de acetilação da invenção com impregnação do tipo Bethel.

[00025] Assim, a madeira impregnada preferivelmente é fornecida por um processo de impregnação do tipo Bethel. No mesmo, a madeira é posicionada em uma câmara de vácuo e vácuo é aplicado para retirar ar a partir da madeira. Ingredientes ativos (na presente invenção: um fluido de acetilação) então são adicionados para a câmara sob vácuo. Após o enchimento da câmara com líquido uma pressão em geral até 1,72 MPa (250 libras por polegada quadrada (psi)) pode ser aplicada, preferivelmente 1,03 a 1,38 Mpa (150 psi a 200 psi) . A pressão é removida de forma que a madeira novamente é submetida à pressão atmosférica. Este tipo de processo é preferido, já que normalmente pode resultar em uma carga de impregnação máxima, que se acredita ter uma relação direta com um nível de acetil máximo desejado.

[00026] No evento que admissão máxima de fluido de acetilação após a impregnação não é um objetivo primário, processos de impregnação mais econômicos também podem ser usados. Exemplos dos mesmos, conhecidos do perito na técnica de impregnação de madeira, são os assim chamados processos Lowry e Rueping. Estes processos não necessitam de vácuo inicial. Em vez disso, o fluido de impregnação é forçado para a madeira sob pressão. O gás comprimido dentro da madeira então se expande quando a pressão é liberada, fazendo com que qualquer conservante em excesso seja forçado para fora da madeira.

[00027] Ainda diferentes métodos a partir dos processos de Lowry ou Rueping podem ser usados, tais como métodos de pulverização. O último tipicamente é usado em processos de acetilação de madeira completamente contínuos, que possui como uma das suas desvantagens que níveis de acetil relativamente baixos são obtidos.

[00028] Em uma modalidade preferida, um processo de acetilação da presente invenção é aplicado aos métodos de impregnação e acetilação divulgados em WO 2013/139937 mencionado anteriormente.

[00029] Deve ser notado que na determinação de graus de acetilação de madeira, duas abordagens diferentes existem no campo. Uma está baseada em WPG (Ganho Percentual de Peso). WPG compara uma amostra antes e após o tratamento de acetilação, e como um resultado quaisquer substâncias adicionadas (e quaisquer resíduos ainda presentes na madeira) aumentam o valor. WPG é explicado na seguinte fórmula: WPG = (Maumento / Mamostra antes da reação) x 10 0%. Aqui M quer dizer massa, e Maumento = Mamostra após a reação - M amostra antes da reação) .

[00030] A outra abordagem, é medir na verdade o teor de Acetil (AC) . Isto é dado como AC = (M acetils / Mamostra após a reação) x 100%. Tipicamente HPLC (cromatografia líquida de alta pressão) pode ser usada para quantificar as concentrações de íon acetato que resultam da saponificação de grupos acetil a partir da madeira. A partir daí a massa global dos grupos acetil após a acetilação poder ser tomada COmO M acetils»

[00031] Os diferentes resultados para WPG e AC podem ser explicados com referência ao seguinte exemplo teórico: uma amostra de, por exemplo, 1 g de madeira é acetilada e após a reação possui uma massa de 1,25 g. Assim M acetils é 0,25 g. O resultante WPG é: (1,25 a 1,00)/1,00 * 100% = 25%. Calculado como teor de acetil, AC é = (1,25 a 1,00)/1,25 * 100% = 20%.

[00032] Assim, deve ser tomado cuidado para não comparar diretamente graus de acetilação expressos em WPG com graus de acetilação expressos em AC. Na presente descrição valores de AC são eleitos para identificar o grau de acetilação.

[00033] A madeira a ser impregnada pelo processo da invenção é tanto elementos de madeira quanto madeira sólida. Os elementos de madeira preferivelmente podem ser, por exemplo, lascas de madeira, filamentos de madeira, partículas de madeira. O processo, no entanto, igualmente pode ser aplicado à madeira sólida. O processo e a instalação da invenção podem ser usados para a impregnação, e acetilação, de madeiras de lei duráveis e não duráveis, bem como madeiras macias duráveis e não duráveis. A madeira preferivelmente pertence às espécies de madeira não durável tais como madeiras macias, por exemplo, árvores coníferas, tipicamente espruce, pinho ou abeto, ou às madeiras de lei não duráveis. Tipos preferidos de madeira são espruce, abeto sitka, pinho marítimo, pinho escocês, pinho radiata, eucalipto, amieiro vermelho, amieiro Europeu, faia e bétula.

[00034] Dimensões típicas de elementos de madeira como definidos de acordo com a presente invenção são dados na seguinte tabela. Tabela

[00035] Em algumas modalidades, os elementos de madeira possuem um comprimento 1,0 a 75 mm, a largura de 0,05 a 75 mm e a espessura de 0,05 a 15 mm.

[00036] Em modalidades alternativas, a madeira é madeira sólida e preferivelmente possui um comprimento ou largura de pelo menos 8 cm. A espessura preferivelmente é de pelo menos 20 mm. Em algumas modalidades, a madeira possui a largura de 2 cm a 30 cm, a espessura de 2 cm a 16 cm e um comprimento de 1,5 a 6,0 m.

[00037] Apesar de o processo da invenção ser igualmente aplicável à madeira sólida e elementos de madeira, os benefícios do processo da invenção são exibidos até a maior extensão no evento de lascas de madeira, filamentos, ou partículas. Ainda mais preferivelmente, os elementos de madeira são lascas de madeira. Os elementos de madeira de uma única faixa de tamanho são preferidos para facilitar um fluxo de massa homogêneo.

[00038] Antes da impregnação, preferivelmente, madeira com um teor de umidade de menos do que 15% em peso é fornecida. Isto pode ser alcançado através da pré-secagem da madeira tendo um maior teor de umidade. A pré-secagem pode ser feita em um processo contínuo ou em batelada por qualquer método conhecido na indústria da madeira. Preferivelmente, o teor de umidade da madeira é menor do que 8%, mais preferivelmente em uma faixa de 0, 01% a 5%, ainda mais preferivelmente em uma faixa de 0,5% a 4%.

[00039] Em uma modalidade preferida, madeira aquecida é fornecida para a câmara de vácuo. Neste caso, a temperatura da madeira preferivelmente será de 50°C a 110°C, preferivelmente de 60°C a 90°C.

[00040] Durante à impregnação a madeira é contatada com um fluido de acetilação que permite a admissão suficiente do fluido pela madeira para a subsequente acetilação. Um fluido de acetilação preferivelmente compreende anidrido acético e/ou ácido acético, e preferivelmente uma mistura de anidrido acético e ácido acético. Em uma modalidade preferida, um fluido de acetilação contém 40 a 100 % em peso anidrido acético e 0 a 60 % em peso ácido acético. Dentro desta faixa uma mistura de 75 a 95 % em peso anidrido acético e 5 a 25 % em peso ácido acético foi descoberta como sendo benéfica.

[00041] Uma faixa de temperatura preferida durante à impregnação é de 20°C a 180°C. A razão de madeira para fluido preferivelmente é pelo menos 1 a 4. No caso de uma mistura de anidrido/ácido tendo um excesso de anidrido, uma temperatura preferida é 60°C a 90°C. Uma faixa de temperatura preferida durante o segundo estágio está no ou em torno do ponto de orvalho, como discutido acima. O aquecimento no terceiro estágio está em uma maior temperatura, mas preferivelmente deve não ser muito alto, em vista da secagem da madeira. O perito vai saber como equilibrar a cinética de reação desejada contra a secagem. Uma faixa de temperatura preferida no estágio de acetilação é 150°C a 190°C, preferivelmente 160°C a 180°C.

[00042] Pelo menos a segunda e a terceira etapas de aquecimento são conduzidas em uma câmara de reação. Opcionalmente, ainda a primeira etapa de aquecimento é conduzida em uma câmara de reação.

[00043] Uma câmara de reação é um vaso, um reator, ou de outra forma qualquer dispositivo adequado para submeter madeira, impregnada com fluido de acetilação, às condições de reação que geram a acetilação da madeira. Para o caso de madeira sólida, a câmara de reação preferivelmente opera em um modo em batelada. Para o caso de elementos de madeira, a câmara de reação, como oposto às câmaras de reação usadas nos processos de acetilação em batelada, é operada preferivelmente como reator contínuo. Apesar de as diferentes etapas de aquecimento poderem ser conduzidas em diferentes câmaras de reação colocadas em série, em uma modalidade interessante, a câmara de reação é operada com duas ou mais zonas em que diferentes temperaturas são aplicadas. Esta é uma medida adequada para otimizar a aplicação de calor para os elementos de madeira no curso da reação de acetilação. Cada uma das etapas de aquecimento no processo da invenção pode ser conduzida em uma única zona, ou uma ou mais das etapas de aquecimento podem envolver duas ou mais zonas. Preferivelmente, na reação duas a cinco zonas são aplicadas. O perito será capaz de determinar, dentro dos limites para as etapas de aquecimento identificadas na presente invenção, o regime de aquecimento desejado, isto é o número de zonas, as temperaturas aplicadas nas mesmas, e o tempo de residência eficaz em cada uma destas zonas. Será entendido que a otimização precisa depende das circunstâncias tais como o tipo e a forma de madeira a ser acetilada e o aparelho específico escolhido para a acetilação.

[00044] Reatores adequados incluem, mas não estão limitados a reatores de fase líquida ou gasosa conhecidos na técnica de madeira acetilação. Um reator de fase gasosa é preferido. Este tipo de reator permite sujeitar a madeira impregnada em maiores temperaturas, enquanto em pressões relativamente baixas. Como um resultado, o tempo de residência em um reator do tipo fase gasosa em geral pode ser maior do que em um reator do tipo líquido, que é benéfico para os níveis de acetilação. Ainda, em um reator de fase gás a madeira não está propensa à lavagem de ácido acético. No caso de um reator de fase líquida (isto é, sem a separação de líquido de excesso a partir das partículas impregnadas) a lavagem deste ácido acético pode resultar na diminuição da concentração de anidrido acético no fluido de acetilação circundante. Ainda resinas, como um componente desejável da madeira, são mais bem retidas em um reator do tipo de fase gasosa do que em um reator do tipo de líquido.

[00045] De maneira a ser adequada para uma operação contínua adequada, a câmara de reação é projetada de tal modo a permitir a entrada de elementos de madeira impregnada, e a saída de elementos de madeira acetilada, a ser contínua. Isto pode ser realizado de vários modos, controlado por gravitação, pelas forças mecânicas, ou ambos. Preferivelmente, os elementos de madeira são portados através do seguinte princípio de fluxo tampão, que implica um princípio de “primeiro a entrar primeiro a sair”.

[00046] A câmara de reação pode compreender um reator de fluxo em pistão arranjado de maneira vertical através do qual os elementos de madeira passam para baixo através de um fluido de acetilação gasoso. Um exemplo de fluxo gravitacional simples é uma câmara de reação que é inclinada no sentido que a entrada é posicionada mais alto do que a saída. Como um resultado do mesmo, elementos de madeira vão escoar, por gravitação, a partir da entrada para a saída, enquanto é submetida às condições de acetilação. Um exemplo de força mecânica é uma câmara de reação compreendendo um transportador de parafuso que serve para transportar elementos de madeira a partir da entrada para a saída. Em uma modalidade, as forças de transporte serão proporcionadas por uma combinação de forças mecânicas exercidas por um parafuso e forças gravitacionais proporcionadas tendo uma entrada em nível maior do que uma saída. Ainda mais preferivelmente, um transportador de parafuso é empregado tendo um parafuso substancialmente horizontal, como um resultado do qual o transporte é completamente controlado pelo parafuso operado mecanicamente, e não afetado por gravitação. Tanto transportadores de parafuso únicos quanto múltiplos podem ser usados.

[00047] A razão de evaporação para reação pode ser ajustada pelo nível de pressão na câmara de reação. Uma maior pressão em uma certa temperatura de reação quer dizer uma menor taxa de evaporação essencialmente na mesma taxa de reação. Preferivelmente a pressão dentro da câmara de reação é mantida entre 0,06 MPa (0,60 bar) e 0,4 MPa (4 bar) e mais preferivelmente entre 0,08 MPa (0,8 bar) e 0,2 Mpa (2 bar) e ainda mais preferível entre 0,09 e 0,15 MPa (0,9 e 1,5 bar) .

[00048] Em uma modalidade o princípio de “primeiro a entrar primeiro a sair” é satisfeito usando um transportador de parafuso cheio com madeira impregnada e separada a partir de elementos de madeira de líquido de excesso. Devido à rotação gentil do parafuso, preferivelmente em uma posição horizontal, os elementos de madeira são evitados de atrito. Isto resulta em boa qualidade de elemento durante o processo. Em uma modalidade o reator contém um transportador de parafuso paralelo duplo de maneira a aumentar o volume eficaz do reator.

[00049] A temperatura durante as etapas de aquecimento pode ser controlada por um ciclo de gás aquecido, que contém um gás pelo menos parcialmente saturado com anidrido acético e/ou ácido acético ou sendo ácido acético superaquecido e/ou anidrido acético. Um gás inerte quer dizer que não participa na reação de acetilação e preferivelmente é nitrogênio, dióxido de carbono, ou gás de purga. Em outra modalidade, o reator de transportador de parafuso compreende um eixo de parafuso e um invólucro de transportador e a temperatura da acetilação é controlada através do aquecimento do eixo de parafuso e/ou o invólucro de transportador. Nesta modalidade, os elementos de madeira impregnada são aquecidos diretamente pelo eixo de parafuso e/ou o invólucro de transportador. Este aquecimento pode ser realizado por vapor, óleo ou eletricamente. Em outra modalidade o aquecimento pode ser feito por uma combinação de um ciclo de gás aquecido, aquecendo pelo eixo de parafuso e pelo invólucro de transportador.

[00050] Após a acetilação, a madeira acetilada pode ser seca, por exemplo, de uma maneira convencional, ou como descrito no WO 2013/139937.

[00051] Madeira acetilada de acordo com a presente invenção pode ser refinada de maneira útil e convertida para placa, tal como placa de fibra de densidade média, MDF, ou placa de filamento orientada, OSB, ou placa de partícula, que vai ter a estabilidade dimensional superior, durabilidade, estabilidade à luz ultravioleta e condutividade térmica, comparada com placa derivada de elementos de madeira não acetilados.

[00052] Em outro aspecto, a invenção proporciona uma instalação para a acetilação de madeira, a dita instalação compreendendo uma seção de contato, tal como uma seção de impregnação, e, a jusante da mesma, uma seção de reação de acetilação, em que a seção de reação de acetilação compreende três zonas de reação conectadas em série, cada uma das ditas zonas de reação compreendendo um dispositivo de transporte de madeira, em que controles são proporcionados permitindo a configuração independente da temperatura e da pressão em cada zona de reação. Elementos adicionais da instalação, preferivelmente são de acordo com o WO 2013/139937.

[00053] Preferivelmente, o dispositivo de transporte é um transportador de parafuso. Isto pode ser um transportador de parafuso único ou um transportador de parafusos múltiplos.

[00054] Em sumário, a invenção inclui um processo para a acetilação de madeira, em que a madeira é impregnada com fluido de acetilação e aquecida em estágios. Desta forma é garantido que uma reação de acetilação é conduzida em uma temperatura acima da temperatura de ebulição de um fluido de acetilação, em um estágio onde a madeira impregnada está bastante desprovida do fluido de acetilação livre (isto é, fluido de acetilação não retido em uma matriz de madeira ou em capilares). Preferivelmente, o processo é conduzido em uma instalação tendo transportadores, tal como parafusos de transporte, nas zonas em que as etapas de aquecimento separadas são conduzidas.

[00055] A invenção é ilustrada pelos seguintes, exemplos não limitantes.

Exemplo 1

[00056] Lascas de madeira de Sitka Spruce/Lodgepole Pine (80%/20% p/p) são impregnadas por um processo Bethel com mistura de Anidrido acético/ Ácido acético (90/10 p/p) em 40°C. O teor de líquido das lascas de madeira após esta impregnação está entre 180 e 200% (isto é, 1 kg de lascas de madeira secas foi impregnado com 1,8 a 2 kg da mistura de líquido mencionada).

[00057] As lascas impregnadas são submetidas à acetilação nas seguintes etapas. Em uma primeira etapa de aquecimento, as lascas são aquecidas até 131°C; isto é feito de tal modo que o teor de líquido das lascas de madeira durante esta primeira etapa de aquecimento é mantido. Esta primeira etapa de aquecimento leva 30 minutos em pressão atmosférica. Após estes 30 minutos o teor de Acetil (AC) como definido no texto anterior aumentou para 14,5%.

[00058] Estas lascas então entram em uma segunda etapa de aquecimento - que também demora 30 minutos - em que um ciclo de gás para aquecimento é definido 15°C maior do que o ponto de orvalho de líquido livre em pressão ambiente. Durante este segundo 30 minutos o teor de Acetil das lascas de madeira é adicionalmente aumentado para 17,8%; o teor de líquido das lascas de madeira diminuiu para 29%. A temperatura das lascas de madeira nesta segunda etapa tipicamente é elevada para 135 a 140°C.

[00059] Em uma terceira etapa de aquecimento as lascas são aquecidas por um ciclo de gás em pressão ambiente com ajuste de temperatura de 170°C, por mais 30 minutos. O teor de líquido no fim da etapa dois é tal que permite o aumento significativo do teor de Acetil para 20,8% no fim desta etapa três. Este alto teor de acetil difere da acetilação das lascas de madeira da técnica anterior como em US 5, 608,501, onde teores de acetil muito menores são obtidos. Tais altos teores de acetil como obtidos a partir do processo no exemplo corrente produz elementos de madeira de classe de durabilidade 1.

[00060] O teor de líquido das lascas de madeira no fim da etapa de aquecimento três é de 12%. A remoção deste líquido residual não pode ser feita por técnicas de secador conhecidas, e não é uma parte crucial desta invenção, que está se referindo à obtenção de altos teores de acetil dentro de tempos de residência atrativos.

Exemplo 2

[00061] Lascas de madeira de Radiata Pine são impregnadas por um processo de impregnação de Bethel com mistura de Anidrido acético / Ácido acético (90/10 p/p) em 40°C. Como no Exemplo 1, a acetilação de lascas impregnadas é conduzida em três etapas de aquecimento.

[00062] As lascas de madeira impregnada entram na primeira etapa de aquecimento com uma temperatura de ciclo de gás de 140°C por 30 minutos, enquanto pulverizam Anidrido acético líquido para as lascas durante esta primeira etapa de aquecimento (a quantidade pulverizada durante estes 30 minutos é de 1,2 kg do spray líquido por kg de lascas de madeira). O processo ocorre em pressão atmosférica.

[00063] As lascas são subsequentemente aquecidas pela segunda etapa de aquecimento com uma temperatura de ciclo de gás de 145°C por 30 minutos. O teor de líquido das lascas de madeira no fim desta segunda etapa de aquecimento é de 34% e o teor de acetil neste estágio é de 18%.

[00064] Na terceira etapa de aquecimento, as lascas de madeira são aquecidas por um ciclo de gás de 170°C por mais 30 minutos. Após esta terceira etapa de aquecimento as lascas de madeira possuem um teor de acetil de 21,2%, com um teor de líquido de 13%.

Exemplo 3 (exemplo de referência)

[00065] Lascas de madeira de Sitka Spruce/Lodgepole Pine (80%/20% p/p) são impregnadas por um processo de impregnação de Bethel com mistura de Anidrido acético / Ácido acético (90/10 p/p) em 40°C.

[00066] As lascas de madeira impregnada são aquecidas em um processo de uma etapa por 90 minutos com uma temperatura de ciclo de gás definida em 170°C na pressão atmosférica. O resultado deste processo de acetilação é que as lascas de madeira são acetiladas até um teor de Acetil de 18,8%, o teor resultante de líquido das lascas de madeira após este processo é de 6%.

Claims

1. Processo para a acetilação de madeira caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a) fornecer madeira com fluido de acetilação; (b) submeter a madeira, na presença do fluido de acetilação, a uma primeira etapa de aquecimento de forma a iniciar a acetilação, sem evaporação substancial de fluido de acetilação, para formar madeira impregnada; (c) submeter a madeira impregnada, como aquecida na dita primeira etapa de aquecimento, a uma segunda etapa de aquecimento de maneira a remover acima de 5% da fração livre do fluido de acetilação, abaixo ou na temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre; (d) submeter a madeira impregnada, como aquecida na dita segunda etapa de aquecimento, a uma terceira etapa de aquecimento, em uma temperatura acima da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre desta forma estimulando a acetilação; em que as ditas primeira, segunda e terceira etapas de aquecimento são realizadas em uma pressão na faixa de 0,06 a 0,4 MPa (0,6 bar a 4 bar).

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a segunda etapa de aquecimento é conduzida de maneira a obter madeira tendo um teor de líquido (LC) de 20 a 40% em peso.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a segunda etapa de aquecimento é conduzida de maneira a obter madeira tendo um teor de líquido dentro de uma faixa de 10% abaixo a 10% acima do Ponto de Saturação de Fibra (FSP).

4. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a primeira etapa de aquecimento é conduzida simultaneamente com o fornecimento da madeira com fluido de acetilação.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a etapa de fornecer a madeira impregnada ocorre antes de submeter a madeira impregnada à primeira etapa de aquecimento.

6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a madeira está na forma de elementos de madeira.

7. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a madeira está na forma de lascas de madeira com comprimento de 5 mm a 75 mm, largura de 5 mm a 50 mm e espessura de 1,5 mm a 25 mm, e em que as ditas primeira, segunda e terceira etapas de aquecimento são realizadas em uma pressão na faixa de 0,08 a 0,2 MPa (0,8 bar a 2 bar).

8. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a madeira contém líquido livre em uma quantidade de menos do que 5 % em peso antes de entrar na dita terceira etapa de aquecimento, em que o líquido livre é líquido de acetilação que não é retido nos capilares da madeira ou na matriz da madeira, e ainda em que menos do que 50% em peso de fluido de acetilação é evaporado na primeira etapa de aquecimento, e em que a segunda etapa de aquecimento envolve a evaporação de mais de 10% do fluido de acetilação livre.

9. Processo, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as ditas primeira, segunda e terceira etapas de aquecimento são realizadas em uma pressão na faixa de 0,09 a 0,15 Mpa (0,9 bar a 1,5 bar).

10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que a madeira como obtida a partir da segunda etapa de aquecimento possui um teor de acetil de pelo menos 14%.

11. Processo, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a madeira como obtida a partir da segunda etapa de aquecimento possui um teor de líquido de 20 a 40 % em peso.

12. Processo para a acetilação de madeira caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (a) fornecer uma corrente de madeira impregnada na ou abaixo da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre, a dita corrente compreendendo uma madeira impregnada que contém menos do que 5% em peso de líquido livre, que possui um teor de líquido (LC) de 20 a 40 % em peso, e que possui um Teor de Acetil (AC) de pelo menos 14%; (b) aquecer a corrente de madeira impregnada em uma pressão na faixa de 0,06 Mpa a 0,4 MPa (0,6 bar a 4 bar) até uma temperatura acima da temperatura de ebulição do fluido de acetilação livre.

13. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a madeira possui uma temperatura dentro de uma faixa de -5°C a +30°C com relação ao ponto de orvalho do líquido a granel livre.

14. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o Teor de líquido (LC) é de 25 a 35 % em peso e uma ou mais zonas de reação são fornecidas com um dispositivo de transporte.

15. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o Teor de Acetil (AC) é de 16 a 19%.

16. Processo, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que a madeira está na forma de elementos de madeira.