BR112020020899B1 - Processo para a acetilação de madeira macia - Google Patents

Abstract

Um processo para a acetilação de madeira é revelado. A madeira a ser acetilada é primeiramente submetida a uma etapa de extração. A madeira extraída resultante, particularmente, possui um teor de hemicelulose reduzido. Esta madeira é submetida ao contato com um agente de acetilação. A extração pode ser realizada com um fluido de extração, o qual é, por exemplo, água, acetona, etanol, metanol ou ácido acético. A água pode ser água pura, tal como, água da bica ou água desmineralizada, ou pode ser soluções de sal diluídas (por exemplo, água contendo oxalato de amônio ou sulfito de sódio). Extração em água quente é preferida. A madeira extraída acetilada resultante, particularmente elementos de madeira, possuem um comportamento de intumescimento desejável em teores de acetil mais baixos que madeira acetilada convencional. A madeira pode ser na forma de elementos de madeira, madeira sólida ou revestimentos de madeira.

Description

Campo da Invenção

[0001] A invenção está no campo de acetilação de materiais lignocelulósicos, tais como madeira, incluindo madeira maciça, folheados de madeira e elementos de madeira, como aparas de madeira ou fibras. A invenção se refere a um processo para acetilar madeira e à madeira acetilada assim obtida.

Antecedentes da invenção

[0002] Para produzir materiais lignocelulósicos, tais como materiais à base de madeira, com uma longa vida útil, é conhecido modificar quimicamente a madeira e, em particular acetilar a madeira. Desse modo, materiais com propriedades de material melhoradas, por exemplo, estabilidade dimensional, dureza, durabilidade, etc., são obtidos. A madeira mencionada ao longo da descrição é selecionada a partir do grupo que consiste em elementos de madeira e madeira maciça.

[0003] Uma referência de anterioridade é o WO 2009/095687. Aqui, um processo é descrito para a acetilação de madeira, compreendendo as etapas de submergir a madeira em um líquido de acetilação em um vaso de pressão de reação, conduzindo um procedimento de impregnação, removendo o excesso de fluido de acetilação, introduzindo um fluido inerte (tipicamente nitrogênio gasoso, o fluido inerte possivelmente compreendendo anidrido acético não inerte e/ou ácido acético) no recipiente, circulando e aquecendo o fluido inerte após um regime de aquecimento, de modo a provocar acetilação adequada da madeira, e remover o fluido de circulação e permitir que a madeira acetilada resfrie.

[0004] Outra referência de anterioridade é o WO 2013/139937. Esta revelação aborda a dificuldade geral para obter altos graus de acetilação para madeira, e particularmente para elementos de madeira. O WO 2013/139937 aborda isso com foco na etapa de impregnação. Uma referência adicional com o objetivo de alcançar altos teores de acetila é o WO 2016/008995. Nesse documento, o foco está na otimização da etapa de acetilação.

[0005] Será entendido que o teor de acetila é, por fim, uma medida técnica que serve para atingir o objetivo primordial de tais propriedades favoráveis da madeira como durabilidade e estabilidade dimensional. Seria, de fato, desejável, com um desvio acentuado do estado da técnica, para alcançar tais propriedades com um teor de acetila mais baixo.

Sumário da invenção

[0006] Em um aspecto, a invenção apresenta um processo para a acetilação de madeira, compreendendo o fornecimento de madeira (tal como na forma de elementos de madeira), submetendo a madeira a uma etapa de extração de modo a fornecer madeira extraída (particularmente madeira com hemicelulose reduzida), e submeter a madeira extraída ao contato com um agente de acetilação. Particularmente, deste modo, a etapa de extração compreende o contato da madeira com um fluido de extração selecionado do grupo que consiste em água, acetona, etanol, metanol e ácido acético, em que o solvente tem uma pressão e temperatura de modo a conduzir a extração a uma temperatura de 120°C a 250°C, preferencialmente de 140°C a 160°C.

[0007] Em outro aspecto, a invenção fornece madeira acetilada (tal como elementos de madeira acetilada) que podem ser obtidos por um processo conforme descrito no parágrafo anterior.

[0008] Particularmente, em um aspecto adicional, a invenção fornece madeira acetilada, particularmente elementos de madeira, obtidos por um processo que compreende o fornecimento de madeira (tais como elementos de madeira), submetendo a madeira a uma etapa de extração com água quente usando como fluido de extração água a uma temperatura de 100°C a 250°C, e submetendo a madeira resultante da extração à acetilação com um fluido de acetilação selecionado de anidrido acético, ácido acético e suas misturas, a uma temperatura na faixa de 120°C a 200°C.

[0009] Ainda em um aspecto adicional, a invenção reside em elementos de madeira acetilados exibindo uma estabilidade dimensional refletida por uma dilatação linear de até 2%, com um teor de acetila de 10 a 15%.

Breve descrição dos desenhos

[00010] A Fig. 1 é um gráfico que representa o EMC (teor de umidade de equilíbrio) de elementos de madeira (não tratados, acetilados e extraídos e acetilados) em relação ao teor de acetila.

[00011] A Fig. 2 é um gráfico que representa a dilatação linear (direção tangencial) de elementos de madeira (não tratados, acetilados e extraídos e acetilados) em relação ao teor de acetila.

Descrição detalhada da Invenção

[00012] Em sentido amplo, a invenção se baseia na criteriosa visão de deslocar, nos elementos de madeira a serem acetilados, o equilíbrio relativo dos componentes que são capazes de sofrer acetilação, em direção à lignina e à celulose. Consequentemente, a madeira a ser acetilada é submetida primeiro à extração de hemicelulose.

[00013] Sem querer se limitar à teoria, os inventores reconhecem que, devido à extração de grande parte da hemicelulose, a acetilação ocorre de maneira inesperada e vantajosa. Por exemplo, o teor de acetila para a madeira extraída é significativamente menor em comparação com a madeira não extraída, mas propriedades como estabilidade dimensional (dilatação linear sob umidade) estão no mesmo nível. Assim, a dilatação da madeira de acordo com a invenção tendo, por exemplo, 14% de teor de acetila, é semelhante a de elementos de madeira acetilados convencionais, tipicamente tendo 19% de teor de acetila.

[00014] A madeira acetilada da invenção exibe outro comportamento interessante e inesperado. Isso se reflete, por exemplo, no teor de umidade de equilíbrio (EMC). No campo, o EMC é indiretamente visto como uma medida de durabilidade, com um EMC menor correspondendo a uma durabilidade maior. Como resultado do processo da invenção, a madeira acetilada resultante tem um EMC inferior, com um teor de acetila inferior (por exemplo, 14%), do que o material padrão (que normalmente possui um teor de acetila de 19%).

[00015] A etapa de extração da invenção também resulta em vantagens de processo. Por exemplo, a extração anterior permite um processo mais rápido, porque o teor de acetila desejável pode ser menor (por exemplo, 14%) e será alcançada mais rápido do que o teor de acetila mais alto na acetilação convencional. Por exemplo, por comparação, o material padrão (elementos de madeira) precisa, por exemplo, de 4 horas a 130°C para chegar a um teor de acetila típico de 19%. Com o material extraído correspondente, o teor de acetila desejável correspondente (14%) - resultando em valores EMC e estabilidade dimensional semelhantes - é alcançado em 60 minutos a 130 °C.

[00016] A madeira a ser extraída e acetilada pelo processo da invenção é tanto elementos de madeira quanto madeira maciça, e inclui também folheados de madeira. Os elementos de madeira podem, preferencialmente, ser, por exemplo, lascas de madeira, fios de madeira, partículas de madeira. O processo pode, no entanto, surpreendentemente, ser aplicado à madeira maciça ou a folheados. A madeira pertence preferencialmente às espécies de madeira não duráveis, tais como madeiras macias, por exemplo, árvores coníferas, tipicamente abetos, pinheiros ou abeto-da- Sicília, ou a madeiras duras não duráveis. Exemplos não limitativos de tipos de madeira adequados são o abeto, o epícea-de-sitka, o pinheiro bravo, o pinheiro silvestre, o pinheiro radiata, o eucalipto, o amieiro vermelho, o amieiro europeu, a faia, a bétula, pinheiro de incenso, Pinus contorta, pinheiro-rígido, pinheiro vermelho, pinho amarelo do sul, cedro japonês (sugi) e cicuta. Também adequados são monocotiledôneas, como palmeira e outras madeiras duras, como Paulownia, árvore-da-borracha, teca, bordo, carvalho, carvalho branco e semelhantes.

[00017] As dimensões típicas dos elementos de madeira, conforme definidas de acordo com a presente invenção, são fornecidas na tabela seguinte. Tabela 1

[00018] Em algumas concretizações, os e ementos de madeira têm um comprimento de 1,0 a 75 mm, uma largura de 0,05 a 75 mm e uma espessura de 0,05 a 15 mm.

[00019] Em concretizações alternativas, a madeira é madeira maciça ou folheados de madeira e, preferencialmente, tem um comprimento ou largura de pelo menos 8 cm. A espessura é preferencialmente de pelo menos 1 mm. Em algumas concretizações, a madeira tem uma largura de 2 cm a 30 cm, uma espessura de 2 cm a 16 cm e um comprimento de 1,5 a 6,0 m. Em outras concretizações, a madeira tem uma espessura de pelo menos 1 mm, uma largura de 20 cm a 2,5 m e um comprimento de 20 cm a 6 m.

[00020] O processo da invenção é surpreendentemente bem aplicável à madeira maciça, aos elementos de madeira e aos folheados de madeira. Os benefícios do processo da invenção são exibidos em grande extensão no caso de elementos de madeira, como aparas, fios ou partículas. Mais preferencialmente, os elementos de madeira são aparas de madeira. Elementos de madeira de uma única faixa de tamanho são preferidos para facilitar um fluxo de massa homogêneo. Surpreendentemente, o processo da invenção também pode ser aplicado aos folheados de madeira e, particularmente, à madeira maciça (como vigas de madeira, pranchas ou placas), sem afetar substancialmente a estabilidade dimensional de tal madeira maciça. Será entendido que a remoção de componentes, como hemiceluloses, da madeira, afeta a integridade da madeira. No caso de produtos de madeira maciça, como vigas ou pranchas, as dimensões de tais produtos de madeira geralmente seriam afetadas adversamente pela remoção de componentes (por exemplo, a madeira se desviará mais facilmente de uma forma reta desejada e/ou a estrutura da madeira ficará mais quebradiça). Inesperadamente, no entanto, a madeira extraída acetilada resulta em produtos com uma estabilidade dimensional inalterada e não mostra fragilidade aumentada.

[00021] O processo da invenção é geralmente conduzido de acordo com processos de acetilação otimizados como são conhecidos na área. Os processos preferidos compreendem as seguintes etapas: - Fornecer elementos de madeira; - Controlar e, se necessário, ajustar o teor de umidade dos elementos de madeira; Deve ser entendido que, tendo em vista a etapa de extração conduzida de acordo com a presente invenção, a madeira estará geralmente totalmente úmida como resultado da extração e será seca até um teor de umidade desejado antes da impregnação com fluido de acetilação. - Impregnar os elementos de madeira com fluido de acetilação; - Submeter os elementos de madeira impregnados a uma ou mais etapas de aquecimento para efetuar a acetilação dos elementos de madeira; - Separar os elementos acetilados de madeira do excesso de fluido de acetilação.

[00022] Os elementos de madeira acetilados assim obtidos podem ser adicionalmente processados diretamente (por exemplo, no caso da fabricação de painéis compreendendo elementos de madeira acetilados ser conduzida em linha com o processo de acetilação), ou podem ser processados (como por secagem) para armazenamento e/ou transporte.

[00023] Na presente invenção, a madeira é submetida à extração antes de ser colocada em contato com o fluido de acetilação. Isto é, em processos preferidos que compreendem uma etapa em que a madeira a ser acetilada é impregnada com fluido de acetilação, a extração é conduzida antes de tal impregnação.

[00024] A etapa de extração é realizada de forma a extrair as frações constituídas pelas hemiceluloses da madeira. Tal extração pode ser conduzida usando solventes adequados como líquidos de extração. Exemplos não limitativos de tais solventes são água, acetona, etanol, metanol ou ácido acético. A água pode ser água pura, como água da torneira ou água desmineralizada, ou pode ser uma solução de sal diluída (por exemplo, água contendo oxalato de amônio ou sulfito de sódio).

[00025] É notado, como o técnico versado no assunto entenderá, que a etapa de extração resultará na extração de quaisquer outros extraíveis, além das hemiceluloses. Acredita-se que isso não seja imperativo para a invenção. Sabe-se que os principais componentes químicos da madeira são a lignina, a celulose e várias hemiceluloses. As hemiceluloses são uma fração geralmente indefinida, cuja composição química exata difere por espécie de madeira. Para facilidade de referência, a etapa de extração é referida como extração de hemiceluloses. Ainda assim, acredita-se que o resultado da etapa de extração da invenção tem sua importância na mudança do equilíbrio dos componentes da madeira a serem acetilados em lignina e celulose. Em comparação com a composição da madeira nativa correspondente, o teor de hemicelulose dos elementos de madeira na presente invenção é reduzido em uma quantidade de até 50%, tal como 10 a 40%, tal como 20 a 30%, tal como cerca de 25%. Por conseguinte, as quantidades relativas de celulose e lignina presentes na madeira a ser acetilada (e, portanto, também na madeira acetilada resultante) aumentaram cada uma em até 25%, tal como 5 a 20% cada, tal como 10 a 15% cada, tal como 12,5% cada.

[00026] A composição química de algumas espécies de madeira é conhecida como a seguir (ref. Sjostrom, E., Wood Chemistry. Fundamentals and Applications. Segunda edição ed. 1993, San Diego: Academic press. 292): Tabela 2: composição química das espécies de madeira

[00027] Preferencialmente, a extração é uma extração com água quente. Isso se refere a um processo bem estabelecido na técnica. O objetivo comum é obter extraíveis da madeira e usá-los para outros fins como produtos químicos de base biológica. A presente invenção, no entanto, aplica criteriosamente o processo de extração com água quente tendo em vista a madeira extraída remanescente, a qual é, então, submetida à acetilação. A extração com água quente é geralmente conduzida a temperaturas de 100°C a 250°C, tal como de 120°C a 180°C, tal como cerca de 160°C. Será entendido que essas temperaturas implicam em uma pressão elevada, tipicamente em uma faixa de 2 barg a 8 barg, tal como 4 a 6 barg, tal como cerca de 5 barg.

[00028] Em uma concretização interessante, o fluido de extração, tal como água quente, é aplicado aos elementos de madeira por meio de um processo de impregnação, particularmente um processo de impregnação de Bethel. Nele, os elementos de madeira a serem submetidos à extração são colocados em uma câmara de vácuo e o vácuo é aplicado para retirar o ar da madeira. O fluido de extração (tal como água) é, então, adicionado à câmara sob vácuo. Após encher a câmara com líquido, uma pressão geralmente de até 1723,69 KPa (250 libras por polegada quadrada (psi)) pode ser aplicada, preferencialmente 1034,21 KPa a 1378,95 KPa (150 psi a 200 psi). A pressão é removida para que a madeira seja novamente submetida à pressão atmosférica. Este tipo de processo é normalmente preferido, uma vez que normalmente deve resultar em uma carga máxima de impregnação, que se acredita ter uma relação direta com um nível máximo de acetila desejado. Normalmente, o aquecimento da água, com pressurização adequada, é realizado após a finalização do processo de impregnação. O fluido de extração pode permanecer em contato com os elementos de madeira, nas condições acima mencionadas (normalmente em uma autoclave) por uma duração de geralmente 1 a 10 horas, como 2 a 8 horas, como 4 a 6 horas, por exemplo, cerca de 5 horas. Além desse processo de extração em lote, processos de extração alternativos - como extração contínua - também podem ser usados.

[00029] Após a conclusão da extração, o fluido de extração, com os extraíveis nele contidos, é removido. Antes da acetilação, os elementos de madeira extraídos são normalmente submetidos a uma etapa que permite o teor de umidade dos elementos de madeira ser controlado. Geralmente, um teor de umidade desejável antes da acetilação é inferior a 15% em peso. Será entendido que, no caso de extração adequada por água, o controle do teor de umidade irá de fato compreender uma etapa de secagem. Essa secagem pode ser feita em um processo contínuo ou em batelada por qualquer método conhecido na indústria da madeira. Preferencialmente, o teor de umidade da madeira é levado a um valor inferior a 8%, como em uma faixa de 0,01% a 5%, como em uma faixa de 0,5% a 4%.

[00030] O próprio processo de acetilação pode ser conduzido, como é conhecido no estado da técnica, usando fluido de acetilação líquido e/ou gasoso. Fluidos de acetilação típicos são ácido acético, anidrido acético e suas misturas. Preferencialmente o fluido de acetilação inicial usado é o anidrido acético (como resultado da reação de acetilação, a composição do fluido de acetilação mudará durante o processo, uma vez que o ácido acético é assim formado). Normalmente, o contato dos elementos de madeira extraídos com fluido de acetilação, compreende novamente uma etapa de impregnação (tal como com anidrido acético).

[00031] Em uma concretização interessante, esta etapa de impregnação compreende um processo de impregnação do tipo Bethel como discutido acima com referência à etapa de extração. No entanto, no caso da absorção máxima do fluido de acetilação após a impregnação não ser um objetivo principal, processos de impregnação mais econômicos também podem ser usados. Exemplos disso, conhecidos do técnico no assunto de impregnação de madeira, são os chamados processos de Lowry e Rueping. Esses processos não requerem vácuo inicial. Ao invés vez disso, o fluido de impregnação é forçado profundamente na madeira sob pressão. O gás comprimido dentro da madeira então se expande quando a pressão é liberada, fazendo com que qualquer excesso de conservante seja expulso da madeira. Como mencionado acima, uma vantagem do processo da presente invenção é que teores mais baixos de acetila são necessários para obter as propriedades desejáveis do produto. Consequentemente, a invenção também permite o uso de processos de impregnação mais econômicos.

[00032] Em concretizações interessantes, a acetilação é conduzida de acordo com qualquer um dos processos de acetilação descritos em WO2009/095687, WO2011/95824, WO2013/117641, WO2013/139937 ou WO2016/008995, cujas divulgações são aqui incorporadas por referência. Por exemplo, um processo preferido para obter teores elevados de acetila é um processo de três estágios, conforme descrito no WO2016/008995. Uma vantagem da presente invenção é que o tempo do processo para a acetilação pode ser consideravelmente reduzido em comparação com o processo do WO2016/008995.

[00033] As reações de acetilação são geralmente conduzidas em temperaturas de 120°C a 200°C, tais como 160°C a 180°C. De preferência, o processo de acetilação para os elementos de madeira extraídos de acordo com a invenção é conduzido em uma única etapa de aquecimento, em uma faixa de temperatura geralmente abaixo das faixas otimizadas existentes no estado da técnica (tal como a uma temperatura de 120°C a 150°C, de preferência 130°C a 140°C) por uma duração que é geralmente mais curta do que as durações otimizadas existentes no estado da técnica (tal como por um período de 20 minutos a 1 hora, de preferência 30 a 40 minutos). O técnico versado no assunto será capaz, para um dado equipamento de reator e dependendo da espécie de madeira a ser acetilada, de otimizar o tempo e as condições de temperatura escolhidas. Particularmente, a presente divulgação serve, desse modo, para informar o técnico versado no assunto sobre o fato de que teores de acetila mais baixos são necessários do que para processos otimizados no estado da técnica. O técnico versado no assunto será capaz de adaptar as condições conhecidas em conformidade.

[00034] Deve ser notado que, para determinar os graus de acetilação da madeira, existem duas abordagens diferentes no campo. Uma é baseada no WPG (ganho percentual de peso). O WPG compara uma amostra (de madeira após a extração) antes e depois do tratamento de acetilação e, como resultado, quaisquer substâncias adicionadas (e quaisquer resíduos ainda presentes na madeira) aumentam o valor. O WPG é explicado na seguinte fórmula: WPG = (Maumento/Mamostra antes da reação) x 100%. Aqui, M significa massa e Maumento = Mamostra após a reação - Mamostra antes da reação).

[00035] A outra abordagem é realmente medir o teor de acetila (AC). Isso é dado como AC = (Macetilas/Mamostra após a reação) x 100%. Normalmente, a HPLC (cromatografia líquida de alta pressão) pode ser usada para quantificar as concentrações de íons acetato resultantes da saponificação de grupos acetila da madeira. A partir disso, a massa total dos grupos acetila após a acetilação pode ser considerada como Macetilas.

[00036] 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 tem uma massa de 1,25 g. Assim, Macetilas é 0,25 g. O WPG resultante é: (1,25-1,00)/1,00 * 100% = 25%. Calculado como teor de acetila, AC é = (1,25-1,00) / 1,25 * 100% = 20%.

[00037] Portanto, deve-se ter cuidado para não comparar diretamente os graus de acetilação expressos em WPG com os graus de acetilação expressos em AC. Na presente descrição, os valores de AC são escolhidos para identificar o grau de acetilação.

[00038] Os teores de acetila (AC) preferidos a serem obtidos para os elementos de madeira extraídos acetilados de acordo com a invenção são 8 a 16%, preferivelmente 10 a 15%, mais preferivelmente 13 a 14%.

[00039] Em uma distinção marcante da madeira nativa acetilada (elementos de madeira não extraídos) é que em tais percentagens mais baixas de teor de acetila, os elementos de madeira têm uma estabilidade dimensional geralmente da mesma ordem de magnitude que a madeira não extraída acetilada com um teor de acetila de 2 a 8% mais alto, particularmente de 4 a 6% mais alto e, mais tipicamente, 5% mais alto. Isso discrimina os elementos de madeira que podem ser obtidos pelo processo da invenção, dos elementos de madeira que podem ser obtidos pelos processos existentes.

[00040] Em outro aspecto, a invenção fornece elementos de madeira acetilados que podem ser obtidos por um processo como descrito acima. Os elementos de madeira acetilados da invenção podem assim ser distinguidos dos elementos de madeira acetilados padrão, pelos resultados visíveis da etapa de extração conduzida antes da acetilação. Assim, os elementos de madeira acetilados padrão não obtidos pelo processo da presente invenção são caracterizados por terem a composição nativa da madeira, particularmente compreendendo lignina, celulose e hemiceluloses, em uma forma acetilada. Os elementos de madeira acetilados obtidos pelo processo da presente invenção podem ser distinguidos dos referidos elementos de madeira acetilada padrão, inter alia, por terem uma composição na qual, em comparação com a madeira nativa correspondente, as quantidades relativas de lignina e celulose aumentaram (como resultado da remoção de extraíveis e, particularmente, hemiceluloses). Curiosamente, a extração normalmente também remove os terpenos e outras resinas de pinheiro, o que traz vários benefícios adicionais, como a possibilidade de dar uma cor mais clara à madeira.

[00041] Mais particularmente, em um aspecto adicional, a invenção fornece elementos de madeira acetilados obtidos por um processo que compreende o fornecimento de elementos de madeira, submetendo os elementos de madeira a uma etapa de extração com água quente usando como fluido de extração água a uma temperatura de 100°C a 200°C, e submissão dos elementos de madeira resultantes da extração a acetilação com um fluido de acetilação selecionado dentre anidrido acético, ácido acético e suas misturas, a uma temperatura na faixa de 120°C a 200°C.

[00042] Em um aspecto interessante, os elementos de madeira da invenção podem ser caracterizados como sendo elementos de madeira acetilados exibindo uma estabilidade dimensional refletida por uma dilatação linear de até 2%, com um teor de acetila de 10 a 15%. A dilatação linear é determinada de acordo com procedimentos conhecidos na técnica, conforme descrito nos exemplos. Devido ao crescimento de uma árvore, três diferentes direções/orientações são definidas na madeira, sendo tangencial, radial e longitudinal. A madeira encolhe e dilata a maior quantidade na direção tangencial; A dilatação tangencial é tipicamente cerca de duas vezes maior que a dilatação na direção radial. A dilatação longitudinal é tipicamente cerca de 0,1 a 0,2% da dita dilatação tangencial, sendo virtualmente nula. Na presente divulgação, a dilatação linear é medida na direção tangencial, visto que esta é a maior dilatação.

[00043] Os elementos de madeira acetilada de acordo com a presente invenção podem ser usados como um componente de placas ou painéis. Essas placas ou painéis geralmente compreendem elementos de madeira, mantidos juntos por um aglutinante, tal como uma resina. Isso se refere à tecnologia e aos materiais de resina bem estabelecidos na técnica. A presente invenção, embora se baseie adicionalmente na técnica para a fabricação de tais painéis, adiciona os benefícios de usar elementos de madeira acetilados que têm as propriedades desejáveis acima mencionadas, com os teores de acetila relativamente baixos acima mencionados. Ao fazer tais placas, em particular MDF (painéis de fibra de densidade média), os elementos de madeira da invenção podem ser refinados de forma útil (por exemplo, de modo a produzir fibras de madeira acetiladas a partir de aparas de madeira acetiladas). Os elementos de madeira acetilada, como tal ou refinados, podem, portanto, ser convertidos em cartão, como painel de fibra de média densidade, MDF, ou painel de fibra orientada, OSB, ou painel de partículas. Esses painéis possuem estabilidade dimensional, durabilidade, estabilidade à luz ultravioleta e condutividade térmica superiores em comparação com placas derivadas de elementos de madeira não acetilados. Particularmente, esses painéis possuem essas propriedades, assim como os painéis existentes feitos com elementos de madeira acetilada, embora com teores de acetila comparativamente mais baixos.

[00044] Em resumo, é revelado um processo para a acetilação da madeira. A madeira a ser acetilada é primeiramente submetida a uma etapa de extração. A madeira extraída resultante tem um teor de hemicelulose reduzido. Essa madeira extraída é submetida ao contato com um agente de acetilação. A extração pode ser feita com um fluido de extração que é, por exemplo, água, acetona, etanol, metanol ou ácido acético. A água pode ser água pura, como água da torneira ou água desmineralizada, ou pode ser uma solução de sal diluída (por exemplo, água contendo oxalato de amônio ou sulfito de sódio). A extração com água quente é preferida. A madeira extraída acetilada resultante, em particular os elementos de madeira, têm um comportamento de dilatação desejável com teores de acetila mais baixos do que a madeira acetilada convencional. A madeira pode ter a forma de elementos de madeira, madeira maciça ou folheados de madeira.

[00045] A invenção é ilustrada pelos seguintes exemplos não limitativos.

Exemplo 1

[00046] Foi fornecida uma amostra de madeira maciça feita de pinho Radiata. As dimensões eram: - Comprimento: 100 cm; - Largura: 14 cm; - Espessura: 2,5 cm.

[00047] Para a extração com água quente, as amostras foram impregnadas com água desmineralizada em um recipiente. Para esta impregnação, as amostras foram submersas na água enquanto o sistema foi evacuado para 5 KPa (50 mbara (milibar absoluto)), após o que a pressão foi retornada à atmosférica; depois disso, a pressão foi aumentada. As condições de extração aplicadas foram: - Pressão: 250 KPa (2,5 Barg); - Temperatura: 135°C; - Duração: 4 horas.

[00048] Após esse processo, o sistema foi resfriado e a fração de água decantada; subsequentemente, o vácuo foi puxado sobre a madeira úmida para remover grande parte da água remanescente contendo a fração de hemicelulose. Depois disso, a madeira foi seca termicamente até um teor de umidade abaixo de 5% em peso.

[00049] Isso resultou em madeira maciça extraída, da qual foram removidos 13% a 15% em peso de hemiceluloses. Em seguida, a amostra de madeira extraída foi impregnada com fluido de acetilação e submetida à acetilação. A impregnação com fluido de acetilação foi realizada submergindo as amostras no fluido de acetilação enquanto se evacuava o sistema para 5 KPa (50 mbara); depois disso, a pressão retornou à atmosférica. As condições de acetilação aplicadas foram: - Fluido de acetilação contendo 92% em peso de anidrido acético e 8% em peso de ácido acético; - Pressão: 150 KPa (1,5 Barg); - Temperatura: 135 °C; - Duração: 4 horas.

[00050] O resultado, após a remoção do fluido de acetilação e secagem, foi uma amostra de madeira maciça acetilada que mostrou uma notável integridade mecânica, sem distorção, empenamento ou dilatação. O teor de acetila da amostra era de 16%.

[00051] É notado que neste exemplo nem as condições de extração nem as condições de acetilação foram especificamente otimizadas. Por exemplo, uma temperatura de extração mais alta (a uma pressão mais alta correspondente) é preferida.

Exemplo 2

[00052] Amostras (com dimensões de 50x50x5 mm3) foram preparadas a partir de pinho Radiata. Para extração com água quente, as amostras foram impregnadas com água desmineralizada da seguinte forma: as amostras foram submersas em água à temperatura ambiente em um béquer e o béquer foi então colocado em um dessecador que foi evacuado enquanto mantinha as aparas submersas. Um vácuo de 5 KPa (50 mbar(a)) foi aplicado por 1h após o qual o sistema foi trazido de volta às condições atmosféricas. As amostras foram então transferidas para uma autoclave e o excesso de água foi adicionado para submergir as amostras. A autoclave foi fechada, evacuada e foi adicionado nitrogênio para chegar a uma pressão de 1 bar (g). O sistema foi então aquecido a 160°C e a pressão foi aumentada para cerca de 5 bar (g). As amostras foram tratadas por 5h. Em seguida, a água foi removida. As amostras foram retiradas da autoclave e secas em estufa a 105°C por 16h. Em seguida, as amostras foram pesadas e armazenadas em sacos lacrados para posterior uso.

[00053] A seguir, as amostras foram impregnadas com uma mistura 10/90 de ácido acético/anidrido acético em um dessecador e sob vácuo da mesma maneira como descrito acima.

[00054] As amostras foram acetiladas por 60 e 150 min a 130°C. Após a reação, as amostras foram submersas em água para interromper a reação e converter o anidrido acético em ácido acético. As amostras foram então secas em estufa a 105°C por 16h.

Exemplo 3

[00055] Foi fornecida uma série de amostras idênticas feitas de pinho Radiata, conforme usado no exemplo. Essas amostras não foram submetidas à extração. Elas são secas da mesma maneira a 105°C por 16h e foram tratadas com ácido acético/anidrido acético 10/90 da mesma maneira que as amostras do Exemplo 2.

Exemplo 4

[00056] As amostras obtidas no Exemplo 2 (aparas de madeira extraídas acetiladas de acordo com a invenção) e no exemplo 3 (aparas de madeira nativa acetiladas, não de acordo com a invenção) foram colocadas em uma câmara climática que foi regulada a 20°C e 90% de umidade relativa. Além disso, 10 amostras não tratadas e não acetiladas foram aclimatadas da mesma forma.

[00057] As amostras permaneceram na câmara climática até que atingissem uma massa estável. As amostras foram então pesadas em uma balança analítica e as dimensões (radial e tangencial) foram medidas. Após as medições, todas as amostras foram colocadas no forno a 105°C por 16h após as quais a massa e as dimensões foram determinadas novamente. Com essas medições, o teor de umidade de equilíbrio (EMC) e a dilatação linear foram calculados.

[00058] Os resultados para EMC são descritos na Fig.1, aqueles para dilatação linear (direção tangencial) na Fig. 2. Aqui, as amostras de madeira testadas são indicadas como segue: ▲ madeira acetilada extraída (de acordo com a invenção); + madeira acetilada (convencionalmente não extraída); ○ madeira não tratada.

[00059] Na Fig. 1, pode ser observado que o EMC para os elementos de madeira extraídos acetilados da invenção é menor do que o EMC para os elementos de madeira padrão não extraídos acetilados, mesmo com teores de acetila mais baixos.

[00060] Na Fig. 2 pode ser visto que uma dilatação linear de um valor desejável entre 1 e 2% para os elementos de madeira extraídos acetilados da invenção é obtido com um teor de acetila abaixo de 15%. Para os mesmos valores de dilatação linear, os elementos de madeira padrão acetilados e não extraídos requerem teores de acetila próximos a 20%.

Claims (6)

1. Processo para a acetilação de madeira macia caracterizado pelo fato de que compreende fornecer madeira macia, submeter a madeira a uma etapa de extração, de modo a prover madeira extraída, e submeter a madeira extraída ao contato com um agente de acetilação, em que a etapa de extração compreende contatar a madeira com um fluido de extração tendo uma pressão e temperatura de maneira a conduzir a extração a uma temperatura de 120°C a 250°C, preferivelmente de 140°C a 160°C, em que o fluido de extração é água e em que a madeira é seca antes da impregnação com o fluido de acetilação.

2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a madeira macia é de árvores coníferas, preferencialmente pinheiro.

3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a madeira é seca a um teor de umidade de menos que 8%, preferivelmente em uma faixa de 0,5% a 4%.

4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a madeira está na forma de elementos de madeira.

5. Processo, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os elementos de madeira são selecionados a partir do grupo que consiste em aparas de madeira, lâminas de madeira, partículas de madeira e misturas dos mesmos.

6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que a madeira está na forma de madeira sólida ou revestimentos de madeira.