BRPI0407089B1

BRPI0407089B1 - processo de tratamento de peças em madeira.

Info

Publication number: BRPI0407089B1
Application number: BRPI0407089-5A
Authority: BR
Inventors: Michiel Jan Boonstra; Edo Vincent Kegel; Jan Frederik Rijsdijk
Priority date: 2003-01-31
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2012-10-30
Also published as: US20070000146A1; CA2514602A1; WO2004067240A1; NL1022548C2; BRPI0407089A; ZA200506412B; CA2514602C; EP1597039A1; EP1597039B1; NZ541641A; ATE509747T1

Description

"PROCESSO DE TRATAMENTO DE PEÇAS EM MADEIRA"

A invenção diz respeito a um processo de tratamento de peças em madeira, em que as peças em madeira, em uma etapa de hidrotermólise, são colocadas sob a influência de vapor saturado em uma temperatura na faixa de 130 a 220°C, tal que uma conversão de hemicelulose e lignina presente nas peças em madeira ocorra, em que as peças em madeira são subseqüentemente secadas em uma etapa de cura até um conteúdo de umidade de menos do que aproximadamente 3% em peso em uma temperatura na faixa de 100 a 220°C.

Um tal processo é conhecido da Patente Européia EP 0 373726. Com o processo conhecido, a madeira de uma qualidade relativamente inferior, em particular a madeira de uma durabilidade relativamente baixa, alta sensibilidade à umidade e intenso encolhimento e intumescência, tal como a madeira macia, pode ser tratada em madeira durável, dimensionalmente estável e insensível a fungo. O melhoramento e tais propriedades tem lugar não apenas em uma camada externa das peças em madeira tratados, mas na totalidade da peça. Além disso, as propriedades mecânicas, em particular a dureza e a resistência, da madeira tratada obtida pelo processo conhecido, são relativamente boas em relação à madeira não tratada. Por causa das propriedades mencionadas, as peças em madeira tratada são adequadas para aplicações estruturais e/ou não estruturais, tanto interiores quanto exteriores, de modo que estas espécies de madeira tratada têm utilidade em uma faixa relativamente ampla de aplicações. Observa-se que a conversão da hemicelulose compreende uma reação de hidrólise.

O processo conhecido para tratar peças em madeira é ambientalmente não hostil, porque, nesse processo, nenhum, ou relativamente poucos, produtos químicos ambientalmente nocivos, tais como agentes de impregnação, fungicidas e outros, necessitam ser usados e introduzidos na madeira para comunicar-lhe as propriedades particulares desejadas. Portanto, a produção e distribuição destas peças em madeira são muito propícias para o ambiente.

O processo conhecido da EP 0 373 726 é vantajoso, em particular sobre os processos da mesma forma conhecidos da técnica anterior, em que a madeira é meramente aquecida acima de 180°C para melhorar a durabilidade e a estabilidade. A desvantagem destes últimos processos é que a maneira dessa forma se torna quebradiça e é fendida a tal pondo que ela se torna freqüentemente não mais utilizável.

A desvantagem do processo conhecido é que a madeira a ser tratada freqüentemente se fende durante a execução desse processo. A anisotropia da madeira, aqui, desempenha um papel que não deve ser subestimado. Os coeficientes de encolhimento e de intumescência são muito diferentes, especialmente nas direções radiais e tangenciais. Tal fendilhamento tem lugar tanto interna quanto externamente. Como resultado, a resistência das peças em madeira é afetada. Além disso, o fendilhamento apresenta as peças em madeira tratada com um exterior sem atrativos. Além disso, em alguns casos, as peças em madeira obtidas com o processo conhecido demonstram não ter as propriedades mecânicas desejadas. Por exemplo, na prática, pode ser que o uso do processo venha a tornar as peças em madeira relativamente quebradiças, as quais podem facilmente quebrar-se sob carga mecânica.

A invenção considera um processo com o qual as desvantagens do processo conhecido são eliminadas, ao mesmo tempo em que mantém as suas vantagens. Em particular, a invenção considera um processo de acordo com o parágrafo inicial deste relatório descritivo, em que a durabilidade e a estabilidade dimensional das peças em madeira são tratadas ao mesmo tempo em que preservam as propriedades mecânicas.

Com esta finalidade, o processo em conformidade com a presente invenção é caracterizado em que as peças em madeira no início da etapa de hidrotermólise têm um teor de umidade inicial que se situa na faixa de 10 a 25% em peso.

Surpreendentemente, foi observado que, com o processo de tratamento da madeira, muito bons resultados são obtidas pela realização da etapa de hidrotermólise sobre as peças em madeira tendo um teor de umidade inicial na faixa especificada de 10 a 25% em peso (90 a 75% em peso da madeira seca). O fato é que estas peças em madeira resultam em conter relativamente poucas rachaduras. O valor deste teor inicial de umidade com o qual melhores resultados são obtidos, parece normalmente depender da espécie de madeira a ser tratada. Preferivelmente, o teor inicial de umidade das peças em madeira é de menos do que cerca de 20% em peso. Resultados relativamente bons são obtidos na maioria das espécies de madeira com um teor inicial de umidade na faixa de cerca de 12 a 18% em peso, em particular na faixa de cerca de 12 a 16% em peso.

A umidade na madeira é de preferência distribuída muito homogeneamente. Para essa finalidade, as variações no teor de umidade inicial, medida sobre um componente da madeira e/ou entre vários componentes da madeira, situam-se preferivelmente dentro de ±2%.

A pré-secagem para o teor de umidade requerido pode, por exemplo, ser feita em secadores de madeira e/ou ao ar livre. Qualificada para o processo é, por exemplo, a madeira de

espécies de árvores de crescimento rápido. Tal madeira é geralmente de durabilidade muito limitada, ela é sensível à umidade e se encolhe e intumesce intensamente, é, na maioria das vezes, bastante macia e não muito forte. Igualmente qualificado para o processo, entretanto, é o alburno de muito baixa durabilidade (a porção do lenho do tronco da árvore, que é ativa no crescimento e no processo vital) de outras espécies de árvore que sejam ainda muito sensíveis à umidade e muito pouco duráveis para aplicações exteriores.

O processo é aplicável, por exemplo, a madeira serrada, madeira contornada, madeira compensada e ainda a diferentes formas de madeira usada, aparas de madeira e lascas de madeira, das quais, por sua vez, o material laminado pode ser fabricado. ETAPA DE HIDROTERMÓLISE

A etapa de hidrotermólise é preferivelmente realizada com precisão, uma vez que parece que o teor de umidade da maneira a ser tratada é importante em combinação com a ocorrência de fendilhamentos na madeira durante este tratamento, tanto interna quanto externamente. Parece que, dependendo da espécie de madeira a ser tratada, o teor de umidade inicial situa-se entre 10 e 25% em peso, preferivelmente entre 12 e 18% em peso, mais particularmente entre 12 e 16% em peso. De preferência, o teor de umidade na madeira após o tratamento de hidrotermólise tem permanecido virtualmente o mesmo. A conversão acima mencionada da hemicelulose e da lignina contida nas peças em madeira ocorre em vapor saturado, embora a temperatura mais elevada pode situar-se entre 130 e 220°C, dependendo da intensidade da termólise pretendida. Neste tratamento de hidrotermólise, a hemicelulose e a lignina presentes na célula e nas paredes das fibras e o conteúdo de substâncias possivelmente presentes na parede e/ou nas luzes são pelo menos parcialmente decompostos em componentes quimicamente reativos. O que é evitado através do uso de vapor saturado é que a madeira sofre uma secagem durante a etapa de termólise. A conversão referida compreende, em particular, uma conversão seletiva de hemicelulose e lignina.

Sem que se deseje estar limitados por qualquer teoria, uma explanação possível do surpreendente efeito mencionado é que o fendilhamento é causado pelo encolhimento e pelo intumescimento da madeira durante a etapa de hidrotermólise. Tal encolhimento e intumescimento são realizados pela umidade contida na madeira durante a etapa de hidrotermólise necessária para a conversão. Quando a madeira é aquecida durante a etapa de hidrotermólise, o ponto de saturação das paredes das fibras da madeira cai, o que, no caso de um teor de umidade da madeira relativamente elevado, leva ao encolhimento das paredes daquelas fibras. Ao contrário, o ponto de saturação das fibras surgirá com uma temperatura decrescente durante a etapa de hidrotermólise, o que pode levar ao intumescimento das paredes das fibras.

O aquecimento e o resfriamento da madeira durante a etapa de

termólise preferivelmente tem lugar muito gradualmente, a diferença de temperatura no interior da madeira e na sua superfície sendo quando muito de10 graus centígrados. O controle gradual da curva de temperatura é, por exemplo, efetuado simplesmente por meio da pressão de vapor, associada com a pressão do vapor saturado e da temperatura do vapor. Desta maneira, o teor de umidade muda na madeira e o encolhimento e o intumescimento resultantes são apropriadamente controláveis.

Como, de acordo com a invenção, o teor de umidade inicial situa-se na faixa de 10 a 25% em peso, preferivelmente na faixa de 12 a 18% em peso, mais em particular na faixa de 12 a 16% em peso, a etapa de termólise das peças em madeira ocorre com relativamente pouco encolhimento e intumescimento da madeira, de modo que isto impõe nenhum ou relativamente pouco fendilhamento, tanto no nível celular quanto no nível das peças em madeira. Preferivelmente, um teor inicial de umidade é escolhido, de tal

modo que uma parte relativamente grande daquela umidade se ache em uma condição trimolecularmente ligada à madeira. Nesse caso, o teor de umidade é usualmente de cerca de 15 a 16% em peso. Quando a umidade estiver trimolecularmente ligada à madeira, apenas uma menor parte da umidade pode difundir-se das paredes das fibras da madeira para a luz celular, dessa forma tornando o encolhimento na parede celular mínimo.

............................ O uso de peças em madeira tendo um teor de umidade inicial

de cerca de 15 a 16% tem uma outra vantagem de que o teor de umidade daquela madeira pode permanecer relativamente constante durante a etapa de hidrotermólise. Este é o resultado do fato de que, durante a execução da etapa de hidrotermólise, o ponto de saturação das fibras da madeira alcança um valor que fica tipicamente perto ou dentro desta faixa de teor de umidade de15 a 16%.

De acordo com uma elaboração vantajosa da invenção, a etapa de hidrotermólise é realizada substancialmente de forma adiabática, de tal modo que o teor de umidade das peças em madeira após a etapa de hidrotermólise é igual àquele de antes daquela etapa.

Evidentemente, a etapa de hidrotermólise pode também ser realizada sobre as peças em madeira em que o teor de umidade seja menos uniformemente distribuído. Entretanto, isto envolve o inconveniente de que a possibilidade de fendilhamento durante a execução da etapa de hidrotermólise é aumentada, e de que a conversão ocorre menos uniformemente. SECAGEM INTERMEDIÁRIA

Preferivelmente, entre a etapa de hidrotermólise e a etapa de cura, as peças em madeira são secados em uma etapa de secagem intermediária, de tal modo que as peças em madeira obtêm um teor de umidade na faixa de 2 a 10% em peso.

Esta etapa intermediária é vantajosa para abaixar o teor de umidade da madeira termolisada de modo que, durante a etapa de cura apenas uma menor quantidade de umidade necessite ser evaporada, de forma que, durante essa etapa de cura, a madeira dificilmente voltará a encolher-se. Na etapa de secagem intermediária, a madeira é preferivelmente secada até um teor de umidade de 5 a 8% em peso, mais em particular até um teor de umidade de cerca de 7% em peso. A secagem intermediária é feita, por exemplo, em secadores de madeira, geralmente conhecidos na indústria de processamento de madeira. Após a etapa de termólise, a madeira está ainda relativamente macia, de modo que as fendas podem formar-se facilmente. Para o programa de secagem, por exemplo conhecido, tipicamente esquemas brandos são seguidos. CURA

Na etapa de cura, as peças em madeira são subseqüentemente, pelo menos após a etapa de termólise, secados até um teor de umidade de menos do que cerca de 3% em peso em uma temperatura na faixa de 100 a220°C. Durante esta etapa, a madeira é de preferência introduzida em um ambiente deficiente de oxigênio. Nele, a temperatura é, por exemplo, elevada gradualmente até um nível de cerca de 150 a 200°C, dependendo do resultado pretendido relativamente à espécie de madeira e à aplicação. Durante este tratamento, a madeira perde substancialmente os últimos resíduos de umidade, apresentando uma menor extensão de pós-encolhimento. Se o teor de umidade da madeira no início desta etapa for muito elevado, então, aqui também, novamente, existe uma possibilidade substancial de fendilhamento e deformações na madeira. Com a etapa de secagem intermediária mencionada acima, tal fendilhamento pode ser impedido. Durante a etapa de cura, tem lugar a fixação dos componentes quimicamente reativos nas paredes celulares, conforme formados na etapa de termólise. Através da fixação dos componentes quimicamente reativos, a absorção de umidade é fortemente inibida e, assim, o encolhimento e o intumescimento, e daí o empenamento associado da madeira, são muito reduzidos. Como um resultado da cura, o ponto de saturação das fibras vem situar-se em um teor de umidade relativamente baixo, de modo que a madeira já se torna menos sensível ao ataque por fungos destruidores da madeira. Além disso, uns poucos dos componentes quimicamente formados são levemente tóxicos para os fungos destruidores da madeira e a hemicelulose facilmente degradável é, em grande parte, ou mesmo completamente, afastada do tecido da madeira. Esta combinação de fatores resulta em uma durabilidade aumentada da madeira.

O aquecimento e o resfriamento da madeira durante a etapa de cura preferivelmente ocorre gradualmente, de tal modo que a diferença na temperatura no interior da madeira e na superfície é quando muito de 15 graus centígrados. A umidade ainda presente na madeira se evaporará com o aumento de temperatura da madeira. Fazendo-se com que a umidade se evapore muito rapidamente leva-se indevidamente a um rápido encolhimento da parede celular, o que pode também contribuir para o fendilhamento indesejável da madeira.

Surpreendentemente, a madeira foi observada possuir boas propriedades mecânicas no final do tratamento de cura quando as peças em madeira tenham um teor de umidade na faixa de 2 a 10% em peso, preferivelmente de 5 a 8%, no final da etapa de cura. Em primeiro lugar, esta madeira foi observada não apresentar nenhum fendilhamento ou apresentar fendilhamento relativamente pequeno durante a etapa de cura sob a influência do encolhimento. Além disso, estas peças em madeira ficam relativamente após a conclusão da etapa de cura.

CONDICIONAMENTO

De acordo com a invenção, é ainda muito vantajoso quando as peças em madeira, após a etapa de cura, passam por uma etapa de condicionamento com a finalidade de condicionar a madeira.

Após a cura, a madeira tratada tem um teor de umidade muito baixo, no qual ela não é apropriadamente processável e trabalhável. Pelo condicionamento da madeira, as peças em madeira podem, sob condições controladas, obter um teor de umidade final desejado, por exemplo um teor de umidade em que as peças em madeira sejam adequados para serem diretamente aplicados, processados e trabalhados sem perda da qualidade da madeira. O condicionamento pode ser realizado, por exemplo, em um secador de madeira em que o ambiente seja umedecido pela injeção de vapor em baixa pressão.

Através da etapa de condicionamento, a madeira é, de preferência, ajustada a um teor de umidade na faixa de cerca de 2 a 8% em peso. Em particular, a madeira é ajustada a um teor de umidade que esteja em conformidade com a umidade relativa do ar (RH) do ambiente em que ela deva ser usado, por exemplo uma RH de 50 a 65% para um ambiente interior, ou RH de 75% para uso no ambiente exterior. E observado aqui que os teores de umidade da madeira tratada durante o uso são muito menores do que aqueles da madeira não tratada nos mesmos valores de RH, de modo que a madeira tratada não sofra, ou sofra relativamente pouco, do desenvolvimento fungóide e/ou da sua decomposição, em comparação com a madeira não tratada.

Na realização das várias etapas do processo, tipicamente,

diferentes compostos químicos são liberados na madeira, por exemplo o ácido acético, os quais, quando entram no ar, podem ser irritantes. Por esta razão, os tratamentos preferivelmente têm lugar em usinas completamente fechadas, possibilitando que substancialmente toda a umidade liberada da madeira, com os compostos químicos liberados, seja removida como condensado. A etapa de hidrotermólise pode ser realizada, por exemplo, em uma autoclave. Para a(s) etapa(s) de secagem, um ou mais secadores de madeira fecháveis podem ser usados, os quais são preferivelmente providos de um sistema de resfriamento com o qual a umidade que se origina da madeira é condensada e removida. Para a cura, por exemplo, um forno fechável pode ser provido, que compreenda uma descarga de condensado e uma instalação de condicionamento de ar.

A invenção será presentemente elucidada em e por um

exemplo. EXEMPLO

Peças em madeira frescas, por exemplo peças de madeira de um teor de umidade relativamente elevado, recentemente cortadas de uma árvore, foram tratadas em um secador e ajustadas a um teor de umidade inicial na faixa de cerca de 12 a 16% em peso (88 a 84% em peso da madeira seca). A seguir, em uma etapa de hidrotermólise, as peças em madeira foram expostas a vapor em uma temperatura na faixa de 130 a 220°C, de modo a resultar em uma conversão de hemicelulose e lignina contidas nas peças em madeira em componentes quimicamente reativos. Depois disto, as peças em madeira foram tratadas em uma etapa de secagem intermediária, de modo que a madeira obtivesse um teor de umidade de cerca de 7% em peso. Estas peças em madeira foram ainda secadas e curadas em uma etapa de cura, por meio do que ocorreu a fixação dos componentes quimicamente reativos formados na termólise, em uma temperatura na faixa de 100 a 200°C. O teor de umidade das peças em madeira dessa forma reduziu-se a um teor de umidade de cerca de 0,5% em peso. Após a etapa de cura seguiu-se uma etapa de condicionamento, em que a madeira foi ajustada a um teor de umidade na faixa de cerca de 4 a 6% em peso. RESULTADOS

Como mencionado, o processo de acordo com a invenção tem

efeitos vantajosos sobre as propriedades mecânicas da madeira. Mais abaixo, os efeitos mais importantes são resumidos.

A lignina determina, em uma extensão considerável, a resistência à compressão da madeira. Esta resistência à compressão normalmente aumenta levemente como resultado do presente processo (que é provavelmente causado pela reticulação da rede da lignina). O módulo de elasticidade normalmente também aumenta. A dureza Janka não muda ou pode aumentar até uma leve extensão.

A Tabela I mostra os resultados do processo de acordo com a invenção para várias diferentes espécies de madeira, com a finalidade tratar, tendo a cada vez passado pelas seguintes cinco etapas em sucessão: a etapa de secagem, a etapa de hidrotermólise, a etapa de secagem intermediária, a etapa de cura e a etapa de condicionamento. Na Tabela, a densidade, a resistência ao dobramento (módulo de ruptura MOR) e o módulo de elasticidade (MOE) das peças em madeira não tratados, em comparação com aqueles das peças em madeira tratadas. A Tabela mostra que a maior parte dos tipos de madeira após o preparo apresenta um módulo de ruptura levemente menor e um módulo de elasticidade levemente maior em comparação com a madeira não tratada. Em geral, pode ser estabelecido que as propriedades mecânicas da madeira demonstrem estar bem preservada, ou mesmo melhorada, sob a influência do presente processo de preparo.

Tabela 1. Propriedades Mecânicas de Várias Espécies de Madeira *) Lit.: Hout vademecum 1996 [Wood Handbook 1996]. (Kluwer Technical bocks BV). <table>table see original document page 12</column></row><table>

A Tabela 2 ainda mostra resultados do teste para o pinheiro europeu que foi tratado pelo presente processo, pelo menos pelas cinco etapas acima mencionadas, em comparação com o pinheiro europeu não tratado. Na determinação das propriedades mecânicas desta espécie de madeira, fez-se uso de espécimes de teste substancialmente sem defeitos. Tabela 2. Propriedades Mecânicas do Pinheiro Europeu Tratado (Pinus

sylvestris).

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As Tabelas ainda mostram que o processo usado afeta a resistência à tração da madeira. A resistência à tração foi reduzida como resultado do preparo, em particular através de hidrólise das fibras de celulose. A celulose determina a resistência de tração da madeira até uma extensão considerável.

Além das propriedades mencionadas, a massa volumétrica normalmente demonstra o decréscimo como resultado do processo de preparo, o que é presumivelmente causado pela evaporação dos componentes orgânicos. Além disso, é freqüentemente observado que a ruptura da madeira tratada da maneira descrita, pelo menos durante um teste de resistência ao dobramento destrutivo, é acompanhada por um curto e algumas vezes leve fendilhamento. Aqui, a madeira de decíduas, em particular próximo ao cerne, é observada ser mais sensível a um leve fendilhamento do que a madeira de coníferas. Isto é provavelmente causado pelo fato de que o comprimento das fibras da madeira de decíduas é consideravelmente mais curto do que aquele da madeira de coníferas.

Outros resultados de medição, concernentes à histerese, intumescimento e encolhimento da madeira tratada pela presente invenção, em comparação com a madeira não tratada, são representados nas Figuras que acompanham o presente relatório, em que:

A Figura 1 apresenta os resultados da medição concernente à European douglas;

A Figura 2 apresenta os resultados da medição concernente à

radiata pine; e

A Figura 3 apresenta os resultados concernentes a abachi;

Em cada uma das Figuras 1 a 3, o teor de umidade da madeira m.c. (%) é representado graficamente ao longo do eixo vertical. No eixo horizontal, à esquerda do eixo do m.c., a umidade relativa do ar RH (%) é delineada, enquanto à direita do eixo do m.c. o encolhimento k e o intumescimento ζ (%) são delineados. Os resultados concernentes à madeira não tratada são, a cada vez, traçados com linhas não marcadas, enquanto os dados da madeira tratada são representados por linhas marcadas com 'x'. As medições respectivas foram realizadas de acordo com os métodos descritos no livro de Rijsdijk, J. F. e Laming, P. B., intitulado iiPhysical and related properties of 145 timbers", 1994, Kluwer Academic Publishers.

À esquerda do eixo do m.c., nas Figuras 1 a 3, a histerese da madeira não tratada e da madeira tratada através das cinco etapas de preparo acima mencionadas, é representada. Esta histerese compreende um comportamento de umidade da madeira, por meio do qual a dessorção e a adsorção de umidade seguem as diferentes linhas d e a, respectivamente, na relação entre o teor de umidade m.c. da madeira (%) e a umidade relativa do ar RH (%). Nestas partes à esquerda dos gráficos, o que deve ser observado em primeiro lugar é a curva menos inclinada da histerese da madeira tratada em comparação com a madeira não tratada. Além disso, maiores diferenças entre a localização das respectivas linhas de dessorção e adsorção, d, a, acham-se visíveis. Isto é indicativo de uma alta estabilidade, que tanto a madeira de coníferas quanto a de decíduas obtiveram através do tratamento.

Como se conclui, por exemplo, da Figura 1, a European douglas não tratada em uma RH de 80% (e uma temperatura de 20°C) após a adsorção alcançará um teor de umidade de aproximadamente 15%. Se esta madeira entra em um ambiente mais seco, a madeira apresentará uma tendência de encolher em aproximadamente 70% de RH: a interseção do teor de umidade de 15% com a linha de dessorção d. Após outra redução da RH, a madeira encolhe. A mesma situação quanto à European douglas tratada dá os seguintes dados: na RH de 80% a madeira, após a adsorção, alcança um teor de umidade de 8%. Colocada em um ambiente seco, a madeira não apresentará uma tendência de encolher-se até em um RH de 55% (interseção da linha para o teor de umidade de 8% com a linha de dessorção d), isto é, uma redução de 25% da RH para a madeira tratada, em oposição aos 10% da RH para a madeira não tratada, o que significa um grande aumento na estabilidade da douglas como um resultado do tratamento. Reciprocamente, o seguinte é aplicável: partindo-se de um ponto sobre a linha de dessorção d, a RH, no caso da madeira tratada, aumenta muito mais antes que a madeira inicie a intumescer-se, do que no caso da madeira não tratada. Esses resultados também são visíveis nas Figuras 2 e 3 para a radiata pine e a abachi, respectivamente.

Das Figuras 1 a 3, além disso, pode-se deduzir diretamente quando o teor de umidade m.c. se acha em um dado valor da umidade relativa do ar RH. Parece que o teor de umidade da madeira m.c. permanece abaixo dos 20% para a madeira tratada. Conseqüentemente, a decomposição e os fungos da madeira não possuem substancialmente nenhuma oportunidade de atacar esta madeira.

Além disso, cada uma das Figuras 1 a 3 representa, na metade direita, o encolhimento k (%) e o intumescimento ζ (%) que se origina, para o caso em que a madeira provenha de um ambiente diferente ou da condição úmida ou completamente seca. Em particular, em cada caso, o teor de umidade m.c. da madeira é representado como uma função do intumescimento tangencial zt, do intumescimento radial zr, do encolhimento tangencial kt e do encolhimento radial kr da madeira. Uma explanação dos termos recém-mencionados zt, zr, kt e kr é dada na seção 'termos e definições' aqui mais abaixo apresentada. Segue-se dos gráficos 1 a 3 que os encolhimentos kt e kr, e o intumescimento zt e zr, foram reduzidos consideravelmente na madeira tratada, especificamente nas duas espécies de madeira de coníferas de douglas e radiata pine. Igualmente, a redução do ponto de saturação das fibras é grande com estas espécies de madeira: de 28 a30% para 17 a 18%. Como a Figura 3 apresenta, as diferenças no caso das espécies abachi da madeira de decíduas tropicais são menores, porque as abachi não tratadas já possuem encolhimento menor e um baixo ponto de saturação das fibras.

No seguinte, outros resultados de testes são dados concernentes à durabilidade e à classe de risco da madeira tratada em conformidade com a presente invenção.

A durabilidade natural de várias espécies de madeira tratada da maneira acima descrita, foi estabelecida com vários métodos de teste padronizados, inter alia o EN 113 (método de teste para a determinação da eficácia protetora contra os basidiomicetos destruidores da madeira) e o ENV807 (determinação da eficácia tóxica contra os microfungos de decomposição suave e outros microorganismos que habitam o solo). Estes mostram que as espécies de madeira de coníferas tratadas de acordo com a presente invenção, que consistem inteiramente, ou em uma grande parte, de alburno (por exemplo, os vários tipos de pinheiro), são adequadas para aplicações na classe3 de risco (acima do solo e não sob o solo, de acordo com a EN 335-1) com uma expectativa de vida de pelo menos 15 anos (em um clima temperado). As espécies de madeira de coníferas tratadas, que consistem inteiramente, ou em grande parte, do cerne (por exemplo, lariço, douglas, pinho), são adequadas para aplicações na classe 4 de risco (em contato com o solo e/ou água doce de acordo com a EN 355-1) com uma expectativa de vida de pelo menos 15 anos (em um clima temperado). A madeira de decídua tratada (inter alia o álamo tremedor, o vidoeiro, o amieiro e o choupo) parece ser adequada para aplicação na classe 3 de risco.

Como foi mencionado, a madeira tratada de acordo com a presente invenção é relativamente durável. Assim, por exemplo, o preparo da madeira foi observado ter um efeito claramente positivo sobre a prevenção do ataque pelo besouro doméstico de antenas longas. O uso do douglas tratado e do pinho foi observado, após 4 semanas, levar a um extermínio maior entre as larvas do besouro doméstico de antenas longas do que no caso da madeira não tratada. Após 12 semanas, observou-se que todas as larvas haviam sido exterminadas no pinho tratado, enquanto após esse período demonstrou-se ainda que 37% e 96%, respectivamente, das larvas viviam no douglas e no pinho não tratados, respectivamente. TERMOS E DEFINIÇÕES

A seguir, a relação entre o teor de umidade e o encolhimento da madeira é ainda elucidada. O teor de umidade (m.c.) da madeira é o peso da umidade que uma peça de madeira contém em relação ao peso seco daquela peça de madeira, expressos em percentuais. Na disposição de fórmula:

mc = (pg - Po)/Po x 100 em que pg é o peso de uma peça de madeira na condição úmida/molhada, e p0 é o peso daquela mesma peça de madeira na condição completamente seca (secada em uma temperatura de 103 a 105 0C até peso constante, embora não mais do que 48 horas para as amostras de testes convencionais).

A madeira é higroscópica, o que eqüivale a dizer que o teor de umidade está em uma relação direta para a umidade do ar que circunda a madeira, e esta umidade do ar é geralmente designada como a umidade relativa, e indicada em um percentual, por exemplo uma umidade relativa (RH) de 65% ou 90%. 0% é o ar absolutamente seco, e 100% é a quantidade máxima de umidade que o ar pode conter nas temperatura e pressão dadas.

Em uma RH aproximando-se de 100%, a madeira, como um material higroscópico, também alcança um máximo, a saber, o ponto de saturação das fibras, o qual, dependendo da espécie de madeira, situa-se entre30 e 20%. Nesta situação, as paredes celulares são saturadas, mas nas cavidades celulares, as luzes, não existe virtualmente nenhuma umidade ainda. Esta umidade é denominada água ligada/umidade. Se o teor de umidade da madeira for maior do que este valor, o excedente da umidade é armazenado nas luzes e essa umidade é designada de água livre. Assim, a madeira recém-cortada pode ter um teor de umidade elevado, por exemplo de180 a 210% para os choupos, de 110 a 160% para os alburnos de muitas espécies de madeira, ou de 60 a 90% para o cerne.

Além disso, entre o teor de umidade da madeira abaixo do ponto de saturação das fibras, e o encolhimento e intumescimento, respectivamente, da madeira, existe uma relação fixa que depende da espécie de madeira. Partindo-se do ponto de saturação das fibras, a madeira encolhe mais de acordo quando o teor de umidade é mais baixo. De muitas espécies de madeira, é conhecida a relação entre o teor de umidade e o encolhimento/intumescimento.

Na estrutura de um tronco de árvore, e daí em cada peça de madeira cortada do tronco, três direções podem ser identificadas, a saber: a direção axial, igual à direção axial do tronco; a direção radial, correndo do cerne do tronco na direção radial para a casca; a direção tangencial correndo paralela à casca. A representação estrutural da madeira é diferente nestas três direções e juntamente elas formam uma imagem tridimensional da construção anatômica da madeira. Quase todas as espécies de madeira têm sua própria representação estrutural e podem, Conseqüentemente, ser reconhecidas por ela através de exame microscópico.

O encolhimento e o intumescimento nestas três direções são também diferentes, os maiores encolhimento e intumescimento sendo na direção tangencial. Um encolhimento/intumescimento menor tem lugar na direção radial, enquanto o encolhimento/intumescimento é ainda menor na direção axial. O encolhimento e intumescimento nas direções tangencial e radial são representados nas Figuras 1 a 3 para a madeira normal e para a madeira tratada. Das Figuras, segue-se que o encolhimento e o intumescimento da madeira são claramente anisotrópicos. Para as pessoas habilitadas, será claro que a invenção não fica

limitada aos exemplos descritos. Será evidente que várias modificações são possíveis dentro da estrutura da invenção conforme apresentada nas seguintes reivindicações.

Assim, por exemplo, a etapa de cura pode ser executada em uma prensa a uma pressão que esteja na faixa de 2 a 50 bar. Além disso, o processo pode ser aplicado a diferentes espécies de peças em madeira, por exemplo madeira serrada, madeira redonda, madeira fresca e/ou velha, pranchas de madeira, vigas, lâminas, compensados, postes, tiras finas, e/ou blocos etc. Além disso, o processo pode ser aplicado a madeira usada que, em si mesma, dificilmente oferece qualquer aplicação útil, de modo a se obtenha dela peças em madeira úteis. As peças em madeira podem compreender madeira sólida.

As peças em madeira podem ter várias dimensões, por exemplo dimensões comerciais. Preferivelmente pelo menos uma dimensão, por exemplo o comprimento, a espessura e/ou a largura das peças em madeira a serem tratadas seja(m) maior(es) do que cerca de 10 cm, de modo a que as peças em madeira tratada sejam úteis substancialmente de forma direta, por exemplo para fins de construção e/ou de acabamento.

Além das peças em madeira acima mencionados, que são

relativamente grandes, o processo de acordo com a invenção também pode ser aplicado a peças em madeira menores, por exemplo peças em madeira estreitas, serradas e/ou de outra forma processadas, por exemplo lascas de madeira, fibras e/ou aparas de madeira. Nesse caso, as peças em madeira fragmentada podem, após a etapa de hidrotermólise, por exemplo durante e/ou após a etapa de cura, ser combinados e/ou formados em elementos e/ou compósitos maiores contendo madeira, por exemplo através de colagem, pressão ou coisa parecida. Esses elementos contendo madeira podem, por exemplo, compreender vários materiais em folha, vigas, pranchas, postes, blocos e outros.

Qualificada para o processo é, por exemplo, a madeira de espécies de árvores de crescimento relativamente rápido. Na condição não tratada, tal madeira é geralmente de baixa durabilidade, sensível à umidade, ela encolhe e intumesce intensamente, é a maioria das vezes bem macia e relativamente fraca. Além disso, por exemplo, o alburno de menor durabilidade (a porção da madeira do tronco da árvore que é ativa no processo de crescimento e vital) de outras espécies de árvores, além das espécies de madeira que ainda são muito sensíveis à umidade e muito pouco duráveis para aplicações exteriores, pode ser tratada pelo processo em conformidade com a invenção.

Claims

1. Processo de tratamento de peças em madeira, em que as peças em madeira em uma etapa de hidrotermólise são colocados sob a influência de vapor saturado em uma temperatura na faixa de 130 a 220°C, de tal modo que uma conversão da hemicelulose e da lignina presentes nas peças em madeira tenha lugar, em que as peças em madeira são subseqüentemente secadas em uma etapa de cura até um teor de umidade que seja menor do que 3% em peso, em uma temperatura na faixa de 100 a 220°C, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira no início da etapa de hidrotermólise têm um teor de umidade inicial que se situa na faixa de 10 a 25% em peso.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o teor de umidade inicial das peças em madeira situa-se na faixa de 12 a 18% em peso.

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira passam por uma etapa de secagem com a finalidade de se obter o teor de umidade inicial antes que a etapa de hidrotermólise seja realizada.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a etapa de secagem é realizada pelo menos parcialmente em um dispositivo de secagem.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que a etapa de secagem é realizada pelo menos parcialmente ao ar livre.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado pelo fato de que a etapa de hidrotermólise é realizada de forma adiabática, de tal modo que o teor de umidade das peças em madeira seja constante durante essa etapa de hidrotermólise.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira, entre a etapa de hidrotermólise e a etapa de cura, são secadas em uma etapa de secagem intermediária, de tal modo que as peças em madeira obtenham um teor de umidade na faixa de 2 a 10% em peso.

8. Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira na etapa de secagem intermediária são ajustados até um teor de umidade na faixa de 5 a 8% em peso.

9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira, através da etapa de secagem intermediária, são ajustadas até um teor de umidade de 7% em peso.

10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira, após a etapa de cura, passam por uma etapa de condicionamento com a finalidade de condicionar a madeira.

11. Processo de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que a madeira, pela etapa de condicionamento, é ajustada a um teor de umidade na faixa de 2 a 8% em peso.

12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizado pelo fato de que a etapa de cura é realizada em uma prensa a uma pressão na faixa de 2 a 50 bar.

13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizado pelo fato de que a etapa de cura é realizada em um ambiente de baixo teor de oxigênio.

14. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13, caracterizado pelo fato de que o teor de umidade inicial das peças em madeira situa-se na faixa de 15 a 16% em peso.

15. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 14, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma dimensão de cada um das peças em madeira, pelo menos antes da etapa de hidrotermólise, é maior do que 10 cm.

16. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 15, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira são divididas em diferentes peças em madeira menores, e estas peças em madeira menores passam pelo menos pela etapa de hidrotermólise e pela etapa de cura.

17. Processo de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira menores tratadas são combinadas em elementos contendo madeira.

18. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 17, caracterizado pelo fato de que as peças em madeira na etapa de cura são secadas até um teor de umidade que seja menor do que 2% em peso.