EP3651956B1 - Procédé de traitement du bois - Google Patents

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EP3651956B1
EP3651956B1 EP18755893.7A EP18755893A EP3651956B1 EP 3651956 B1 EP3651956 B1 EP 3651956B1 EP 18755893 A EP18755893 A EP 18755893A EP 3651956 B1 EP3651956 B1 EP 3651956B1
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EP
European Patent Office
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pressure
impregnation
reagent solution
workpiece
mpa
Prior art date
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EP18755893.7A
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Udo SEIFRIED
Ingo Mayer
Thomas Volkmer
Benoît CANOINE
Gaspard CLERC
Indre BUIVIDE
Elena NEDELKOSKA
Frédéric Pichelin
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Arts & Design Manufacture SA
Original Assignee
Arts & Design Manufacture SA
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Publication date
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    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K3/00—Impregnating wood, e.g. impregnation pretreatment, for example puncturing; Wood impregnation aids not directly involved in the impregnation process
    • B27K3/02—Processes; Apparatus
    • B27K3/0278—Processes; Apparatus involving an additional treatment during or after impregnation
    • B27K3/0292—Processes; Apparatus involving an additional treatment during or after impregnation for improving fixation
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B27K3/26—Compounds of iron, aluminium, or chromium
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    • B27K3/34—Organic impregnating agents
    • B27K3/38—Aromatic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B27—WORKING OR PRESERVING WOOD OR SIMILAR MATERIAL; NAILING OR STAPLING MACHINES IN GENERAL
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    • B27K—PROCESSES, APPARATUS OR SELECTION OF SUBSTANCES FOR IMPREGNATING, STAINING, DYEING, BLEACHING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS, OR TREATING OF WOOD OR SIMILAR MATERIALS WITH PERMEANT LIQUIDS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CHEMICAL OR PHYSICAL TREATMENT OF CORK, CANE, REED, STRAW OR SIMILAR MATERIALS
    • B27K5/00—Treating of wood not provided for in groups B27K1/00, B27K3/00
    • B27K5/02—Staining or dyeing wood; Bleaching wood

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating at least one wooden part.
  • fir In its natural state, fir has a hardness of 10 to 15 N/mm 2
  • quebracho the hardest solid wood in its natural state
  • aluminum commonly used for industrial applications has a hardness of 150N/mm 2 .
  • WO2015154635 And WO 2011085555 describe various wood treatment processes.
  • WO2009145221 describes a process suitable for the coloring and densification of wood parts derived from THM procedures.
  • Impregnation techniques are known that allow wood to be given a color. However, the known techniques are limited to surface impregnation, only over a few millimeters. These techniques allow the manufacture of colored veneers that can cover a piece of wood, for example in densified wood, but these techniques are very expensive and do not give the same result as a single-piece colored wood.
  • An object of the present invention is to provide a method of treating wood which is free from or which minimizes the limitations of known methods.
  • This solution has in particular the advantage over the prior art of providing a densified piece of wood having improved physical and/or mechanical and/or visual and/or aesthetic properties compared to the pieces obtained with known treatment methods.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain pieces having a remarkable density, for example between 1000 kg/m 3 and 1500 kg/m 3 , preferably between 1300 kg/m 3 and 1400 kg/m 3 .
  • the method according to the invention makes it possible to obtain densified wood having an integral and homogeneous coloring in the mass of the wood.
  • the steaming phase is a step which makes it possible to make the transition between an impregnation step and a densification step.
  • the steaming step makes it possible to improve the quality of the coloring of the densified wood compared to existing methods.
  • the method according to the invention makes it possible to improve the durability of the coloring of the piece of wood.
  • the coloring of the pieces treated by the method according to the invention is more persistent in the event of leaching compared to the pieces treated with existing methods.
  • the method according to the invention makes it possible to obtain a densified and colored wood having an improved hardness, for example between 100 N/mm 2 and 200 N/mm 2 , preferably between 140 N/mm 2 and 170 N/mm 2 .
  • the method according to the invention makes it possible to process parts of all sizes: for example parts with dimensions of the order of a millimeter, a centimeter, or even a meter.
  • the method according to the invention makes it possible to control the thickness of the piece of wood after densification.
  • a shim or a mold to define the minimum height of the piece.
  • the wood piece is impregnated with at least one coloring agent.
  • the coloring agent comprises a first reagent solution and a second reagent solution.
  • the coloring agent, the first reagent solution or the second reagent solution may be soluble in an organic solvent (solvent phase) or in an aqueous phase (aqueous soluble).
  • the coloring agent, the first reagent solution or the second reagent solution may be reactive with the wood or air to impart a color, or may simply be an inert coloring product that does not interact with the wood or the environment in which it is located.
  • the impregnation phase may be carried out using a conventional impregnation method known to those skilled in the art, for example: dipping, immersion (long-term dipping), vacuum impregnation, pressure impregnation, pressure injection, end-grain injection and the various combinations of these impregnation methods, such as vacuum and alternating pressure impregnation for example. Impregnation can also include diffusion, perforation, brushing, spraying.
  • the impregnation, steaming and densification phases are successive phases.
  • the impregnation phase comprises the use of at least two reagent solutions.
  • the first reagent solution may be different or identical to the second reagent solution.
  • a coloring agent is applied which comprises several reagent solutions to the wood, for example a first reagent solution and a second reagent solution.
  • the reagent solutions can react with each other and then the product of this reaction can act on the wood to be treated.
  • the reagent solutions are applied successively to the wood.
  • the reagent solutions are applied at the same time to the wood to be treated.
  • said coloring agent or said first reagent solution comprises between 0.1% by weight and 10% by weight of fixing agent, preferably between 0.1 and 5% by weight, in particular between 0.4% and 1% by weight.
  • a reagent solution which contains a fixing agent fixative helps to break down the bonds between the chemical components of the wood, for example the wood fibers.
  • the first reagent solution or said coloring agent comprises an acid having a pka of less than 5, preferably less than 3.
  • the fixing agent is an acid having a pka of less than 5, preferably less than 3.
  • the acid is a phenolic acid.
  • the phenolic acid is used in the case where the wood subjected to the process naturally contains little or no phenolic compounds such as hydrolyzable tannins naturally present in certain types of wood. Optionally, it is possible to do without this contribution in the case of the treatment of wood of a type naturally containing a sufficient quantity of phenolic compounds.
  • the first reagent solution or said coloring agent comprises at least one fixing agent selected from gallic acid, oak tannins, chestnut tannins, or any other composition comprising a phenolic acid.
  • the first reagent solution or said coloring agent comprises 0.6% by weight of gallic acid.
  • impregnation of the part with a first reagent solution for at least 4 hours provided satisfactory results. This makes it possible to remove a large part, or even all, of the air from the piece of wood, which makes it possible to optimize impregnation at atmospheric pressure.
  • the piece of wood in the impregnation phase is impregnated with a second reagent solution.
  • the second reagent solution can be used to color the piece of wood, by reacting with the first reagent solution or with the phenolic compounds already present in the wood in the case of the treatment of a species naturally containing enough of them.
  • the first reagent solution and the second reagent solution may have a complementary action, for example when the coloring product results from the reaction between the first reagent solution and the second reagent solution.
  • the components of the second reagent solution for example minerals or pigments, may interact with the wood fibers, for example by attaching to the structural components of the wood (e.g. fibers).
  • the coloring product helps to stabilize the structure of the wood after impregnation. This minimizes the impregnation of water into the fibers so that the piece is more stable when the humidity varies which helps to maintain the structure and dimensions of the piece of wood.
  • the part is not dried between the impregnation with the first reagent solution and the impregnation with the second reagent solution.
  • the second reagent solution or said reactive coloring agent comprises at least one colorant, for example a pigment.
  • the second reagent solution or the coloring agent comprises at least one colorant selected from ferrous compounds, for example iron (II or III) sulfate, iron (II or III) chloride, or any other coloring ferrous compound.
  • the second reagent solution or the coloring agent comprises 2% by weight of ferrous coloring compound, for example iron (II) or (III) sulfate.
  • said second reagent solution or coloring agent comprises between 0.1% by weight and 10% by weight of said pigment or dye, preferably between 1 and 5% by weight, in particular between 1.5% and 3% by weight.
  • Steam allows heat to be conducted into the voids between the fibers of the piece of wood. This allows for a rapid and uniform temperature rise, where heating by conduction or hot air would take a long time and would create a temperature gradient in the piece. Then the steam, in addition to accentuating the action of the heat, will also generate chemical interactions within the wood: water molecules will intercalate themselves between the fibers of the wood and reduce the interactions that existed between these fibers, for example hydrogen bonds. Water acts as a plasticizer.
  • the steaming phase also allows for homogeneous impregnation in the mass, in particular homogeneous coloring.
  • This phase can also increase the reaction between the reagent solution or solutions and the wood fibers thanks to the presence of saturated water vapor and heat. Finally, this phase is used to prepare the wood for densification.
  • Wood is made up of polysaccharides such as hemicellulose, cellulose, or other polymers such as lignin which interact with each other to form a flexible structure with shape memory in the natural state.
  • hydrolysis of the hemicelluloses which constitute the wood fibers is observed in particular.
  • hemicelluloses are particularly involved in the shape memory of wood fibers: hemicelluloses interact mainly with water and return to their initial position upon contact with it (i.e. shape memory).
  • shape memory i.e. shape memory
  • the first pressure is achieved by increasing the pressure continuously, i.e. increasing the pressure without downtime until the first pressure is reached. This also applies to reaching the first temperature, mutatis mutandis.
  • the first pressure it is possible to reach the first pressure by increasing the pressure discontinuously, i.e. by increasing the pressure by stopping at one or more stages. This also applies to reaching the first temperature, mutatis mutandis.
  • a second pressure of between 7 MPa and 9 MPa on said part by heating said part to a second temperature of between 15°C and 25°C, for between 30 min and 50 min provided particularly satisfactory results.
  • the first and second pressures are performed by a mechanical action, for example using a hydraulic press with plates, for example with heated plates.
  • the first and second pressures are performed in the radial direction of said part.
  • An embodiment where the first and second pressures are performed in the tangential direction is also possible.
  • the wood of the piece of wood is chosen from beech, white fir, spruce, maple, lime, ash, and any other compatible species known to be local in Europe.
  • This heat treatment step improves the dimensional stability of the part and the fixation of the coloring agent.
  • the method comprises an intermediate drying phase between the impregnation of the first reagent solution and the impregnation of the second reagent solution. This makes it possible to evacuate the liquid portion of the first reagent solution to release the voids present in the wood fibers and facilitate the impregnation of the second reagent solution.
  • the terms “method for treating a piece of wood” define in particular a method for coloring and densifying a piece of wood.
  • the method for treating at least one wooden part according to the invention can be applied to the treatment of materials based on natural fibers, for example panels based on wood fibers, reed, rattan, bamboo, etc.
  • Bars are used for atmospheric pressure and Mpa for pressing pressure. It is possible to switch from one unit to the other using known conversion tables.
  • Pieces of beech (Fagus sylvatica L.) measuring 40 mm * 65 mm * 60 mm are impregnated under vacuum in a first reagent solution comprising 0.66% by weight of gallic acid for 12 hours.
  • the parts were not dried between the two impregnation phases.
  • the parts are then placed in an autoclave at a temperature of 140°C for 1 hour for the drying stage.
  • the densification process is divided into two steps: firstly the parts are densified at a first pressure of 17.5 MPa at a first temperature of 165°C. This pressure is maintained for approx. 20 min. Then the pressure and temperature are lowered to 8 MPa (second pressure) and respectively to 20°C (second temperature) for 40 minutes, during a second pressure, in order to cool the parts.
  • the method makes it possible to obtain a piece of wood with a density of approximately 1380 kg/ m3 of uniform dark black color throughout the entire section of the piece.

Landscapes

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical And Physical Treatments For Wood And The Like (AREA)

Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un procédé pour traiter au moins une pièce en bois.
    • État de la technique
  • Il existe aujourd'hui une demande pour la fabrication de pièces en bois qui remplaceraient des éléments en matériaux durs, par exemple en métal. En horlogerie, ces pièces en bois pourraient être utilisées dans la fabrication de composants d'habillage horlogers.
  • À ce jour, il n'est pas possible de répondre à cette demande, les techniques actuelles utilisant principalement du bois à l'état naturel. En effet, les caractéristiques physiques et mécaniques des bois à l'état naturel ne peuvent pas concurrencer les propriétés des métaux.
  • À l'état naturel, le sapin a une dureté de 10 à 15 N/mm2, alors que le quebracho, bois massif le plus dur à l'état naturel a une dureté de 102N/mm2. En comparaison, l'aluminium couramment utilisé pour des applications industrielles présente lui une dureté de 150N/mm2. Ainsi, si l'on souhaite remplacer certains métaux par du bois, il est nécessaire d'améliorer les propriétés physiques et mécaniques du bois à l'état naturel, comme la dureté.
  • Il existe des procédés pour densifier le bois, par exemple les procédés dits THM pour Thermo-Hygro-Mécanique basés sur l'utilisation de paliers de pressions et de températures pour compresser une pièce en bois. Cependant, jusqu'à présent il n'a jamais été possible d'obtenir par les procédés existants un bois densifié ayant un aspect visuel satisfaisant. Par exemple, la densification par les procédés existants créant fréquemment une teinte non homogène sur le bois ce qui fait que le bois densifié ne présente pas des propriétés esthétiques suffisantes pour être utilisées sur les parties visibles d'un produit.
  • Les documents WO2015154635 et WO 2011085555 décrivent divers procédés de traitement du bois. WO2009145221 décrit un procédé adapté à la coloration et à la densification de pièces de bois dérivé des procédures THM.
  • On connaît des techniques d'imprégnation qui permettent de donner une teinte au bois. Cependant, les techniques connues sont limitées à une imprégnation de surface, uniquement sur quelques millimètres. Ces techniques permettent de fabriquer des placages colorés qui peuvent recouvrir une pièce en bois, par exemple en bois densifié, mais ces techniques sont très coûteuses et ne donnent pas le même rendu qu'un bois coloré d'un seul tenant.
  • De plus, si les méthodes actuelles d'imprégnation permettent d'imiter la couleur des bois exotiques, elles ne peuvent pas imiter leur dureté.
  • Ainsi, il existe un besoin de fournir une méthode de traitement de bois qui permette de densifier et d'imprégner une pièce de bois pour obtenir une pièce esthétiquement satisfaisante.
    • Bref résumé de l'invention
  • Un but de la présente invention est de proposer un procédé de traitement de bois exempts ou qui minimisent les limitations des procédés connus.
  • Selon l'invention, ces buts sont au moins partiellement atteints au moyen d'un procédé pour traiter au moins une pièce en bois comprenant:
    • A) Une phase d'imprégnation pour imprégner la pièce avec au moins une solution de réactif;
    • B) Une phase d'étuvage comprenant :
      • ∘ i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante;
    • C) Une phase de densification comprenant :
      1. i) Comprimer ladite pièce en exerçant une première pression à une première température puis une deuxième pression à une deuxième température, la deuxième température et la deuxième pression étant respectivement inférieures à la première température et à la première pression.
  • Cette solution présente notamment l'avantage par rapport à l'art antérieur de fournir une pièce de bois densifiée présentant des propriétés physiques et/ou mécaniques et/ou visuelles et/ou esthétiques améliorées par rapport aux pièces obtenues avec des procédés de traitement connus. Notamment, le procédé selon l'invention permet d'obtenir des pièces ayant une densité remarquable, par exemple comprise entre 1000 kg/m3 et 1500 kg/m3, de préférence entre 1300 kg/m3 et 1400 kg/m3.
  • Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un bois densifié ayant une coloration intégrale et homogène dans la masse du bois. En particulier, les auteurs ont découvert que la phase d'étuvage est une étape qui permet de faire la transition entre une étape d'imprégnation et une étape de densification. L'étape d'étuvage permet d'améliorer la qualité de la coloration du bois densifié par rapport aux méthodes existantes.
  • Le procédé selon l'invention permet d'améliorer la durabilité de la coloration de la pièce de bois. Par exemple, la coloration des pièces traitées par le procédé selon l'invention est plus persistante en cas de lessivage par rapport aux pièces traitées avec les méthodes existantes.
  • Le procédé selon l'invention permet d'obtenir un bois densifié et coloré ayant une dureté améliorée, par exemple comprise entre 100 N/mm2 et 200 N/mm2, de préférence entre 140 N/mm2 et 170 N/mm2.
  • Le procédé selon l'invention permet de traiter des pièces de toutes les tailles: par exemple des pièces présentant des dimensions de l'ordre du millimètre, du centimètre, ou encore du mètre.
  • Le procédé selon l'invention permet de contrôler l'épaisseur de la pièce de bois après densification. Par exemple, il est possible d'utiliser une cale ou un moule pour définir la hauteur minimale de la pièce. Dans un mode de réalisation, il est possible de doter la pièce et/ou ses surfaces d'une forme et/ou d'un motif, par exemple en utilisant une cale ou un moule avec une forme ou un motif particulier.
  • Dans la phase d'imprégnation, la pièce de bois est imprégnée avec au moins un agent de coloration. Dans un mode de réalisation, l'agent de coloration comprend une première solution de réactif et une deuxième solution de réactif. L'agent de coloration, la première solution de réactif ou la deuxième solution de réactif peuvent être soluble dans un solvant organique (en phase solvant) ou en phase aqueuse (soluble en milieu aqueux).
  • L'agent de coloration, la première solution de réactif ou la deuxième solution de réactif peuvent être réactif avec le bois ou l'air pour donner une couleur, ou bien simplement être un produit de coloration inerte qui n'interagit pas avec le bois ou le milieu dans lequel il se trouve. La phase d'imprégnation peut être réalisée en utilisant une méthode d'imprégnation classique connue de l'homme du métier, par exemple : le trempage, l'immersion (trempage longue durée), l'imprégnation sous vide, l'imprégnation sous pression, l'injection sous pression, l'injection en bois de bout et les différentes combinaisons de ces modes d'imprégnation, telles que l'imprégnation sous vide et pression alternée par exemple. L'imprégnation peut aussi comprendre, la diffusion, la perforation, le badigeonnage, la pulvérisation.
  • Dans un mode de réalisation, les phases d'imprégnation, d'étuvage et de densification sont des phases successives.
  • Dans un mode de réalisation, la phase d'imprégnation comprend :
    1. i) Imprégner ladite pièce avec une première solution de réactif ;
    2. ii) Imprégner ladite pièce avec une seconde solution de réactif;
  • Ainsi, dans ce dernier mode de réalisation, la phase d'imprégnation comprend l'utilisation d'au moins deux solutions de réactif. La première solution de réactif peut être différente ou identique à la deuxième solution de réactif. Généralement, dans une méthode d'imprégnation classique, on tendra à utiliser un seul produit de traitement ou de coloration. Dans ce mode de réalisation, on applique un agent de coloration qui comprend plusieurs solutions de réactif sur le bois, par exemple une première solution de réactif et une deuxième solution de réactif. Les solutions de réactif peuvent réagir entre elles puis le produit de cette réaction peut agir sur le bois à traiter. Alternativement, les solutions de réactif sont appliquées successivement sur le bois. Alternativement, les solutions de réactif sont appliquées en même temps sur le bois à traiter.
  • Dans un mode de réalisation, ledit agent de coloration ou ladite première solution de réactif comprend entre 0.1 % en poids et 10% en poids d'agent fixant, de préférence entre 0.1 et 5 % en poids, en particulier entre 0.4 % et 1 % en poids. Une solution de réactif qui contient un agent fixant permet de dégrader les liaisons entre les composants chimiques du bois, par exemple les fibres du bois.
  • Selon un mode de réalisation, la première solution de réactif ou ledit agent de coloration comprend un acide ayant un pka inférieur à 5, de préférence inférieur à 3. Dans un mode de réalisation, l'agent fixant est un acide ayant un pka inférieur à 5, de préférence inférieur à 3. Par exemple, l'acide est un acide phénolique. Avantageusement, l'acide phénolique est utilisé dans le cas où le bois soumis au procédé contient naturellement peu ou aucun composé phénolique tel que des tanins hydrolysables naturellement présents dans certaines essences de bois. Éventuellement, il est possible de se passer de cet apport dans le cas du traitement d'un bois d'une essence contenant naturellement une quantité suffisante de composés phénoliques.
  • Par exemple, la première solution de réactif ou ledit agent de coloration comprend au moins un agent fixant choisi parmi l'acide gallique, les tanins de chêne, les tanins de châtaignier, ou toute autre composition comprenant un acide phénolique. Par exemple, la première solution de réactif ou ledit agent de coloration comprend 0.6 % en poids d'acide gallique.
  • Dans un mode réalisation, la phase d'imprégnation comprend
    • i) Imprégner ladite pièce avec une première solution de réactif pendant 2h à 20 h sous vide, de préférence entre 8 et 14 h, en particulier entre 11 h et 13 h.
  • En particulier, les inventeurs ont remarqué qu'une imprégnation de la pièce avec une première solution de réactif pendant au moins 4h fournissait des résultats satisfaisants. Cela permet de retirer une grande partie, voir la totalité de l'air de la pièce de bois, ce qui permet d'optimiser l'imprégnation à pression atmosphérique.
  • Dans un mode de réalisation, dans la phase d'imprégnation la pièce de bois est imprégnée avec une seconde solution de réactif. La seconde solution de réactif peut permettre de colorer la pièce de bois, en réagissant avec la première solution de réactif ou avec les composés phénoliques déjà présents dans le bois dans le cas du traitement d'une essence en contenant naturellement assez.
  • La première solution de réactif et la seconde solution de réactif peuvent avoir une action complémentaire, par exemple lorsque le produit colorant résulte de la réaction entre la première solution de réactif et la deuxième solution de réactif. Les composants de la seconde solution de réactif, par exemple les minéraux ou les pigments, peuvent interagir avec les fibres du bois, par exemple en se fixant aux composants structurels du bois (par exemple les fibres). Ainsi, le produit de coloration permet de stabiliser la structure du bois après imprégnation. Cela minimise l'imprégnation de l'eau dans les fibres de sorte que la pièce est plus stable lorsque l'hygrométrie varie ce qui contribue à la maintenir la structure et les dimensions de la pièce de bois.
  • Dans un mode de réalisation préféré, la pièce n'est pas séchée entre l'imprégnation avec la première solution de réactif et l'imprégnation avec la seconde solution de réactif. Les inventeurs ont découvert que cela permet d'améliorer l'efficacité du procédé selon l'invention.
  • Selon un mode de réalisation, la seconde solution de réactif ou ledit agent de coloration réactif comprend au moins un colorant, par exemple un pigment. Par exemple, la seconde solution de réactif ou l'agent de coloration comprend au moins un colorant choisi parmi les composés ferreux, par exemple le sulfate de fer (II ou III), chlorure de fer (II ou III), ou tout autre composé ferreux colorant. Par exemple, la seconde solution de réactif ou l'agent de coloration comprend 2 % en poids de composé colorant ferreux, par exemple du sulfate de fer (II) ou (III).
  • Dans un mode réalisation, ladite seconde solution de réactif ou l'agent de coloration comprend entre 0.1 % en poids et 10 % en poids dudit pigment ou colorant, de préférence entre 1 et 5 % en poids, en particulier entre 1.5 % et 3% en poids.
  • Selon un mode de réalisation, la phase d'imprégnation comprend:
    • Imprégner ladite pièce avec une seconde solution de réactif sous vide pendant 2h à 20 h, de préférence entre 8h et 14 h, en particulier entre 11 h et 13 h.
  • En particulier, les inventeurs ont remarqué qu'une imprégnation de ladite pièce avec une seconde solution de réactif pendant 12h fournissait des résultats satisfaisants.
  • Le procédé selon l'invention comprend une phase d'étuvage. La phase d'étuvage comprend :
    • i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante;
    Par exemple, ce chauffage peut être réalisé en plaçant la pièce dans un autoclave.
  • La vapeur permet de conduire la chaleur dans les vides présents entre les fibres de la pièce de bois. Cela permet une montée en température rapide et homogène, là où un chauffage par conduction ou par air chaud serait long et créerait un gradient de température dans la pièce. Ensuite la vapeur, en plus d'accentuer l'action de la chaleur, va aussi générer des interactions chimiques au sein du bois : les molécules d'eau vont s'intercaler entre les fibres du bois et réduire les interactions qui existaient entre ces fibres, par exemple les liaisons hydrogène. L'eau agit comme un plastifiant.
  • La phase d'étuvage permet également une imprégnation homogène dans la masse, en particulier une coloration homogène. Cette phase peut aussi permettre d'augmenter la réaction entre la solution ou les solutions de réactif et les fibres de bois grâce à la présence de vapeur d'eau saturante et de chaleur. Cette phase sert enfin à préparer le bois en vue de la densification.
  • Dans un mode réalisation, la phase d'étuvage comprend :
    • i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 110°C et 160°C, de préférence entre 120°C et 150°C, en particulier entre 135°C et 145°C, pendant 10 min à 3 h, de préférence entre 30 min et 2h, en particulier entre 50 min et 1 h 10.
  • La phase de densification comprend en outre :
    • ii) Comprimer ladite pièce en exerçant une première pression à une première température puis une deuxième pression à une deuxième température, la deuxième température et la deuxième pression étant respectivement inférieures à la première température et à la première pression.
  • Durant cette étape de densification, la combinaison de la température et de la pression va entraîner des modifications chimiques des fibres en tant que telles, par exemple une dégradation au moins partielle des fibres, notamment des fibres de polysaccharides. Le bois est constitué de polysaccharides comme l'hémicellulose, la cellulose, ou d'autres polymères comme la lignine qui interagissent entre eux pour former une structure flexible et à mémoire de forme à l'état naturel. Dans la présente invention, lors de la densification, on observe notamment une hydrolyse des hémicelluloses qui constituent les fibres de bois. Or, les hémicelluloses sont particulièrement impliquées dans la mémoire de forme des fibres de bois : les hémicelluloses interagissent principalement avec l'eau et reprennent leur position initiale à son contact (i.e. mémoire de forme). Ainsi, l'hydrolyse des hémicelluloses participe à la perte de mémoire de forme de la pièce, qui est ainsi plus stable dans un environnement hygrométrique variable.
  • Dans un mode de réalisation, la première pression est atteinte en augmentant la pression de manière continue, c'est-à-dire en augmentant la pression sans temps d'arrêt jusqu'à atteindre la première pression . Cela s'applique également pour atteindre la première température, mutatis mutandis.
  • Alternativement, il est possible d'atteindre la première pression en augmentant la pression de manière discontinue, c'est-à-dire en augmentant la pression en marquant des temps d'arrêt à un ou plusieurs paliers. Cela s'applique également pour atteindre la première température, mutatis mutandis.
  • Selon un mode de réalisation, la phase de densification comprend:
    • une première pression comprise entre 15 MPa et 20 MPa sur ladite pièce, de préférence entre 16.5 MPa et 18.5 MPa, en chauffant ladite pièce à une première température comprise entre 150°C et 180°C, de préférence entre 160°C et 170°C, pendant 10 min à 1 h, de préférence pendant 15 min à 25 min.
  • En particulier, les auteurs ont découvert qu'une première pression comprise entre 16.5 MPa et 18.5 MPa, en chauffant ladite pièce à une première température comprise entre 160°C et 170°C pendant 15 min à 25 min fournissait des résultats particulièrement satisfaisants.
  • Dans un mode de réalisation, la phase de densification comprend:
    • une deuxième pression comprise entre 5 MPa et 10 MPa, de préférence entre 7 MPa et 9 Mpa, sur ladite pièce en chauffant ladite pièce à une deuxième température comprise entre 10°C et 30°C, de préférence entre 15°C et 25°C, pendant 10 min à 2 h, de préférence entre 30 min et 50 min.
  • En particulier, les auteurs ont remarqué qu'une deuxième pression comprise entre 7 MPa et 9 MPa sur ladite pièce en chauffant ladite pièce à une deuxième température comprise entre 15°C et 25°C, pendant entre 30 min et 50 min fournissait des résultats particulièrement satisfaisants.
  • Dans un mode réalisation, la première et la deuxième pression sont effectuées par une action mécanique, par exemple en utilisant une presse hydraulique à plateaux, par exemple à plateaux chauffants.
  • Selon un mode de réalisation, la première et la deuxième pression sont effectuées dans la direction radiale de ladite pièce. Un mode de réalisation où la première et la deuxième pression sont effectuées dans la direction tangentielle est également possible.
  • Selon un mode de réalisation, le bois de la pièce de bois est choisi parmi le hêtre, le sapin blanc, l'épicéa, l'érable, le tilleul, le frêne, et toute autre essence compatible réputée locale en Europe.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé pour traiter au moins une pièce en bois comprend :
    1. A) Une phase d'imprégnation comprenant :
      1. i) Imprégner ladite pièce avec une première solution de réactif pendant 11 h à 13 h sous vide, ladite première solution de réactif comprenant entre 0.4 % et 1 % en poids d'acide gallique ;
      2. ii) Imprégner ladite pièce avec une seconde solution de réactif pendant 11 h à 13 h sous vide, ladite seconde solution de réactif comprenant entre 1.5 % et 3% en poids de sulfate de fer;
    2. B) Une phase d'étuvage comprenant :
      1. i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 135°C et 145°C, pendant 50 min à 1 h 10 ;
    3. C) Une phase de densification comprenant :
      1. i) Comprimer ladite pièce en exerçant une première pression à une première température puis une deuxième pression à une deuxième température, la deuxième température et la deuxième pression étant respectivement inférieures à la première température et à la première pression,
      • la première pression étant comprise entre 16.5 MPa et 18.5 Mpa sur ladite pièce, en chauffant ladite pièce à une première température comprise entre 160°C et 170°C, pendant 15 min à 25 min.
      • la deuxième pression étant comprise entre 7 Mpa et 9 Mpa sur ladite pièce en chauffant ladite pièce à une deuxième température comprise entre 15°C et 25°C, pendant 30 min à 50 min.
  • Selon un mode de réalisation, le procédé pour traiter au moins une pièce en bois comprend :
    1. A) Une phase d'imprégnation comprenant un mode d'imprégnation choisi parmi : le trempage, l'immersion ou trempage longue durée, l'imprégnation sous vide, l'imprégnation sous pression, l'injection sous pression, l'injection en bois de bout et les différentes combinaisons de ces modes d'imprégnation, par exemple telles que l'imprégnation par vide et pression alternés.
    2. B) Une phase d'étuvage comprenant :
      1. i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 135°C et 145°C, pendant 50 min à 1 h 10 ;
    3. C) Une phase de densification comprenant :
      • i)Comprimer ladite pièce en exerçant une première pression à une première température puis une deuxième pression à une deuxième température, la deuxième température et la deuxième pression étant respectivement inférieures à la première température et à la première pression,
    • la première pression étant comprise entre 16.5 MPa et 18.5 MPa sur ladite pièce, en chauffant ladite pièce à une première température comprise entre 160°C et 170°C, pendant 15 min à 25 min.
    • la deuxième pression étant comprise entre 7 MPa et 9 MPa sur ladite pièce en chauffant ladite pièce à une deuxième température comprise entre 15°C et 25°C, pendant 30 min à 50 min.
  • Dans un mode de réalisation, le procédé comprend :
    D) une phase de traitement thermique comprenant le passage de ladite pièce à une atmosphère pendant 1h à 30h, de préférence entre 10 et 20h, à une pression allant de 0 bars à 40 bars, de préférence entre 1 et 20 bars, ladite atmosphère comprenant :
    • une température comprise entre 50°C et 250°C, de préférence entre 100 et 200°C, par exemple au four ou en autoclave, à une humidité relative comprise entre 0 et 100%.
  • Cette étape de traitement thermique permet d'améliorer la stabilité dimensionnelle de la pièce et la fixation de l'agent de coloration.
  • Dans un mode de réalisation, le procédé comprend une phase de séchage intermédiaire entre l'imprégnation de la première solution de réactif et l'imprégnation de la seconde solution de réactif. Cela permet d'évacuer la part liquide de la première solution de réactif pour libérer les vides présents dans les fibres du bois et faciliter l'imprégnation de la seconde solution de réactif.
  • Selon un mode de réalisation, la phase de séchage intermédiaire comprend un passage au four pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1h et 10h dans une atmosphère:
    • à une température entre 0 et 100°C, de préférence entre 30 et 60°C,
    • à une pression entre 0 et 20 Bars, de préférence entre 0.2 et 2 Bars absolus.
  • Cela permet de réaliser un séchage thermique de la pièce de bois.
  • Selon un mode de réalisation, la phase de séchage intermédiaire comprend un passage en autoclave pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1h et 10h dans une atmosphère :
    • à une température entre 0 et 100°C, de préférence entre 10 et 30°C,
    • à une pression entre 0 et 20 Bars absolus, de préférence entre 0.2 et 0.5 Bar absolus.
  • Cela permet d'extraire par le vide la part liquide de la première solution présente dans la pièce.
  • Dans la présente invention, les termes « procédé pour traiter une pièce de bois» définissent notamment un procédé pour colorer et densifier une pièce de bois.
  • Le procédé pour traiter au moins une pièce en bois selon l'invention peut s'appliquer au traitement des matériaux à base de fibres naturelles, par exemple les panneaux à base de fibres de bois, roseau, rotin, bambou, etc.
  • Dans la présente invention, les Bars sont utilisés pour la pression atmosphérique et les Mpa pour la pression de pressage. Il est possible de passer d'une unité à l'autre en utilisant les tables de conversion connues.
  • Les modes de réalisations décrits ci-dessus s'appliquent lorsque le procédé comprend des étapes d'imprégnation, d'étuvage et de densification successives.
    • Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
  • Un mode de réalisation du procédé selon la présente invention est décrit ci-dessous. Cependant, l'invention n'est pas limitée à ce mode de réalisation.
  • Des pièces de hêtre (Fagus sylvatica L.) de dimension 40 mm * 65 mm * 60 mm sont imprégnées sous vide dans une première solution de réactif comprenant 0.66 % en poids d'acide gallique durant 12h.
  • Puis les pièces sont imprégnées sous vide dans une seconde solution de réactif comprenant 2 % en poids de sulfate de fer durant 12 h.
  • Dans ce mode de réalisation, les pièces n'ont pas été séchées entre les deux phases d'imprégnation.
  • Les pièces sont ensuite placées dans un autoclave à une température de 140°C pendant 1 h pour l'étape d'étuvage.
  • Le processus de densification est divisé en deux étapes : premièrement les pièces sont densifiées à une première pression de 17.5 MPa à une première température de 165°C. Cette pression est maintenue durant env. 20 min. Ensuite la pression et la température sont baissées à 8 MPa (deuxième pression) et respectivement à 20°C (deuxième température) durant 40 minutes, au cours d'une deuxième pression, afin de refroidir les pièces.
  • Dans ce mode de réalisation, le procédé permet d'obtenir une pièce de bois avec une densité d'environ 1380 kg/m3 de couleur noir foncé uniforme à travers toute la section de la pièce.

Claims (14)

  1. Procédé pour traiter au moins une pièce en bois comprenant:
    - A) Une phase d'imprégnation pour imprégner la pièce avec au moins un agent de coloration ;
    - B) Une phase d'étuvage comprenant :
    ∘ i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante;
    - C) Une phase de densification comprenant :
    i) Comprimer ladite pièce en exerçant une première pression à une première température puis une deuxième pression à une deuxième température, la deuxième température et la deuxième pression étant respectivement inférieures à la première température et à la première pression
    caractérisé en ce que la première pression comprise entre 15 MPa et 20 MPa sur ladite pièce, de préférence entre 16.5 MPa et 18.5 MPa, en chauffant ladite pièce à une première température comprise entre 150°C et 180°C, de préférence entre 160°C et 170°C, pendant 10 min à 1 h, de préférence pendant 15 min à 25 min et en ce que
    les phases d'imprégnation, d'étuvage et de densification sont des phases successives.
  2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la phase d'imprégnation comprend un mode d'imprégnation choisi parmi : le trempage, l'immersion ou trempage longue durée, l'imprégnation sous vide, l'imprégnation sous pression, l'injection sous pression, l'injection en bois de bout, et les différentes combinaisons de ces modes d'imprégnation, par exemple telles que l'imprégnation par vide et pression alternés
  3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel ledit au moins un agent de coloration comprend une première solution de réactif et une deuxième solution de réactif, et la phase d'imprégnation comprend :
    i) Imprégner ladite pièce avec une première solution de réactif;
    ii) Imprégner ladite pièce avec une seconde solution de réactif;
  4. Procédé selon la revendication 3, dans lequel la phase d'imprégnation comprend :
    - i) Imprégner ladite pièce avec une première solution de réactif pendant 2 à 20 heures sous vide, de préférence entre 8 et 14 heures, en particulier entre 11 et 13 heures ;
    - ii) Imprégner ladite pièce avec une seconde solution de réactif sous vide pendant 2h à 20 h, de préférence entre 8h et 14 h, en particulier entre 11 h et 13 h.
  5. Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel le procédé comprend une phase de séchage intermédiaire entre l'imprégnation de la première solution de réactif et l'imprégnation de la seconde solution de réactif.
  6. Procédé selon la revendication 5 dans lequel la phase de séchage intermédiaire comprend un passage au four pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1h et 10h dans une atmosphère:
    - à une température entre 0 et 100°C, de préférence entre 30 et 60°C,
    - à une pression entre 0 et 20 Bar, de préférence entre 0.2 et 2 Bar absolus.
  7. Procédé selon la revendication 5 dans lequel la phase de séchage intermédiaire comprend un passage en autoclave pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1h et 10h dans une atmosphère :
    - à une température entre 0 et 100°C, de préférence entre 10 et 30°C,
    - à une pression entre 0 et 20 Bars absolus, de préférence entre 0.2 et 0.5 Bar absolus
  8. Procédé selon l'une des revendications 1 à 7 dans lequel ledit agent de coloration ou ladite première solution de réactif comprend entre 0.1 % en poids et 10% en poids d'un agent fixant, de préférence entre 0.1 et 5 % en poids, en particulier entre 0.4 % et 1 % en poids ; et/ou ledit agent de coloration ou ladite seconde solution de réactif comprend entre 0.1 % en poids et 10 % en poids d'un pigment, de préférence entre 1 et 5 % en poids dudit pigment, en particulier entre 1.5 % et 3% en poids dudit pigment.
  9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la phase d'étuvage comprenant :
    - i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 110°C et 160°C, de préférence entre 120°C et 150°C, en particulier entre 135°C et 145°C, pendant 10 min à 3 h, de préférence entre 30 min et 2h, en particulier entre 50 min et 1 h 10.
  10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel la phase de densification met en oeuvre:
    - une deuxième pression comprise entre 5 MPa et 10 MPa, de préférence entre 7 MPa et 9 Mpa, sur ladite pièce en chauffant ladite pièce à une deuxième température comprise entre 10°C et 30°C, de préférence entre 15°C et 25°C, pendant 10 min à 2 h, de préférence entre 30 min et 50 min.
  11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la première et la deuxième pression sont effectuées par une action mécanique, par exemple en utilisant une presse à plateaux.
  12. Procédé selon l'une de revendications 1 à 11, dans lequel la première et la deuxième pression sont effectuées dans la direction radiale de ladite pièce.
  13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel le procédé comprend :
    - D) une phase de traitement thermique comprenant le passage de ladite pièce à une atmosphère pendant 1h à 30h, de préférence entre 10 et 20h, à une pression allant de 0 bar à 40 bars absolus, de préférence entre 1 et 20 bars absolus, ladite atmosphère comprenant :
    ∘ une température comprise entre 50°C et 250°C, de préférence entre 100 et 200°C, par exemple au four ou en autoclave ;
    ∘ une humidité relative comprise entre 0 et 100%.
  14. Procédé selon la revendication 13, dans lequel l'étape de traitement thermique est réalisée après la phase de densification.
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