ES2952147T3

ES2952147T3 - Madera acetilada y método de fabricación de la misma

Info

Publication number: ES2952147T3
Application number: ES18723414T
Authority: ES
Inventors: Theodorus Gerardus Marinus Maria Kappen; Dommele Stefan Van
Original assignee: Tricoya Technologies Ltd
Current assignee: Tricoya Technologies Ltd
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2023-10-27
Anticipated expiration: 2038-04-13
Also published as: CA3096698A1; AU2018418814A1; WO2019197041A1; KR102591692B1; EP3774241A1; EP4234190A2; BR112020020899A2; JP7241768B2; KR20210005016A; AU2018418814B2; EP3774241B1; US20210154883A1; JP2021527577A; EP4234190A3; PL3774241T3; PT3774241T; CN111971153A

Abstract

Se divulga un proceso para la acetilación de la madera. La madera a acetilar se somete primero a una etapa de extracción. La madera extraída resultante presenta especialmente un contenido reducido de hemicelulosa. Esta madera extraída se somete a contacto con un agente de acetilación. La extracción se puede realizar con un fluido de extracción que es, por ejemplo, agua, acetona, etanol, metanol o ácido acético. El agua puede ser agua pura, como agua del grifo o agua desmineralizada, o puede ser una solución salina diluida (por ejemplo, agua que contiene oxalato de amonio o sulfito de sodio). Se prefiere la extracción con agua caliente. La madera extraída acetilada resultante, particularmente los elementos de madera, tienen un comportamiento de hinchamiento deseable con contenidos de acetilo más bajos que la madera acetilada convencional. La madera puede presentarse en forma de elementos de madera, madera maciza o chapas de madera. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Madera acetilada y método de fabricación de la misma

Campo de la invención

La invención se encuentra en el campo de la acetilación de materiales lignocelulósicos, tal como la madera, que incluye madera maciza, chapas de madera y elementos de madera, tales como virutas o fibras de madera. La invención se refiere a un proceso para acetilar madera y madera acetilada que se obtiene de esta manera.

Antecedentes de la invención

Para producir materiales lignocelulósicos, tales como materiales a base de madera, con una larga vida útil, se sabe modificar químicamente la madera y en particular acetilar la madera. De esta manera se obtienen materiales con propiedades materiales mejoradas, por ejemplo, estabilidad dimensional, dureza, durabilidad, etc. La madera mencionada a lo largo de la descripción se selecciona del grupo que consiste en elementos de madera y madera maciza.

Una referencia antecedente de la invención es WO 2009/095687. En la presente descripción se describe un proceso para la acetilación de la madera, que comprende las etapas de sumergir la madera en un líquido de acetilación en un recipiente a presión de reacción, realizar un procedimiento de impregnación, eliminar el exceso de fluido de acetilación, introducir un fluido inerte (típicamente gas nitrógeno, el fluido inerte posiblemente que comprende anhídrido acético no inerte y/o ácido acético) en el recipiente, que hace circular y calentar el fluido inerte siguiendo un régimen de calentamiento para provocar la acetilación adecuada de la madera, y eliminar el fluido circulante y permitir que la madera acetilada se enfríe.

Otra referencia antecedente de la invención es WO 2013/139937. Esta descripción aborda la dificultad general de obtener altos grados de acetilación para la madera, y particularmente para los elementos de madera. WO 2013/139937 aborda esto con un enfoque en la etapa de impregnación. Otra referencia que apunta a lograr altos contenidos de acetilo es WO 2016/008995. Allí, el enfoque está en optimizar la etapa de acetilación.

Otros antecedentes de la invención en la técnica incluyen WO 2010/151320 y EP1491305, los cuales se relacionan con procesos para la acetilación de la madera que posiblemente implican el secado con solvente de la madera. Se debe entender que el contenido de acetilo es, en última instancia, una medida técnica que sirve para lograr el objetivo primordial de propiedades de la madera tan favorables como la durabilidad y la estabilidad dimensional. De hecho, sería conveniente en marcada desviación con respecto al estado de la técnica anterior, lograr tales propiedades con un contenido de acetilo más bajo.

Resumen de la invención

En un aspecto, la invención presenta un proceso para la acetilación de madera blanda, que comprende proporcionar madera blanda (tal como en forma de elementos de madera), someter la madera a una etapa de extracción para proporcionar madera extraída (particularmente madera reducida en hemicelulosa), y someter la madera extraída al contacto con un agente de acetilación. De esta manera, la etapa de extracción comprende poner en contacto la madera con un fluido de extracción que tiene una presión y una temperatura para realizar la extracción a una temperatura de 120 °C a 250 °C, preferentemente de 140 °C a 160 °C, en donde el fluido de extracción es agua, y en donde la madera se seca antes de la impregnación con el fluido de acetilación.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 es un gráfico que representa EMC (contenido de humedad de equilibrio) de elementos de madera (sin tratar, acetilados y extraídos y acetilados) frente al contenido de acetilo.

La figura 2 es un gráfico que representa el hinchamiento lineal (dirección tangencial) de elementos de madera (sin tratar, acetilados y extraídos y acetilados) frente al contenido de acetilo.

Descripción detallada de la invención

En un sentido amplio, la invención se basa en la acertada intuición de desplazar, en los elementos de madera a acetilar, el equilibrio relativo de los componentes susceptibles de sufrir acetilación, hacia la lignina y la celulosa. En consecuencia, la madera a acetilar se somete primero a una extracción de hemicelulosa.

Sin pretender ceñirse a ninguna teoría, los inventores reconocen que, debido a la extracción de una gran parte de la hemicelulosa, la acetilación se produce de forma inesperada y ventajosa. Por ejemplo, el contenido de acetilo de la madera extraída es significativamente menor en comparación con la madera no extraída, pero las propiedades tales como la estabilidad dimensional (hinchamiento linea nto de la madera de acuerdo con la invención, que tiene, por ejemplo, un contenido de acetilo del 14 %, es similar al de los elementos de madera acetilados convencionales, que tienen típicamente un contenido de acetilo del 19 %.

La madera acetilada de la invención muestra un comportamiento más interesante e inesperado. Esto se refleja, por ejemplo, en el contenido de humedad de equilibrio (EMC). En el campo, el EMC se ve indirectamente como una medida de la durabilidad, donde un EMC más bajo corresponde a una mayor durabilidad. Como resultado del proceso de la invención, la madera acetilada resultante tiene un EMC más bajo, con un contenido de acetilo más bajo (por ejemplo, 14 %), que el material estándar (que tiene típicamente un contenido de acetilo del 19 %).

La etapa de extracción de la invención también da como resultado ventajas en el proceso. Por ejemplo, la extracción anterior permite un proceso más rápido, porque los contenidos de acetilo convenientes pueden ser más bajos (por ejemplo, 14 %) y se alcanzarán más rápido que los contenidos de acetilo más altos en la acetilación convencional. Por ejemplo, en comparación, el material estándar (elementos de madera) necesita, por ejemplo, 4 horas a 130 °C para llegar a un contenido típico de acetilo del 19 %. Con el material extraído correspondiente, el contenido de acetilo conveniente correspondiente (14 %), lo que da como resultado valores de EMC y estabilidad dimensional similares, se alcanza en 60 minutos a 130 °C.

La madera a extraer y acetilar mediante el proceso de la invención son elementos de madera o madera maciza, e incluye también chapas de madera. Los elementos de madera pueden ser preferentemente, por ejemplo, virutas de madera, hebras de madera, partículas de madera. Sin embargo, sorprendentemente, el proceso puede aplicarse a la madera maciza o las chapas. La madera pertenece a especies de maderas blandas no duraderas tales como, por ejemplo, árboles coníferos, típicamente picea, pinos o abetos. Los ejemplos de tipos de madera no limitantes adecuados son picea, picea sitka, pino marítimo, pino silvestre, pino radiata, eucalipto, aliso rojo, aliso europeo, haya, abedul. pino loblolly, pino torcido, pino de brea, pino rojo, pino amarillo del sur, cedro japonés (sugi) y cicuta. Las dimensiones típicas de los elementos de madera definidos de acuerdo con la presente invención se dan en la siguiente tabla.

Tabla 1

En algunas modalidades, los elementos de madera tienen una longitud de 1,0-75 mm, un ancho de 0,05-75 mm y un grosor de 0,05-15 mm.

En modalidades alternativas, la madera es madera maciza o chapas de madera y preferentemente tiene una longitud o ancho de al menos 8 cm. El grosor es preferentemente de al menos 1 mm. En algunas modalidades, la madera tiene un ancho de 2 cm a 30 cm, un grosor de 2 cm a 16 cm y una longitud de 1,5 a 6,0 m. En otras modalidades, la madera tiene un grosor de al menos 1 mm, un ancho de 20 cm - 2,5 m y una longitud de 20 cm a 6m

El proceso de la invención es sorprendentemente bien aplicable a madera maciza, elementos de madera y chapas de madera. Los beneficios del proceso de la invención se muestran en gran medida en el caso de elementos de madera, tales como virutas, hebras o partículas. Con la máxima preferencia, los elementos de madera son virutas de madera. Se prefieren elementos de madera de un solo intervalo de tamaño para facilitar un flujo de masa homogéneo. Sorprendentemente, el proceso de la invención también puede aplicarse a las chapas de madera y, particularmente, a la madera maciza (tal como vigas, tablones o tableros de madera), sin afectar sustancialmente a la estabilidad dimensional de dicha madera maciza. Se debe entender que la eliminación de componentes, tales como hemicelulosas, de la madera, afecta a la integridad de la madera. En el caso de los productos de madera maciza, tales como vigas o tablones, las dimensiones de dichos productos de madera generalmente se verán afectadas negativamente por la eliminación de componentes (por ejemplo, la madera se desviará más fácilmente de la forma recta deseada, y/o la estructura de la madera se volverá más quebradiza). Sin embargo, inesperadamente, la madera extraída acetilada da como resultado productos que tienen una estabilidad dimensional no disminuida y que no muestran una mayor fragilidad.

El proceso de la invención se lleva a cabo generalmente de acuerdo con procesos de acetilación optimizados como se conocen en el campo. Los procesos preferidos co

- Proporcionar de elementos de madera;

- Controlar el contenido de humedad de los elementos de madera; se debe entender que, en vista de la etapa de extracción realizada de acuerdo con la presente invención, la madera generalmente estará totalmente húmeda como resultado de la extracción y se secará hasta un contenido de humedad deseado antes de la impregnación con fluido de acetilación.

- Impregnar los elementos de madera con fluido de acetilación;

- Someter los elementos de madera impregnados a una o más etapas de calentamiento para efectuar la acetilación de los elementos de madera;

- Separar los elementos de madera acetilados del exceso de fluido de acetilación.

Los elementos de madera acetilada obtenidos de este modo se pueden seguir procesando directamente (por ejemplo, en el caso de que la fabricación de paneles que comprendan elementos de madera acetilada se lleve a cabo en línea con el proceso de acetilación), o pueden procesarse (tal como, mediante el secado) para almacenamiento y/o transporte.

En la presente invención, la madera se somete a extracción antes de ponerse en contacto con el fluido de acetilación. Es decir, en los procesos preferidos que comprenden una etapa en la que la madera a acetilar se impregna con el fluido de acetilación, la extracción se lleva a cabo antes de dicha impregnación.

La etapa de extracción se lleva a cabo con el fin de extraer de la madera las fracciones que comprenden hemicelulosas. La extracción se lleva a cabo mediante el uso de agua como líquido de extracción. El agua puede ser agua pura, tal como agua del grifo o agua desmineralizada, o puede ser una solución salina diluida (por ejemplo, agua que contiene oxalato de amonio o sulfito de sodio).

Se observa, como comprenderá el experto en la materia, que la etapa de extracción dará como resultado la extracción de cualquier otro extraíble, además de las hemicelulosas. Se cree que esto no es imperativo para la invención. Se sabe que los principales componentes químicos de la madera son la lignina, la celulosa y diversas hemicelulosas. Las hemicelulosas son una fracción generalmente indefinida, cuya composición química exacta diferirá según la especie de madera. Para facilitar la referencia, la etapa de extracción se denomina extracción de hemicelulosas. Sin embargo, se cree que el resultado de la etapa de extracción de la invención tiene su importancia en cambiar el equilibrio de los componentes de la madera a acetilar a lignina y celulosa. En comparación con la composición de la madera nativa correspondiente, el contenido de hemicelulosa de los elementos de madera en la presente invención se reduce en una cantidad de hasta el 50 %, tal como 10-40 %, tal como 20-30 %, tal como aproximadamente 25 %. En consecuencia, las cantidades relativas de celulosa y lignina presentes en la madera a acetilar (y por lo tanto también en la madera acetilada resultante) han aumentado cada una hasta en un 25 %, tal como 5-20 % cada una, tal como 10-15 % cada una, tal como 12,5 % cada uno.

La composición química de algunas especies de madera se conoce de la siguiente manera (referencia Sjostrom, E., Wood Chemistry. Fundamentals and Applications. Segunda edición ed. 1993, San Diego: Academic press. 292): Tabla 2: composición química de las especies de madera

La extracción es una extracción con agua caliente. Esto se refiere a un proceso que está bien establecido en la técnica. El propósito habitual de los mismos es obtener extraíbles de la madera y utilizarlos para otros fines como productos químicos de base biológica. La presente invención, sin embargo, aplica juiciosamente el proceso de extracción con agua caliente con miras a la madera extraída restante, que luego se somete a acetilación. La extracción con agua caliente generalmente se lleva a cabo a temperaturas de 100 °C a 250 °C, tal como de 120 °C a 180 °C, tal como aproximadamente 160 °C). Se debe entender que estas temperaturas implican una presión elevada, típicamente en un intervalo de 2 barg a 8 barg, tal como 4-6 barg, tal como aproximadamente de 5 barg).

En una modalidad interesante, el fluido de extracción, es decir, agua caliente, se aplica a los elementos de madera por medio de un proceso de impregnación, particularmente un proceso de impregnación Bethel. Allí, los elementos de madera que van a someterse a extracción se colocan en una cámara de vacío y se aplica vacío para extraer aire de la madera. A continuación, se añade el fluido de extracción (es decir, agua) a la cámara al vacío. Después de llenar la cámara con líquido, generalmente puede aplicarse una presión de hasta 250 libras por pulgada cuadrada (psi), preferentemente de 150 psi a 200 psi. Se elimina la presión para que la madera vuelva a estar sujeta a la presión atmosférica. Este tipo de proceso se prefiere regularmente, ya que normalmente debería dar como resultado una carga de impregnación máxima, que se cree que tiene una relación directa con el nivel de acetilo máximo deseado. Típicamente, el calentamiento del agua, con la presurización adecuada, se lleva a cabo después de la terminación del proceso de impregnación. Se permite que el fluido de extracción permanezca en contacto con los elementos de madera, en las condiciones antes mencionadas (típicamente en un autoclave) por una duración de generalmente de 1 a 10 horas, tal como de 2 a 8 horas, tal como de 4 a 6 horas, por ejemplo, aproximadamente 5 horas. Además de este proceso de extracción por lotes, también pueden usarse procesos de extracción alternativos, como la extracción continua.

Después de la conclusión de la extracción, se elimina el fluido de extracción, con los extraíbles contenidos en él. Antes de la acetilación, los elementos de madera extraídos típicamente se someten a una etapa que permite controlar el contenido de humedad de los elementos de madera. Generalmente, un contenido de humedad conveniente antes de la acetilación es inferior al 15 % en peso. Dado que el proceso de la invención implica la extracción con agua, el control del contenido de humedad comprende una etapa de secado. Dicho secado puede realizarse en un proceso continuo o por lotes mediante cualquier método conocido en la industria de la madera. Preferentemente, el contenido de humedad de la madera se lleva a un valor inferior al 8 %, tal como en un intervalo de 0,01 % a 5 %, tal como en un intervalo de 0,5 % a 4 %.

El propio proceso de acetilación puede llevarse a cabo, como se sabe en la técnica, mediante el uso del fluido de acetilación líquido y/o gaseoso. Los fluidos de acetilación típicos son ácido acético, anhídrido acético y sus mezclas. Preferentemente, el fluido de acetilación inicial usado es anhídrido acético (como resultado de la reacción de acetilación, la composición del fluido de acetilación cambiará durante el proceso, ya que de esta manera se forma ácido acético). Típicamente, el contacto de los elementos de madera extraídos con el fluido de acetilación comprende nuevamente una etapa de impregnación (tal como con anhídrido acético).

En una modalidad interesante, esta etapa de impregnación comprende un proceso de impregnación de tipo Bethel como se discutió anteriormente con referencia a la etapa de extracción. Sin embargo, en el caso de que la absorción máxima de fluido de acetilación después de la impregnación no sea un objetivo principal, también pueden usarse procesos de impregnación más económicos. Ejemplos de los mismos, conocidos por el experto en la técnica de la impregnación de la madera, son los llamados procesos de Lowry y Rueping. Estos procesos no requieren vacío inicial. En cambio, el fluido de impregnación se introduce profundamente en la madera bajo presión. El gas comprimido dentro de la madera se expande cuando se libera la presión, lo que provoca que cualquier exceso de conservante sea expulsado de la madera. Como se mencionó anteriormente, una ventaja del proceso de la presente invención es que se requieren contenidos de acetilo más bajos para obtener las propiedades convenientes del producto. En consecuencia, la invención también permite el uso de procesos de impregnación más económicos.

En las modalidades interesantes, la acetilación se lleva a cabo de acuerdo con cualquiera de los procesos de acetilación como se describió en WO2009/095687, WO2011/95824, WO2013/117641, WO2013/139937, oWO2016/008995. Por ejemplo, un proceso preferido para obtener altos contenidos de acetilo es un proceso de tres etapas como se describió enWO2016/008995. Una ventaja de la presente invención es que el tiempo del proceso de acetilación puede reducirse considerablemente en comparación con el proceso de WO2016/008995.

Las reacciones de acetilación generalmente se llevan a cabo a temperaturas de 120 °C a 200 °C, tal como 160 °C a 180 °C. Preferentemente, el proceso de acetilación de los elementos de madera extraídos de acuerdo con la invención se lleva a cabo en una sola etapa de calentamiento, a un intervalo de temperatura generalmente por debajo de los intervalos optimizados existentes en la técnica (tal como a una temperatura de 120 °C a 150 °C, preferentemente de 130 °C a 140 °C) durante una duración que generalmente es más corta que las duraciones optimizadas existentes en la técnica (tal como un período de 20 minutos a 1 hora, preferentemente 30-40 minutos). El experto en la materia podrá, para un equipo de reactor dado y en dependencia de la especie de madera a acetilar, optimizar las condiciones de tiempo y temperatura elegidas. Particularmente, la presente descripción sirve de esta manera para advertir a los expertos del hecho de que se requieren contenidos de acetilo más bajos que para los procesos optimizados en la técnica. El experto en la materia podrá adaptar las condiciones conocidas en consecuencia.

Se debe señalar que, para determinar los grados de acetilación de la madera, existen dos enfoques diferentes en el campo. Uno se basa en la WPG (Ganancia de porcentaje en peso). La WPG compara una muestra (de madera después de la extracción) antes y después del tratamiento de acetilación y, como resultado, cualquier sustancia añadida (y cualquier residuo aún presente en la madera) aumenta el valor. La WPG se explica en la siguiente

En la presente descripción M representa la masa, y El otro enfoque es medir realmente el contenido de acetilo (AC). Esto se da como AC = (M acetiios/ Mmuestra después de la reacción) x 100 %. Típicamente, puede usarse la HPLC (cromatografía líquida de alta presión) para cuantificar las concentraciones de iones de acetato resultantes de la saponificación de los grupos acetilo de la madera. A partir de esto, la masa total de los grupos acetilo después de la acetilación se puede tomar como M acetilos.

Los diferentes resultados para WPG y AC pueden explicarse con referencia al siguiente ejemplo teórico: se acetila una muestra de, por ejemplo, 1 g de madera y después de la reacción tiene una masa de 1,25 g. Así M acetilos es de 0,25 g. El WPG resultante es: (1,25-1,00)/1,00 * 100 % = 25 %. Calculado como contenido de acetilo, AC es = (1,25-1,00)/1,25 * 100 % = 20 %.

Por lo tanto, se debe tener cuidado de no comparar directamente los grados de acetilación expresados en WPG con los grados de acetilación expresados en AC. En la presente descripción se eligen valores AC para identificar el grado de acetilación.

Los contenidos de acetilo (AC) preferidos a obtener para los elementos de madera extraídos acetilados de acuerdo con la invención son 8-16 %, preferentemente 10-15 %, con mayor preferencia 13-14 %.

Una marcada distinción de la madera nativa acetilada (elementos de madera no extraídos) es que, con porcentajes tan bajos de contenido de acetilo, los elementos de madera tienen una estabilidad dimensional generalmente del mismo orden de magnitud que la madera acetilada no extraída que tiene un contenido de acetilo de 2-8 % más alto, particularmente de 4-6 % más alto, y más típicamente de 5 % más alto. Esto discrimina los elementos de madera que pueden obtenerse mediante el proceso de la invención, de los elementos de madera que pueden obtenerse mediante los procesos existentes.

En una modalidad, el proceso de la invención proporciona elementos de madera acetilados. Los elementos de madera acetilados producidos por el proceso de la invención pueden de esta manera distinguirse de los elementos de madera acetilados estándar, por los resultados visibles de la etapa de extracción realizada antes de la acetilación. Así, los elementos estándar de madera acetilada que no se obtienen mediante el proceso de la presente invención, se caracterizan por tener la composición nativa de la madera, que comprende particularmente lignina, celulosa y hemicelulosas, en forma acetilada. Los elementos de madera acetilada obtenidos por el proceso de la presente invención pueden distinguirse de dichos elementos de madera acetilada estándar, entre otros, por tener una composición en la que, con respecto a la madera nativa correspondiente, las cantidades relativas de lignina y celulosa han aumentado (como resultado de la eliminación de extraíbles y, particularmente, de hemicelulosas). De manera interesante, la extracción típicamente también elimina los terpenos y otras resinas de pino, lo que conlleva varios beneficios adicionales, tales como la posibilidad de proporcionar a la madera un color más claro.

En un aspecto interesante, los elementos de madera producidos por el método de la invención pueden caracterizarse por ser elementos de madera acetilados que muestran una estabilidad dimensional reflejada por un hinchamiento lineal de hasta 2 %, con un contenido de acetilo de 10-15 %. El hinchamiento lineal se determina de acuerdo con procedimientos conocidos en la técnica, como se describió en los ejemplos. Debido al crecimiento de un árbol, se definen tres direcciones/orientaciones diferentes en la madera, que son tangencial, radial y longitudinal. La madera se contrae y se hincha en mayor medida en la dirección tangencial; el hinchamiento tangencial es típicamente casi dos veces más grande que el hinchamiento en la dirección radial. El hinchamiento longitudinal es típicamente aproximadamente de 0,1-0,2 % del hinchamiento tangencial, por lo que es prácticamente nulo. En la presente descripción, el hinchamiento lineal se mide en la dirección tangencial, ya que este es el hinchamiento más grande.

Los elementos de madera acetilada fabricados de acuerdo con la presente invención pueden usarse como un componente de tableros o paneles. Dichos tableros o paneles generalmente comprenden elementos de madera, unidos por un aglutinante, tal como una resina. Esto se refiere a tecnología y materiales de resina bien establecidos en la técnica. La presente invención, aunque se basa además en la técnica para la fabricación de dichos paneles, añade los beneficios de usar elementos de madera acetilada que tienen las propiedades convenientes antes mencionadas, con los contenidos de acetilo relativamente bajos antes mencionados. Al fabricar dichos tableros, en particular MDF (paneles de tablero de fibra de densidad media), los elementos de madera de la invención pueden refinarse de manera útil (por ejemplo, para producir fibras de madera acetiladas a partir de virutas de madera acetiladas). Los elementos de madera acetilados, como tales o refinados, pueden así transformarse en tableros, tales como tableros de fibra de densidad media, MDF o tableros de hebras orientadas, 0SB o tableros de partículas. Estos tableros poseerán una estabilidad dimensional, durabilidad, estabilidad a la luz ultravioleta y conductividad térmica superiores, en comparación con los tableros derivados de elementos de madera no acetilados. Particularmente, estos tableros poseen estas propiedades al igual que los tableros existentes fabricados con elementos de madera acetilados, pero con contenidos de acetilo comparativamente más bajos.

La invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos no limitantes.

Ejemplo 1

Se proporcionó una muestra de madera maciza hecha de Pino Radiata. Las dimensiones eran:

- Longitud: 100 cm;

- Ancho: 14 cm;

- Grosor: 2,5 cm.

Para la extracción con agua caliente, las muestras se impregnaron con agua desmineralizada en un recipiente. Para esta impregnación las muestras se sumergieron en agua mientras se evacuaba el sistema a 50 mbara tras lo cual se volvía a la presión atmosférica; después se aumentó la presión. Las condiciones de extracción aplicadas fueron: - Presión: 2. 5 Barg;

- Temperatura: 135 °C;

- Duración: 4 horas.

Luego de este proceso, se enfrió el sistema y se decantó la fracción de agua; subsecuentemente se hizo vacío sobre la madera húmeda para eliminar gran parte del agua restante que contenía la fracción de hemicelulosa. Posteriormente, la madera se secó térmicamente hasta un contenido de humedad por debajo del 5 % en peso. Esto dio como resultado madera maciza extraída, de la que se eliminó del 13 % al 15 % en peso de hemicelulosas. Acto seguido, la muestra de madera extraída se impregnó con fluido de acetilación y se sometió a acetilación. La impregnación con fluido de acetilación se realizó al sumergir las muestras en el fluido de acetilación mientras se evacuaba el sistema a 50 mbara; después de eso, la presión vuelve a la atmosférica. Las condiciones de acetilación aplicadas fueron:

- Fluido de acetilación que contiene 92 % en peso de anhídrido acético y 8 % en peso de ácido acético;

- Presión: 1,5 barg;

- Temperatura: 135 °C;

- Duración: 4 horas.

El resultado, después de la eliminación del fluido de acetilación y el secado, fue una muestra de madera maciza acetilada que mostró una notable integridad mecánica, sin distorsión, pandeo ni hinchamiento. El contenido de acetilo de la muestra fue del 16 %.

Se observa que en este ejemplo no se optimizaron específicamente ni las condiciones de extracción ni las condiciones de acetilación. Por ejemplo, se prefiere una temperatura de extracción más alta (a una presión más alta correspondiente).

Ejemplo 2

Muestras (con dimensiones de 50*50*5 mm3) se prepararon a partir de Pino Radiata. Para la extracción con agua caliente, las muestras se impregnaron con agua desmineralizada de la siguiente manera: las muestras se sumergieron en agua a temperatura ambiente en un vaso de precipitados, y luego el vaso de precipitados se colocó en un desecador que se evacuó manteniendo las virutas sumergidas. Se aplicó un vacío de 50 mbar(a) durante 1 hora, después de lo cual el sistema volvió a las condiciones atmosféricas. A continuación, las muestras se transfirieron a una autoclave y se añadió exceso de agua para sumergir las muestras. La autoclave se cerró, se evacuó y se añadió nitrógeno para llegar a una presión de 1 bar(g). A continuación, el sistema se calentó a 160 °C y la presión se incrementó a aproximadamente 5 bares (g). Las muestras se trataron durante 5 h. Luego se eliminó el agua. Las muestras se sacaron de la autoclave y se secaron en estufa a 105 °C durante 16 h. Posteriormente, las muestras fueron pesadas y almacenadas en bolsas selladas para su uso posterior.

A continuación, las muestras se impregnaron con una mezcla de ácido acético/anhídrido acético 10/90 en un desecador y al vacío de la misma manera como se describió anteriormente.

Las muestras se acetilaron durante 60 y 150 min a 130 °C. Después de la reacción, las muestras se sumergieron en agua para detener la reacción y convertir el anhídrido acético en ácido acético. A continuación, las muestras se secaron en una estufa a 105 °C durante 16 horas.

Ejemplo 3

Se proporcionaron una serie de muestras idénticas hechas de Pino Radiata como las usas en el ejemplo. Estas muestras no fueron sometidas a extracción. Se secan de la misma forma a 105 °C durante 16 h, y se tratan con ácido acético/anhídrido acético 10/90 de la misma forma que las muestras del Ejemplo 2.

Ejemplo 4

Las muestras obtenidas en el ejemplo 2 (virutas de madera extraídas acetiladas de acuerdo con la invención) y el ejemplo 3 (virutas de madera autóctona acetiladas, no de acuerdo con la invención) se colocaron en una cámara climática que se reguló a 20 °C y una humedad relativa del 90 %. También, se aclimataron de la misma forma 10 muestras sin tratar y sin acetilar.

Las muestras permanecieron en la cámara climática hasta que las muestras alcanzaron una masa estable. A continuación, las muestras se pesaron en una balanza analítica y se midieron las dimensiones (radial y tangencial). Después de las mediciones, todas las muestras se colocaron en el horno a 105 °C durante 16 horas, después de lo cual se determinaron nuevamente la masa y las dimensiones. Con estas medidas se calculó el contenido de humedad de equilibrio (EMC) y el hinchamiento lineal.

Los resultados de EMC se muestran en la figura 1, los de hinchamiento lineal (dirección tangencial) en la figura 2. En la presente descripción, las muestras de madera ensayadas se indican como sigue:

Una madera acetilada extraída (de acuerdo con la invención);

madera acetilada (convencionalmente no extraída);

o madera sin tratar.

En la figura 1 puede verse que la EMC para los elementos de madera extraídos acetilados de la invención es menor que la EMC para los elementos de madera estándar no extraídos acetilados, incluso con contenidos de acetilo más bajos.

En la figura 2 puede verse que se obtiene un hinchamiento lineal de un valor conveniente entre 1 y 2 % para los elementos de madera extraídos acetilados de la invención con un contenido de acetilo por debajo del 15 %. Para los mismos valores de hinchamiento lineal, los elementos de madera estándar acetilados, no extraídos, requieren contenidos de acetilo cercanos al 20 %.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un proceso para la acetilación de madera blanda, que comprende proporcionar madera blanda, someter la madera a una etapa de extracción para proporcionar madera extraída y someter la madera extraída al contacto con un agente de acetilación, caracterizado porque la etapa de extracción comprende poner en contacto la madera con un fluido de extracción que tiene una presión y temperatura para realizar la extracción a una temperatura de 120 °C a 250 °C, preferentemente de 140 °C a 160 °C, en donde el fluido de extracción es agua, y en donde la madera se seca antes de la impregnación con el fluido de acetilación.

2. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la madera blanda es de árboles coníferos, preferentemente pino.

3. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la madera se seca hasta un contenido de humedad de menos del 8 %, preferentemente en un intervalo de 0,5 % a 4 %.

4. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la madera tiene forma de elementos de madera.

5. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 4, en donde los elementos de madera se seleccionan del grupo que consiste en virutas de madera, hebras de madera, partículas de madera y sus mezclas.

6. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde la madera tiene forma de madera maciza o chapas de madera.