IT202000019033A1 - Metodo per ottenere un precursore di un materiale ibrido legno-inorganico e metodo per ottenere un materiale ibrido legno-inorganico - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo:
?METODO PER OTTENERE UN PRECURSORE DI UN MATERIALE IBRIDO LEGNO-INORGANICO E METODO PER OTTENERE UN MATERIALE IBRIDO LEGNO-INORGANICO?
La presente invenzione si riferisce a un metodo per ottenere un precursore di un materiale ibrido legnoinorganico, a un metodo per ottenere un materiale ibrido legno-inorganico, a un prodotto ottenuto mediante tale metodo ed ad utilizzi del prodotto.
Stato dell?arte
Il legno ? utilizzato per fabbricare numerosi oggetti e strutture. Per questioni ecologiche e di costo, sono stati sviluppati diversi materiali con caratteristiche simili o migliorate rispetto al legno che possano vantaggiosamente sostituire questo materiale.
Alcuni di questi materiali sono a base di legno o suoi derivati.
Sono noti diversi sistemi di trattamento del legno, che vengono utilizzati nell?industria della carta (trasformando profondamente le caratteristiche morfologiche del materiale di partenza). Sono inoltre noti processi che portano alla formazione di carburi mediante lavorazioni ad alta temperatura (dai 500?C in su) al fine di mantenere la struttura del legno, ma sulla base di materiali silicei. Sono inoltre noti processi che cercano di mimare la silicificazione che avviene nei processi di metamorfosi chimica durante periodi di tempo pari a delle ere geologiche.
Ognuna di queste lavorazioni ha lo scopo di rendere stabile nel tempo o di mimare la struttura interna del legno, per ottenere un materiale resistente, ma leggero.
La silicificazione risulta alquanto difficile da eseguire, poich? riuscire ad eseguire un processo millenario ? di per s? complicato.
La formazione di carburi silicei porta alla formazione di materiali che sono resistenti, ma non hanno struttura sufficientemente solida (la formazione di gas e vapori durante il trattamento termico genera porosit? nel materiale).
Le lavorazioni del settore cartiero portano a materiali che poco hanno da spartire della solidit? del legno.
Altro grosso problema ? che una volta tagliato il legno (o lavorando con scarti quali trucioli e segatura), l?unico vero modo che si ha per ridare rigidit? e resistenza al materiale ? miscelare i componenti con collanti o indurenti.
Vi sono pertanto numerosi problemi legati ai materiali e ai processi per ottenerli attualmente utilizzati.
Problema tecnico
? uno scopo della presente invenzione fornire un metodo per ottenere un materiale ibrido legno-inorganico che faccia da precursore nel processo di silicificazione che sia pi? semplice ed economico di quelli precedenti, che utilizzi temperature inferiori ai metodi precedenti e che permetta di ottenere un prodotto finale rigido, resistente ma leggero.
Questo scopo ? raggiunto dalla presente invenzione mediante il metodo secondo la rivendicazione 1.
? un ulteriore scopo della presente invenzione fornire materiale ligneo che sia resistente e leggero quanto il legno se non di pi?.
Questo scopo ? raggiunto dalla presente invenzione mediante il prodotto secondo la rivendicazione 10.
Definizioni
Per ?materiale a base di scarti di legno? si intende qualsiasi materiale che comprenda i prodotti non trattati dell?industria del legno. Esempi di questo materiale sono: trucioli, segatura, fili, ecc.
Per ?precursore di un materiale a base di scarti di legno? si intende un prodotto derivato dall?industria del legno, che non ha subito trattamenti chimici che abbiano modificato la chimica del legno naturale.
Per ?fase 1? o termini simili, negli esempi, si intende un materiale a base di scarti di legno, un idrossido e/o un agente ossido/riducente e acqua trattato come descritto di seguito nelle fasi a), b) e c) delle diverse forme di realizzazione del metodo secondo la presente invenzione.
Per ?fase 2? si intende un prodotto ottenuto tramite impasto e miscelazione della fase 1 assieme a filler minerale di natura varia.
Descrizione dettagliata dell?invenzione
La presente invenzione ? relativa a un metodo per ottenere un precursore di un materiale ibrido legnoinorganico che comprende le seguenti fasi.
In una prima fase a), si miscelano:
- un materiale a base di scarti di legno, preferibilmente trucioli o segatura,
- idrossido di sodio oppure idrossido di potassio, - un agente ossido/riducente selezionato dal gruppo costituito da solfito di sodio, solfito di potassio, bisolfito di sodio, bisolfito di potassio, solfuro di sodio e un perossido (preferibilmente perossido di idrogeno o acido peracetico), ed
- acqua in quantit? sufficiente da ricoprire i suddetti componenti solidi;
in proporzioni percentuali di peso del materiale/idrossido/agente ossido/riducente rispettivamente di 40-45/35-42/15-25 %.
In una seconda fase b) si porta la miscela a una temperatura da 60 a 120?C, preferibilmente a bollore, per un tempo da 60 a 150 minuti, preferibilmente 60 minuti, aggiungendo acqua in modo da mantenere il volume costante.
In una terza fase c), si risciacqua il materiale ottenuto in fase b) con acqua almeno una volta. A seconda del tipo di materiale a base di scarti di legno utilizzato in fase a), occorreranno pi? o meno risciacqui (ovvero lavaggi). Per esempio, se il materiale ? pi? resinoso, occorreranno pi? lavaggi, se il materiale ? meno resinoso, ne occorreranno meno.
In una quarta fase d), si impasta il materiale ottenuto nella precedente fase c) con:
- un silicato,
- idrossido di calcio, e
- un filler minerale;
in proporzioni percentuali di peso del materiale ottenuto in fase c)/silicato/idrossido di calcio/filler minerale rispettivamente di 35-100/0-40/0-40/0-40 % per un tempo totale da 30 a 75 minuti.
In una forma di realizzazione preferita, nella fase d): - il materiale ottenuto in fase c) viene prima impastato con il silicato, preferibilmente silicato di sodio, per 5 -15 minuti, preferibilmente 10 minuti;
- successivamente ? aggiunto l?idrossido di calcio e la miscela ottenuta ? impastata per 5 - 15 minuti, preferibilmente 10 minuti; e
- successivamente ? aggiunto il filler minerale, e la miscela ottenuta ? impastata per 5 - 15 minuti, preferibilmente 10 minuti.
In questa forma di realizzazione, il filler minerale ? preferibilmente caolino.
In una forma di realizzazione alternativa, nella fase d):
- una prima parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con il silicato, preferibilmente silicato di sodio, in un primo contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un primo impasto;
- una seconda parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?idrossido di calcio in un secondo contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un secondo impasto;
- una terza parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con il filler minerale in un terzo contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un terzo impasto;
- successivamente il primo, secondo e terzo impasto sono impastati per ulteriori 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti).
In questa forma di realizzazione, il filler minerale ? un fillosilicato, preferibilmente bentonite, talco o caolino.
In una forma di realizzazione alternativa, il metodo per ottenere un precursore di un materiale ibrido legnoinorganico secondo la presente invenzione comprende le seguenti fasi.
In una prima fase a), si miscelano:
- un materiale a base di scarti di legno, preferibilmente trucioli o segatura,
- idrossido di sodio oppure idrossido di potassio, - un agente ossido/riducente selezionato dal gruppo costituito da solfito di sodio, solfito di potassio, bisolfito di sodio, bisolfito di potassio, solfuro di sodio e un perossido (preferibilmente perossido di idrogeno o acido peracetico), ed
- acqua in quantit? sufficiente da ricoprire i suddetti componenti solidi;
in proporzioni percentuali di peso del materiale/idrossido/agente ossido/riducente rispettivamente di 40-45/35-42/15-25 %;
In una seconda fase b) si porta la miscela a una temperatura da 60 a 120?C, preferibilmente a bollore, per un tempo da 60 a 150 minuti, preferibilmente 60 minuti, aggiungendo acqua in modo da mantenere il volume costante.
In una terza fase c), si risciacqua il materiale ottenuto in fase b) con acqua almeno una volta. Come gi? scritto in precedenza, a seconda del tipo di materiale a base di scarti di legno utilizzato in fase a), occorreranno pi? o meno risciacqui.
In una quarta fase d), si impasta il materiale ottenuto in fase c) con:
- un silicato,
- almeno un sale, idrossido o ossido di calcio,
- almeno un sale, idrossido o ossido di magnesio; e - almeno un sale, idrossido o ossido di alluminio, in proporzioni percentuali di peso del materiale ottenuto in fase c)/silicato/sale, idrossido o ossido di calcio/sale, idrossido o ossido di magnesio/sale, idrossido o ossido di alluminio rispettivamente di 35-100/0-40/0-40/040/0-40 % per un tempo totale da 40 a 60 minuti.
In quest?ultima forma di realizzazione del metodo, nella fase d):
- una prima parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con il silicato, preferibilmente silicato di sodio, in un primo contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un primo impasto;
- una seconda parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?almeno un sale, idrossido o ossido di calcio in un secondo contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un secondo impasto;
- una terza parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?almeno un sale, idrossido o ossido di magnesio in un terzo contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un terzo impasto;
- una quarta parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?almeno un sale, idrossido o ossido di alluminio in un quarto contenitore per 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti) per ottenere un quarto impasto;
- successivamente il primo, secondo, terzo e quarto impasto sono impastati per ulteriori 5 - 15 minuti (preferibilmente 10 minuti).
Il metodo per ottenere un materiale ibrido legnoinorganico secondo la presente invenzione comprende le fasi da a) a d) secondo le forme di realizzazione descritte in precedenza e le seguenti fasi. In una fase e) il materiale ottenuto in fase d) ? formato utilizzando uno stampo con il negativo della forma desiderata, sottoponendo il materiale a una pressione da 0 a 40 MPa e a una temperatura da 100 ?C a 250?C.
Il prodotto ottenuto mediante il metodo sopra descritto ha caratteristiche strutturali particolari e decisamente vantaggiose. Il materiale legno presenta una struttura tubolare rinforzata e irrigidita dalla lignina, in presenza di ulteriori sostanze quali grassi, resine ecc. Svuotando anche parzialmente gli spazi occupati da queste sostanze con processi meccanici o chimici, ? possibile mantenere questa struttura e riempirla di seguito con dei filler, quali silicati. L?impiego di silicati solubili in grado di riempire la struttura del legno rende necessaria una successiva reticolazione per generare una struttura stabile. Pertanto, perch? la struttura sia stabile, occorre che tali filler siano reticolati. Grazie al metodo secondo l?invenzione si ottiene questo risultato. Il prodotto ottenuto ha quindi una struttura particolarmente resistente.
Il prodotto ottenuto pu? essere utilizzato per produrre stoviglie, materiali edili, materiali tecnici, mobilio, riempitivi isolanti, isolanti, materiale da imballo, o precompressi.
Esempi
Esempio 1
Formulazione della Fase 1
In un recipiente vengono inseriti i trucioli di legno, l?acqua, NaOH in scaglie ed il Na2SO3.
Il tutto viene portato a bollore e mantenuto a bollore per 60 minuti, rabboccando quanto perso in acqua durante l?ebollizione sempre con acqua.
Terminata la reazione, quanto ottenuto viene sciacquato con acqua.
Di seguito una tabella riportante alcuni degli esperimenti svolti.
Esempio 2
Formulazione della Fase 2
In un contenitore viene impastata della fase 1 assieme a del silicato di sodio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
A questo impasto viene aggiunta della calce, impastando per altri 10 minuti.
Al termine di questo impasto, viene aggiunto il filler minerale, impastando per altri 10 minuti.
Di seguito una tabella riportante alcuni degli esperimenti svolti.
Esempio 3
Formulazione della fase 2
In un contenitore viene impastata della fase 1 assieme a del silicato di sodio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un secondo contenitore viene impastata della fase 1 assieme a idrossido di calcio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un terzo contenitore viene impastata della fase 1 assieme a del fillosilicato. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un quarto contenitore viene impastato il tutto per circa 10 minuti.
Esempio 4
Formulazione della fase 2
In un contenitore viene impastata della fase 1 assieme a del Silicato di Sodio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un secondo contenitore viene impastata della fase 1 assieme a dei sali o degli ossidi di calcio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un terzo contenitore viene impastata della fase 1 assieme a dei sali di magnesio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un quarto contenitore viene impastata della fase 1 assieme a dei sali di alluminio. Il tutto viene impastato per circa 10 minuti.
In un quinto contenitore viene impastato il tutto per circa 10 minuti.
Di seguito una tabella riassuntiva con gli esperimenti principali. La quantit? di fase uno indicata va equamente divisa tra i vari componenti.
Esempio 5
Generazione del prodotto finito
Quanto viene ottenuto dalla fase 2 viene introdotto tal quale all?interno di uno stampo definito, che porta il negativo dell?elemento che si vuole produrre.
Eseguita tale operazione, lo stampo viene pressato meccanicamente e nel contempo sottoposto a riscaldamento con una temperatura ed un tempo che dipende dalle caratteristiche del prodotto finito.
Vantaggi
Mentre i processi tradizionali di trattamento del legno attualmente noti portano al passaggio quasi obbligatorio da prodotti di tipo cartiero (e.g. fibre di cellulosa, pasta di cellulosa, ecc.), il metodo secondo l?invenzione consente di ottenere un prodotto derivante dal legno senza che questo perda la parte strutturale stessa arrivando al prodotto di tipo cartiero, ma lasciando disponibile la parte strutturale che viene poi parzialmente ?riempita? con elementi silicei (e.g. silicato 48/50) e unendo tra di loro i tubolari del legno riempiti di silicati mediante minerali o sali inorganici.
Inoltre, i processi tradizionali presentano notevoli problemi: diversi materiali che cercano di mimare questo concetto strutturale, passando da elementi di tipo cartiero, devono la loro struttura esclusivamente agli elementi inorganici. Nel metodo secondo l?invenzione, invece, la struttura viene data dal legno, mentre la parte inorganica serve da riempitivo che rafforza la struttura e che permette di ampliare la struttura stessa.
Claims (11)
1. Metodo per ottenere un precursore di un materiale ibrido legno-inorganico comprendente le fasi di:
a) miscelare:
- un materiale a base di scarti di legno, preferibilmente trucioli o segatura,
- idrossido di sodio oppure idrossido di potassio, - un agente ossido/riducente selezionato dal gruppo costituito da solfito di sodio, solfito di potassio, bisolfito di sodio, bisolfito di potassio, solfuro di sodio e un perossido (preferibilmente perossido di idrogeno o acido peracetico), ed
- acqua in quantit? sufficiente da ricoprire i suddetti componenti solidi;
in proporzioni percentuali di peso del materiale/idrossido/agente ossido/riducente rispettivamente di 40-45/35-42/15-25 %;
b) portare la miscela a una temperatura da 60 a 120?C, preferibilmente a bollore, per un tempo da 60 a 150 minuti, preferibilmente 60 minuti, aggiungendo acqua in modo da mantenere il volume costante;
c) risciacquare il materiale ottenuto in fase b) con acqua almeno una volta;
d) impastare il materiale ottenuto in fase c) con:
- un silicato,
- idrossido di calcio, e
- un filler minerale;
in proporzioni percentuali di peso del materiale ottenuto in fase c)/silicato/idrossido di calcio/filler minerale rispettivamente di 35-100/0-40/0-40/0-40 % per un tempo totale da 30 a 75 minuti.
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui nella fase d):
- il materiale ottenuto in fase c) viene prima impastato con il silicato, preferibilmente silicato di sodio, per 5 -15 minuti;
- successivamente ? aggiunto l?idrossido di calcio e la miscela ottenuta ? impastata per 5 - 15 minuti;
- successivamente ? aggiunto il filler minerale, e la miscela ottenuta ? impastata per 5 - 15 minuti.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2 in cui il filler minerale ? caolino.
4. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui nella fase d):
- una prima parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con il silicato, preferibilmente silicato di sodio, in un primo contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un primo impasto;
- una seconda parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?idrossido di calcio in un secondo contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un secondo impasto;
- una terza parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con il filler minerale in un terzo contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un terzo impasto;
- successivamente il primo, secondo e terzo impasto sono impastati per ulteriori 5 - 15 minuti.
5. Metodo secondo la rivendicazione 4, in cui il filler minerale ? un fillosilicato.
6. Metodo secondo la rivendicazione 5, in cui il fillosilicato ? bentonite, talco o caolino.
7. Metodo per ottenere un precursore di un materiale ibrido legno-inorganico comprendente le fasi di:
a) miscelare:
- un materiale a base di scarti di legno, preferibilmente trucioli o segatura,
- idrossido di sodio oppure idrossido di potassio, - un agente ossido/riducente selezionato dal gruppo costituito da solfito di sodio, solfito di potassio, bisolfito di sodio, bisolfito di potassio, solfuro di sodio e un perossido (preferibilmente perossido di idrogeno o acido peracetico), ed
- acqua in quantit? sufficiente da ricoprire i suddetti componenti solidi;
in proporzioni percentuali di peso del materiale/idrossido/agente ossido/riducente rispettivamente di 40-45/35-42/15-25 %;
b) portare la miscela a una temperatura da 60 a 120?C, preferibilmente a bollore, per un tempo da 60 a 150 minuti, preferibilmente 60 minuti, aggiungendo acqua in modo da mantenere il volume costante;
c) risciacquare il materiale ottenuto in fase b) con acqua almeno una volta;
d) impastare il materiale ottenuto in fase c) con:
- un silicato,
- almeno un sale, un idrossido o un ossido di calcio, - almeno un sale, un idrossido o un ossido di magnesio; e
- almeno un sale, un idrossido o un ossido di alluminio, in proporzioni percentuali di peso del materiale ottenuto in fase c) / silicato / sale, idrossido o ossido di calcio/sale, idrossido o ossido di magnesio/sale, idrossido o ossido di alluminio rispettivamente di 35-100/0-40/0-40/0-40/0-40 % per un tempo totale da 40 a 60 minuti.
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui nella fase d):
- una prima parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con il silicato, preferibilmente silicato di sodio, in un primo contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un primo impasto;
- una seconda parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?almeno un sale, idrossido o ossido di calcio in un secondo contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un secondo impasto;
- una terza parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?almeno un sale, idrossido o ossido di magnesio in un terzo contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un terzo impasto;
- una quarta parte del materiale ottenuto in fase c) viene impastato con l?almeno un sale, idrossido o ossido di alluminio in un quarto contenitore per 5 - 15 minuti per ottenere un quarto impasto;
- successivamente il primo, secondo, terzo e quarto impasto sono impastati per ulteriori 5 - 15 minuti.
9. Metodo per ottenere un materiale ibrido legnoinorganico comprendente:
le fasi del metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, e successivamente la fase e) di formare il materiale ottenuto in fase d) utilizzando uno stampo con il negativo della forma desiderata sottoponendo il materiale a una pressione da 0 a 40 MPa e a una temperatura da 100 ?C a 250?C.
10. Prodotto ottenuto mediante il metodo secondo la rivendicazione 9.
11. Uso del prodotto secondo la rivendicazione 10 per produrre stoviglie, materiali edili, materiali tecnici, mobilio, riempitivi isolanti, isolanti, materiale da imballo, o precompressi.
Priority Applications (2)
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