PT87811B

PT87811B - Processo para conservar madeira

Info

Publication number: PT87811B
Application number: PT8781188A
Authority: PT
Inventors: Peter Vinden; Russell John Burton; Timote Maisma Vaioleti
Original assignee: Lyon Colin
Priority date: 1986-08-03
Filing date: 1988-06-23
Publication date: 1992-10-30
Also published as: EP0257839A1; PT87811A; NZ216746A; AU7639587A

Description

MEMÕRIA DESCRITIVA presente invento refere-se a um processo para conservar madeira para construção. Há muitos anos que se usam compostos de boro como conservantes para madeira. Garacteristicamente, tais compostos de boro são aplicados a madeira a tratar rnergu- lhando esta num banho ou congénere que compreende uma solução aquosa do composto de boro. Depois de ter sido mergulhada, a mg. deira tem de ficar em condições de não-secagem durante um tempo suficiente para que o boro se difunda na madeira, o que pode levar semanas ou alguns meses, o que torna portanto o processo de conservação relativamente demorado. Em termos comerciais, é desejável reduzir ao mínimo o tempo de repouso das provisões de madeira.

alguns compostos de boro são líquidos com um ponto de ebulição baixo ou gases. Quando postos em contacto com madeira para construção ou produtos a base de madeira, os compostos escolhidos sofrem uma reacção química com a madeira ou com a humidade residual da madeira, o que faz o boro depositar-se na madeira sob a forma de compostos de boro. Dor exemplo, o borato de trimetilo, ao contactar com madeira, reage, crê-se que com a humidade da madeira, de modo a depositar boro no material de madeira sob a forma de ácido bórico. 0 tratamento conservante de madeira com um composto de boro na fase de vapor foi já proposto, mas por dificuldades práticas, crê-se que não foi empregue comercialmente.

presente invento proporciona um processo melhorado ou pelo menos alternativo para o tratamento conservante de madeira por boro na fase de vapor ou gasosa.

Em termos gerais, pode-se dizer que o invento se refere a um processo para o tratamento conservante ou correctivo de madeira ou produtos a base de madeira com um conservante a base de boro, que compreende os passos de secar a madeira até um teor de humidade reduzido, expor a madeira a um vapor ou gás de um composto de boro, peio que o boro ou um composto de boro se deposita no material de madeira, e submeter a madeira a condi67 909

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-3cionamento para se conseguir assim um teor de humidade trabalhável.

No processo do invento, que compreende a secagem antes do tratamento conservante e subsequente condicionamento, o tratamento conservante de madeira com boro pode ser realizado mais rapidamente que nos processos de imersão em boro convencionais, imediatamente ou relativamente pouco tempo depois do processamento, a madeira fica em condições adequadas para ser usada ou vendida, e já não é preciso que a madeira repouse longos períodos após o tratamento como no caso dos processos convencionais de tratamento conservante com boro. 0 processo do invento é par ticularmente adequado ao tratamento conservante de madeira ser rada destinada a estruturas secas ou congéneres, já que o passo final de condicionamento do processo conservante pode ser feito de modo que, depois do tratamento, a madeira tenha o teor de hu midade apropriado e/ou que as tensões de secagem na madeira sejam aliviadas.

Preferivelmente, todos os passos do tratamento do processo conservante do invento são feitos numa instalação de tratamento comum, tal como um recipiente de tratamento comum fecha do adequado, ou congénere, mas a secagem e o condicionamento po dem ser feitos numa instalação de secagem e condicionamento já existente, sendo o tratamento com vapor/gás feito, por exemplo, num recipiente de conservação separado ou então a secagem, o tra tamento com vapor/gás e o condicionamento podem ser feitos separadamente numa instalação individual, embora se prefira o tratamento num recipiente ou instalação comum porque assim se reduz ao mínimo o manuseamento da madeira na transferência de uma instalação para outra e se consegue um tratamento mais rápido.

Preferivelmente, o tratamento com vapor/gás é feito no recipiente de tratamento em condições de pressão reduzida ou vácuo relativo e temperatura elevada, mas o tratamento pode ser feito em condições de pressão elevada ou pressão variável e/ou vácuo e/ou exposição a pressão atmosférica, em combinação com aquecimento e/ou arrefecimento, ou semelhante.

Preferivelmente, a secagem antes do tratamento com va67 909

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-4por/gás compreende secagem a alta temperatura, mas podem empregar-se outras técnicas de secagem, tais como a secagem convencional a temperaturas de até 1OO°O, secagem por recompressão de vapor, secagem no vácuo ou secagem por radiofrequências, por exemplo, ou secagem ao ar.

Preferivelmente, na secagem o teor de humidade da madei ra é reduzido para menos de cerca de 6% em peso e preferivelmen te a um nível de cerca de 2% do peso dessecado em forno da madeira. A redução do teor de humidade da madeira para estes níveis possibilita uma deposição mais eficaz do boro ou dos compostos em que o boro está presente, durante o tratamento com vapor/gás, em termos do volume do consumo do composto de boro vaporizado, com melhor distribuição do boro por toda a área da secção transversal da madeira. 0 tratamento com vapor/gás pode ser feito com teores de humidade da madeira mais altos, mas a teores de humidade mais elevados o consumo do composto de boro vaporizado aumenta e a deposição do boro no núcleo do material de madeira ou próximo dele não será optimizada.

Adequadamente, o condicionamento depois do tratamento com vapor/gás compreende condicionamento por vapor de água. 0 condicionamento pode ser feito a pressão atmosférica ou perto, e tipicamente o condicionamento pode ser feito de modo a obter-se um teor de humidade trabalhável na gama de 8% a 127 em peso de madeira dessecada em forno e de modo óptimo de cerca de 10% para a madeira, ou qualquer outro nível que se possa preten der para qualquer utilização concreta da madeira.

Os compostos de boro que podem ser empregues no tratamento com vapor/gás abrangem qualquer composto de boro adequado que deposite boro como um composto ou compostos de boro no material de madeira, incluindo borato de trimetilo, metildiborano trimetilboranc, dimetildiborano, trimetildiborano, carbonilboro, por exemplo, ou qualquer outro composto de boro adequado inclui: do azeótropos ou misturas destes compostos com outros compostos tais como por exemplo metanol ou outros solventes adequados. Os compostos podem ser escolhidos tendo em conta a flamabilidade/ /estabilidade, reactividade com a madeira ou com a humidade da

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V--5madeira e toxicidade. Um composto preferido é o borato de trimetilo ou uma combinação de borato trimetílico e metanol na com posição azeotrópica ou perto.

De acordo com o processo do invento, a madeira é primei ramente seca para lhe reduzir o teor de humidade até um nível predeterminado, preferivelmente inferior a 6% e preferivelmente da ordem de 2/ em peso. Prefere-se a secagem a temperatura elevada para reduzir o teor de humidade da madeira para aproximada mente 2%. Preferivelmente, cerca de 90/ da madeira vêem o seu teor de humidade reduzido para menos de 6% antes do tratamento com vapor/gás, e um esquema característico de secagem a temperatura elevada envolve uma temperatura de bolbo seco de 120°0 e uma temperatura de bolbo húmido de 70°C e um tempo de secagem de aproximadamente 24 horas para, digamos, 100 x 50 mm de Pinus Radiata filetados filleted em cada camada. Outras variações da temperatura e do tempo darão um teor de humidade semelhante ou outros teores de humidade pretendidos. Pode-se empregar qualquer esquema de secagem adequado para se conseguir um teor de humidade da madeira pretendido antes do tratamento com vapor/gás para qualquer espécie ou tipo de madeira em particular.

A secagem é feita preferivelmente num recipiente de tra tamento com vapor/gás comum. Um recipiente de tratamento conser vante por líquidos,fechado já existente pode ser adaptado para o processo do invento mediante inclusão de um sistema de aqueci mento para se efectuar a operação de secagem, ventiladores para fazer circular o meio de secagem, bombas de evacuação para o tra tamento com vapor, e instalações de condicionamento ou congéneres, e sistemas de controlo adequados.

Depois da secagem, a madeira é submetida a um vapor ou gás do composto de boro escolhido e o tratamento com vapor/gás é feito num recipiente fechado adequado que, como se disse, pre ferivelmente é o recipiente comum a secagem e condicionamento. Uma outra vantagem dum recipiente comum é que, além de reduzir ao mínimo o manuseamento da madeira e análogos, o tratamento com vapor/gás de boro pode ter lugar logo que a madeira esteja sufi cientemente seca, e a madeira estará quente depois da secagem,

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-6o que reduz ao mínimo a condensação do vapor nas superfícies exteriores da madeira e ajuda o movimento do vapor ou do gás na madeira .

tratamento é feito a uma temperatura suficiente para manter o vapor ou gás de composto de boro. Preferivelmente, tanto a madeira como o recipiente de tratamento são aquecidos até uma temperatura que reduza ao mínimo a condensação do vapor na madeira e nas paredes do recipiente. Deve-se contudo evitar aque cer a madeira a temperaturas elevadas por períodos que causem a degradação da madeira. 3ão preferidas as temperaturas superiores a 80°C e caracteristicamente na gama de S0°0 a 120°C.

Como se disse, o tratamento com vapor ou gás é feito pre ferivelmente num recipiente de tratamento em que se faz o vácuo. 0 vácuo no recipiente pode ser total ou parcial. 0 vácuo no recipiente pode estar na gama de 50 kPa (absoluta) até perto do vácuo total, por exemplo, e preferivelmente a essencialmente 15 kPa (absoluta).

Depois da exposição inicial da madeira ao composto de boro sob o estado de vapor/gás, a madeira pode ser deixada em contacto com o vapor/gás durante um período de tempo da ordem dos minutos a horas antes da evacuação do vapor residual e de quaisquer produtos secundários do recipiente de tratamento. 3e o borato de trimetilo for aquecido a 200 G antes da aplicação, por exemplo, e a madeira a tratar for aquecida a 80°0 e o recipiente de tratamento for então submetido a vácuo, o tratamento pode estar concluído em cerca de trinta minutos, vapor do composto de boro pode ser criado provocando a ebulição do composto de boro ou líquido num recipiente separa do e descarregando o vapor no recipiente de tratamento, ou, pre ferivelmente, o vapor do composto de boro é criado aquecendo o recipiente de tratamento a uma temperatura suficiente e/ou fazeja do vácuo no recipiente de tratamento até uma pressão reduzida suficiente e injectando o composto de boro líquido no recipiente de tratamento, sendo a temperatura e pressão suficientespara fazer o composto de boro líquido vaporizar-se ao entrar no recipiente de tratamento. Isto tem a vantagem de a taxa de expo67 909

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-7sição da madeira ao composto de boro e o volume do composto de boro serem facilmente controlados, quando o vapor é criado separadamente e descarregado para o recipiente de tratamento, pre ferivelmente o vapor/gás é aquecido a uma temperatura mais alta do que a madeira quando se emprega o vácuo pelo menos parcial . no recipiente de tratamento, porque quando o vapor ou gás é libertado para o recipiente de tratamento com vácuo ocorre uma r£ dução da temperatura.

Depois da secagem e do tratamento com vapor/gás, a madei ra é condicionada, empregando-se preferivelmente condicionamento com vapor de água. Prefere-se o condicionamento por um período de cerca de 2 horas por 25 mm de espessura de peças de madeira individuais. Garacteristicamente, o condicionamento pode ser feito de modo a conseguir-se um teor de humidade trabalhável na gama dos 8/ aos 12/, e mais caracteristicamente de cerca de 10/ em peso do peso da madeira dessecada em forno, ou outro nível que se possa pretender para qualquer utilização concreta da madeira.

Apresentam-se seguidamente exemplos do processo do invento.

Exemplo 1

Uma pilha de madeira recém-serrada foi filetada em cada camada e colocada num recipiente de tratamento fechado que foi então aquecido a uma temperatura de 120°G de bolbo seco e 70°G de bolbo húmido. 0 diferencial entre as temperaturas de bolbo seco e húmido foi mantido mediante ventilação/descarga para a atmosfera, logo que o teor de humidade médio da madeira chegou aos 4/, o cilindro foi vedado e criou-se um vácuo de 15 kPa (absoluta). Enquanto era criado o vácuo no recipiente, borato de trimetilo líquido foi medido pura uma caldeira. 0 volume do líquido decantado era proporcional ao volume da madeira que estava a ser seca e equivalia a aproximadamente 3,2 kg de equivalente do ácido bórico por m de madeira.

líquido foi aquecido a 200°C. Depois de 10 minutos de sujeição a vácuo a 15 kPa (absoluta), foi aberta a válvula que separava o borato de trimetilo superaquecido do recipiente

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-8de tratamento, para se efectuar o tratamento. Em 2-3 minutos, o indicador de vácuo do recipiente de tratamento passou de aproximadamente 110 kPa (absoluta) para aproximadamente 30 kPa ''aO (absoluta). Oriou-se então vácuo/recipiente de tratamento a 15 kPa (absoluta) durante 5 minutos. Aplicou-se então vapor de. água durante duas horas para aumentar o teor de humidade da ma deira para 10-20%. A madeira tratada foi depois retirada do re cipiente de tratamento.

Exemplo 2

Dez peças de madeira (nominalmente de 100 mm x 50 mm x 600 mm) foram secas a temperatura elevada durante cerca de 24 horas a temperaturas de bolbo húmido de 70°C e de bolbo seco de 140°C. oeguidamente, foram cortadas amostras de 200 mm de cada uma para determinação da humidade. 0 teor de humidade !h (nu ma base de dessecação em forno) era em média de 4,6%, A madeira foi transferida para um recipiente de pressão pré-aquecido de cerca de 50 litros de volume. A madeira foi filetada em cada ca de mada/modo idêntico ao do empilhamento na operação de secagem. 0 recipiente foi selado e criou-se vácuo a 15 kPa (absoluta) e man teve-se neste nível durante mais 10 minutos, óeguidamente, injeç tou-se em 37 segundos, no recipiente 380 ml de azeótropo de borato de trimetilo/metanol na forma líquida. A mistura de TMB/metanol foi aspergida para o interior da camisa do recipiente de pressão, que estava a cerca de 120°G. isto fez o TME/metanol vaporizar e efectuou o tratamento da madeira. Durante a injecção, a pressão no recipiente subiu até perto da atmosférica mas segui damente baixou lentamente e estacionou a cerca de 90 kPa (absoluta) . 0 sistema permaneceu nestas condições durante mais 5 minutos. Passados 10 minutos, fez-se o recipiente de pressão descarregar directamente para a atmosfera, abriu-se o recipiente e removeu-se a madeira seca e tratada. Admitiu-se então vapor de , ' z agua no recipiente a pressão atmosférica durante quatro horas para aumentar o teor de humidade da madeira para 10-12%.

Examinou-se e analisou-se a madeira tratada, a retenção do conservante na área da secção transversal da madeira variava de 0_}4% ρ/p em equivalentes do ácido bórico (EAb) a 0,8% e em

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-9média era de 0,6% ρ/ρ /EAB. 0 nono central da área da secção trans versai variava de 0,1 a 0,5% p/p em EA±s, com uma média de 0,3% ρ/ p em EAB.

Exemplo 3

1'ratou-se a madeira como no Exemplo 2, com excepção de durante o tratamento com vapor de boro se criar um vácuo de 10 kPa (absoluta) no recipiente de tratamento, antes da injecção do boro líquido, e serem injectados 300 ml de bcrato de trimeti lo em cerca de 30 segundos. A pressão no recipiente subiu para 60 kPa (absoluta) e seguidamente caiu para 55 kPa (absoluta) du rante a injecção do líquido.

Examinou-se e analisou-se a madeira tratada. A retenção do conservante na área da secção transversal da madeira variava de 0,5% ρ/p em equivalentes do ácido bórico (EAB) a 0,7% e em média era de 0,6% p/p em EAB. 0 nono central da área da secção transversal variava de 0,1 a 0,6% ρ/p em EAb, com uma média de 0,4% p/p em EAB.

Exemplo 4

1’rinta peças de madeira recém-cortada (Finus -n-adiata)- 20 peças do alburno e 10 peças do cerne - medindo nominalmente 100 mm x 50 mm x 2,4 m foram secas a temperatura elevada a 120°0 de boi bo seco e 70°0 de bolbo húmido durante cerca de 24 horas. Logo a seguir a operação de secagem, foram cortadas amostras de 400 mm de cada uma das peças para determinação do teor de humidade. 0 teor de humidade do cerne variava de 2,00% (base DE) a 3,37%, com uma média de 2,44%. 0 teor de humidade do alburno variava de 2,86% a 8,59% com uma média de 4,79%. Geguidamente, a madeira foi colocada num recipiente de pressão,quente (cerca de llO°Gj com um volume nominal de 1 m . A madeira foi inteiramente filetada e empilhada neste recipiente de modo idêntico aquele como foi seca. 0 recipiente foi selado e fez-se-lhe vácuo até uma pressão de cerca de 38 kPa (absoluta). Geguidamente, 3,5 litros do conservante foram injectados no recipiente, repartidos por três injectores igualmente espaçados ao longo do topo interior do recipiente de pressão. 0 tempo de injecção foi de 3 minutos.

conservante era borato de trimetilo/metanoi perto da composi67 909

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-10ção azeotrópica, a uma composição de equivalente do ácido bórico de 36,6% p/v. Depois da injecção, a pressão aumentou para 77 kPa (absoluta) e seguidamente baixou lentamente para cerca de 69 kPa (absoluta). Eoi então iniciado o condicionamento com vapor de água. Admitiu-se lentamente vapor de água no recipiente, suando foi alcançada a pressão atmosférica, fez-se o recipiente descarregar directamente para a atmosfera de modo que a pressão interna fosse mantida a 3 kPa da pressão atmosférica. Isto foi continuado durante quatro horas para aumentar o teor de humidade da madeira para 10-12%. Depois de concluída a etapa do condi cionamento com vapor de água, fechou-se o vapor de água, abriu-se o recipiente e removeu-se a madeira seca e tratada.

Examinou-se e analisou-se a madeira tratada. A retenção do conservante na área da secção transversal do cerne variava de 0,i09% p/p em equivalentes do ácido bórico (Eab) a 0,404%, com um desvio padrão de 0,09, e uma média de 0,314% p/p de EAB:

nono centrai da área da secção transversal do cerne variava de 0,002 a 0,442% p/p em EAB, com um desvio padrão de 0,13 e uma média de 0,28% p/p em EaB. a retenção do conservante na área da secção transversal do alburno variava de 0,401% p/p em EaB a

0,672%, com um desvio padrão de 0,08 e uma média de 0,52% p/p em EAB. 0 nono central da área da secção transversal variava de

0,011 a 0,354% p/p em EaB, com um desvio padrão de 0,10 e uma média de 0,22 p/p de EAB.

Exemplo 5

Trinta peças de madeira recém-cortada (Pinus Badiata) - 20 peças do alburno e 10 peças do cerne - medindo nominalmente 100 mm x 50 mm x 2,5 m foram secas por calor a 120°0 de bolbo seco e 70°0 de bolbo húmido durante cerca de 24 horas. Logo \

a seguir a operação de secagem, foram cortadas amostras de 400 mm de cada uma das peças para determinação do teor de humidade. 0 teor de humidade do cerne variava de 2,10% (base DE) a 4,38%, com uma média de 2,82%¼ 0 teor de humidade do alburno variava de 5,44% a 17,66%, com uma média de 10,49%. Beguidamente, pôs-se a madeira num recipiente de pressão, quente (cerca de 11O°G) com um volume nominal de 1 m .a madeira foi inteiramente filetada

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,'*, ·

-11_Α \ e empilhada neste recipiente de modo idêntico aquele como foi seca. 0 recipiente foi selado e fez-se-lhe até uma pressão de cerca de 21 kPa (absoluta), Oeguidamente, 2,5 litros do conser vante foram injectados no recipiente, repartidos por três injeç. tores igualmente espaçados ao longo do topo interior do recipiente de pressão. 0 tempo de injecção foi de 1 minuto e 15 segun dos. 0 conservante era borato de trimetilo e metanol próximo da composição azeotropica, a uma composição de equivalente do ácido bórico de 36,67c p/v. Depois da injecção do conservante, a pressão aumentou até 54 kPa (absoluta) e seguidamente baixou lentamente até cerca de 40 kPa (absoluta). Ouinze minutos depois de se injectar o conservante no recipiente, fez-se novamente o vácuo no recipiente. Passados vinte minutos, o recipiente de pre são atingiu uma pressão de 25 kPa (absoluta) . Iniciou-se então o condicionamento por vapor de água. 0 vapor de água foi admitido lentamente no recipiente. Ouando foi alcançada a pressão atmosférica, descarregou-se o recipiente directamente para a atmos fera de modo que a pressão interna fosse mantida a 5 kPa da pres são atmosférica. Isto foi continuado durante quatro/para aumentar o teor de humidade da madeira para 10-12% (base de dessecação em forno). Ooncluída a etapa de condicionamento com vapor de água, fechou-se o vapor de água, abriu-se o recipiente e removeu-se a madeira seca e tratada.

que antecede descreve o invento, inclusive as suas for mas preferidas e particularmente preferidas. As alterações e variantes que serão óbvias para os entendidos na matéria serão abrangidas pelo âmbito do invento, definido nas reivindicações anexas.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1- . - Processo para o tratamento conservante ou correctivo de madeira ou de produtos a base de madeira com um conservante a base de boro, caracterizado por compreender as fases de secar a madeira até um teor em humidade reduzido, expor a madeira a um vapor ou gás de um composto de boro pelo que o boro ou um com posto conservante, de boro, se deposita dentro do material de madeira, e submeter a madeira a condicionamento para se alcançar um teor em humidade que permite o trabalho desta.
2- , - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por pelo menos a secagem e o condicionamento serem feitos numa instalação de tratamento comum.
3^ã. - Processo de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o tratamento com vapor ou gás também ser feito na instalação de tratamento comum, que compreende um recipiente de tratamento fechado.
4&. _ p_rocesso de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o tratamento com vapor ou gás ser feito sob condições de pressão reduzida.
5- . - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a pressão reduzida ser inferior a 30 kPa (absoluta).
6- . - Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por a pressão reduzida ser inferior a 15 kPa (.absoluta) .
7- . - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o tratamento com vapor ou gás ser feito sob condições de temperatura elevada.
8- , - Processo de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por a temperatura elevada ser superior a 802C.
9- , - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por a madeira ser seca até um teor em humidade na gama de 0% a 20% em peso da madeira seca.
10- , - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por a madeira ser seca de modo que o teor em humidade, de

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-13praticamente 90% da madeira, seja inferior a 6/ em peso da madei. ra seca.
11-, - Processo de acordo com qualquer das reivindicações de 8a 10, caracterizado por a secagem compreender secagem a alta temperatura.
12^. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o tratamento com vapor/gás ser feito enquanto a madeira ainda está quente da secagem.
13^ã. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o condicionamento ser feito com vapor de água, praticamente a pressão atmosférica.
14&. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o condicionamento ser feito para se alcançar um teor em humidade, na madeira tratada, na gama de 8% a 12%.
15§. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o vapor ser criado libertando o composto bórico, no estado líquido, num recipiente de tratamento aquecido a uma temperatura, e/ou reduzido a uma pressão, suficiente para fazer o composto de boro, líquido, vaporizar-se a entrada do recipiente e/ou ao contacto com as paredes aquecidas do recipiente.
16-. - Processo de acordo com qualquer das reivindicações precedentes, caracterizado por o composto de boro compreender borato de trimetilo ou uma mistura de borato de trimetilo e metanol.