WO2019012403A1 - Procédé de traitement du bois - Google Patents

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WO2019012403A1
WO2019012403A1 PCT/IB2018/055032 IB2018055032W WO2019012403A1 WO 2019012403 A1 WO2019012403 A1 WO 2019012403A1 IB 2018055032 W IB2018055032 W IB 2018055032W WO 2019012403 A1 WO2019012403 A1 WO 2019012403A1
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impregnation
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phase
temperature
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Udo SEIFRIED
Ingo Mayer
Thomas Volkmer
Benoît CANOINE
Gaspard CLERC
Indre BUIVIDE
Elena NEDELKOSKA
Frédéric Pichelin
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Opal Créations Sa
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    • B27K5/02—Staining or dyeing wood; Bleaching wood

Definitions

  • the present invention relates to a method for treating at least one piece of wood, a piece of wood obtained by said method.
  • the fir In the natural state, the fir has a hardness of 10 to 15 N / mm 2 , while the quebracho, the hardest solid wood in its natural state has a hardness of 102N / mm 2 . In comparison, aluminum commonly used for industrial applications has a hardness of 150N / mm 2 . Thus, if one wishes to replace certain metals with wood, it is necessary
  • Impregnation techniques are known which make it possible to give a hue to the wood.
  • the known techniques are limited to a surface impregnation, only a few millimeters. These techniques make it possible to manufacture colored veneers which 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 colored wood in one piece.
  • An object of the present invention is to provide a wood treatment process free or that minimize the limitations of known methods. According to the invention, these objects are at least partially achieved by means of a method for treating at least one piece of wood.
  • a densification phase comprising: i) compressing said part by exerting a first pressure at a first temperature and then a second pressure at a second temperature, the second temperature and the second pressure being respectively lower than the first temperature and at the first pressure.
  • This solution has the advantage over the prior art of providing a densified wood piece having improved physical and / or mechanical and / or visual and / or aesthetic properties compared to the parts obtained with known treatment.
  • the process according to the invention makes it possible to obtain parts 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 process according to the invention makes it possible to obtain a densified wood having an integral and homogeneous coloration in the mass of the wood.
  • the stoving phase is a step that makes it possible to make the transition between an impregnation stage and a densification stage.
  • the stoving stage makes it possible to improve the quality of the coloring of the densified wood compared to the existing methods.
  • the method of the invention improves the durability of the color of the piece of wood.
  • the coloring of the parts treated by the process according to the invention is more persistent in case of leaching compared to the parts treated with the 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 treat parts of all sizes: for example parts having dimensions of the order of a millimeter, centimeter, or even the meter.
  • the method of the invention allows to control the thickness of the piece of wood after densification.
  • a shim or a mold to define the minimum height of the part.
  • the piece of wood 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 (in a solvent phase) or in an aqueous phase (soluble in an aqueous medium).
  • the coloring agent, the first reagent solution or the second reagent solution may be reactive with wood or air to give a color, or simply be an inert dye which does not interact with the wood or the environment in which it is located.
  • the impregnation phase can be carried out using a conventional impregnation method known to those skilled in the art, for example: soaking, immersion (long-time soaking), vacuum impregnation, pressure impregnation pressure injection, end-grain injection and the various combinations of these impregnation methods, such as impregnation under vacuum and alternating pressure for example. Impregnation may also include diffusion, perforation, painting, spraying.
  • the impregnation, stoving and densification phases are successive phases.
  • the impregnation, steaming and densification phases are simultaneous phases.
  • the impregnation phase is the impregnation phase
  • Impregnating said part comprises: i) Impregnating said part with a first reagent solution; ii) Impregnating said part with a second reagent solution;
  • impregnation 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 on the wood, for example a first reagent solution and a second reagent solution.
  • the reagent solutions can react with each other and 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% by weight. and 1% by weight.
  • a reagent solution that contains an agent Fixant makes it possible to degrade 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 less than 5, preferably less than 3.
  • the acid is a phenolic acid.
  • phenolic acid is used in the case where the wood subjected to the process naturally contains little or no phenolic compound such as hydrolysable tannins
  • the first reagent solution or said coloring agent comprises at least one fixing agent chosen 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.
  • the impregnation phase comprises
  • the first reagent solution and the second reagent solution may have a complementary action, for example when the dye 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 (eg fibers).
  • the coloring product makes it possible to stabilize the structure of the wood after impregnation. This minimizes
  • the part is not dried between the impregnation with the first reagent solution and the impregnation with the second reagent solution.
  • the method according to the invention comprises a stoving phase.
  • the stoving phase comprises: i) heating said part in the presence of saturating steam;
  • this heating can be achieved by placing the room in an autoclave.
  • the stoving phase also allows homogeneous impregnation in the mass, in particular a homogeneous coloration. This phase can also make it possible to increase the reaction between the solution or the reagent solutions and the wood fibers thanks to the presence of saturating water vapor and heat. 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 that interact with each other to form a flexible, shape-memory structure in their natural state.
  • hydrolysis of the hemicelluloses constituting the wood fibers is observed in particular.
  • hemicelluloses are particularly involved in the shape memory of wood fibers: hemicelluloses interact mainly with water and resume their initial position on contact (ie shape memory).
  • hydrolysis of hemicelluloses contributes to the loss of shape memory of the part, which is thus more stable in a variable hygrometric environment.
  • the first pressure is reached by increasing the pressure continuously, that is to say increasing the pressure without stopping until the first pressure is reached. This also applies to reach the first temperature, mutatis mutandis.
  • the first pressure it is possible to reach the first pressure by increasing the pressure discontinuously, that is to say by increasing the pressure by marking downtime at one or more levels. This also applies to reach the first temperature, mutatis mutandis.
  • the densification phase is the densification phase
  • a first pressure of between 15 MPa and 20 MPa on said part preferably between 16.5 MPa and 18.5 MPa, by heating said part to a first temperature of between 150 ° C. and 180 ° C., preferably between 160 ° C. and 170 ° C. ° C, for 10 minutes to 1 hour,
  • a first pressure of between 16.5 MPa and 18.5 MPa by heating said part to a first temperature of between 160 ° C. and 170 ° C. for 15 minutes to 25 minutes, provided particularly good results. satisfactory.
  • a second pressure of between 7 MPa and 9 MPa on said part by heating said part to a second temperature between 15 ° C and 25 ° C, for between 30 min and 50 min. provided particularly good results
  • the first and the second pressure are performed by mechanical action, for example using a platen hydraulic press, for example heated platens.
  • the first and the second pressure are made in the radial direction of said part.
  • An embodiment where the first and second pressures are made in the tangential direction is also possible.
  • the wood of the piece of wood is selected from beech, white fir, spruce, maple, basswood, ash, and any other compatible species deemed local in Europe.
  • the method for treating at least one piece of wood comprises:
  • an impregnation phase comprising: i) impregnating said piece with a first reagent solution for 1 hour to 13 hours under vacuum, said first reagent solution comprising between 0.4% and 1% by weight of gallic acid; ii) Impregnating said piece with a second reagent solution for 1 hour to 13 hours under vacuum, said second reagent solution comprising between 1.5% and 3% by weight of iron sulfate;
  • a stoving phase comprising: i) heating said part in the presence of saturating steam between 135 ° C and 145 ° C, for 50 min to 1 h 10;
  • a densification phase comprising: i) compressing said part by exerting a first pressure at a first temperature and then a second pressure at a second temperature, the second temperature and the second pressure being respectively lower than the first temperature and at the first pressure , the first pressure being between 16.5 MPa and 18.5 MPa on said part, by heating said part at a first temperature between 160 ° C and 170 ° C, for 15 min to 25 min. the second pressure being 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 30 minutes to 50 minutes.
  • the method for treating at least one piece of wood comprises:
  • an impregnation phase comprising an impregnation mode chosen from: soaking, immersion or long-time soaking, vacuum impregnation, impregnation under pressure, injection under pressure, wood injection end and the different combinations of these impregnation methods, for example such as alternating vacuum and pressure impregnation.
  • a stoving phase comprising: i) heating said part in the presence of saturating steam between 135 ° C and 145 ° C, for 50 min to 1 h 10;
  • a densification phase comprising: i) compressing said part by exerting a first pressure at a first temperature and then a second pressure at a second temperature, the second temperature and the second pressure being respectively lower than the first temperature and at the first pressure the first pressure being between 16.5 MPa and 18.5 MPa on said workpiece, by heating said workpiece at a first temperature between 160 ° C and 170 ° C for 15 min to 25 min. the second pressure being between 7 MPa and 9 MPa on said part by heating said part at a second temperature between 15 ° C and 25 ° C for 30 min to 50 min.
  • the method comprises: [0052] D) a heat treatment phase comprising the passage of said part in an atmosphere for 1 h to 30 h, preferably between 10 and 20 h, at a pressure ranging from 0 bars at 40 bars, preferably between 1 and 20 bars, said atmosphere comprising: a temperature of between 50 ° C. and 250 ° C., preferably between 100 ° C. and 200 ° C., for example in the oven or in an autoclave, at a relative humidity of between 0 and 100%.
  • This heat treatment step makes it possible to improve the dimensional stability of the part and the fixing of the coloring agent.
  • the heat treatment step is performed after the densification phase. This allows to increase the rate of production, several parts can undergo heat treatment simultaneously.
  • the method comprises an intermediate drying phase between the impregnation of the first reagent solution and the impregnation of the second reagent solution. This removes the liquid portion of the first reagent solution to release the voids in the wood fibers and facilitate the impregnation of the second reagent solution.
  • the intermediate drying phase comprises a passage in the oven for 0.25h to 30h, preferably between 1h and 10h in an atmosphere:
  • the intermediate drying phase comprises a passage in an autoclave for 0.25h to 30h, preferably between 1h and 10h in an atmosphere: at a temperature between 0 and 100 ° C., preferably between 10 and 30 ° C.,
  • process for treating a piece of wood define in particular a method for coloring and densifying a piece of wood.
  • the parts have not been dried between the two impregnation phases.
  • 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 the temperature are lowered to 8 MPa (second pressure) and respectively to 20 ° C (second temperature) for 40 minutes, during a second pressure, to cool the parts.

Abstract

L'invention concerne un 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 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.

Description

Procédé de traitement du bois
Domaine technique
[0001] La présente invention concerne un procédé pour traiter au moins une pièce en bois, une pièce de bois obtenu par ledit procédé.
État de la technique
[0002] 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.
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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.
[0006] 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.
[0007] De plus, si les méthodes actuelles d'imprégnation permettent d'imiter la couleur des bois exotiques, elles ne peuvent pas imiter leur dureté.
[0008] 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
[0009] Un but de la présente invention est de proposer un procédé de traitement de bois exempts ou qui minimisent les limitations des procédés connus. [0010] 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 o 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.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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. [0014] 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.
[0015] 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.
[0016] 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.
[0017] 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). [0018] 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.
[0019] Dans un mode de réalisation, les phases d'imprégnation, d'étuvage et de densification sont des phases successives. [0020] Selon un mode de réalisation, les phases d'imprégnation, d'étuvage et de densification sont des phases simultanées.
[0021] Dans un mode de réalisation, 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;
[0022] 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.
[0023] 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.
[0024] 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.
[0025] 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. [0026] 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 1 1 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. [0027] 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.
[0028] 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.
[0029] 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.
[0030] 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 (Il ou III), chlorure de fer (Il 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). [0031] 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. [0032] 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 1 1 h et 13 h. [0033] En particulier, les inventeurs ont remarqué qu'une imprégnation de ladite pièce avec une seconde solution de réactif pendant 12h
fournissait des résultats satisfaisants.
[0034] 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.
[0035] 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. [0036] 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.
[0037] Dans un mode réalisation, la phase d'étuvage comprend
- i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 1 10°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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] 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.
[0043] 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. [0044] 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.
[0045] 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.
[0046] 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.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] Selon un mode de réalisation, le procédé pour traiter au moins une pièce en bois comprend :
A) Une phase d'imprégnation comprenant : i) Imprégner ladite pièce avec une première solution de réactif pendant 1 1 h à 13 h sous vide, ladite première solution de réactif comprenant entre 0.4 % et 1 % en poids d'acide gallique ; ii) Imprégner ladite pièce avec une seconde solution de réactif pendant 1 1 h à 13 h sous vide, ladite seconde solution de réactif comprenant entre 1.5 % et 3% en poids de sulfate de fer ;
B) Une phase d'étuvage comprenant : i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 135°C et 145°C, pendant 50 min à 1 h 10 ;
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.
[0050] Selon un mode de réalisation, le procédé pour traiter au moins une pièce en bois comprend :
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.
B) Une phase d'étuvage comprenant : i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 135°C et 145°C, pendant 50 min à 1 h 10 ;
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.
[0051] Dans un mode de réalisation, le procédé comprend : [0052] D) une phase de traitement thermique comprenant le passage de ladite pièce à une atmosphère pendant 1 h 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.
[0053] Dans un mode de réalisation, l'étape de traitement thermique est réalisée après la phase de densification. Cela permet d'augmenter la cadence de production, plusieurs pièces pouvant subir le traitement thermique simultanément. [0054] 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.
[0055] Selon un mode de réalisation, la phase de séchage intermédiaire comprend un passage au four pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1 h 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.
[0056] Selon un mode de réalisation, la phase de séchage intermédiaire comprend un passage en autoclave pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1 h 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.
[0057] 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.
[0058] 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.
[0059] 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.
[0060] Les modes de réalisations décrits ci-dessus s'appliquent lorsque le procédé comprend des étapes d'imprégnation, d'étuvage et de
densification successives ou simultanées.
Exemple(s) de mode de réalisation de l'invention
[0061] 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. [0062] 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.
[0063] Puis les pièces sont imprégnées sous vide dans une seconde solution de réactif comprenant 2 % en poids de sulfate de fer durant 12 h.
[0064] Dans ce mode de réalisation, les pièces n'ont pas été séchées entre les deux phases d'imprégnation.
[0065] Les pièces sont ensuite placées dans un autoclave à une
température de 140°C pendant 1 h pour l'étape d'étuvage. [0066] 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.
[0067] 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

Revendications
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 : o 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.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les phases d'imprégnation, d'étuvage et de densification sont des phases successives.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les phases
d'imprégnation, d'étuvage et de densification sont des phases simultanées.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 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
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, 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;
6. Procédé selon la revendication 5, 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 1 1 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 1 1 h et 13 h.
7. Procédé selon l'une des revendications 5 ou 6, 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.
8. Procédé selon la revendication 7 dans lequel la phase de séchage intermédiaire comprend un passage au four pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1 h 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.
9. Procédé selon la revendication 7 dans lequel la phase de séchage intermédiaire comprend un passage en autoclave pendant 0.25h à 30h, de préférence entre 1 h 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
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9 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.
1 1. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel la phase d'étuvage comprenant :
- i) Chauffer ladite pièce en présence de vapeur d'eau saturante entre 1 10°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.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 1 1 , dans lequel la phase de densification met en œuvre: 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.
13. Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, dans lequel la phase de densification met en œuvre: - 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.
14. Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, dans lequel la première et la deuxième pression sont effectuées par une action mécanique, par exemple en utilisant une presse à plateaux.
15. Procédé selon l'une de revendications 1 à 14, dans lequel la première et la deuxième pression sont effectuées dans la direction radiale de ladite pièce.
16. Procédé selon l'une des revendications 1 à 15, dans lequel le procédé comprend :
- D) une phase de traitement thermique comprenant le passage de ladite pièce à une atmosphère pendant 1 h 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 : o une température comprise entre 50°C et 250°C, de préférence entre 100 et 200°C, par exemple au four ou en autoclave ; o une humidité relative comprise entre 0 et 100%.
17. Procédé selon la revendication 16, dans lequel l'étape de traitement thermique est réalisée après la phase de densification.
18. Pièce de bois obtenue par le procédé selon l'une des revendications 1 à 17, ladite pièce présentant une densité comprise entre 1000 kg/m3 et 1500 kg/m3, de préférence entre 1300 kg/m3 et 1400 kg/m3.
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