MXPA03003058A

MXPA03003058A - Madera impregnada con polimero de furano, metodo para preparar el polimero y usos del mismo.

Info

Publication number: MXPA03003058A
Application number: MXPA03003058A
Authority: MX
Inventors: Marc H Schneider
Original assignee: Wood Polymer Technologies Asa
Priority date: 2000-10-12
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2004-12-06
Also published as: CN1469798A; NO20005137L; ATE273111T1; WO2002030638A3; JP2004512193A; ZA200303629B; NO313183B1; PT1341648E; US8197948B2; US20110027570A1; AU2281802A; AP1494A; BR0114484A; DE60104891D1; RU2003113319A; EE05479B1; AP2003002790A0; PL193382B1; NO20005137D0; CA2429578A1

Abstract

Se proporciona una madera impregnada con polimero de furano la cual es uniforme en color y densidad a traves de la zona tratada. Para obtener la madera impregnada con polimero, una madera original ha sido impregnada con una mezcla que contiene compuestos organicos polimerizables de por lo menos alcohol furfurilico y otro compuesto adicional. La invencion tambien se relaciona con un metodo para preparar una madera impregnada con polimero furano y usos de la misma.

Description

MADERA IMPREGNADA CON POLÍMERO DE FURANO, MÉTODO PARA PREPARAR EL POLÍMERO Y USOS DEL MISMO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención que se describe en la presente se relaciona con una madera impregnada con polímero de furano, el cual tiene un color y densidad uniformes a través de la zona tratada. Para obtener una madera impregnada con polímero, una madera original debe ser impregnada con una mezcla que contenga compuestos orgánicos polimerizables de por lo menos alcohol furfurílico y un compuesto adicional. La invención también se relaciona con un método para preparar madera impregnada con polímero de furano y usos del mismo.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La técnica anterior para elaborar madera impregnada con polímero de furano al impregnar madera con una solución de alcohol furfurílico y después polimerizar el alcohol furfurílico dentro de la madera, producir un material compuesto de polímero de madera de color café oscuro en las zonas tratadas, se ha realizado de diferentes maneras, como se describe en lo siguiente. 1. Iniciadores En el método más antiguo, los iniciadores son sales hidrosolubles , particularmente cloruro de zinc. La sal se disuelve en agua y después la solución se agrega a el alcohol furfurílico. El peso de la sal es de aproximadamente 5% del peso del alcohol furfurílico. Esta mezcla después se impregna en la madera y polimeriza utilizando calor. Conforme se lleva a cabo la impregnación, el agua y la sal son retenidas por la madera cerca de la superficie. El alcohol furfurílico que llega más profundamente dentro de la madera por lo tanto carece de iniciador y no cura bien. Por lo tanto, este método se limita a piezas de madera cortas o delgadas . Un método más nuevo utiliza un proceso de dos etapas. En primer lugar, se elabora una solución de cloruro de zinc en agua. Esta se impregna en la madera y se seca la madera. La cantidad de sal seca es de aproximadamente 5% de la cantidad calculada de alcohol furfurílico que se impregnará en la siguiente etapa. Después la madera se impregna con alcohol furfurílico. Posteriormente se cura utilizando calor. Por este método se produce el material uniforme, pero se requiere dos etapas, una de impregnación y una de secado. 2. Tamaño del material Para el método más antiguo, se requieren cortes delgados y longitudes cortas de madera por las razones mencionadas antes. El material de tamaño de madero que tenga un color fuerte y gradientes de densidad, cuando se trata de esta manera, con un material más oscuro y denso cerca de las superficies de madera tratada. En las zonas bien tratadas cerca de las superficies (o en piezas pequeñas) , las densidades tratadas están en el intervalo de 0.9 g/cc a 1.15 g/cc, mientras que en el interior, la densidad se aproxima a la de la madera original, y habitualmente está presente alcohol furfurílico no curado. El método nuevo no tiene limitación respecto al tamaño como el anterior, pero el método requiere gran cantidad de trabajo dado que el secado y la primera etapa requiere precaución y evitar salpicado y doblado o combado de la madera. 3. Color del material Debido a los gradientes que utiliza el método más antiguo mencionado antes, el color del material varía con la profundidad de la superficie. El maquinado o lijado por lo tanto exponen el material de color más claro y el color varía con la distancia desde la superficie. El método más nuevo tiene excelente profundidad de color.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN Uno de los objetivos principales de la invención es proporcionar madera impregnada con polímero de furano al utilizar por lo menos dos sustancias químicas con el fin de obtener una solución de impregnación uniforme. Otro objetivo de la invención es proporcionar una distribución uniforme de las sustancias químicas en la madera impregnada con polímero de furano, el cual tiene un color y densidad uniformes a través de la zona tratada, lo que proporciona un color oscuro y uniforme. Esto se forma por una etapa de impregnación. Otro objetivo adicional de la invención es proporcionar madera impregnada con polímero de furano que tenga propiedades mejoradas respecto a estabilidad dimensional, resistencia a la podredumbre, i. a. De acuerdo con la presente invención, lo anterior y otros objetivos se obtienen por un producto, métodos y usos del mismo, como se describe en las reivindicaciones de patente.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS En una modalidad de esta invención, se proporciona madera impregnada con polímero de furano, caracter zada por madera impregnada con una solución de monómero de alcohol de furfural polimerizable que contiene por lo menos alcohol furfurílico y otro compuesto adicional que se selecciona de anhídrido maleico, anhídrido ftálíco, ácido maleico, ácido málico, ácido ftálico y combinaciones de los mismos. En otra modalidad de esta invención, se proporciona un método para preparar madera impregnada con polímero de furano, caracterizada porque la madera se impregna por una etapa de impregnación con una solución polimerizable de monómero de alcohol de furfural que contiene por lo menos alcohol furfurílico y otro compuesto que se selecciona del grupo que consiste de anhídridos, ácidos y combinaciones de los mismos, seguido por una etapa de curado. Las claves para la invención son el uso de una o más sustancias químicas que actúan como iniciadores nuevos. Estos iniciadores tienen afinidad similar por la madera como el alcohol furfurílico y por lo tanto entran en la madera y permanecen en solución tan profundamente como penetren. Siempre que la solución penetre, es polimerizable. Los iniciadores se seleccionan de cualquier compuesto que contenga anhídrido así como ácidos que se seleccionan del grupo de ácido maleico, ácido málico, ácido ftálico y ácido esteárico. Sin embargo, de manera preferible se utiliza un compuesto que se selecciona de anhídrido maleico, anhídrido ftálico y combinaciones de los mismos. De manera más preferible, se utilizan anhídrido maleico o anhídrido ftálico, o una combinación de los mismos, de manera más preferible anhídrido maleico o anhídrido ftálico. Para elaborar una solución de tratamiento, por lo menos uno de estos iniciadores, preferiblemente uno de estos iniciadores solo, se disuelve directamente en alcohol furfurílico, formando una solución la cual tiene una vida útil de varios meses a temperatura ambiente. La concentración varía de aproximadamente 5% a aproximadamente 20% en base en el peso del alcohol furfurílico. Las concentraciones menores tienen una vida de almacenamiento más prolongada y curan más lentamente cuando se calientan. Se utilizan concentraciones más elevadas cuando se necesitan curados más rápidos, y cuando se requieren temperaturas de curado menores a las normales o cuando se utilizan maderas que contienen inhibidores para polimerización. La impregnación de la madera por la solución tratada iniciada se lleva a cabo utilizando un proceso de celda completa, el cual utiliza vacío inicial seguido por presión superatmosférica que varía de aproximadamente 1 aproximadamente 20 atmósferas. El vacío inicial puede estar en el intervalo de aproximadamente 5 min a aproximadamente 30 min, o mayor, y la presión superatmosférica puede estar en el intervalo de aproximadamente 20 min a aproximadamente 1 h o mayor. El curado se lleva a cabo utilizando calor suministrado por aire caliente, vapor, aceite caliente o calentamiento por alta frecuencia. El calor activa los iniciadores e inicia la polimerización. La temperatura de curado habitual puede estar en el intervalo de aproximadamente 70 a aproximadamente 140°C. El curado requiere ya sea cierto tiempo a aproximadamente 90°C seguido por cierto tiempo a aproximadamente 140°C o los justos cierto tiempo a aproximadamente 140 °C. Los tiempos variarán con el tamaño del material y tipo de horno. El tiempo de curado puede estar en el intervalo de aproximadamente 1/2 h a aproximadamente 12 h, en particular de aproximadamente 1/2 h a aproximadamente 6 h. El tiempo no es crítico ni la temperatura inferior. Pero la etapa de temperatura mayor es novedosa y es crítica con el fin de obtener un producto de buena calidad. Cuando se utiliza aire caliente, la temperatura de curado es de aproximadamente 90 °C. El material se coloca en un ambiente calentado. Cuando alcanza aproximadamente 90°C, comienza una reacción de polimerización exotérmica. El calor adicional generado por la reacción acelera el curado, el cual es completado en algunos minutos. Después se incrementa la temperatura a aproximadamente 140 °C durante aproximadamente 1 hora para eliminar los productos de reacción y uno o varios de los monómeros que no hayan curado. La etapa de terminado a alta temperatura después del curado es parte clave de la invención. Alternativamente, se puede utilizar una temperatura que proporcione quemaduras al material de madera como la temperatura máxima (la temperatura de quemado) . Cuando se utiliza una atmósfera de aire, el oxígeno proporcionará con mayor facilidad quemaduras. Con el fin de evitar este problema, debe utilizarse una atmósfera sin oxígeno. El material inicial es material de madera, habitualmente madero, que incluye tablón (madero grueso) , pero también pueden ser materiales compuestos de madera tales como tableros de veta orientada y tablas aglomeradas. Se puede utilizar materiales de madera de cualquier dimensión, preferiblemente de dimensiones grandes, en donde la dimensión máxima de la longitud del material terminado es de 100 m, la dimensión máxima del diámetro del material terminado es de 7 m, la dimensión máxima de la sección transversal del material terminado es de 40 m2. Habitualmente, el madero (tablón) tiene un espesor máximo de 50 mm. Sin embargo, la longitud es más importante dado que la solución de tratamiento se desplaza muy rápido a lo largo de la longitud, pero muy lentamente a través de la sección transversal. Con maderas permeables como haya y abedul, la uniformidad de tratamiento se determina por la determinación de que tan bien permanece uniforme la solución de tratamiento conforme se desplaza a lo largo de la longitud. Cuando la impregnación es completa, el material de madera formado por este método tiene propiedades uniformes en toda su longitud. El color, la resistencia a la humedad y el deterioro así como las propiedades mecánicas son consistentes durante el proceso. Las propiedades y el color de piezas individuales de maderos tratados de esta manera dependen de la carga de polímero que se obtiene. Diferentes especies de madera, incluso diferentes maderas de la misma especie pueden impregnarse de manera diferente. Aquellos tableros que aceptan más polímero tienen un color más oscuro y una mayor dureza. Sin embargo, la resistencia a la humedad y el deterioro son afectados poco por la carga. El contenido de humedad del material de madera puede estar en el intervalo de aproximadamente 30%, en particular más de aproximadamente 15%, pero también puede ser menor de 15%. Sin embargo, el contenido de humedad del material de madera no es crítico. El material de madera, que incluye tipos baratos y material de raspado o virutas, se puede utilizar para producir productos de madera noble tales como imitación de teca, caoba y junco de indias y otros, y también les proporciona propiedades novedosas como resistencia al agua y requerimientos de mantenimiento más sencillos y reducidos. Aunque las composiciones, métodos y usos específicos son mencionados en la presente, debe entenderse que las recetas específicas no se deben considerar limitantes sino que se deben incluir a modo de ilustración y para establecer el mejor modo, de acuerdo con la presente invención.

EJEMPLO Tableros de tres especies de madera dura de aproximadamente 1 m de largo y 12 mm de espesor se agrupan juntos y se impregnan con vacío y presión utilizando una solución de tratamiento que contiene anhídrido maleico 5% y alcohol furfurílico 95%. El curado se realiza en un horno de aire caliente a 95°C durante 2 h seguido por 3 h a 140°C. En cada etapa de tratamiento, se pesa cada grupo. Al final se calcula la conversión de monómero a polímero, para conocer la pérdida de productos de reacción. Algunas tablas se cortan separándose después de tratarse y se evalúa su uniformidad de tratamiento mediante el cambio de color. Los datos de tratamiento se proporcionan en la tabla a continuación, en donde la madera tipo 1 es haya, la madera tipo 2 es arce y la madera tipo 3 es abedul. en donde a) Es el peso como se recibe con un contenido de humedad de 6 % (MC) b) Se calcula por peso secado en horno (0% MC) c) Es el peso registrado después de la impregnación (el cual aún incluye la humedad) d) Peao después del curado, con humedad que también se pierde debido al calentamiento e) Por ciento de monómero en madera (de c) en base en el peso OD calculado f) Por ciento de polímero en madera (de d) en base en el peso OD calculado g) El por ciento de monómero el cual se convierte en polímero durante el curado h) Es la densidad curada final. El arce y el abedul se comportan de manera similar entre ai. Se impregnan muy bien, pero las superficies tratadas ligeramente mejor que los interiores, las cuales son de un café más claro. Tienen una captación, densidades y eficacias de conversión ligeramente menores en comparación con haya. La haya tiene la captación, conversión y densidad más elevadas y es tratado uniformemente en todas sus longitudes. Es de las mejores especies usadas. Tiene un color oscuro uniforme en todas sus dimensiones cuando se corta. La nueva fórmula de impregnación y el protocolo de curado producen un material compuesto de polímero de madera uniforme utilizando haya, y un material muy uniforme utilizando arce y abedul . Será evidente para aquellos expertos en la técnica que pueden analizar diversas modificaciones y variaciones en las composiciones, métodos y usos de la presente invención, sin apartarse del espíritu del alcance de la invención. Por lo tanto, se pretende que la presente invención abarque modificaciones y variaciones de esta invención que se proporcionen y las cuales se encuentran dentro del alcance de las reivindicaciones anexas y sus equivalentes.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un material de madera impregnado con polímero de furano, caracterizado porque el material de madera impregnado con una solución de monómero de alcohol de furfural polimerizable consiste de alcohol furfurílico y un compuesto adicional disuelto directamente en el alcohol furfurílico con el fin de producir una solución de tratamiento, en donde el compuesto adicional se selecciona de anhídrido maleico, anhídrido ftálico, ácido maleico, ácido málico, ácido itálico y combinaciones de los mismos.

2. material de madera impregnado con polímero de furano, como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el material de madera es madero.

3. El material de madera impregnado con polímero de furano, como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque el material de madera son materiales compuestos de madera tales como un tablero de veta orientado y un tablero aglomerado .

4. El material de madera impregnado con polímero de furano, como se describe en la reivindicación 1, caracterizado porque la concentración del compuesto adicional en la solución de tratamiento es de aproximadamente 5% a aproximadamente 20% en base en el peso de alcohol furfurílico.

5. Un método para preparar un material de madera impregnado con polímero de furano, caracterizado porque el material de madera se impregna por una etapa de impregnación con una solución de monómero de alcohol de furfural polimerizable que consiste de alcohol furfurílico y otro compuesto adicional disuelto directamente en el alcohol furfurílico con el fin de elaborar una solución de tratamiento, en donde el compuesto adicional se selecciona de anhídrido maleico, anhídrido itálico, ácido maleico, ácido málico, ácido itálico y combinaciones de loe mismos, seguido por una etapa de curado .

6. El método como se describe en la reivindicación 5, caracterizado porque el curado se realiza mediante el uso de una temperatura en el intervalo de aproximadamente 70 a aproximadamente 140 °C.

7. El método como se describe en la reivindicación 6, caracterizado porque el curado requiere de entre 10 min a 2 h a aproximadamente 90°C seguido por 15 min a 4 h, a aproximadamente 140 °C, o justo entre 15 min a 4 h a aproximadamente 140°C, dependiendo del tamaño del material y tipo de horno usado.

8. El uso de madera impregnada con polímero de furano, como es preparada como se describe en las reivindicaciones 5 a 7, como mangos para cuchillo, artículos de cocina (cucharas, tenedores, tablas para cortar, tazones), muebles, pisos para interiores, falsa pared superior, partes de un edificio (banda, cornisa, tablas de forro, alféizares, armazones), partes de un bote (barandillas, entarimado, arreglos de puentes, pavimento de puente, moblaje y muebles), artículos marinos (muelles, escolleras, trampas de langostas) , muebles exteriores, culatas y cachas de pistola, partes de instrumentos musicales (teclas de piano, mástiles y puentes de violines y guitarras) , aletas de torres de refrigeración, pasillos exteriores, contenedores (tanques para materiales cáusticos o corrosivos) , partes de máquina (placas transportadoras, guías de sierra, y placas superiores de las mesas de una sierra y restiradores ) .