WO2019060972A1 - Soluções para tratamento de madeira e aplicação - Google Patents
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- WO2019060972A1 WO2019060972A1 PCT/BR2018/000059 BR2018000059W WO2019060972A1 WO 2019060972 A1 WO2019060972 A1 WO 2019060972A1 BR 2018000059 W BR2018000059 W BR 2018000059W WO 2019060972 A1 WO2019060972 A1 WO 2019060972A1
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Definitions
- the present invention relates to a product used in the treatment of wood, which is capable of rendering it more resistant to mechanical impact, moisture, fire, unwanted insects, in addition to lowering the thermal conductivity , be a recipient of pigments and dyes, does not significantly change the density and has durability against the weather, the product and the process being applied according to the desired final characteristic.
- the products and processes present in the market involve more equipment such as the use of autoclave, as well as the change of pressure and temperature during the process so that the resistance of the wood is increased satisfactorily, in addition to genetic alterations for which species that hardwoods are reached.
- the present invention has been developed with the intention of presenting product and process with a simpler protocol of use, making it more efficient and being able to make the wood resistance alteration technique more popular and easier to perform by a professional .
- the state of the art presents some developments related to the increase in resistance in wood, including the use of chemical compounds, which seek greater protection of wood, especially those originating from reforestation.
- the current state of the art uses, in addition to chemical compounds, other equipment and parameters that hinder the use and commercial practice of the current process, as it involves the use of autoclave, temperature and pressure change.
- the patent application BR 10 2015 006744 5 describes a sequence of operations or steps such as to allow the treatment of wood, especially pine, making them highly resistant to moisture, as well as to fungi and termites.
- This invention applies to temperature change at the time of applying chemical compounds to between 300 and 400 ° C and a pressure and change from 40 to 100 PSI, with the use of an autoclave.
- Figure 1 is a graph of the X-Ray Diffraction (XRD) data of the Materials.
- Figure 2 is a graph on the Rupture Module (MOR) versus Specific Energy (EE) data of the woods tested.
- Figure 3 is a graph on the Max Load versus EE data of the woods tested.
- Figure 4 is a table on the flammability data of Pinus wood.
- Figure 5 is a table on the flammability data of the wood treated with the solutions and process of the present invention.
- Figure 6 is a table on the conductivity data of Pinus wood and wood treated with the solutions and process of the present invention.
- Figure 7 is a photograph of the Scanning Electron Microscopy of Pinus wood.
- Figure 8 is a photograph of Scanning Electron Microscopy of the wood treated with the solutions and process of the present invention
- Figure 9 is a graph on Fourier transform Infrared (FTIR) data.
- the present invention aims to make wood, more specifically reforested wood, more resistant.
- solution A The chemical composition of the first solution, named solution A, is by the combination of a fluorinated polymer, Capstone LPA type within the range of 0.5-10% with the solvent dichloromethane in the range of 75-99%.
- the solvent may also be substituted by its pairs, both individually and in mixtures of the most various combinations, as follows:
- Methylene chloride Methylene trichloride, Monochlorobenzene; Ortho dichlorobenzene; Perchlorethylene; Trichlorethylene; Benzene; Hydrofluoro and organovolates.
- Heptane Hexane, - Kerosene
- gasoline n-pentane
- Rubber solvent cyclohexane, cycloheptane.
- the solvent in this case will promote the distribution of the water repellent agent, in this case the fluorinated polymer, together with the whole cellulosic matrix, by immersion, the solvent will also act as a partial remover lignin and hemicellulose during their evaporation process.
- a suitable container with the smallest possible surface area is required for the preparation of said solution. All the dichloromethane and then the entire fluorinated polymer should be added under gentle agitation, in order to solubilize the repellent. The low viscosity of the medium contributes to the removal of heat and slow evaporation of the solvent. Partial addition of the solvent intercalating or not with the polymer or fluorinated agent may also occur.
- the solution When the solution is ready, it can be applied directly to the wood by immersion, with the time taken by the dimensions of the wood, averaging 20-50 minutes every 5 cm in diameter and humidity of 7-20%, besides the possibility of repetition of cycles, depending on the characteristic that is sought for the wood.
- the release after the immersion cycle, begins the drying process where the solvent will exit slowly enough to remove some of the lignin and hemicellulose. In this way, the structure of the cellulose becomes more exposed and is prepared to interact with the repellent.
- Another advantage of the present invention is that removal of the solvent dichloromethane is an endothermic process, allowing safeguarding of the cellulose structure, avoiding chain fissure, mainly breaks down the -1,4-glycosidic bonds and breaking of the peripheral chains , among others. After the solvent leaves the film forming process of the fluorine polymer, which is spread throughout the wood, begins. In this way, every cellulose chain is involved and linked between: itself and between its peers.
- solution B The chemical composition of the second solution, called solution B, is given by the combination of the solvent dichloromethane and / or the aforementioned pairs thereof alone or in mixtures, as well as polyols derived from castor oil (resin) in the ratio range (1-25%), in addition to titanium isopropoxide in concentrations between 1-5% and its correlates, such as: Cobalt, manganese, lead, zirconium, bismuth, titanates and vanadium and Nanometric Silicon Dioxide in the range of 0-5% within the limit size of 980 nanometers.
- solvent dichloromethane and / or the aforementioned pairs thereof alone or in mixtures
- polyols derived from castor oil (resin) in the ratio range (1-25%)
- titanium isopropoxide in concentrations between 1-5% and its correlates, such as: Cobalt, manganese, lead, zirconium, bismuth, titanates and vanadium and Nanometric Silicon Dioxide in the range of 0-5% within the limit
- Resins can be used alone or in mixtures within the most varied combinations and possible concentrations, such as: Synthetic resins (Phenolic resins; Epoxy resins; urea resin; Resins, plastic, thermoplastic) and natural resins extracted from plants.
- Synthetic resins Phenolic resins; Epoxy resins; urea resin; Resins, plastic, thermoplastic
- natural resins extracted from plants such as: Synthetic resins (Phenolic resins; Epoxy resins; urea resin; Resins, plastic, thermoplastic) and natural resins extracted from plants.
- the solvent again has the function of promoting the distribution of the resin and the catalyst together with any cellulosic matrix. In addition, it also acts as a partial lignin and hemicellulose remover during its evaporation process.
- the polyols derived from castor oil are the basis of the polymerization process, acting concomitantly with the catalyst, together with the cellulose, especially when the solvent evaporates.
- the formed film or core shell unites the cellulose chains conveniently, making them more hydrophobic, interconnected and synergistic, giving the characteristics mentioned to the material, such as: resistant to mechanical impact, moisture, fire, unwanted insects, in addition to reducing the thermal conductivity, being a pigment receptor, not significantly changing the density to have durability against the weather, the product and the process being applied according to the desired final characteristic ..
- the above mentioned binder acts as an initiator and catalyst for the polymerization reaction of the castor resin. While titanium isopropoxide acts as a co-catalyst, Nanometric Silicon Dioxide acts as a stabilizer, both acting in the low-flow process.
- a suitable container with the smallest possible surface area is required for the preparation of said solution. 30-50% of dichloromethane and then the whole polyol are added under gentle stirring to stabilize the polyol by solvolysis.
- the low viscosity of the medium associated with the endothermic process of the solvent when in the process of evaporation, contributes to the removal of heat, by efficiently controlling the temperature.
- the two reactants are mobility reducers and stabilizers of binary systems, so that there is a reduction in reaction kinetics.
- composition may also contain additives such as, for example, pigments, colorants, fire retardants, biocides, etc. used in the individual form or mixture of one or more components in the various possible combinations, we have:
- pigments which may be added are complex substituted aromatic compounds, UV stabilizers, inorganic and organic pigments.
- suitable inorganic pigments include: iron oxides, including red iron oxides, yellow iron oxides, black iron oxides and brown iron oxides; iron hydroxide, graphite, calcium carbonate; copper hydroxide; zinc dichromate and commercial pigments,
- Non-limiting examples of organic pigments Benzimidazolone; Naphthol; Quinacridone; anthraquinone; quinacridone and commercials.
- Non-limiting examples of fire retardants include phosphorus compounds such as ammonium phosphate, ammonium polyphosphate, boron compounds such as zinc borate and boric acid, metal carbonates such as Huntite (3MgC03 * CaC03) and Hydromagnesite
- metal hydroxides such as aluminum trihydroxide and magnesium hydroxide.
- biocides include water-insoluble or organic inorganic or organic fungicides, insecticides, moldicides, bactericides, algicides such as, for example, azoles, quaternary ammonium compounds, borate compounds, fluoride compounds and combinations thereof.
- This step is intended to remove any waste or debris that interferes with the final quality of the product and which may leave previously presented solutions dense, which would increase the immersion time and interfere with the process and the final result.
- the wood is ready to be processed. 2) Separation of wood by diameter.
- This step has the objective of standardizing the immersion time, with the immersion time being dependent on the dimensions of the wood (average 20-50 minutes for each 5 cm in diameter) and humidity (7-20%), besides the possibility of repetition of cycles, depending on the characteristic that is sought for the wood, thus, when there are significant variations in the diameter, it will be necessary to separate them.
- This step is intended to prepare solutions via mixtures of reagents.
- This stage involves the application of a 98% alcohol blend with Breu, a resin highly known for its waterproofing power.
- This step involves the application of the named solution A, described above, by immersion and, subsequently, the drying of the wood.
- This step involves the application of the named solution B, described above, by immersion.
- the immersion process may be substituted, but not limited to, the following process: dripping, spray, film (chemical or physical), mixing, thermal deposition, spraying, under pressure or not, or mixing of two or more of the items above mentioned at different temperatures and volume. 5) Drying
- the objective is to eliminate the solvent and artificially create a process of "nucleation" between cellulose chains, generating a protective film.
- the drying process can be natural or artificial through fires, greenhouses among others.
- the XRD data indicate that the cellulose structure was kept intact after use of the solutions and process described by the present invention, in addition it had a very strong increase in crystallinity from 62 nm to 114 nm the crystallite size.
- the higher crystallinity of the cellulose (114 nm) implies higher mechanical and structural strength of the material and lower water absorption.
- jC is a constant related to the shape of the crystals and the reflectance indices of the plane (200), ⁇ is the wavelength of the incident beam in the diffraction experiment, ⁇ is the maximum half-peak width (pwhm) in radians and ⁇ is the peak position (half of the 2 ⁇ value).
- wood fibers gain a new configuration which results in increased strength, durability, and the elimination of biological agents that cause product deterioration.
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Abstract
Solução para tratamento de madeira compreendendo uma primeira combinação do solvente diclorometano com um polímero fluorado e uma segunda combinação do solvente diclorometano com uma resina, um aglutinador de cadeia para o polióis de Mamona, isopropóxido de titânio e dióxido de silício manométrico.
Description
SOLUÇÕES PARA TRATAMENTO DE MADEIRA E APLICAÇÃO
[001] A presente patente de invenção refere-se a um produto utilizado no tratamento de madeira, o qual € capaz de torna-la mais resistente ao impacto mecânico, à umidade, ao fogo, a insetos indesejados, além de diminuir a condutividade térmica, ser receptora de pigmentos e corantes, não alterar de forma significativa a densidade e possuir durabilidade frente as intemperes, sendo aplicado o produto e o processo de acordo com a característica final desejada.
[002] Atualmente, os produtos e processos presentes no mercado envolvem mais equipamentos como o uso de autoclave, assim como a alteração de pressão e temperatura durante o processo para que a resistência da madeira seja aumentada satisfatoriamente, além de alterações genéticas para que espécies que originam madeiras mais resistentes sejam alcançadas.
[003] A presente invenção foi desenvolvida com o intuito de apresentar produto e processo com um protocolo mais simples de utilização, tornando-o mais eficiente e podendo tornar a técnica para alteração da resistência em madeira mais popular e mais fácil de ser executada por um profissional .
[004] Assim, para o melhoramento do estado da técnica existente, foi desenvolvido o referido produto e processo associado, objetos do presente pedido de patente.
O ESTADO DA TBCMICA
[005] O estado da técnica apresenta alguns desenvolvimentos relacionados ao aumento da resistência em madeira, inclusive com a utilização de compostos químicos, os quais buscam uma maior proteção da madeira, principalmente aquelas originárias do reflorestamento.
[006] Entretanto, o estado da técnica atual utiliza, além dos compostos químicos, outros equipamentos e parâmetros que dificultam a utilização e prática comercial do processo atual, pois envolve a utilização de autoclave, alteração de temperatura e pressão.
[007] 0 pedido de patente BR 10 2015 006744 5, por exemplo, descreve uma sequência de operações ou etapas tais que permitem o tratamento de madeiras, especialmente o pinus, tornando-as altamente resistentes à umidade, bem como ao ataque de fungos e cupins. Tal invenção aplica a alteração de temperatura no momento da aplicação dos compostos químicos para entre 300° e 400eC e uma alteração de pressão de 40 a 100 PSI, com a utilização de autoclave.
[008] Ainda diversos são os documentos que fazem parte do estado técnica que relatam a utilização de compostos químicos para o aumento da resistência em madeira, contudo nenhum deles descreve os mesmos compostos nas mesmas condições relatadas pela referida invenção objeto do presente pedido de patente.
[009] Sendo assim, não há no estado da técnica nenhum produto e/ ou processo que apresente as características do presente pedido de patente.
BREVE DESCRIÇÃO DA PATENTE DE INVENÇÃO
[010] É o objetivo do presente pedido de patente de invenção proporcionar um produto a ser aplicado em madeiras tornando-as mais resistentes em diversos aspectos, através da aplicação de soluções químicas e um processo associado contendo etapas para a aplicação das ditas soluções.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
[011] o presente pedido de patente de invenção será melhor compreendido com base nas descrições a seguir, tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais:
[012] A Figura l é um gráfico sobre os dados de Difração de Raio - X (DRX) dos Materiais.
[013] A Figura 2 é um gráfico sobre os dados de Módulo de Ruptura (MOR) versus Energia Específica (EE) das madeiras testadas.
[014] A Figura 3 é um gráfico sobre os dados de Carga Máxima versus EE das madeiras testadas.
[015] A Figura 4 é uma tabela sobre os dados de flamabilidade da madeira Pinus.
[016] A Figura 5 é uma tabela sobre os dados de flamabilidade da madeira tratada com as soluções e processo da presente invenção.
[017] A Figura 6 é uma tabela sobre os dados de condutividade da madeira Pinus e da madeira tratada com as soluções e processo da presente invenção.
[018] A Figura 7 é uma fotografia da Microscopia Eletrônica de Varredura da madeira Pinus.
[019] A Figura 8 é uma fotografia da Microscopia Eletrônica de Varredura da madeira tratada com as soluções e processo da presente invenção
[020] A Figura 9 é um gráfico sobre os dados de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) .
DBSCRIÇÃO DETALHADA DA IMVKNCÃO
[021] A presente patente de invenção visa tornar a madeira, mais especificamente, a madeira reflorestada, mais resistente.
[022] Para isso, foram desenvolvidas duas soluções químicas, que podem ser utilizadas sozinhas, em sequência ou juntas, para que a madeira adquira maior resistência.
[023] A forma escolhida para a utilização das soluções dependerá do resultado que se pretende atingir, tal como, maior resistência mecânica, à umidade, ao fogo e a insetos
indesejados, condutividade térmica, pigmentação, densidade e durabilidade frente as intemperes "self life" .
[024] A composição química da primeiira solução, nomeada solução A, se dá pela combinação de um polímero fluorinado, do tipo Capstone LPA dentro da faixa de 0,5-10% com o solvente diclorometano na faixa de 75 -99%. O solvente poderá ser também substituído pelos seus pares, tanto na forma individual quanto em misturas das mais diversas combinações, como segue:
Cetonas:
Acetona; Ciclohexanona; Diacetona; Diisobutil cetona; Isoforona; Metil-Amil-cetona; Metil-etil cetona; Metil Xsobutil-cetona; Metil Propil-cetona.
Álcoois:
metilico, etílicos; Álcool benzílico; Ciclo-hexanol; Álcool etílico; 2-etil-hexanol; Álcool isobutílico; Álcool isopropílico; Álcool n-butílico; álcool n-propílico; Álcool butílico seçundário; Álcool butílico terciário; Álcool Tetrahídrofurfurílico; Texanol; Ester Alcohol.
Halôgenos:
Cloreto de metileno; tricloreto de Metileno, Monoclorobenzeno; Ortodiclorobenzeno; Percloroetileno; Tricloroetileno; Benzeno; Hidrofluoro e organovolatéis .
Alifático
Heptano; Hexano,- Querosene; gasolina; n-pentano; Solvente de borracha; ciclohexano, cicloheptano.
Aromático
Panasol; Tolueno; Xileno, varsol, além de Hidróxido de amónio e água.
[026] O solvente nesse caso fará a promoção da distribuição do agente repelente de água, no caso o polímero fluorinado, junto a toda matriz celulósica, por imersão, o solvente também atuará como um removedor parcial
da lignina e da hemicelulose durante seu processo de evaporação .
[027] Para a preparação da referida solução é necessário ura recipiente adequado e com menor área superficial possível. Deve-se então adicionar todo o diclorometano e depois todo o polímero fluorado sob agitação branda, buscando solubilizar o repelente. A baixa viscosidade do meio contribui com a remoção de calor e lenta evaporação do solvente. A adição parcial do solvente intercalando ou não com o polímero ou agente fluorado pode ocorrer também.
[028] Apôs o término da adição do repelente, o agente fluorado, é preciso deixar o sistema em agitação por um período de tempo de 10 a 30 minutos, dependendo do volume produzido.
[029] Quando pronta a solução poderá ser aplicada diretaroente na madeira, por imersão, ficando o tempo a cargo das dimensões da madeira, em média 20-50 minutos a cada 5 cm de diâmetro e da umidade de 7-20%, além da possibilidade de repetição de ciclos, dependendo da característica que se busca para a madeira. A liberação, apôs o ciclo de imersão inicia-se o processo de secagem, onde o solvente sairá de forma lenta o suficiente para remover parte da lignina e da hemicelulose. Desta forma, a estrutura da celulose fica mais exposta e está preparada para interagir com o repelente.
[030] Outra vantagem da presente invenção vem do fato da remoção do solvente diclorometano ser um processo endotérmico, permitindo salvaguardar a estrutura da celulose, evitando a fissuração de cadeia, quebra principalmente nas ligações β -1, 4-glicosídicas e rompimento das cadeias periféricas, dentre outras.
[031] Após a saída do solvente inicia o processo de formação do filme do polímero de flúor, que está espalhado em todo seio da madeira. Desta forma, toda cadeia de celulose é envolvida e ligada entre: si e entre seus pares.
[032] Assim, o controle efetivo da saída do solvente permite a formação de um filme ou mesmo de estruturas do tipo Core Shell junto à celulose e em todas as estruturas da madeira.
[033] Nessa etapa atinge-se uma alteração na redução da absorção da água pela madeira, não havendo, devido à baixa concentração do reagente, quando usado, retardante, polimerizante, alterações físicas, mecânicas e/ou morfológicas na madeira.
[034] A composição química da segunda solução, chamada solução B, se dá pela combinação do solvente diclorometano e/ou dos seus pares já citados acima sozinhos ou em misturas, além de polióis derivados do Óleo de Mamona (resina) na faixa de proporção entre 1-25%, aglutinador de cadeia para o polióis de Mamona (catalisador) na faixa de proporção entre 1-25%, além do Isopropóxido de titânio nas concentrações entre 1-5% e seus correlatos, tais como: Cobalto, manganês, chumbo, zircónio, bismuto, titanatos e vanádio e do Dióxido de Silício Nanométrico na faixa entre 0-5% dentro do tamanho limite de 980 nanômetros.
[035] As resinas podem ser utilizadas sozinhas ou em misturas dentro das mais variadas combinações e concentrações possíveis, tais como: Resinas sintéticas (Resinas fenólicas; Resinas epóxi; resina ureia; Resinas, plástica, termoplásticas) e naturais extraídas de plantas.
[036] O solvente, novamente, possui a função de promover a distribuição da resina e do catalisador junto a toda matriz celulósica. Além disso, o mesmo também atua
como removedor parcial de lignina e da hemicelulose durante seu processo de evaporação.
[037] Os polióis derivados do óleo de mamona são a base do processo de polimerização, atuando concomitantemente com o catalisador, junto à celulose, especialmente quando ocorre a evaporação do solvente. O filme ou "core shell" formado une as cadeias de celulose convenientemente, tornando-as mais hidrofóbicas, interconectadas e sinérgicas, dando as características mencionadas ao material, tais como: resistente ao impacto mecânico, à umidade, ao fogo, a insetos indesejados, além dè diminuir a condutividade térmica, ser receptora de pigmentos, não alterar de forma significativa a densidade possuir durabilidade frente as intemperes, sendo aplicado o produto e o processo de acordo com a característica final desejada ..
[038] O aglutinador mencionado age como um iniciador e catalisador para a reação de polimerização da resina de mamona. Enquanto o Isopropôxido de Titânio atua como um co- catalisador, o Dióxido de Silício Nanométrico atua como um estabilizante, ambos agindo no processo de baixo escoamento.
[039] Para a preparação da referida solução é necessário um recipiente adequado e com menor área superficial possível. Adiciona-se 30-50% do Diclorometano e depois todo o poliol sob agitação branda, buscando a estabilização do poliol por solvõlise.
[040] A baixa viscosidade do meio associada ao processo endotérmico do solvente, quando em processo de evaporação, contribui para a remoção de calor, controlando de forma eficiente a temperatura.
[041] Em seguida, adicionar o restante do diclorometano lentamente, para que seja finalizada a
estabilização, e posteriormente acrescentar o aglutinador, mantendo, assim, o processo em agitação branda constante. Neste momento, o poliol solvadato é impedido de reagir com o aglutinador, que também está sob processo de solvólise, que assim entram em estágio de repulsão eletrostática leve.
[042] Nesta etapa, os monômeros na forma de gotículas solvatadas passam a ter a mobilidade reduzida, o que interfere na cinética de reação, incrementando o tempo do processo de produção, além do fato que a coalescência química é controlada e orientada pelo efeito solvente (em excesso) e repulsão eletrostática dos solvatados, assim gerando um filme homogéneo em toda estrutura.
[043] Após o término da adição do aglutinador, é preciso deixar o sistema em agitação por um período de tempo de 10-30 minutos dependendo do volume, para homogeneização e sinergia dos componentes.
[044] Nesta etapa há um impedimento da coalescência das gotas de monômeros, que ficam estabilizados pelo efeito da temperatura baixa do reator (Efeito endotértnico) .
[045] Ao fim do período de homogeneização, adicionar o Isopropôxido de Titânio sob agitação e em seguida lentamente adicionar o Dióxido de Silício Nanométrico.
[046] Os dois reagentes (Isopropôxido de Titânio e Dióxido de Silício Nanométrico) são redutores de mobilidade e estabilizadores de sistemas binários, de tal modo que há uma redução na cinética de reação.
[047] A composição também pode conter aditivos tais como, por exemplo, pigmentos, corantes, retardadores de fogo, biocidas, etc. usados na forma individual ou mistura de um ou mais componentes nas diversas combinações possíveis, assim temos:
[048] Exemplos de pigmentos que podem ser adicionados são compostos aromáticos substituídos complexos,
estabilizadores <Je luz UV, além de pigmentos inorgânicos e orgânicos .
[049] Alguns exemplos não limitantes de pigmentos inorgânicos adequados incluem: óxidos de ferro, incluindo óxidos de ferro vermelho, óxidos de ferro amarelo, óxidos de ferro preto e óxidos de ferro marrom; hidróxido de ferro, grafite, carbonato de cálcio; hidróxido cobre; dicromato de zinco e pigmentos comerciais,
[050] Exemplos não limitativos de pigmentos orgânicos Benzimidazolona; Naphthol; Quinacridona; antraquinona; quinacridona e comerciais.
[051] Exemplos não limitativos de retardadores de fogo incluem compostos de fósforo tais como fosfato de amoníaco, polifosfato de amónia, compostos de boro tais como borato de zinco e ácido bórico, carbonatos metálicos tais como Huntite (3MgC03*CaC03) e Hydromagnesite
(Mg5 (C03)4 (0H)2x4H20) , hidróxidos metálicos tais como trihidróxido de alumínio e hidróxido de magnésio.
[052] Exemplos de biocidas incluem fungicidas inorgânicos ou orgânicos insolúveis em água ou orgânicos, inseticidas, moldicidas, bactericidas, algicidas, tais como, por exemplo, azoles, compostos de amónio quaternário, compostos de borato, compostos de fluoreto e suas combinações .
[053] Após esta etapa, o liquido estará pronto para uso.
[054] Quando utilizada na madeira, preferencialmente pelo processo de imersão, mas não limitada a ela, ocorrerá a liberação do solvente de forma lenta o suficiente para remover parte da lignina e da hemicelulose, deixando a estrutura da celulose mais exposta e preparada para interagir.
[055] Outra vantagem do processo vem do fato do mesmo ser endotérmico, permitindo salvaguardar a estrutura da celulose, evitando a fissuração de cadeia, quebra das ligações β -l, 4-glicosídicas e rompimento de cadeias periféricas, mas não se limitando a essas.
[056] Apôs a saída do solvente inicia-se o processo de polimerização lenta dos polióis, que estão espalhados em todo seio da madeira. Desta forma, toda cadeia de celulose ê envolvida e ligada entre si e entre seus pares. Nesta etapa a arquitetura da molécula é controlada pelo processo de copolimerização com ramificação leve e ésterioregularidade, evitando nucleação e crescimento desordenado do polímero em macrorregiões espaçadas, na forma de ilhas, o que não atende a proposta do presente pedido.
[057] Assim, o controle efetivo da saída do solvente associado à correta polimerização, ou seja, controlada, permite a formação de um filme ou mesmo de estruturas do tipo "Core Shell" junto à celulose e em todas as estruturas da madeira.
[058] Nessa etapa atinge-se uma alteração na estrutura cristalina, o que lhe confere resistência, durabilidade e baixa absorção de água, dentre outras.
[059] Além das soluções apresentadas no presente pedido, foi desenvolvido um processo de aplicação, o qual obedece às etapas abaixo:
1) Limpeza das madeiras e controle de umidade.
[060] Essa etapa possui o objetivo de retirar qualquer rejeito ou sujeira que interfira na qualidade final do produto e que possa deixar as soluções apresentadas anteriormente densas, o que elevaria o tempo de imersão e interferiria no processo e no resultado final. Ao fim desta etapa, as madeiras estão prontas para serem transformadas.
2) Separação das madeiras por diâmetro.
[061] Essa etapa possui o objetivo de padronizar o tempo de imersão ficando o tempo de imersão a cargo das dimensões da madeira, (em média 20-50 minutos a cada 5 cm de diâmetro) e da umidade (7-20%) , além da possibilidade de repetição de ciclos, dependendo da característica que se busca para a madeira, assim, quando houver variações significativas no diâmetro, será necessária a separação entre as mesmas.
3) Produção das soluções.
[062] Essa etapa possui o objetivo de preparar as soluções via misturas de reagentes.
4) Imersão
4.1) Imersão na solução - etapa processo natural
[063] Essa etapa implica na aplicação de uma mistura de álcool 98% com Breu, uma resina altamente conhecida pelo seu poder impermeabilizante.
[064] A madeira é colocada sob imersão na referida solução e depois é feita a secagem.
4.2) Imersão nas soluções: - etapa processo artificial
4.2.1) Imersão na solução A
[0653 Essa etapa implica na aplicação da solução nomeada A, descrita anteriormente, através de imersão e, posteriormente, a secagem da madeira.
4.2.2) Imersão solução B
[066] Essa etapa implica na aplicação da solução nomeada B, descrita anteriormente, através de imersão.
[067] O processo de imersão pode ser substituído, mas não limitado pelos seguintes processo: gotejamento, spray, filme (químico ou físico) , misturação, deposição térmica, pulverização, sob pressão ou não, ou a mistura de dois ou mais dos itens acima mencionados em diferentes temperaturas e volume.
5) Secagem
[068] O objetivo é eliminar o solvente e criar artificialmente um processo de "nucleação" entre cadeias de celulose, gerando um filme protetor.
[069] O processo de secagem pode ser natural ou artificial através de fomos, estufas dentre outros.
[070] Através da utilização das soluções descritas no presente pedido, além do processo de aplicação, consegue-se uma madeira Pinus, Eucaliptos tReflorestamento) e outras madeiras (*softwood* e "hardwood") de todos os géneros com características físico-mecânicas, morfológicas e biocidas superiores à maioria das madeiras nobres, além de apresentar um "shelf life" superior a 25 anos.
[071] As características da madeira após a aplicação das soluções e do processo são:
1) Aumento na cristalinidade da cadeia celulósica (Figura 1) , além do modulo de ruptura, rigidez, tenacidade (Figuras 2 e 3) ;
[072] Nà análise estrutural, os dados de DRX indicam que a estrutura da celulose foi mantida intacta após a utilização das soluções e do processo descritos pela presente invenção, além disso teve um incremento muito forte na cristalinidade, passado de 62 nm para 114 nm o tamanho de cristalito. A maior cristalinidade da celulose (114 nm) implica em maior resistência mecânica e estrutural do material e menor absorção de água.
[073] 0 tamanho de Cristalito foi determinado pela equação Scherrer, descrita por Landford and Wilson (1978) , de acordo com a equação abaixo:
[074] Onde D é o tamanho (perpendicular ao plano da estrutura representada pelo pico (200))/
[075] jC é uma constante relacionada com a forma dos cristais e os índices de refletância do plano (200) , λ é o comprimento de onda do feixe incidente no experimento de difração, β é a largura do pico a meio máximo (pwhm) em radianos e Θ ê a posição do pico (metade do valor 2 Θ ) .
2) Diminuição da flamabilidade (Figura 4 e 5) , condutividade térmica (Bioclimatico) (Figura 6) , variação dimensional, absorção de água e inchamento;
[076] Assim, as fibras da madeira ganham uma nova configuração que resulta em maior resistência, durabilidade e na eliminação de agentes biológicos que causam a deterioração do produto.
[077] Mesmo com a utilização das soluções e processos descritos por esta invenção, a morfologia (Figura 7) e a composição química (Figura 8) não se alteram. Isso ocorre, pois, os produtos (Mamona) são usados em baixas concentrações e o solvente é apenas um intermediário de reação.
[078] Os dados de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) mostram que não há diferenças químicas entre a madeira antes e depois do tratamento proposto, confirmando pelos estiramentos das principais ligações químicas presente na celulose (Figura 9) .
[079] Apesar da descrição acima mencionada do presente pedido de patente de invenção e das figuras ilustrativas anexas, uma pessoa versada na técnica poderá verificar e concluir que existem variações dentro das modalidades, além daquelas aqui especificadas.
Claims
1. Solução para tratamento de madeira caracterizada por ser uma combinação do solvente diclorometano na faixa de proporção de 75 a 99% com um polímero fluorado na faixa de proporção de 0,5 a 10%.
2. Solução para tratamento de madeira caracterizada por ser uma combinação do solvente diclorometano com uma resina na proporção de 1 a 25%, um aglutinador de cadeia ou catalisador para o polióis de Mamona na proporção de 1 a 25%, isopropóxido de titânio na faixa de proporção de 1 a 5%, dióxido de silício nanométrico na faixa de proporção de 0 a 5%, dentro do tamanho limite de 980 nanômetros.
3. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que o solvente diclorometano poderá ser substituído ou utilizado em conjunto com outros solventes, selecionados do grupo que consiste de cetonas, álcoois, halógenos, aromáticos, alifáticos e aromáticos, e os solventes substitutos poderão ser utilizados de forma individual ou em misturas.
4. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os solventes do grupo cetona consistem de acetona; Ciclohexanona; Diacetona; Diisobutil cetona; Isoforona; Metil-Amil-cetona; Métil-etil cetona; Metil Isobutil- cetona; Metil Propil-cetona.
5. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os solventes do grupo álcoois consistem de álcoois metílicos, etílicos; Álcool benzílico; Ciclo-hexanol; Álcool etílico; 2-etil-hexanol; Álcool isobutílico; Álcool isopropílico; Álcool n-butílico; álcool n-propílico; Álcool butílico secundário; Álcool butílico terciário; Álcool Tetrahidrofurfurílico; Texanol; Ester Alcohol.
6. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os solventes do grupo halógenos consistem de cloreto de metileno; tricloreto de metileno, monoclorobenzeno; Ortodiclorobenzeno; Perelproetileno; Tricloroetileno; Benzeno; Hidrofluoro e organovolatéis.
7. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os solventes do grupo alifáticos consistem de Heptano; Hexano; Querosene; gasolina; n-pentano; Solvente de borracha; ciclohexano, cicloheptano.
8. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os solventes do grupo aromáticos consistem de Panasol; Tolueno; Xileno, varsol, além de Hidróxido de amónio e água.
9. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que a resina pode ser de polióis derivados do óleo de Mamona? resinas fenólicas; resinas epóxi; resina ureia; resinas plásticas, resinas termoplásticas e resinas naturais extraídas de plantas.
10. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que a resina preferencial é a de polióis derivados do óleo de Mamona associada a um catalisador.
11. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o ingrediente isopropóxido de titânio pode ser substituído por cobalto, manganês, chumbo, zircónio, bismuto, titanatos e vanádio.
12. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com as reivindicações 2, caracterizada pelo fato de que as
composições podem conter aditivos selecionados do grupo de pigmentos, tais como, óxidos de ferro, incluindo óxidos de ferro: vermelho, óxidos de ferro amarelo, óxidos de ferro preto e óxidos de ferro marrom; hidróxido de ferro, grafite, carbonato de cálcio; hidróxido cobre; dicocromato de zinco; Bertzimidazolona; Naphthol; Quinacridonâ; antraquinona ou quinacridonâ.
13. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com as reivindicações 2, caracterizada pelo fato de que as composições podem conter aditivos selecionados do grupo de retardadores de fogo, tais como, compostos de fósforo tais como fosfato de amoníaco, polifosfato de amónia, compostos de boro tais como borato de zinco e ácido bórico, carbonatos metálicos tais como Huntite (3MgC03xCaCO3) e Hydromagnesite (Mg5 (C03) 4 (OH) 2*4Η20) , hidróxidos metálicos tais como trihidróxido de alumínio ou hidróxido de magnésio.
14. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que as composições podem conter aditivos selecionados do grupo de biocidas, tais como, fungicidas inorgânicos ou orgânicos insolúveis em água ou orgânicos, inseticidas, moldicidas, bactericidas, algicidas, tais como, por exemplo* azoles, compostos de amónio quaternário, compostos de borato, compostos de fluoreto ou suas combinações.
15. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que a aplicação ocorre por imersão pelo tempo de 20 a 50 minutos a cada 5 cm de diâmetro e da umidade na faixa de 7-20%.
16. Solução para o tratamento de madeira, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizada pelo fato de que a aplicação pode ser repetida em ciclos.
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