Un procedimiento para impregnar madera o material basado en madera,

que comprende las etapas de: a. precalentar una solución de trabajo a una temperatura por encima del punto de ebullición atmosférico ("una temperatura supercaliente") de la solución de trabajo, a una presión elevada, suficiente para mantener la solución de trabajo en estado líquido, b. poner en contacto una madera o un material basado en madera con la solución de trabajo a la mencionada temperatura supercaliente y a una presión elevada tal que la solución de trabajo esté en fase líquida para causar que la fase líquida impregne la madera o el material basado en madera y c. separar la madera o el material basado en madera y cualquier resto de la solución de trabajo, material de desecho y/o subproducto, en el que la solución de trabajo comprende anhídrido acético

Procedimiento de impregnación.

Campo de la invención

Esta invención se refiere en general a procedimientos para impregnar madera o productos de madera con el fin de mejorar la resistencia a la podredumbre, la estabilidad dimensional y/o la resistencia a la radiación UV de la madera y densificar la madera y, en particular, a un procedimiento de impregnación por acetilación.

Antecedentes

La madera y los productos basados en madera tienen propiedades que se pueden mejorar para mejorar las características de comportamiento de la madera y extender su aplicación a nuevos campos, incluidas, por ejemplo, la inestabilidad dimensional debida a la naturaleza higroscópica de la madera, la decoloración, la degradación biológica y la degradación por exposición a la luz UV.

Muchas de las tecnologías punteras para tratar la madera o los materiales basados en madera comprenden la impregnación con conservantes de metales pesados. Sin embargo, la utilización de metales pesados en conservantes para el tratamiento de la madera no se favorece hoy en día debido a la toxicidad y a cuestiones ambientales.

En el pasado se ha investigado extensamente la acetilación de madera pero, debido a la falta de un sistema de procesamiento adecuado para impregnar y hacer reaccionar y para recuperar el subproducto de la impregnación en un período de tiempo, su aplicación comercial ha sido limitada. Sin embargo, la acetilación es satisfactoria desde el punto de vista ambiental y puede mejorar todos o algunos de los inconvenientes de la madera antes mencionados.

La acetilación de madera entera evita que las moléculas de agua penetren la pared celular por aumentar la masa de la pared celular y sustituir los grupos hidroxilo higroscópicos de la lignina y la celulosa con grupos acetilo hidrófobos (menos polares). El tratamiento de acetilación puede mejorar la estabilidad dimensional y la resistencia biológica, y también puede mejorar la resistencia a los efectos de la intemperie, la decoloración y la degradación por la luz UV.

Tradicionalmente, la acetilación de madera entera se realiza en varias etapas. Típicamente se realiza primeramente la impregnación en un cilindro a presión y la reacción de acetilación se realiza luego en una planta separada dedicada a calentar y mantener a reflujo el anhídrido acético durante un tiempo prolongado hasta lograr la acetilación completa. Después del tratamiento y la reacción con calor, se recupera el subproducto, que es una mezcla de anhídrido acético sin reaccionar y ácido acético.

La patente europea 0 213 252 describe un procedimiento en el que la madera "se impregnó con anhídrido acético usando una técnica de vacío o presión de vacío. Luego se drenó el exceso de anhídrido acético y se puso en una cámara calentada a 120ºC. El material se calentó a esta temperatura durante 2 a 8 horas".

La patente europea 0 680 810 A1 y B1 describe un procedimiento en el que se impregna madera con anhídrido acético a una temperatura en el intervalo de 80-150ºC, preferiblemente de 90-130ºC y se mantiene a una temperatura entre 75 y 150ºC durante un tiempo de hasta 24 horas (adecuadamente de aproximadamente 3 horas) para causar la reacción de acetilación dentro de la madera.

También se ha investigado el efecto de diferentes catalizadores a temperaturas de calentamiento de hasta 139ºC, que es el punto de ebullición del anhídrido acético, y se ha deducido que es ésta la mejor opción.

La acetilación gaseosa de madera entera no consigue una carga o una ganancia de peso suficiente para mejorar la estabilidad y la resistencia a la podredumbre. Para conseguir una ganancia en peso de 15% en la acetilación se requiere teóricamente 30% o más de anhídrido acético. Para impregnar madera entera con esta cantidad de anhídrido acético gas se requiere un tiempo de impregnación extremadamente largo. La acetilación en fase gas de madera a alta temperatura ha tenido éxito sólo con partículas de madera muy pequeñas, tales como fibras, escamas, virutas o serrín. La patente U.S. 6.376.582 describe el uso de vapor del agente de acetilación a una temperatura de reacción de aproximadamente 140 a aproximadamente 210ºC a presión atmosférica. Así, la acetilación gaseosa de madera entera está restringida a dimensiones muy pequeñas de la madera dado que la velocidad de acetilación en fase vapor está determinada por la velocidad de difusión de los vapores en la madera y el tiempo de acetilación aumenta rápidamente al aumentar el espesor de la madera. Por tanto, la aplicación de la acetilación gaseosa ha quedado restringida a láminas delgadas o madera entera de unos pocos centímetros de longitud en la dirección de la fibra, en las que se puede lograr la acetilación en un tiempo de tratamiento válido.

Los procedimientos de acetilación tradicionales en los que se hace reaccionar madera previamente impregnada, saturada, con anhídrido acético tienen una eficiencia térmica mala debido a los problemas siguientes:

la masa de anhídrido acético en la madera,

la mala conductividad térmica de la madera,

el hecho de que el calentamiento de la madera es por conducción y no por convección,

la distribución de calor no es uniforme en la madera entera y por ello la acetilación es desigual,

el tratamiento total, período de reacción y de recuperación, es extremadamente largo.

Es objetivo de la presente invención eludir al menos algunos de los inconvenientes antes mencionados o proporcionar al público una elección útil.

Sumario de la invención

La presente invención proporciona el procedimiento de la reivindicación 1 independiente. Las reivindicaciones dependientes especifican características preferentes pero opcionales.

La invención proporciona un procedimiento para impregnar madera o un material basado en madera, que comprende las etapas de:

precalentar una solución de trabajo a una temperatura por encima del punto de ebullición atmosférico ("una temperatura supercaliente") de la solución de trabajo,

poner en contacto una madera o un material basado en madera con la solución de trabajo a la mencionada temperatura supercaliente y a una presión elevada tal que la solución de trabajo esté en fase líquida para causar que la fase líquida impregne la madera o el material basado en madera, y

separar la madera o el material basado en madera y cualquier resto de la solución de trabajo, material de desecho y/o subproducto.

Preferiblemente, el procedimiento incluye la etapa de recuperar, después de la impregnación, los subproductos liberando la presión para causar la ebullición de los subproductos. Opcionalmente se puede aplicar vacío para mejorar la recuperación del subproducto.

Preferiblemente se aplica una presión previa a la madera o el material basado en madera antes de ponerlo en contacto con la solución de trabajo a la temperatura supercaliente para asegurar que la solución de trabajo permanezca en fase líquida.

En otro aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para impregnar madera o un material basado en madera, que comprende las etapas de:

precalentar una solución de trabajo a una temperatura por encima del punto de ebullición atmosférico ("una temperatura supercaliente") de la solución de trabajo a una presión elevada suficiente para mantener la solución de trabajo en fase líquida,

aplicar una presión previa a una madera o un material basado en madera antes de ponerlo en contacto con la solución de trabajo a la temperatura supercaliente, a una presión suficiente para mantener la solución de trabajo en fase líquida,

poner en contacto una madera o un material basado en madera con la solución de trabajo a la mencionada temperatura supercaliente y a la mencionada elevada presión para causar la impregnación de la madera o el material de madera con la solución,

aplicar otra presión (la "presión de trabajo") para coadyuvar a la impregnación de la madera o el material basado en arena con la solución de trabajo,

separar la madera o el material basado en madera y cualquier resto de la solución de trabajo, material de desecho y/o subproductos y

reducir la presión para eliminar cualquier resto de la solución de trabajo,... [Seguir leyendo]

1. Un procedimiento para impregnar madera o material basado en madera, que comprende las etapas de:

a. precalentar una solución de trabajo a una temperatura por encima del punto de ebullición atmosférico ("una temperatura supercaliente") de la solución de trabajo, a una presión elevada, suficiente para mantener la solución de trabajo en estado líquido,

b. poner en contacto una madera o un material basado en madera con la solución de trabajo a la mencionada temperatura supercaliente y a una presión elevada tal que la solución de trabajo esté en fase líquida para causar que la fase líquida impregne la madera o el material basado en madera y c. separar la madera o el material basado en madera y cualquier resto de la solución de trabajo, material de desecho y/o subproducto,

en el que la solución de trabajo comprende anhídrido acético.

2. Un procedimiento según la reivindicación 1, que incluye aplicar suficiente presión en la etapa de precalentamiento para asegurar que la solución de trabajo se mantiene en fase líquida.

3. Un procedimiento según la reivindicación 1 o 2, que incluye aplicar una presión previa inicial a la madera o el material basado en madera antes del contacto con la solución de trabajo a la temperatura supercaliente, suficiente para mantener la solución de trabajo en fase líquida.

4. Un procedimiento según la reivindicación 3, que incluye aplicar la presión previa con un gas.

5. Un procedimiento según la reivindicación 4, en el que el gas se selecciona entre nitrógeno, aire, dióxido de carbono, argón, vapor de ácido acético o vapor de anhídrido acético.

6. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, que incluye prepresurizar la solución de trabajo a una presión en el intervalo de 10 a 1000 kPa.

7. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 6, que incluye prepresurizar la solución de trabajo a una presión en el intervalo de 20 a 700 kPa.

8. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, que incluye coadyuvar a la impregnación de la madera o el material basado en madera con la solución aplicando otra presión hidráulica o neumática (la "presión de trabajo").

9. Un procedimiento según la reivindicación 8, que incluye aplicar la presión de trabajo en el intervalo de 20 a 4000 kPa por encima de la presión previa inicial.

10. Un procedimiento según la reivindicación 8 o 9, que incluye aplicar la presión de trabajo en el intervalo de 20 a 2000 kPa por encima de la presión previa inicial.

11. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que incluye aplicar la presión de trabajo durante menos de aproximadamente 240 minutos.

12. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que incluye aplicar la presión de trabajo durante menos de 120 minutos.

13. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, que incluye aplicar la presión de trabajo durante entre aproximadamente 1 minuto y aproximadamente 60 minutos.

14. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye liberar presión posteriormente a la impregnación, para separar cualquier solución de trabajo residual, material de desecho y subproductos (el "mordisco de presión").

15. Un procedimiento según la reivindicación 14, que incluye liberar presión, después de separar la madera o el material basado en madera y cualquier solución de trabajo residual, material de desecho y/o subproductos, para separar el mordisco de presión.

16. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye aplicar vacío para separar cualquier solución de trabajo residual, material de desecho y/o subproductos (el "mordisco de vacío").

17. Un procedimiento según la reivindicación 16, que incluye reciclar el mordisco de presión, el mordisco de vacío o ambos para reutilización como solución de trabajo.

18. Un procedimiento según la reivindicación 17, que incluye añadir solución de trabajo nueva a la solución de trabajo reciclada y reutilizarla.

19. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el punto de ebullición de los subproductos de reacción es inferior al punto de ebullición de la solución de trabajo.

20. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la madera o el material basado en madera se selecciona entre uno o varios de madera entera, tableros de fibra, tableros de partículas, chapeados, virutas de madera, tablero orientado de hebras, madera chapeada laminada y contrachapeados.

21. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que cuando se realiza en una planta, ésta incluye:

un primer recipiente a presión para contener y precalentar inicialmente la solución de trabajo y

un segundo recipiente a presión para contener y poner en contacto la madera o el material basado en madera con la solución de trabajo.

22. Un procedimiento según la reivindicación 21, en el que la mencionada planta también incluye un tercer recipiente a presión como depósito para la solución de trabajo sin reaccionar, material de desecho y/o subproductos, tercer recipiente a presión que se comunica con el mencionado segundo recipiente.

23. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye precalentar la solución de trabajo por encima de aproximadamente 10ºC más que el punto de ebullición a presión atmosférica de la solución de trabajo.

24. Un procedimiento según la reivindicación 23, que incluye precalentar la solución de trabajo a una temperatura en el intervalo de 150 a 250ºC.

25. Un procedimiento según la reivindicación 24, que incluye precalentar la solución de trabajo a una temperatura en el intervalo de 160 a 220ºC.

26. Un procedimiento según la reivindicación 25, que incluye precalentar la solución de trabajo a una temperatura en el intervalo de 170 a 200ºC.

27. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la solución de trabajo también comprende xileno y/o ácido succínico.

28. Un procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que incluye combinar la solución de trabajo con un disolvente.

29. Un procedimiento según la reivindicación 28, en el que el disolvente se selecciona entre uno varios de agua, isopropanol, cloruro de metileno, xileno o xileno mezclado con cera de parafina.