Un método para modificar madera que comprende las etapas de:

a) impregnar dicha madera con una composición polimerizable que comprende un compuesto de fórmula I y/o fórmula II

en las que n es 0,

1, 2, 3, 4 o 5

en la que t y s son cada una independientemente 1 o 2,

en las que w y z son cada una independientemente 0 o 1,

en las que X e Y son cada una independientemente O, S o N-R21 y

en las que R2, R3, R4, R5, R6, R7, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R18, R19, R21 son cada uno independientemente hidrógeno o se seleccionan del grupo que comprende alquilo de C1-C20, carboxaldehído, hidroxialquilo, carboxilo, aminoalquilo, alquilaminoalquilo, hidrosialquilfurilalquilo, alquiloxi, alcoxialquilo, alquilcarbonilalquenilo, alquilcarboniloxialquilo, alquiloxicarbonilalquenilo, alquenilcarboniloxialquilo, oxiranilo, isocianato, isocianato-alquilo, alquilcarboxi, alquenilcarboxi, alquilcarbonilo, alquenilcarbonilo, halocarbonilo, haloalquilo, haloarilo, haloalquenilo, imino, tioalquilo, alquiltioalquilo, ciano y cualquiera de sus mezclas,

en las que cada grupo está opcionalmente substituido con uno o más substituyentes seleccionados de alquilo de C1-C2, alquenilo de C2-C4, alquinilo de C2-C4, hidroxilo, carboxilo, nitro, amino, alquilfurilo, hidroxialquilfurialquilo, isocianato, formilo, halocarbonilo, y tiol,

en las que R1, R8, R17 y R20 se seleccionan cada uno independientemente del grupo que comprende, carboxaldehído, hidroxialquilo, carboxilo, aminoalquilo, alquilaminoalquilo, hidroxialquilfurilalquilo, alquiloxi, alcoxialquilo, alquilcarbonilalquenilo, alquilcarboniloxialquilo, alquiloxicarbonilalquenilo, alquenilcarboniloxialquilo, oxiranilo, isocianato, isocianato-alquilo, alquilcarboxi, alquenilcarboxi, alquilcarbonilo, alquenilcarbonilo, halocarbonilo, haloalquilo, haloarilo, haloalquenilo, imino, tioalquilo, alquiltioalquilo, ciano y cualquiera de sus mezclas,

en las que cada grupo está opcionalmente substituido con uno o más substituyentes seleccionados de alquilo de C1-C2, alquenilo de C2-C4, alquinilo de C2-C4, hidroxilo, carboxilo, nitro, amino, alquilfurilo, hidroxialquilfurilalquilo, isocianato, formilo, halocarbonilo y tiol y en las que la línea de puntos representa un doble enlace,

en el que dichos compuestos son solubles en agua, y

en el que dicha composición comprende agua y comprende adicionalmente un catalizador que es una sal de amonio, un ácido orgánico, un anhídrido, un ácido inorgánico, cloruro de magnesio, sulfato de magnesio, nitrato de magnesio, cloruro de cinc, nitrato de cinc, cloruro de aluminio, nitrato de aluminio, sulfato de aluminio o cualquiera de sus mezclas. y

b) hacer reaccionar dicha madera impregnada a una temperatura entre 70 y 200ºC.

Método para modificar madera y madera obtenida de ese modo.

La invención descrita aquí se refiere a modificación de la madera. Se describe un método para modificar madera que comprende impregnar la madera con una disolución acuosa que contiene moléculas de furano substituido, seguido de una etapa de curado en la que la madera y la disolución que la impregna se hacen reaccionar a altas temperaturas. El presente método permite obtener madera que tiene características mejoradas de durabilidad, estabilidad dimensional y dureza superficial.

Antecedentes de la invención

La madera se puede modificar y mejorar en propiedades como dureza, rigidez, resistencia, estabilidad dimensional y resistencia al deterioro impregnándola con varios compuestos.

Actualmente, la madera se hace más duradera principalmente usando conservantes tales como CCA. La mayoría de estos conservantes tienen toxicidad para organismos en el medio ambiente, incluyendo los seres humanos. Incluso cuando están bien fijados en la madera, su presencia presenta un problema para el desecho al final de su uso. El documento WO 2005/018889, por ejemplo, describe un método para proteger madera de la degradación fúngica. El método consiste en impregnar la madera con un agente de tratamiento fluido tal como, por ejemplo, humo de madera líquido o vapor de humo de madera que contiene compuestos biológicamente activos, tales como por ejemplo, compuestos de furano. Después de la impregnación, se deja secar la madera impregnada. Los compuestos activos no son reactivos en la madera. Una desventaja de tal enfoque es que los compuestos de furano utilizados tienen efectos biocidas no solo para los hongos sino también para otros organismos en el medio ambiente.

Se diseñaron varios enfoques para usar compuestos químicos más respetuosos con el medio ambiente tales como: i) el uso de sales solubles en agua que tienen baja toxicidad, ii) el uso de tratamiento térmico tal como el procedimiento de Plato y iii) el uso de compuestos químicos no tóxicos que reaccionan con y alteran las paredes celulares de la madera, haciéndolas menos susceptibles al deterioro (por ejemplo, acetilación, N-metilación, furfurilación) .

El enfoque i) tiene el inconveniente de que tales sales usualmente se desprenden de la madera en contacto con agua, limitando su utilidad. Este enfoque es también menos efectivo que el tradicional tratamiento con creosota y CCA debido a la baja toxicidad de estos compuestos, además se necesitan más altas concentraciones para obtener resultados aceptables.

El enfoque ii) tiene el inconveniente de que tal tratamiento da insuficiente protección a la madera y la madera tratada tiene pobres propiedades mecánicas.

En ejemplo de enfoque iii) está basado en la impregnación de madera con alcohol furfurílico monomérico. La técnica anterior usaba disolución de tratamiento sin diluir, y trataba la madera hasta altos niveles de retención. La principal desventaja con este tratamiento es la gran cantidad de compuesto químico usado y el coste resultante.

El alcohol furfurílico es muy soluble en agua y por lo tanto forma fácilmente una disolución uniforme con agua que se puede usar para impregnar la madera. Sin embargo, hay varios requisitos necesarios antes de que se pueda preparar madera modificada útil. Primero, después de ser impregnada en la madera, la disolución se debe polimerizar y hacer reaccionar con la madera a elevadas temperaturas (temperatura de curado) para que sea útil. Segundo, la polimerización debe ocurrir en madera húmeda o seca.

Se añadieron por lo tanto iniciadores químicos al alcohol furfurílico para hacerlo polimerizar después de la impregnación a elevadas temperaturas (80-120º C) en madera húmeda o seca. Un ejemplo de un iniciador de la técnica anterior es cloruro de cinc. Sin embargo, el cloruro de cinc tiene un efecto devastador en la degradación de la celulosa y por ello sobre las propiedades de resistencia a largo plazo de la madera modificada.

Se desarrollaron nuevos sistemas catalíticos para la furfurilación en madera usando, por ejemplo, anhídridos carboxílicos cíclicos. El documento WO 02/30638 describe como iniciar el alcohol furfurílico y hacerlo polimerizar y reaccionar con madera a la temperatura de curación. Sin embargo, el alcohol furfurílico iniciado de esa tecnología no se mezcla bien con agua. Combinar el alcohol furfurílico y los iniciadores provoca que las mezclas se separen en dos componentes que no se pueden impregnar uniformemente en la madera.

El documento EP 1 341 648 describe una madera impregnada de polímero de furano obtenida impregnando madera con una mezcla que contiene monómeros de alcohol furfurílico y un compuesto adicional. La madera tratada con el alcohol furfurílico sin embargo adolece de la pérdida de reactante y emisión de monómeros sin reaccionar.

Las maderas tratadas con alcohol furfurílico pueden tener problemas para cumplir los actuales requisitos de salud y seguridad, debido a la emisión de VOC debida a los componentes sin reaccionar. La preocupación creciente acerca del medio ambiente y la salud y seguridad de los seres humanos requiere más atención para la preparación de madera modificada. La rigidez creciente de las regulaciones medioambientales demanda una disminución de la emisión de substancias perjudiciales. Se requiere por lo tanto madera modificada con bajas emisiones de VOC.

Los documentos GB 1509729 y WO 0/87560 describen la polimerización in situ de compuestos basados en furano en madera.

Una alternativa al uso de maderas conservadas tradicionalmente incluye las maderas duras tropicales. Sin embargo, tales maderas son muy caras y su suministro y calidad no son consistentes. Además, los gobiernos, ONGs y los medios de comunicación están prestando mucha atención al uso de productos hechos de madera tropical en el contexto de cuestiones medioambientales tales como deforestación, fuentes escasas, tala ilegal, etc. Son necesarias por lo tanto en la técnica alternativas a las maderas duras tropicales.

En vista de lo anterior, está claro que aún hay en la técnica una necesidad de un método mejorado para modificar madera. Es por lo tanto un objetivo principal de la presente invención proporcionar una madera modificada que tenga propiedades mejoradas y un método mejorado para preparar tal madera modificada.

Más en particular, la invención pretende proporcionar madera modificada que muestra más baja emisión de VOC y un método para preparar tal madera modificada. La presente invención pretende adicionalmente proporcionar madera modificada que muestre propiedades mejoradas con respecto a durabilidad, resistencia al fuego, eficiencia de contracción, estabilidad dimensional, dureza superficial, estabilidad a UV, resistencia al agrietamiento, resistencia a la podredumbre, resistencia a la descomposición y similares. Otro objetivo más es proporcionar madera modificada que sea de color y densidad uniforme en toda la zona tratada, y un método para su preparación.

Es otro objetivo adicional de la invención proporcionar madera modificada y un método para su preparación, que muestre resistencia mejorada a la degradación por organismos biológicos tales como, por ejemplo, hongos de descomposición de la madera, pero sin mostrar efectos tóxicos o biocidas hacia tales organismos biológicos.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una composición mejorada adaptada para impregnar madera y su uso para impregnar y modificar madera. La invención pretende adicionalmente proporcionar una composición para impregnar y modificar madera que tenga mejorada estabilidad de almacenamiento, tal que durante el almacenamiento no ocurra separación de fases.

Según la presente invención, los precedentes y otros objetivos se alcanzan por medio de un producto, método y sus usos como se describe en las reivindicaciones de la patente.

Sumario de la invención

El solicitante ha mostrado que por lo menos algunos de los anteriormente mencionados problemas de la madera modificada se pueden superar modificando madera usando una composición impregnante que comprende compuestos de furano di- tri-y/o poli-substituido. La madera impregnada y que ha reaccionado (curada) con este tipo de composición muestra propiedades mejoradas tales como durabilidad, estabilidad dimensional y dureza superficial mejoradas. Además, la madera obtenida muestra resistencia mejorada frente a la degradación por organismos biológicos, por ejemplo,... [Seguir leyendo]

1. Un método para modificar madera que comprende las etapas de:

a) impregnar dicha madera con una composición polimerizable que comprende un compuesto de fórmula I y/o fórmula II

en las que n es 0, 1, 2, 3, 4 o 5

en la que t y s son cada una independientemente 1 o 2, en las que w y z son cada una independientemente 0 o 1, en las que X e Y son cada una independientemente O, S o N-R21 y en las que R2, R3, R4, R5, R6, R7, R9, R10, R11, R12, R13, R14, R15, R16, R18, R19, R21 son cada uno independientemente hidrógeno o se seleccionan del grupo que comprende alquilo de C1-C20, carboxaldehído, hidroxialquilo, carboxilo, aminoalquilo, alquilaminoalquilo, hidrosialquilfurilalquilo, alquiloxi, alcoxialquilo, alquilcarbonilalquenilo, alquilcarboniloxialquilo, alquiloxicarbonilalquenilo, alquenilcarboniloxialquilo, oxiranilo, isocianato, isocianato-alquilo, alquilcarboxi, alquenilcarboxi, alquilcarbonilo, alquenilcarbonilo, halocarbonilo, haloalquilo, haloarilo, haloalquenilo, imino, tioalquilo, alquiltioalquilo, ciano y cualquiera de sus mezclas, en las que cada grupo está opcionalmente substituido con uno o más substituyentes seleccionados de alquilo de C1-C2, alquenilo de C2-C4, alquinilo de C2-C4, hidroxilo, carboxilo, nitro, amino, alquilfurilo, hidroxialquilfurialquilo, isocianato, formilo, halocarbonilo, y tiol, en las que R1, R8, R17 y R20 se seleccionan cada uno independientemente del grupo que comprende, carboxaldehído, hidroxialquilo, carboxilo, aminoalquilo, alquilaminoalquilo, hidroxialquilfurilalquilo, alquiloxi, alcoxialquilo, alquilcarbonilalquenilo, alquilcarboniloxialquilo, alquiloxicarbonilalquenilo, alquenilcarboniloxialquilo, oxiranilo, isocianato, isocianato-alquilo, alquilcarboxi, alquenilcarboxi, alquilcarbonilo, alquenilcarbonilo, halocarbonilo, haloalquilo, haloarilo, haloalquenilo, imino, tioalquilo, alquiltioalquilo, ciano y cualquiera de sus mezclas, en las que cada grupo está opcionalmente substituido con uno o más substituyentes seleccionados de alquilo de C1-C2, alquenilo de C2-C4, alquinilo de C2-C4, hidroxilo, carboxilo, nitro, amino, alquilfurilo, hidroxialquilfurilalquilo, isocianato, formilo, halocarbonilo y tiol y en las que la línea de puntos representa un doble enlace, en el que dichos compuestos son solubles en agua, y en el que dicha composición comprende agua y comprende adicionalmente un catalizador que es una sal de amonio, un ácido orgánico, un anhídrido, un ácido inorgánico, cloruro de magnesio, sulfato de magnesio, nitrato de magnesio, cloruro de cinc, nitrato de cinc, cloruro de aluminio, nitrato de aluminio, sulfato de aluminio o cualquiera de sus mezclas.

y b) hacer reaccionar dicha madera impregnada a una temperatura entre 70 y 200º C.

2. Un método según la reivindicación 1, en el que dicha madera impregnada se hace reaccionar en la etapa b) a una temperatura entre 70 y 150º C durante 1 a 48 horas.

3. Un método según la reivindicación 1 o 2, en el que dicha composición se aplica a una carga entre 25 y 1000 kg por m3 de madera.

4. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende adicionalmente la etapa de secar dicha madera impregnada previamente a hacerla reaccionar hasta un contenido de humedad entre 1 y 50%.

5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha madera se impregna en la etapa a) con una composición polimerizable que comprende un compuesto seleccionado del grupo que comprende 2, 5bis (hidroximetil) furano; 2, 3, 5-tris (hidroximetil) furano; alcohol 5-metil-2-furfurilico; alcohol 3-hidroximetil-5-metil-2furfurílico; 2, 2'- (hidroximetil) difurilmetano; 2, 2', 3, 3'- (hidroximetil) difurilmetano; 2, 2', 4, 4'- (hidroximetil) difurilmetano; alcohol 5-hidroximetil-a- (metil) furfurílico; 5-hidroximetil-2-furancarboxaldehído; 3, 5-hidroximetil-2furancarboxaldehído; 4, 5-hidroximetil-2-furancarboxaldehído; 5-hidroximetil-2-furfurilamina; 5-metil-2-furfurilamina; 5carboxaldehído-2-furfurilamina; 5-carboxi-2-furfurilamina; 2, 5-bis (aminometil) furano; 5-hidroximetil-2furancarboxaldehido, y 5-hidroximetil-2-furfurilamina, o cualquiera de sus mezclas.

6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha madera se impregna en la etapa a) con una composición polimerizable que comprende un compuesto seleccionado del grupo que comprende 2, 5bis (hidroximetil) furano (BHMF) ; 2, 3, 5-tris (hidroximetil) furano (THMF) ; 2, 2'- (hidroximetil) difurilmetano (HMDM) ; 2, 2', 3, 3'- (hidroximetil) difurilmetano; 2, 2', 4, 4'- (hidroximetil) difurilmetano, 5-hidroximetil-2-furancarboxaldehído, y 5hidroximetil-2-furfurilamina, 2, 5-bis (aminometil) furano, o cualquiera de sus mezclas.

7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha madera se impregna en la etapa a) con una composición polimerizable que comprende un compuesto seleccionado del grupo que comprende 2, 5bis (hidroximetil) furano (BHMF) ; 2, 3, 5-tris (hidroximetil) furano (THMF) ; 2, 2'- (hidroximetil) difurilmetano (HMDM) ; y opcionalmente sus productos de condensación, o sus mezclas.

8. Un método según la reivindicación 7, en el que dichos compuestos se obtienen por hidroximetilación de por lo menos un compuesto de alcohol furfurílico con una fuente de formaldehído.

9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que dicho compuesto de fórmula I y/o fórmula II está presente en una cantidad entre 3 y 100% en peso.

10. La madera obtenida por el método de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, que tiene un porcentaje de ganancia de peso (WPG) de por lo menos 10%.

11. El uso de la madera según la reivindicación 10 como mangos de cuchillo, utensilios de cocina (cucharas, tenedores, tablas de cortar, boles) , muebles, entarimado interior, encimeras, partes de construcción (imposta, cornisa, entablado de paredes, alfeizares, marcos, carpintería) , partes de barcos (armazones, entablado, cubiertas, barandillas, entarimado, molduras de cubierta, entarimado de cubierta, muebles, accesorios) , artículos marinos (muelles, embarcaderos, trampas para langosta, palos de presa) , artículos de exterior (muebles, terrazas, rampas y escaleras, pasarelas, paseos marítimos, equipo de patio de recreo) , partes de puentes (vigas, barandillas, piso) , culatas y empuñaduras de pistola, partes de instrumentos musicales (teclas de piano, cejillas y puentes de violines y guitarras) , traviesas de ferrocarriles, listones de torre de refrigeración, postes de servicios públicos, pasarelas exteriores, entarimado, maderas pesadas, postes, estacas, artículos de autopista (postes de guardarrail, placas de guardarrail, postes de señales, postes de luz) , recipientes (depósitos, cubos) , partes de máquinas (listones de cinta transportadora, guías de sierra, tabla de mesa de sierra y cepilladora) , partes de carpintería de obra (marcos de ventana, puertas) .