Madera impregnada de polímero de furano.

Un procedimiento para la preparación de una madera impregnada con un polímero de furano quecomprende la impregnación de una pieza de madera con una mezcla de monómeros polimerizables de alcoholfurfurílico,

caracterizado porque la mezcla comprende agua, alcohol furfurílico, un estabilizante y un iniciador y enque

- el estabilizante se selecciona entre derivados de lignina solubles en agua en combinación con otro estabilizanteseleccionado entre carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, citrato de sodio, fosfatos y sales de calcio o amonio deácidos lignosulfónicos y

- el iniciador se selecciona entre anhídrido maleico, anhídrido ftálico, ácido maleico, ácido málico, ácido ftálico, ácidobenzoico, ácido malónico, ácido ascórbico, ácido bórico, ácido cítrico, cloruro de cinc, cloruro de aluminio, otrosanhídridos y ácidos orgánicos cíclicos y combinaciones de los mismos,

con la aplicación de una presión de 1-10 bar (100-1.000 kPa) en una etapa de presión, seguida de una etapa decurado.

Madera impregnada de polímero de furano [0001] La invención descrita en este documento se refiere a una madera impregnada con un polímero de furano que presenta un color y densidad uniformes en toda la zona tratada. Con el fin de obtener la madera impregnada con el polímero, se ha impregnado una madera primaria con una mezcla de monómeros polimerizables de alcohol furfurílico que contiene al menos agua, alcohol furfurílico, un estabilizante y al menos un iniciador. La invención se refiere también a un procedimiento para la preparación de una madera impregnada con un polímero de furano y a usos de la misma.

El alcohol furfurílico polimeriza (resinifica) en medio ácido. El ácido inicia la reacción de polimerización. Los ácidos fuertes causan una polimerización violenta de utilidad limitada por su violencia. Sin embargo, al usar ácidos débiles, como ácidos orgánicos, la reacción de polimerización puede controlarse. Se ha encontrado que,

cuando se desea usar alcohol furfurílico como impregnante para materiales porosos como la madera, es importante seleccionar un ácido débil que no se separe del ácido furfurílico a medida que este penetra en el medio poroso. También es útil tener un ácido débil con afinidad química por la madera. Esta mezcla que no se separa con una mayor afinidad por la madera es la base del documento WO 02/30638 (Marc Schneider) .

Para algunos usos, es deseable impregnar materiales porosos como la madera con menos alcohol furfurílico iniciado que en el documento WO 02/30638. Se ha encontrado que concentraciones menores del polímero de alcohol furfurílico (también denominado polímero de furano o resina furánica) en la madera aún proporcionan propiedades útiles con menor coste y menos alteración del aspecto. La madera preparada de acuerdo con el documento WO 02/30638 tiene un color muy oscuro. Con menores concentraciones es posible obtener colores desde un castaño claro hasta marrón oscuro. El documento US 2.909.450 desvela composiciones estables al almacenamiento que comprenden alcohol furfurílico, un catalizador y una cantidad limitada de agua.

Philippou y col., en "Bonding of particleboard using hydrogen peroxide, lignosulfonates, and furfur y l alcohol: effects of chemical composition of bonding materials", Forest Products Journal, vol. 32, n° 5, págs. 55-61,

1982, tratan solo el uso del alcohol furfurílico como adhesivo.

El documento US 4.015.995 desvela un procedimiento para retardar el endurecimiento de un líquido endurecible por ácido, como el alcohol furfurílico, mediante el uso de una mezcla de catalizadores latentes de retardación. El retardo obtenido se mide en minutos y horas. La mezcla de catalizadores latentes de retardación se almacena separada del líquido endurecible por ácido hasta el uso deseado de la misma.

Un procedimiento para controlar la concentración del polímero de furano en el material poroso es el uso de un vehículo líquido para el alcohol furfurílico iniciado. El material poroso se impregna conjuntamente con el vehículo y el alcohol furfurílico. Después de la impregnación se elimina el vehículo del material poroso, lo que deja el

alcohol furfurílico situado dentro del material poroso. La polimerización del alcohol furfurílico iniciado puede tener lugar antes, durante o después de la extracción del vehículo inerte. La madera y materiales de madera son los principales objetos de esta invención, pero otros materiales porosos, como ladrillo, hormigón de cemento Portland y piedra, pueden impregnarse de manera similar.

El agua es un compuesto de bajo coste y respetuoso con el medio ambiente. El alcohol furfurílico es soluble en agua, de modo que puede usarse agua como vehículo para el alcohol furfurílico diluido sin iniciar, pero este no polimerizará de manera útil.

Cuando se mezcla un ácido orgánico como iniciador con el alcohol furfurílico se forma un éster, que 50 tiene una solubilidad en agua limitada. Se obtiene una mezcla con dos fases. Al agitar, se forma una emulsión. En un trabajo inicial con esta mezcla, se asumió que la emulsión no penetraría bien en la madera, por lo que se realizaron experimentos para explorar maneras de obtener una fase única a partir de la mezcla. Estos experimentos mostraron que la adición de ciertas sustancias químicas producía una mezcla estabilizada con una fase única con el alcohol furfurílico catalizado y agua, que es la base del documento WO 02/060660. Los primeros estabilizantes 55 químicos útiles descubiertos fueron bórax y sales de sodio de ácidos lignosulfónicos.

Un alcohol furfurílico que contiene un ácido orgánico como iniciador y después se mezcla con agua, sin estabilizantes, polimerizará lentamente. Esta reacción de polimerización lenta produce ácido, que acelera la polimerización. Este proceso limita la vida útil de la mezcla. Un trabajo posterior con estas mezclas indicó que una función principal de los estabilizantes es hacer que la acidez de la mezcla, más que aumentar, se mantenga estable, lo que extiende la vida útil de dicha mezcla. Este trabajo posterior también indicó que existen gran cantidad de sustancias químicas que pueden actuar como estabilizantes. El bórax y las sales de sodio de ácidos lignosulfónicos que se usaron en un principio son solo ejemplos de este gran número de posibilidades.

En el trabajo posterior se impregnó la madera con una emulsión de alcohol furfurílico iniciado en agua que no contenía estabilizantes. La concentración fue del 1 % de anhídrido maleico y el 12 % de alcohol furfurílico en agua. Después de una agitación vigorosa se formó una mezcla turbia que impregnó bien la madera y, después de un calentamiento, polimerizó dentro de dicha madera. Otras concentraciones también produjeron mezclas aptas. Por

consiguiente, para ciertos usos y procesos con madera, no es necesario usar estabilizantes en una mezcla de alcohol furfurílico iniciado en agua.

En el trabajo posterior se encontró que la secuencia de mezclado del iniciador, el alcohol furfurílico y el agua no es importante. Se obtuvo la misma mezcla con dos fases ya se añadiera el iniciador al agua y después el

alcohol furfurílico o el alcohol furfurílico al agua y después el iniciador.

Al preparar una mezcla estabilizada, se encontró que los valores del pH eran importantes. Un intervalo de pH concreto para la disolución mezclada proporcionaba una larga vida de almacenamiento y también se volvía suficientemente más ácido durante el calentamiento para causar la polimerización. Sin embargo, al preparar la mezcla estabilizada, la secuencia de mezclado puede ser importante. La acidez del alcohol furfurílico puede variar con el lote y el tiempo y las condiciones de almacenamiento. Por lo tanto, mezclar primeramente el alcohol furfurílico con agua y añadir después cantidades correctas del iniciador ácido y el estabilizante de tamponamiento a un pH deseado es un buen procedimiento para obtener mezclas de tratamiento estables y uniformes.

Las emulsiones útiles de alcohol furfurílico iniciado en agua sin estabilizantes de tamponamiento tenían típicamente un pH próximo a 2, 3, que disminuyó a 1, 4 al calentarlas para su curado.

Los estabilizantes mantuvieron el pH de las mezclas de tratamiento útiles hasta haber impregnado la madera. Después, el pH disminuyó (se volvió más ácido) , lo que facilitó el curado. Las mezclas estabilizadas de buen almacenamiento tenían típicamente valores de pH entre 3, 5 y 4, 0. Al calentar para causar la polimerización, el pH disminuyó al intervalo de 2, 5 a 2, 8.

Un objetivo de la invención es proporcionar una madera impregnada con un polímero de furano mediante alteración de la pared celular de la madera con el mismo monómero químico que se desvela en el

documento WO 02/30638, pero usando menores cantidades de la sustancia química.

Otro objetivo de la invención es proporcionar una distribución uniforme de las sustancias químicas en la madera impregnada con el polímero de furano mediante el uso de agua como diluyente respetuoso con el medio ambiente y de buena aptitud para la producción para obtener una retención baja, uniforme y controlable de la sustancia química activa en la zona tratada de la madera.

Otro objetivo más de la invención es proporcionar una madera impregnada con un polímero de furano con propiedades mejoradas, como la estabilidad dimensional y la resistencia a la descomposición y a los agentes atmosféricos.

De acuerdo con la presente invención, los objetivos anteriores y otros se consiguen mediante un producto, un procedimiento y usos de los mismos según se desvelan en las reivindicaciones de la patente.

1. Un procedimiento para la preparación de una madera impregnada con un polímero de furano que comprende la impregnación de una pieza de madera con una mezcla de monómeros polimerizables de alcohol

furfurílico, caracterizado porque la mezcla comprende agua, alcohol furfurílico, un estabilizante y un iniciador y en que

- el estabilizante se selecciona entre derivados de lignina solubles en agua en combinación con otro estabilizante

seleccionado entre carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, citrato de sodio, fosfatos y sales de calcio o amonio de 10 ácidos lignosulfónicos y

- el iniciador se selecciona entre anhídrido maleico, anhídrido ftálico, ácido maleico, ácido málico, ácido ftálico, ácido benzoico, ácido malónico, ácido ascórbico, ácido bórico, ácido cítrico, cloruro de cinc, cloruro de aluminio, otros anhídridos y ácidos orgánicos cíclicos y combinaciones de los mismos,

con la aplicación de una presión de 1-10 bar (100-1.000 kPa) en una etapa de presión, seguida de una etapa de curado.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho curado se realiza 20 aproximadamente a temperatura ambiente durante algunos días o semanas.

3. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho curado se realiza con el uso de una temperatura en el intervalo de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 140 °C.

4. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho curado requiere un secado en horno convencional usando los programas normales de temperatura para el secado de madera aserrada verde sin tratar del mismo tamaño y especie que el material impregnado, con temperaturas al comienzo del curado de aproximadamente 45 °C y de aproximadamente 90 °C al final, con una etapa postcurado entre 100 °C y 140 °C para obtener materiales con dureza y sequedad máximas.

5. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho curado y secado se realiza usando programas de horno de alta temperatura, en el intervalo de temperaturas de 80 °C a 120 °C, con una etapa de postcurado final entre 120 °C y 140 °C.

6. El procedimiento de la reivindicación 1, caracterizado porque dicho curado se realiza sumergiendo el material tratado en aceite caliente, en el intervalo de temperaturas de 80 °C a 120 °C, bien con la te mperatura fija, o comenzando con una temperatura inferior en el intervalo y aumentándola a medida que progresa el curado y secado.

7. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende la etapa de la aplicación de vacío en una etapa de vacío antes de la etapa de presión.

8. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 7, que además comprende la etapa de la aplicación de vacío en una etapa de vacío después de la etapa de presión. 45

9. El procedimiento de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en que el procedimiento comprende:

i) carga del recipiente con la madera y fijación de la carga para que no flote,

ii) cierre de la puerta y aplicación de un vacío parcial, iii) llenado del recipiente con la mezcla de tratamiento, mientras se mantiene el vacío, iv) presurización de la madera sumergida a una presión en el intervalo de 5 a 10 bar (500 a 1.000 kPa) , dependiendo de la especie de madera y de otros factores, v) después del tiempo suficiente a la presión indicada, reducción de la presión a 2 o 3 bar (200 o 300

kPa) y expulsión del líquido de tratamiento con la presión restante, vi) eliminación de la presión, apertura de la puerta y retirada de la madera tratada a la zona de curado.

10. Uso de una mezcla que comprende un monómero polimerizable de alcohol furfurílico para la impregnación de madera, en que la mezcla comprende además agua, un estabilizante y un iniciador, en que el estabilizante se selecciona entre derivados de lignina solubles en agua en combinación con otro estabilizante seleccionado entre carbonato de sodio, bicarbonato de sodio, citrato de sodio, fosfatos y sales de calcio o amonio de ácidos lignosulfónicos y el iniciador se selecciona entre anhídrido maleico, anhídrido ftálico, ácido maleico, ácido málico, ácido ftálico, ácido benzoico, ácido malónico, ácido ascórbico, ácido bórico, ácido cítrico, cloruro de cinc,

cloruro de aluminio, otros anhídridos y ácidos orgánicos cíclicos y combinaciones de los mismos.

11. Una mezcla para la impregnación de madera que comprende un monómero polimerizable de alcohol furfurílico, en que la mezcla comprende además agua, un estabilizante y un iniciador, en que el estabilizante es carbonato de sodio y el iniciador es anhídrido maleico, en que la concentración del estabilizante es del 0, 2-0, 57 %

con respecto al peso de agua, la concentración del iniciador es del 0, 4-3, 5 % con respecto al peso de agua y en que la concentración del iniciador es el doble de la concentración del estabilizante.

12. Una mezcla para la impregnación de madera de acuerdo con la reivindicación 11, en que la concentración del alcohol furfurílico es del 12 %, con respecto al peso de agua.