Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera.

La presente invención consiste en un procedimiento para proporcionar hidrofobicidad a la madera o productos madereros mediante un tratamiento químico-enzimático.

Dicho tratamiento consiste en la aplicación de enzimas oxidasas, preferentemente lacasas, y de un compuesto fenólico con un grupo hidrofóbico a la madera o a un producto maderero bajo unas condiciones ambientales determinadas. En dichas condiciones, el enzima promueve la unión del compuesto con grupo hidrofóbico a la madera o producto maderero confiriendo la propiedad del compuesto a la madera o producto maderero tratado. La unión de este modo es permanente ya que el compuesto hidrofóbico se une a la madera mediante enlaces químicos estables, evitando su arrastre en posteriores lavados. Este tratamiento permite dotar a la madera de una mayor resistencia a la humedad, lo cual mejora su aplicación, debido al incremento de su estabilidad dimensional y su durabilidad.

Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera

Sector de la técnica

5 La invención se encuadra en el sector de tratamiento de materiales, concretamente en aquellos relativos a la madera y productos madereros con objeto de mejorar sus propiedades.

Estado de la técnica

La madera es un tejido producido por los vegetales leñosos, que está formada por células de 10 anatomía tubular unidas entre sí. Esta, característica le confiere, junto a su composición química, sus particulares propiedades, que hacen de la madera un material con multitud de aplicaciones.

La madera, en su estado natural, presenta determinadas características no deseables para algunas finalidades. De entre las más importantes se encuentran su reducida estabilidad 15 dimensional y su susceptibilidad a la degradación por los llamados hongos de podredumbre de la madera (Mai et al., 2004; Kudanga et al., 2010a). Ambas características están relacionadas con el contenido en agua de la madera, ya sea de forma directa o indirecta. Así, en elcaso de la estabilidad dimensional, la higroscopicidad natural de la madera permite que absorba en su estructura una importante cantidad de agua provocando cambios en su volumen. Los ciclos de 20 dilatación y contracción producidos por ios cambios en el contenido de agua de la madera pueden alterar su estructura e incluso provocar la rotura de la misma (Rowell, 2005). Respecto a la biodegradación por parte de algunas especies de hongos, es necesaria uña humedad mínima de un 20% aproximadamente para que las especies biodegradadoras puedan germinar y crecer conforme se alimentan de los componentes de la madera; de modo que la humedad 25 no es negativa para la protección de la madera por sí misma, sino que ejerce un efecto indirecto ya que aporta las condiciones ambientales para que los agentes biodegradadores puedan actuar (Forest Products Laboratory, 2007). Por este motivo, en muchas ocasiones se trata de evitar la biodegradación de la madera con compuestos fungicidas. Existen diversas tipologías de estos productos: hidrosolubles, hidrodispersables, orgánicos, orgánicos naturales, 30 mixtos, etc. Cada tipología puede presentar diversos agentes activos, todos regulados por estrictas normas que tratan de evitar su uso excesivo debido a su carácter tóxico. Alguno de estos agentes activos son: sales CCB (cromo, cobre y boro), sales CCA (cromo, cobre y arsénico), sales E (cobre y azoles), creosotas, etc. (Forest Products Laboratory, 2007; Antwi- Boasiako y Atwery-Obeng, 2012; Humar et al., 2008; Schultz et al., 2007).

35 Con el objetivo de aportar hidrofobicidad a la madera y productos madereros, estos materiales son habitualmente tratados con diferentes compuestos químicos: resinas o ceras, principalmente (Temiz et al., 2008). En ocasiones estos compuestos se pueden "lavar" con el paso del tiempo, dependiendo de la agresividad del ambiente de exposición de la madera, lo que puede producir la pérdida de la hidrofobicidad y hacer necesario nuevos tratamientos 40 hidrófugos. Para evitar el humedecimiento de la madera también es posible aplicar tratamientos impermeabilizantes, aunque en este caso no se permite "respirar" a la madera de modo natural, es decir, ante un defecto en la capa impermeable el agua podría penetrar en la madera pero difícilmente sería eliminada.

Los tratamientos de madera se llevan a cabo por diversas metodologías, siendo las más 45 empleadas: pulverización, pincelado, inmersión y tratamientos con presión (autoclave). Se ha

de seleccionar la metodología en función de la necesidad dei tratamiento, ya sea superficial o en profundidad, y del producto a aplicar.

No existen métodos que eviten los problemas derivados de los tratamientos más convencionales: lavado del agente activo, necesidad de repetir el tratamiento y liberación al 5 medio ambiente de los compuestos lavados.

Algunas de las alternativas que se aplican hoy en día son:

Tratamiento térmico: exposición de la madera a altas temperaturas (180-260°C) en atmósfera inerte con baja cantidad de oxígeno (Ayadi et al., 2003)

Tratamiento de furfurilación: modificación de la madera con ácido furfurílico.

10 Tratamiento de benzoilación (Evans et al., 2002).

Tratamiento de acetilación: acetilación de los grupos hidroxilo de la madera.

Estos tratamientos suelen mejorar la hidrofobicidad de la madera pero también pueden producir en ocasiones pérdidas en las propiedades mecánicas o colores no deseados.

Se han descrito en los últimos años determinados tratamientos enzimáticos en materiales 15 lignocelulósicos, principalmente en pasta de papel, que han dado como resultado la unión de determinados compuestos de bajo peso molecular a dichos materiales. El mecanismo de este tratamiento enzimático está basado en la activación previa de un compuesto de bajo peso molecular mediante un enzima oxidativa (lacasa o péroxidasa) en presencia del material lignocelulósico. De este modo el compuesto activado por el enzima posee la capacidad de 20 unirse químicamente al material pudiendo conferirle nuevas propiedades en función de su composición química (Chandra et al., 2002a; Chandra et al., 2002b; Chandra et al., 2004a; Chandra et al., 2004b; Liu et al., 2009; Elegir et al., 2008; García-Ubasart et al., 2011).

Se han descrito diferentes aplicaciones de estos enzimas, desde la degradación de contaminantes hasta la síntesis de compuestos orgánicos. Pero es en el ámbito de la pasta de 25 papel dónde este tipo de tratamientos enzimáticos han sido objeto de un profundo estudio en los últimos años. Ya sea de una forma premeditada o no, se ha observado en diferentes casos la unión de diversos compuestos fenólicos a la pasta de papel tras un tratamiento enzimático. Basándose en este aspecto se han descrito algunas patentes relacionadas con la posible modificación de las propiedades de la pasta de papel, de entre las que cabe destacar la de 30 Colom Pastor et al. (2011). Estos tratamientos están pensados para productos exclusivamente papeleros, en los que la celulosa supone la totalidad o casi la totalidad de la composición de las fibras, a diferencia de la madera que tiene un contenido en lignina considerable, de un 20-30%. En el caso de la madera, que como se ha comentado posee una composición más heterogénea que la pasta de papel, estos tratamientos enzimáticos son más anecdóticos y no se han 35 explorado en detalle, aunque sí se han conseguido algunos resultados interesantes (Park et al., 2001; Schroeder et al., 2007; Widsten et al., 2010; Kudanga et al., 2010b). Por ejemplo Kudanga et al. (2010a) han conseguido unir compuestos fluorados hídrofóbicos a madera de haya mediante un tratamiento enzimático. Sin embargo, el enzima no actúa directamente sobre estos compuestos sino que lo hace con la propia madera, la cual se "activa" y permite 40 posteriormente que se unan los compuestos fluorados. De este modo se puede obtener madera con un pequeño grado de hidrofobicidad que aporta el flúor. En esta línea también se ha descrito reciencemente un procedimiento para añadir yodo en la superficie de la madera con participación del enzima lacasa, igual que en el caso anterior, de un modo indirecto (Schubert et al., 2012). Esta modificación podría mejorar la resistencia de la madera ante 45 algunos microorganismos.

Descripción de la invención

El procedimiento descrito en el presente documento consiste en un tratamiento químico- enzimático que consigue hidrofobizar una superficie de madera. Dicho procedimiento consiste 5 en la activación de un compuesto fenólico hidrofóbico mediante una reacción enzimática llevada a cabo por una oxidasa, preferentemente una lacasa. Este compuesto fenólico hidrofóbico activado tiene la capacidad de unirse a la madera de modo estable aportando a la madera su carácter hidrófugo. La unión es estable, de modo que no hay lavado o arrastre del compuesto hidrofóbico durante la vida de la madera tratada.

10 La aplicación de este nuevo procedimiento se puede realizar por los métodos convencionales de aplicación de tratamientos químicos de la madera (pulverización, pincelado, inmersión, autoclave, etc).

Se presenta una nueva aplicación de enzimas oxidativas que actúan sobre compuestos fenólicos hidrofóbicos, los cuales tienen posteriormente ia capacidad de unirse a la madera o productos madereros confiriendo su hidrofobicidad a los mismos. Este nuevo tratamiento presenta las siguientes ventajas respecto a los convencionales:

La unión del componente hidrofóbico a la madera es de carácter estable, de modo que resiste al lavado ante diferentes agentes. De este modo se evita la posible contaminación ambiental y la necesidad de repetir el tratamiento por este... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos que comprende las siguientes etapas,

a) un acondicionamiento del material de madera que mediante operaciones de limpieza

5 o/y mecanizado,

b) un tratamiento del material de madera con una enzima oxidasa y un compuesto orgánico fenólico,

c) un lavado para retirar los subproductos generados en el tratamiento anterior.

2. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de 10 forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos que comprende las siguientes etapas,

a) un acondicionamiento del material de madera que mediante operaciones de limpieza o/y mecanizado,

b) un tratamiento del material de madera con una enzima oxidasa,

c) un tratamiento del material de madera con un compuesto orgánico fenólico,

15 d) un lavado para retirar los subproductos generados en ios tratamientos anteriores

3. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el compuesto fenólico es una molécula seleccionada de las siguientes fórmulas:

a)

en donde:

n es un número entero seleccionado de 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14;

R1 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo Ci-C5, un grupo hidroxilo, un grupo alcóxido Ci-C5

25 R2 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo Q.-C5, un grupo hidroxilo, un grupo alcóxido C1-C5

b)

CH2

R2'

OH

OR1

en donde:

R1 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo Ci-C5

R2 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo C^Cs, un grupo

hidroxilo, un grupo aicóxido Ci-C5j

c)

10 en donde:

R1 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo Ci-C5

R2 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo Ci-C5, un grupo

hidroxilo, un grupo aicóxido Ci-C5

R1 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo alquilo C1-C5

R2 es un grupo seleccionado de: un átomo de hidrógeno, un grupo tertbutilo, un grupo

isobutilo, un grupo n-butilo, un grupo alquilo Ci-C5,

5 4. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por emplear una enzima oxidasa de tipo lacasa, producida por lois hongos del grupo Trametes o del hongo Myceliophthora thermophila o bien por otros microorganismos modificados para producir dichos enzimas.

10 5. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los tratamientos del material de madera se realizan mediante operaciones de pulverización, inmersión o pincelado, o se realiza por medio de sistemas de aplicación de presión como un autoclave.

15 6. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el compuesto fenólico se añade en una cantidad de entre 0,2g y 20g por cada kilogramo de madera seca si la aplicación del mismo se realiza mediante inmersión o bien con sistema de presión.

20 7. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por añadir el compuesto fenólico en una solución de concentración comprendida entre 0,1 mM y 10 mM en una o varias aplicaciones si la aplicación del mismo se realiza mediante pulverización o pincelado.

25 8. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 7, caracterizado

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por añadir la enzima en la cantidad necesaria para que su actividad se sitúe entre 1 y lOOU/g de madera seca si la aplicación del mismo se realiza mediante inmersión o bien con sistema de aplicación de presión.

30 9. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por realizar el tratamiento a partir de una disolución que contiene entre 0,1 y lOU/ml de enzima, en una o varias aplicaciones si la aplicación del mismo sé ° realiza mediante pulverización o pincelado.

35 10. Procedimiento para dotar de hidrofobicidad materiales de madera mediante la unión de

forma estable de compuestos orgánicos hidrófugos, según reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por utilizar como disolvente agua, una mezcla de agua con un disolvente orgánico miscible con el agua o una solución acuosa que contiene un surfactante.