MX2012009021A

MX2012009021A - Proceso para la acetilacion de elementos de madera.

Info

Publication number: MX2012009021A
Application number: MX2012009021A
Authority: MX
Inventors: Michel Maes; Beno Pol
Original assignee: Titan Wood Ltd
Priority date: 2010-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-11-29
Also published as: CA2788597C; MX336534B; RU2012137514A; CR20120441A; SG183181A1; CN102822282A; PE20130617A1; KR20130009759A; UA118832C2; NZ601675A; KR101921340B1; WO2011095824A1; US20130209822A1; CA2788597A1; JP2016027958A; CN102822282B; AU2011212184A1; EP2531561A1; JP2013518743A; BR112012019630A2

Abstract

Un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados caracterizados por un valor promedio en expansión de espesor que no excede 5% después de la sujeción a 25 ciclos húmedo-seco/congelado-descongelado como se describe en la Tabla II. Las caracterizaciones alternativas incluyen módulos de elasticidad y ruptura, y resistencia a la flexión. Un proceso de dos etapas para la acetilación de elementos de madera también se describe.

Description

PROCESO PARA. LA ACETILACION DE ELEMENTOS DE MADERA CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a hojas y/o molduras simples o decorativas, en particular para aplicaciones en interiores o al aire libre en construcciones, que se presionan por capas de núcleo de vuelta simple o- múltiple hechas de hebras de madera, partículas de madera, fibras de madera y/o de fibras de celulosa, donde los elementos de madera se han acetilado, impregnados con una resina sintética como aglutinante, endurecidos por calor y presionados. Por conveniencia, éstas hojas/molduras se referirán como "materiales compuestos", y típicamente incluyen productos fabricados de madera tal como aglomerado de densidad media, tablón de hebra orientado y tablón de partícula, derivado principalmente de materiales de partida de madera suave tal como abeto o pino.

Un artículo que comprende tal material compuesto se puede usar para revestimiento de fachada externa de construcciones, ' aplicaciones de recubrimiento exterior, aplicaciones estructurales en pantallas y apuntalamiento, paredes, techos y pisos, revestimiento para un balcón, o. de un panel de parapeto o panel de. plataforma, o de otro modo para el forro interno de paredes o mobiliario, o de' habitaciones húmedas o equipo de laboratorio.

La superficie- del material compuesto 'puede ser lisa acabada con una capa decorativa que consiste de recubrimiento o barniz de laminación.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El arte previo describe hojas hechas de astillas de madera y de fibras de madera con una matriz de resinas sintéticas o cemento. Las hojas son generalmente de densidad uniforme y no son usualmente adecuadas para aplicaciones externas o aplicaciones internas en condiciones de humedad. Tampoco están este tipo de hojas libres de mantenimiento, y generalmente requieren tratamiento posterior en todos los lados debido a absorción de agua severa a través de los bordes o superficie. La absorción de agua puede causar expansión severa, con un incremento en dimensiones de hoja, y una pérdida substancial, en la resistencia mecánica del material.

Estos materiales 'también son poco satisfactorios con respecto a resistencia a la intemperie. Se observa que, en la prueba de capacidad a la intemperie, absorción fuerte de humedad y consecuente expansión periférica y división de núcleo puede tener lugar después de algunas semanas, y como un resultado, puede ocurrir el agrietámiento de la superficie.

También existen hojas que exhiben durabilidad pobre cuando se mide 'por su resistencia contra ataque biológico, cuando se compara con hojas producidas de elementos de madera acetilados.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por lo tanto es un objeto de la invención proporcionar un material compuesto basado · en madera que no exhiba las desventajas antes mencionadas, sino más bien que muestren comportamiento de expansión favorable y reducido bajo el efecto de diversas condiciones climáticas.

Otro objeto de la invención es proporcionar un material compuesto basado en madera que tiene una larga vida útil y es durable, es decir que no se pudra, desmorone o desintegre bajo la influencia de la intemperie o ataque biológico.

Todavía otro objeto de la invención es proporcionar un material compuesto basado en madera que después de que es sumergido en agua a temperatura ambiente y en equilibrio con el mismo, durante un periodo significativo de tiempo, mostrará sustancialmente menor reducción en propiedades de resistencia mecánica tal como un módulo de ruptura y módulo de elasticidad, cuando se compara con materiales compuestos existentes. Por 'periodo significativo de tiempo' se entiende por diversas semanas o meses.

Otro objeto de la invención es proporcionar un material compuesto basado en madera que posee ' una superficie que permanece lisa después de humedecer o sellar sustancialmente sin fibras o elementos de madera que se aflojan o mantienen de pie desde la superficie. Esto permite a los recubrimientos y pinturas a ser más eficientes, y por lo tanto aplicarse eficientemente en costo. Además esta propiedad en combinación con la estabilidad dimensional mejorada resulta en una vida útil sustancialmente más larga para la cubierta y por lo tanto costos de mantenimiento más bajos. Típicamente, las fibras o elementos de madera , pueden levantarse de la superficie del material compuesto por 1 hasta 2 mm, dando a la superficie una 'sensación vellosa'.

Un objeto adicional de la invención es la provisión de un proceso para producir elementos de madera acetilados como materia prima básica para producir los materiales compuestos basados en madera de acuerdo con la invención. Típicamente, los elementos de madera adecuados para acetilación de acuerdo con la presente invención se describen en la tabla I abajo: Tabla I Elemento de Longitud (mm) Ancho (mm) Espesor (mm) Madera Desde Hasta Desde Hasta Desde Hasta Astillas 25 . 75 25 75 1 50 15 Escamas 15 75 15 75 0 25 0.50 Hebras 15 75 5 25 0 25 0.50 Pestañas (mechas ) 5 75 0.15 0.50 0 15 0.50 Partículas 1.5 75 0.15 . 1.30 0 15 1.25 Haces de fibra 1.5 25 0.15 0.50 0 15 0.50.

Fibras 1.0 5 0.05 0.10 0 05 0.10 Los elementos de madera acetilados adecuados se pueden preparar ya sea al acetilar grandes elementos de geometría, por ejemplo, obleas que luego se reducen de tamaño además a la geometría final deseada, o al convertir primero madera verde directamente a la geometría final deseada antes de la acetilación.

Por lo tanto, la presente invención comprende un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados caracterizados por un valor promedio en expansión de espesor que no excede 5% después de la sujeción a 25 ciclos ' de prueba húmedo-seco/congelación-descongelación como se describe en la Tabla II".

Alternativamente, el material compuesto que contiene elementos de madera acetilados se puede caracterizar por la retención de un valor promedio de al menos 90% de su módulo de elasticidad después de la sujeción a 25 ciclos de prueba húmedo-seco/congelación-descongelación como se describe en la Tabla II.

Adicionalmente en la alternativa, el material compuesto que contiene elementos de madera acetilados se puede caracterizar por la retención de un valor promedio de al menos 90% de su resistencia a la flexión después de la sujeción a 25 ciclos de prueba húmedo-seco/congelación-descongelación como se describe en la Tabla II.

Adicionalmente, el material compuesto que contiene elementos de madera acetilados se puede caracterizar por la retención de al menos 70% de su módulo de ruptura después de mojar por 48 horas en agua a temperatura ambiente.

El material compuesto que contiene elementos de madera acetilados también se puede caracterizar por tener dos o más de las propiedades de producto anterior.

La presente invención también comprende un proceso de dos etapas para la acetilación de elementos de madera en los cuales los elementos son (a) tratados con anhídrido acético en una temperatura de 30°C hasta 190°C en una presión de la. atmósfera a 15 barg (15.3 kg/cm2 g)para un máximo de 80 minutos y después de eso (b) calentados con un gas inerte que se puede mezclar con anhídrido acético o una mezcla de anhídrido acético y ácido .acético a una temperatura de 150°C hasta 190°C en una presión de 1 hasta 5 barg (1.02 a 5.1 kg/cm2 g) por un periodo de 5 hasta 300 minutos.

Las etapas (a) y (b) se pueden llevar a cabo fácilmente en un reactor a presión adecuado.

Preferiblemente, los elementos de madera antes de la acetilación se secan a un contenido de humedad de 2% hasta 10% en peso de agua por métodos convencionales.

Deseablemente, antes de la etapa (a) . un vacío se aplica a los elementos para remover gases residentes.

Después de la acetilación los elementos se pueden permitir convenientemente secar a presión atmosférica o secarse al vacío o ambos.

En la etapa (a) anhídrido acético en una temperatura de 60°C hasta 130°C se prefiere, en una presión de 8 hasta 12 barg (8.16 a 12.24 kg/cm2 g) por 5 hasta 20 minutos, mientras que en la etapa (b) se prefiere usar un gas inerte (por ejemplo, nitrógeno) en una temperatura de 130°C hasta 145°C por 2 hasta 4 horas. En esta etapa la presión en el reactor puede elevarse a 1 hasta 3 barg (1.02 a 3.06 kg/cm2 g) , y el gas inerte se vuelve completamente saturado con anhídrido acético y ácido acético.

En un ejemplo del proceso de la presente invención la astilla de madera (aprox. 40mm x 40mm x lOmm) derivada de abeto y que tiene un contenido de humedad de 4% - 10% en peso de agua se colocó en cestas de paredes de malla de alambre (para permitir el paso fácil de fluidos), y se coloca en un reactor de presión. Un vacio de -0.95 barg (0.97 kg/cm2 g) luego se aplicó a la astilla por 5 minutos. Después de eso, el fluido de acetilación pre-calentado (que comprende una mezcla de anhídrido acético 95% y ácido acético 5%) en 130°C se introdujo en el reactor que se presurizó a 10 barg (10.2 kg/cm2 g) por 10, minutos. El reactor se drenó luego y la astilla se expuso a gas de nitrógeno circulante calentado a 145°C por 60 minutos. Durante esta parte del proceso la presión en el reactor puede elevarse a 1 - 2 barg (1.02-2.04 kg/cm2 g) . Después de liberar la presión, la astilla acetilada se secó al vacío en -0.92 barg (-0.94 kg/cm2 g) y se enfrió por 5 hasta, 10 horas, típicamente 6 - 7 horas en total (esto es, secar y enfriar) . Los niveles de acetilación fueron del orden de, 20% contenido de grupo acetilo (medido por cromatografía líquida de alto desempeño/espectroscopia casi infrarroja) . ..

La astilla acetilada luego se despedazó hasta ser fibra al pasar a través de un desfibrador convencional, combinado con pMDI adhesivo (ver detalles abajo), y se convirtió a panel de material compuesto o tablón al aplicar presión y temperatura alta. Las muestras de este tablón junto con tablón hecho de fibras de madera de abeto no acetiladas se sometieron luego a el procedimiento de prueba húmedo-seco y congelado-descongelado (DIN EN 12467/12) descrito en la Tabla II.

Tabla II Después de 25 ciclos de húmedo-seco y congelado-descongelado de las pruebas el valor promedio de expansión de espesor del tablón de fibra acetilada fue 3% comparado con 27% para tablón que comprende fibra de madera no acetiláda, que demuestra fácilmente el valor superior del tablón hecho de astilla de madera acetiláda.

Las siguientes . tablas III hasta X además detallan el rendimiento superior de materiales compuestos (paneles) que comprenden elementos de madera acetilados de acuerdo con la presente invención.

Dos diferentes adhesivos se usaron para hacer los paneles. Estos fueron un adhesivo de fenol-formaldehido (PF, Hexion GmbH, designación: 'Bakelite® PF 1279 HW), y un diisocianato , de di-fenilmetano polimérico (pMDI, Bayer AG, designación: ' Desmodur® 1520 A20') . El último que es el adhesivo preferido.

Expansión de Espesor La medición con respecto a los siguientes paneles después de 24 horas sumergido en agua a temperatura ambiente.

Tabla III MDF - aglomerado de densidad me OSB - tablón de hebra orientado Notar la expansión de espesor mínima 1.2% hasta 2.2% que se presenta con relación a las muestras de panel que comprenden elementos de madera acetilados.

Las muestras de material compuesto adicionales A - F se hicieron de fibra de madera, astilla o hebras de acuerdo con los procesos de la presente invención, y convirtieron a aglomerado de densidad media y tablón de hebra orientado como se detalla en la Tabla IV abajo.

Tabla IV SYP - Pino amarillo del sur La siguiente tabla V muestra el efecto de cambios en el promedio de la expansión de espesor después de una prueba de 25 ciclos húmedo-seco/congelado-descongelado como se describe en la tabla II. Estos resultados además demuestran el efecto ventajoso en la expansión de espesor proporcionado por el uso de material acetilado.

Tabla V Módulos de ruptura y elasticidad La medición con respecto a los paneles MDF hechos fibra de abeto después de mojar por 48 horas en agua temperatura ambiente.

Tabla VI MOR - módulo de ruptura MOE - módulo de elasticidad Nota el efecto mínimo en MOR y MOE con respecto a paneles MDF hechos de elementos de madera aceti.lados cuando se usa adhesivo pMDI'.

Módulo de elasticidad y resistencia a la flexión Las siguientes tablas VII y VIII muestran el efecto de cambios de valor promedio de módulo de elasticidad y resistencia a la flexión respectivamente después de una prueba de 25 ciclos húmedo-seco/congelado-descongelado como se describe en la Tabla II.

Tabla VII Nota (i) la perdida mínima de módulo con respecto a muestras MDF acetiladas C, B y A comparadas con muestra no acetilada D, y (ii) una perdida mínima similar de módulo con respecto a muestra OSB acetilada E comparada con muestra no acetilada F.

Tabla VIII Nota (i) la pérdida mínima de fuerza con respecto a muestras DF acetiladas B, A y C comparado con muestra no acetilada D, y (ii) un incremento en fuerza con respecto a muestra OSB acetilada E comparado con. una pérdida en muestra no acetilada Adhesión de Superficie Otro beneficio de la presente invención es su efecto ventajoso en la adhesión de superficie de materiales compuestos que comprende elementos de madera acetilados, como se puede demostrar por una prueba simple. Cuando una longitud de cinta adhesiva de aluminio se aplica a la superficie de la muestra A, después de 25 ciclos de tensión seco-húmedo, virtualmente no se encuentran fibras para adherir a la cinta en su retirada. En el caso de la muestra B pocas fibras se adhieren a la cinta, pero en contrasté cuando la cinta se remueve de la muestra D casi 100% de la superficie de adhesivo se cubre por la fibra de madera no acetilada.

Las superficies de las muestras acetiladas también se encontraron para permanecer · suave después de humectar diferente a las superficies de muestras no acetiladas.

Degradación Biológica Los resultados reportados en las siguientes dos tablas IX y X demuestran¦ un efecto benéfico adicional de usar elementos de madera acetilados en la fabricación de productos de material compuesto, (panel) en proporcionar protección contra ataque por microorganismos.

Es bien conocido que madera expuesta a ciertos hongos y/o bacterias puede deteriorarse muy rápidamente, frecuentemente con considerable pérdida de peso y/o fuerza, que es una limitación seria en la explotación de productos de material compuesto. En estos experimentos los métodos de prueba conocidos se usaron en los cuales las muestras de tablón no acetilado y acetilado se enterraron parcialmente en lechos del suelo bajo temperatura controlada y condiciones de humedad. Examen posterior de las muestras para signos de deterioro luego se hicieron durante un periodo de hasta 72 meses.

Tabla IX Tabla X

Claims

NOVEDAD DE IA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como .propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados, caracterizado por un valor promedio en expansión de espesor que no excede 5% después de la sujeción a 25 ciclos húmedo-seco/congelado-descongelado como se describe en la Tabla II.

2. Un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados, caracterizado por la retención de un valor promedio de al menos 90% de su módulo de elasticidad después de la sujeción a 25 ciclos húmedo-seco/congelado-descongelado como se describe en la Tabla II.

3. Un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados, caracterizado por la retención de un valo.r promedio de al menos 90% de su resistencia a la flexión después de la sujeción a 25 ciclos húmedo-seco/congelado-seco como se describe en la Tabla II.

4. Un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados, caracterizado por la retención de al menos 70% de su módulo de ruptura después de mojar por 48 horas en agua a temperatura ambiente.

5. Un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados, caracterizado por tener dos o más de las propiedades de los productos de las reivindicaciones 1 hasta 4.

6. Un material compuesto de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el uso de adhesivo de diisocianato de di-fenilmetano polimérico.

7. El uso de diisocianato de di-fenilmetano polimérico como un adhesivo en la fabricación de un producto de madera de material compuesto que contiene elementos de madera acetilados.

8. Un proceso de dos etapas para la acetilación de elementos de madera caracterizado porque los elementos son (a) tratados con anhídrido acético en una temperatura de 30°C hasta 190°C en una presión desde la atmosférica a 15 barg (15.3 kg/cm2 g) para un. máximo de 80 minutos y después de eso (b) calentados con un gas inerte que se puede mezclar con anhídrido acético o una mezcla de anhídrido acético y ácido acético a una temperatura de 150°C has.ta 190°C en una presión de 1 hasta 5 barg (1.02 hasta 5.1 kg/cm2 g) por un periodo de 5 hasta 300 minutos.

9. Un proceso de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque los elementos de madera comprenden abeto o pino. ·

10. Un proceso de conformidad con las reivindicaciones 8 0 9 caracterizado porque los elementos de madera antes de la acetilación se secan a un contenido de humedad de 2% hasta 10% en peso de agua.

11. Un proceso de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 8 hasta 10 caracterizado porque antes de la etapa (a) un vacío se aplica a los elementos para remover gases residentes.

12. Un proceso de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 8 hasta 11, caracterizado porque la temperatura en la etapa (a) es 60°C hasta 130°C, la presión 8 hasta 12 barg (8.16 hasta 12.24 kg/cm2 g) y tiempo de 5 hasta 20 minutos.

13. Un proceso de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 8 hasta 12, caracterizado porque la temperatura en la etapa (b) es 130°C hasta 145°C, la presión 1 hasta 3 barg (1.02 hasta 3.06 kg/cm2 g) y el tiempo 2 hasta 4 horas.

14. Un proceso de conformidad con la reivindicación. 13, caracterizado porque la presión es 1 hasta 2 barg (1.02 a 2.04 kg/cm2 g) .

15. Un proceso de conformidad con una de cualesquiera de las reivindicaciones 8 hasta 14 caracterizado porque el gas inerte es nitrógeno.

16. Un proceso de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el nitrógeno está completamente saturado con anhídrido acético y ácido acético.

17. Un producto de madera de material compuesto, caracterizado porque contiene elementos de madera acetilados como en la presente antes de describir con referencia a los ejemplos anteriores.

18. Un proceso de dos etapas para la acetilación de elementos de madera como en la presente antes de describir con referencia a los ejemplos anteriores.