BR112012019630B1 - processo para a fabricação de um produto compósito de madeira a partir de elementos de madeira - Google Patents
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Abstract
PROCESSO PARA A ACETILAÇÃO DE ELEMENTOS DE MADEIRA. Um produto compósito de madeira contendo elementos de madeira acetilados caracterizado por um valor médio em inchamento em espessura não excedente de 5% após sujeição a 25 ciclos de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento como descrito na Tabela II. Caracterizações alternativas incluem módulo de elasticidade e ruptura e resistência ao curvamento. Um processo de dois estágios para a acetilação de elementos de madeira é também descrito.
Description
A invenção refere-se a folhas decorativas ou lisas e/ou moldes, em particular para aplicações em interiores ou exteriores em edifícios sendo prensadas uma ou multi camadas de núcleo sobrepostas feitas de elementos de madeira, partículas de madeira, fibras de madeira e/ou de fibras de celulose, onde os elementos de madeira foram acetilados, impregnados com uma resina sintética como aglutigante, termo-endurecidos e prensados. Por conveniência, estas folhas/moldes serão referidos como "compósitos"e, tipicamente incluem produtos de madeira fabricados tais como placa de fibra de média densidade, painel de tiras de madeira orientadas e painel de partícula, derivadas primariamente de matérias-primas de madeira macia tais como abeto ou pinheiro.
Um artigo compreendendo tal compósito pode ser utilizado para revestimento da fachada externa de edifícios, aplicações de tapume externo, aplicação estrutural na triagem e órtese, paredes, tetos e pisos, revestimentos para uma varanda ou de um painel de parapeito ou painel de avental, ou então para o revestimento interno de paredes ou móveis, ou de câmaras úmidas ou equipamento de laboratório.
A superfície do compósito pode ser lisa ou acabada com uma camada decorativa consistindo de um revestimento ou folha laminada.
A técnica anterior descreve folhas feitas a partir de aparas de madeira e de fibras de madeira com uma matriz de resinas sintéticas ou de cimento. As folhas são geralmente de densidade uniforme e não são geralmente adequadas para aplicações externas ou aplicações internas em condições úmidas. Nem são este tipo de folhas sem manutenção, e geralmente requerem pós-tratamento em todos os lados, devido à severa absorção de água através das bordas ou superfície. A absorção de água pode causar um severo inchaço, com um aumento das dimensões da folha, e uma perda substancial na resistência mecânica do material.
Estes materiais são também insatisfatórios em relação à resistência ao tempo. Observa-se que, no teste de capacidade ao tempo, a forte absorção de umidade e consequente inchaço perfiérico e separação do núcleo podem ocorrer após algumas semanas, e como resultado, fissuras da superfície podem ocorrer.
Folhas existentes também exibem pobre durabilidade, quando medidas pela sua resistência contra o ataque biológico, quando comparadas com folhas produzidas a partir de elementos de madeira acetilados.
É, portanto, um objeto da invenção proporcionar um compósito baseado em madeira que não exibe as desvantagens acima mencionadas, mas em vez irá mostrar um comportamento de inchamento favorável e reduzido sob o efeito da variação das condições climáticas.
Outro objeto da invenção é proporcionar um compósito baseado em madeira que tem um tempo de vida longo e seja durável, isto é, que não apodreça, decaia ou desintegre sob a influência do tempo ou do ataque biológico.
Ainda um outro objeto da invenção é proporcionar um compósito com base em madeira que, depois de ser imerso em água à temperatura ambiente e em equilíbrio com a mesma, por um período significativo de tempo, irá mostrar uma redução substancialmente menor em propriedades de resistência mecânica, tais como um módulo de ruptura e módulo de elasticidade, quando comparado com compósitos existentes. Por "período significativo de tempo" significa várias semanas ou meses.
Outro objeto da invenção é proporcionar um compósito a base de madeira que possui uma superfície lisa que permanece após a molhagem ou priming com substancialmente nenhuma das fibras ou elementos de madeira vindos soltos ou saindo da superfície. Isto permite que os revestimentos e tintas sejam mais eficientemente, e, assim, mais rentáveis, aplicados. Além disso, esta propriedade em combinação com a estabilidade dimensional melhorada resulta em uma vida de serviço substancialmente mais longa para o revestimento e, assim, menores custos de manutenção. Tipicamente, as fibras ou elementos de madeira podem sair da superfície do compósito por 1 a 2 mm, dando à superfície uma 'sensação cabeluda'.
Um outro objeto da invenção é o fornecimento de um processo para a produção de elementos de madeira acetilados como matéria-prima básica para produzir os compósitos à base de madeira de acordo com a invenção. Tipicamente, os elementos de madeira adequados para a acetilação de acordo com a presente invenção são descritos na tabela I abaixo: Tabela I:
Elementos de madeiraa adequadamente acetilados podem ser preparados ou por acetilação de elementos de geometria grande, por exemplo, favo de mel que são, em seguida, reduzidos em tamanho para a geometria final desejada, ou convertendo madeira verde diretamente para a geometria final desejada antes de acetilação.
Assim, a presente invenção compreende um produto compósito de madeira contendo elementos de madeira acetilados caracterizado por um valor médio em inchamento em espessura que não excede 5%, após sujeição a 25 ciclos de teste de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento como descrito na Tabela II.
Alternativamente, o compósito contendo elementos de madeira acetilados pode ser caracterizado pela retenção de um valor médio de pelo menos 90% do seu módulo de elasticidade após sujeição a 25 ciclos de teste de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento como descrito na Tabela II.
Além disso, na alternativa, o compósito contendo elementos de madeira acetilados pode ser caracterizado pela retenção de um valor médio de pelo menos 90% da sua resistência ao curvamento após sujeição a 25 ciclos de teste de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento como descrito na Tabela II.
Além disso, o compósito contendo elementos de madeira acetilados pode ser caracterizado por reter pelo menos 70% dos seus módulo de ruptura após imersão durante 48 horas em água à temperatura ambiente.
Os compósitos que contenham elementos de madeira acetilados também podem ser caracterizados por ter duas ou mais das propriedades do produto acima.
A presente invenção também compreende um processo de dois estágios para a acetilação dos elementos de madeira em que os elementos são (a) tratados com anidrido acético a uma temperatura de 30°C a 190°C a uma pressão de atmosférica de 15 105 Pa por até 80 minutos e depois (b) aquecidos com um gás inerte que pode ser misturado com anidrido acético ou uma mistura de anidrido acético e ácido acético a uma temperatura de 150°C a 190°C a uma pressão de 1 a 5 105 Pa por um periodo de 5 a 300 minutos.
Os estágios (a) e (b) podem ser facilmente realizados em um reator de pressão adequado.
De preferência, os elementos de madeira antes da acetilação são secos até um teor de umidade de 2% a 10% em peso de água por métodos convencionais.
Desejavelmente, antes do estágio (a) um vácuo é aplicado nos elementos para remover gases residentes.
Após acetilação os elementos podem ser convenientemente deixados secar à pressão atmosférica ou sob vácuo seco ou ambos.
No estágio (a) anidrido acético em uma temperatura de 60°C a 130°C é preferido, a uma pressão de 8 a 12 105 Pa, durante 5 a 20 minutos, enquanto que no estágio (b) é preferido usar um gás inerte (por exemplo, nitrogênio) a uma temperatura de 130°C a 145°C durante 2 a 4 horas. Neste estágio, a pressão no reator pode subir para 1-3 105 Pa, e do gás inerte se tornar totalmente saturado com anidrido acético e ácido acético.
Em um exemplo do processo da presente invenção uma lasca de madeira (aprox. 40mm x 40mm x lOmm) derivada do abeto e tendo um teor de umidade de 4%-10% em peso de água foi colocada em cestas de parede de malha de arame (para permitir que a passagem fácil de fluidos), e colocada em um reator de pressão. Um vácuo de -0, 95 105 Pa foi então aplicado à lasca durante 5 minutos. Posteriormente, o fluido de acetilação pré-aquecido (compreendendo de uma mistura de anidrido acético de 95% e ácido acético a 5%) a 130°C foi introduzido no reator que foi pressurizado a 10 105 Pa por 10 minutos. O reator foi então drenado e a lasca exposta a circulação de gás nitrogênio aquecido a 145°C por 60 minutos. Durante esta parte do processo, a pressão no reactor pode subir para 1-2 105 Pa. Depois de liberar a pressão a lasca acetilados foi seca sob vácuo a - 0,92 105 Pa e resfriada por 5 a 10 horas, tipicamente 6-7 horas no total (isto é, secagem e resfriamento). Niveis de acetilação eram da ordem de 20% do conteúdo do grupo acetil (medido por cromatografia liquida de alta performance/ espectroscopia no infravermelho próximo).
A lasca acetilada foi então quebrada em fibra ao passar através de um desfibrador convencional, combinado com adesivo de pMDI (ver detalhes abaixo), e convertido na chapa ou painel compósito através da aplicação de altas temperatura e pressão. Amostras desta chapa junto com a chapa feita a partir fibras de madeira de abeto não- acetiladas foram então sujeitas ao processo de teste de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento (DIN EN12467/12) 5 descrito na Tabela II. Tabela II
Após 25 ciclos de teste de molhagem-secagem e resfriamento-congelamento o valor médio de inchamento em espessura da chapa de fibra acetilada foi de 3% em comparação com 27% para a chapa compreendendo fibra de madeira não-acetilada, facilmente demonstrando o valor superior da chapa feita de lasca madeira acetilada.
As tabelas III a X a seguir ainda detalham o desempenho superior de compósitos (painéis) que compreendem 15 elementos de madeira acetilados de acordo com a presente invenção.
Dois adesivos diferentes foram usados para fazer os painéis. Estes eram um adesivo de fenol-formaldeido (PE, Hexion GmbH, designação: 'Bakelite® PE 1279 HW') e um polímero de diisocianato de di-fenilmetano (pMDI, Bayer AG, 5 designaçãoDesmodur ® 1520 A20'). Sendo este último o adesivo preferido.
Medido em relação aos seguintes painéis após 24 horas submersos em água à temperatura ambiente Tabela III
MDF - chapa de fibra de densidade média OSB - painel de tiras de madeira orientada
Observe a inchamento em espessura minima 1,2% a 2,2% ocorrem em relação às amostras de painel compreendendo 5 elementos de madeira acetilados.
Outras amostras de compósito A - F foram feitas a partir de fibras, lascas ou painéis de tiras de madeira de acordo com os processos da presente invenção, e convertidas em painel de tiras de madeira orientada e chapa de fibra de 10 media densidade como detalhado na Tabela IV abaixo. Tabela IV
SYP - pinho amarelo do sudeste
A tabela V a seguir mostra o efeito das mudanças na espessura média do inchamento após 25 ciclos de teste de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento como descrito na 5 tabela II. Estes resultados demonstram ainda o efeito vantajoso sobre inchamento em espessura proporcionado pelo uso de material acetilado. Tabela V
Módulos de ruptura e elasticidade
Medido em relação aos painéis de MDF feitos com fibras de abeto após imersão durante 48 horas em água à temperatura ambiente. Tabela VI
MOR - módulo de ruptura MOE - módulo de elasticidade
Observe o efeito minimo sobre o MOR e MOE em relação aos painéis de MDF feitos a partir dos elementos de madeira 5 acetilados quando se utiliza adesivo de pMDI. Módulo de elasticidade e resistência ao curvamento As tabelas VII e VIII a seguir mostram o efeito das mudanças do valor médio do módulo de elasticidade e resistência ao curvamento, respectivamente, após 25 ciclos de teste de molhagem-secagem/resfriamento-congelamento como descrito na Tabela II. Tabela VII
Observação: (i) perda mínima do módulo em relação as amostras de MDF acetiladas C, B e A, comparado com a amostra não-acetiladas D, e (ii) uma perda semelhante minima do módulo em relação a amostra de OSB acetilada E comparada com a amostra F não- acetilada. Tabela VIII
Observação: (i) a perda minima de resistência em relação as amostras de MDF acetiladas B, A e C comparadas com a amostra não-acetilada D, e (ii) um aumento na resistência em relação a amostra de OSB acetilada E em comparação com uma perda na amostra não- acetilada F.
Outro benefício da presente invenção é o seu efeito vantajoso sobre a superfície de aderência dos compósitos que compreendem elementos de madeira acetilados, como pode ser demonstrado por um teste simples. Quando um comprimento de fita adesiva de aluminio é aplicado à superfície da amostra A, seguindo 25 ciclos de estresse por molhagem- secagem, praticamente nenhuma fibra é encontrada para aderir a fita sobre a sua remoção. No caso da amostra B algumas fibras aderem à fita, mas, em contraste em que a fita é removida da amostra D quase 100% da superfície adesiva é coberta por uma fibra de madeira não-acetilados.
As superficies das amostras acetiladoas foram também reveladas permanecerem lisas depois de molhar ao contrário das superficies de amostras não-acetiladas.
Os resultados relatados nas duas tabelas IX e X a seguir demonstram um efeito ainda mais benéfico da utilização de elementos de madeira acetilados na fabricação de produtos compósitos (painel) ao proporcionar proteção contra o ataque por microrganismos.
É bem conhecido que a madeira exposta a certos fungos e/ou bactérias podem deteriorar-se muito rapidamente, muitas vezes com uma considerável perda de peso e/ou resistência, que é uma séria limitação na exploração dos produtos compósitos. Nestas experimentos métodos de teste conhecidos foram utilizados nas quais amostras de painéis não-acetilados e acetilados foram parcialmente enterrados em leitos de solo sob condições controladas de temperatura e condições de umidade. Exame posterior das amostras por sinais de deterioração foram, em seguida, feito ao longo de um periodo de até 72 meses. Tabela IX
Claims (11)
1. Processo para a fabricação de um produto compósito de madeira a partir de elementos de madeira caracterizado por compreender (a) tratar os elementos de madeira com anidrido acético a uma temperatura de 30°C a 190°C a uma pressão de atmosférica a 15 105 Pa por até 80 minutos e, seguidamente, (b) aquecer com um gás inerte a uma temperatura de 150°C a 190°C a uma pressão de 1 a 5 105 Pa por um periodo de 5 a 300 minutos para fazer elementos de madeira acetilados, e formar os elementos de madeira acetilados no produto compósito de madeira.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido gás inerte compreende anidrido acético ou uma mistura de anidrido acético e ácido acético.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de madeira compreendem abeto ou pinheiro.
4. Processo, de acordo com a reivindicações 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de madeira antes da acetilação são secos até um teor de umidade de 2% a 10% em peso de água.
5. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que antes da etapa (a) um vácuo é aplicado aos elementos para remover gases residentes.
6. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a temperatura no estágio (a) é de 60°C a 130°C, a pressão de 8 a 12 105 Pa e tempo de 5 a 20 minutos.
7. Processo, de acordo com a reivindicação 'll caracterizado pelo fato de que a temperatura no estágio (b) é de 130°C a 145°C, a pressão de 1 a 3 105 Pa e tempo de 2 a 4 horas.
8. Processo, de acordo com a reivindicação 'll caracterizado pelo fato de que a pressão é 1 a 2 105 Pa.
9. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o gás inerte é nitrogênio.
10. Processo, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o nitrogênio é totalmente saturado com anidrido acético e ácido acético.
11. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os elementos de madeira têm um comprimento de 1,0 a 75 mm, uma largura de 0,05 a 75 mm 15 e uma espessura de 0, 05 a 15 mm.
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