BRPI1100758A2 - tratamento de madeira de etapa única com creosato/borato - Google Patents
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Abstract
tratamento de madeira de etapa unica com creosato/borato . expõe-se um método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira. o método compreende as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende 1) um éster de c1-c6 monoalcanolamifla de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanolamina de ácido bórico) e ii) creosoto; e b) expor a madeira mergulhada proveniente da etapa a) a condições que causam a liberação de boro a partir do éster de c1-c6 monoalcaflolamifla de ácido bórico (éster de monoetanolamifla de ácido bó- rico) e que faz com que o boro migre para o interior da madeira.
Description
TRATAMENTO DE MADEIRA. DE ETAPA ÚNICA COM CREOSATO/BORATO Antecedentes da Invenção Os produtos de madeira têm sido utilizados como postes, dormentes e materiais de construção em uma ampla variedade de indústrias. Sem tratamento apropriado os produtos de madeira deterioram-se e são suscetíveis às intempéries, insetos (cupins, formigas de carpinteiro, e besouros), brocas marinhas (moluscos e crustáceos), bactérias e fungos (manchas, putrefação branca, putrefação mole e putrefação parda). É necessário o tratamento da madeira para prevenir estes problemas.
Os boratos constituem um inseticida de espectro amplo comumente usado no tratamento da madeira. Eles têm a vantagem de ser facilmente difundidos para o interior da m a d e i r a e de serem de ba i x a t o x i c i d a d e p a r: a o s ma m í £ e r o s . Entretanto, os boratos têm desvantagens pelo fato de serem suscetíveis à lixiviação c de não protegerem adequadamente contra os fungos de putrefação mole. Boratos exemplifica-tivos incluem octaborato de sódio, tetraborato de sódio, pentaborato de sódio, ácido bórico, tetraidrato de octaborato dissódico, ésteres de boro e ácido PBA-fenilborônico. O creosoto é outro produto químico comumente usado para o tratamento de madeira. Ele compreende mais de 300 compostos diferentes, a maior parte dos quais é compreendida por hidrocarbonetos aromáticos policíclicos. O creosoto é um biocida de espectro amplo e, diferentemente dos boratos, é capaz de proporcionar proteção contra fungos de putrefação mole. Não obstante, o creosoto é incapaz de penetrar no interior do cerne.
Desenvolveu-se um processo de tratamento de "invólucro" de dois estágios visando os problemas associados com o tratamento por boratos ou creosoto individualmente, A madeira é primeiramente mergulhada em uma solução de bo-rato e deixada solidificar durante cerca de seis semanas sob abrigo, permitindo assim ao borato espalhar-se por toda a madeira. Esta primeira etapa é seguida por tratamento com creosoto para formar um invólucro hidrófobo em torno da madeira. O invólucro de creosoto impede a lixiviação do borato e é ativo contra os fungos de putrefação mole. Desta forma, o tratamento de invólucro é altamente eficiente na redução e/ou prevenção de deterioração da madeira devido a microorganismos. Não obstante, o tratamento de invólucro também padece de sérios inconvenientes. Primeiro, ele requer o tratamento com borato por seis semanas para espalhar-se, o que é extremamente demorado e ineficiente. É necessário tempo adicional para a madeira secar de até várias semanas adicionais antes de o creosoto poder ser encapsulado. Finalmente, são necessários manuseio e equipamento extra para a realização do processo. DesLa forma, são urgentemente necessários novos métodos de aplicação do tratamento de invólucro que requeiram menos tempo e manipulação e que permitam o uso da madeira com um teor de umidade mais elevado. Sumário da Invenção Expõe-se neste contexto um processo de uma etapa para o tratamento de madeira com borato e creosoto. As experiências descritas neste contexto demonstram que tanto o creosoto quanto o boro penetraram nos dormentes tratados com o processo exposto de uma etapa. A penetração do creosoto parou no cerne e o boro espalhou-se além do cerne. A penetração do boro foi demonstrada de forma colorimétrica utilizando-se solução de curcumina e confirmada por Induced Coupled Plasma Emission Analysis. A penetração de boro nos dormentes tratados ocorreu em poucas horas e, desse modo, elimina a etapa de tratamento com borato de seis semanas. O processo dc uma etapa exposto também pode ser usado para tratar madeira com teor de umidade mais alto do que é compatível com. o processo de duas etapas anterior (Exemplos 7 e 8) .
Uma concretização da invenção consiste em um método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira. 0 método compreende as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i) um éster de Ci~C6 monoalcanolamina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanola-mina de ácido bórico) e ii) creosoto; e b) expor a madeira mergulhada proveniente da etapa a) a condições que causam a liberação de boro a partir do éster de Ci-Cê monoalcanolamina de ácido bórico (éster de monoetanolamina de ácido bórico) e que faz com que o boro migre para o interior da madeira .
Outra concretização da invenção consiste em um método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira. O método compreende as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i) um éster de Ci~C6 monoalcanolamina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanola-mina de ácido bórico) e ii) creosoto; b) impregnar por pressão a madeira mergulhada proveniente da etapa a) sob condições que causam a liberação de boro a partir do éster de Ci-Cg monoalcanola-mina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoe-tanolamína de ácido bórico) e que faz com que o boro migre para o interior da madeira.
Outra concretização da invenção é um método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira. 0 método compreende as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i) um éster de Ci-Cg monoalcanolamina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanola-itiina de ácido bórico) e ii) creosoto; e b) expor a madeira mergulhada a uma temperatura situada entre 71,5-115,5°C (160-240°F) e uma pressão de 7,8-11,9 atm (100-160 libras por polegada quadrada (psi)) (preferentemente 87,8-98,9°C (190-210°F) e uma pressão de 9,8-11,9 atm (130-160 psi) . A duração da exposição é de pelo menos dez minutos. Alternativamente, a duração da exposição varia de dez minutos a dez horas. Ainda em outra alternativa, a duração da exposição varia de 20 minutos até 5 ho- ras .
Outra concretização da invenção consiste em uma solução que compreende: 1) entre 3% p/p até 10% p/p de um óstcr de Ci-Cs monoalcanolamina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanolamina de ácido bórico); e 2) entre 90% p/p e 97% p/p de creosoto.
Ainda outra concretização da invenção consiste em madeira revestida com ou mergulhada em uma solução que compreende: 1) entre 3% p/p até 10% p/p de um éster de Ci-Cg monoalcanolamina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanolamina de ácido bórico); e 2) entre 90% p/p e 97% p/p de creosoto.
Descrição Breve das Figuras A Figura 1 é um esquema que mostra a pressão em libras por polegada quadrada ou vácuo em polegadas de mercúrio que são usados no Ciclo Ruepig versus tempo. A Figura 2 é um esquema que mostra a pressão em libras por polegada quadrada ou vácuo em polegadas de mercúrio que são usados no Ciclo de Lowry versus tempo. A Figura 3 é um gráfico de barras que mostra o efeito do aumento da concentração de borato de monoetilami-na na solução de tratamento em percentagem na Retenção de B2O3 em carvalho em pcf (partes por pé cúbico).
Descrição Detalhada da Invenção A invenção consiste em um processo de uma etapa para tratar madeira para prevenir ou reduzir a sua decomposição por insetos ou microbíana. A madeira é revestida ou mergulhada em uma solução de tratamento que compreende um C] — Cg monoalcanolamina éster de ácido bórico (por exemplo, monoetanolamina éster de ácido bórico) e creosoto. A madeira revestida ou mergulhada é então exposta a condições que são adequadas para causar a liberação de boro a partir do éster de boratc e fazer com que o boro liberado migre para o interior da madeira. O creosoto é um destilado obtido a partir de alcatrões produzidos pela carbonização de carvão betuminoso e é uma mistura de mais de trezentos produtos químicos, tais como hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs), fenol e cresóis criados por tratamento sob alta temperatura de carvão. O creosoto é comumente utilizado como um biocida para revestir madeira e protegê-la dos fungos de putrefação mole e para impedir a lixiviação de boro do seu interior.
Um C 2 — C 6 monoalcanolamina éster de ácido bórico pode ser um mono éster de ácido bórico, um diéster de ácido bórico, um triéster de ácido bórico ou uma mistura de dois ou mais dos precedentes. Preferentemente, o C2-C6 monoalcanolamina éster é um monoetanolamina éster de ácido bórico. 0 C2-Cè monoalcanolamina éster de ácido bórico é também referido neste contexto como um "Éster de Borato" e inclui qualquer do mono, di ou tri csteres e/ou suas misturas. O monoetanolamina éster de ácido bórico é preferido e é referido neste contexto como o "ME Éster". O C9-C6 monoalcanolamina éster (por exemplo, um monoetanolamina éster de ácido bórico) é preparado pela mistura de C2-Ce monoalcanolamina (por exemplo, monoetanolamina) em uma solução aquosa de ácido bórico e deixando que o C2-C6 monoalcanolamína (por exemplo, monoetanolamina) reaja com o ácido bórico. A concentração de C2-C6 monoalcanolamina (por e-xemplo, monoetanolamina) na mistura de reação é 23-43% p/p; a concentração de água na mistura de reação é 7-27% p/p; e a concentração de ácido bórico na mistura de reação é 40-60% p/p. Alternativamente, a concentração de C2-Cg monoalcanolamina (por exemplo, monoetanolamina) na mistura de reação é 28-38% p/p; a concentração de água na mistura de reação é 12-22% p/p; e a concentração de ácido bórico na mistura de reação é 45-55% p/p. Ainda em outra alternativa, a concentração de C2~C6 monoalcanolamina (por exemplo, monoetanolamina) na mistura de reação é 31-35% p/p; a concentração de água na mistura de reação é 15-19% p/p; e a concentração de ácido bórico na mistura de reação é 48-52% p/p. A quantidade de C2-C6 monoalcanolamina (por exemplo, monoetanolamina) na mistura de reação em relação ao ácido bórico pode ser ajustada para cima, resultando em quantidades maiores de di e triéster; ou para baixo, resultando em quantidades menores de di e triéster. Uma vez que a reação é e-xotérmica, a reação de esterificação do ácido bórico é pre-ferentemente realizada com refrigeração. Pelo fato de que a água está preferencialmente substancialmente ausente da solução de tratamento usada na etapa de impregnação por pressão, é vantajoso evaporar a maior parte possível dessa água a partir do calor que é gerado pela exotermia que o-corre durante a reação de esterificação. O produto de reação da C2-C6 alcanolamina (por exemplo, uma etanolamina) é então mesclado com creosoto para formar a solução de tratamento para a impregnação por pressão. A temperatura desta etapa de mistura não é de maior importância, não obstante, a temperatura é tipicamente elevada a fim de diminuir a viscosidade do creosoto e facilitar assim a mistura e para remover qualquer água remanescente presente na solução de éster de borato. Como tal, a temperatura e período de tempo durante o qual a temperatura elevada é mantida são ajustados de forma que a mistura é mesclada horaogeneamente e substancialmente toda a água foi removida através de evaporação (por exemplo, mais do que 95%, 98% ou 99% p/p isento de água) . Temperaturas entre 71,1-93,3°C (160-200°F) são comumente usadas. A concentração final do éster de borato na solução de tratamento varia de 10-3% p/p; e a concentração final de creosoto na solução de tratamento varia em 90-97% p/p. Alternativamente, a concentração final de éster de borato na solução de tratamento é de 5-3% p/p; e a concentração final de creosoto na solução de tratamento varia em 95-97% p/p.
Para realizar os processos expostos, a madeira quo está sendo tratada para reduzir a decomposição por insetos e/ou microbiana é mergulhada na solução de tratamento e submetida a condições que fazem com que o boro seja liberado do éster de borato e migre para o interior da madeira. A transferência do boro a partir do creosoto para a madeira é como boro elementar que reage rapi damente para formar o ácido bórico equivalente (B203) encontrado nos textos da AWPA. Este produto químico é trocado para trás e para di- ante quando o material entra na madeira. 0 boro move-se a partir da solução em resposta ao teor de umidade mais elevado no núcleo da madeira e a carga mais alta associada com o cerne. Ele movimenta-se principalmente como B203, mas reage rapidamente com os numerosos açúcares, taninos, ácidos e produtos químicos naturais resistentes à decomposição, tais como os Tropolonos e Stilbenos para formar numerosos complexos.
Uma grande vantagem do processo exposto consiste no fato de que as condições comumente usadas no processo de duas etapas anterior para tratar madeira somente com creosoto podem ser usadas no processo de uma etapa exposto. Por exemplo, a impregnação por pressão, um processo comumente usado para revestir madeira com creosoto no processo de duas etapas anterior, é adequada para o uso no processo de uma etapa exposto. Considerando-se que a impregnação por pressão é usada no processo de duas etapas anterior para aplicar um revestimento invólucro de creosoto a uma madeira que está sendo tratada, no processo de uma etapa exposto, a impregnação por pressão é utilizada tanto para a-plicar o revestimento invólucro de creosoto, quanto para fazer com que o éster de borato se decomponha e libere boro e para fazer com que o boro liberado migre para o interior da madeira. A impregnação por pressão refere-se a submeter a madeira que é mergulhada na solução de tratamento a temperatura e pressão elevadas durante um período de tempo suficiente para conseguir a liberação de boro e migração do bo- ro liberado pelo interior da madeira para conseguir dessa maneira uma concentração suficiente de boro para reduzir a degradação por insetos e microbiana. Concentrações de boro adequadas no interior da madeira são pelo menos 0,80 quilo-gramas por metro cúbico (kg/m3) (0,05 libras por pé cúbico (pcf)) e preferentemente pelo menos 1,76 kg/m3 (0,11 pcf). A temperatura e pressão precisas podem variar de acordo com a espessura e tipo de madeira e extensão do tempo de tratamento. A pessoa versada na técnica saberá determinar os parâmetros adequados para conseguir uma concentração e distribuição adequadas de boro pela monitoração da migração do boro através do interior da madeira, por exemplo, por absorção atômica e triagem por plasma de argônio acoplado in-dutivamente pode ser conseguida, por exemplo, mediante utilização de coloração de boro por AWPA para confirmar a presença ou ausência de boro em uma madeira como um mecanismo de triagem rápida (AWPA A3-08-17, 2010) e ajuste dos parâmetros correspondentemente. As condições comumente usadas para a impregnação por pressão incluem uma pressão entre 7,8-11,88 atm (100-160 psi) e uma temperatura entre 71,1-115,5°C (160-240°F) . Condições alternativas incluem uma pressão entre 9,85-11,58 atm (130-160 psi) e uma temperatura entre 87,8-98,8°C (190-210°F) . O tempo de tratamento é pelo menos 10 minutos, 10 minutos até 10 horas ou 20 minutos até cinco horas. A impregnação por pressão é realizada em um vaso de pressão. Os vasos de pressão exemplificativos incluem retortas cilíndricas que têm de 1,52 m até 2,44 m (5' até 8' ) de diâmetro e com comprimentos de até 61 m {200') que permitem a aplicação uniforme de temperatura, ar e pressão de fluido e vácuo. Eles consistem de um longo tubo cilíndrico, certificado como um vaso de pressão que pode manipular pressões de pelo menos 18,0 atra (250 psi), portas devem ser classificadas para a mesma pressão para permitir a entrada e salda da madeira. A madeira é colocada dentro da retorta em pequenos vagões ferroviários ou elétricos. Utiliza-se um tanque de solução operacional para preencher o cilindro com a madeira presente sob várias condições de pressão e temperatura. A retorta mantém a madeira mergulhada na solução de tratamento escolhida e permite o controle de pressão através de bombas de fluido e compressores de ar, temperatura com serpentinas permutadoras de calor e vácuo com bombas de anel liquido. Estes sistemas sâo projetados para darem condições uniformes através do volume da retorta de forma que todas as áreas da madeira sejam submetidas a iguais condições de temperatura e pressão. Os vasos de pressão encontram-se disponíveis comercialmente a partir de qualquer grande instalação de fabricação de aço. As regulamentações para o seu projeto variam de estado para estado e de pais para pais.
Em seguida à impregnação por pressão, a madeira é separada da solução de tratamento. Quando o processo é realizado em um vaso de pressão, este á realizado tipicamente por liberação da pressão e bombeamento da solução de tratamento para fora do vaso dc pressão. Não obstante, qualquer outro meio adequado para separar um sólido de um liquido poderá ser uLilizado, incluindo filtragem ou centrífugação.
De acordo com uma concretização, o cilindro é pressurizado com ar antes de ser preenchido com a solução de tratamento. Esta etapa é referida neste contexto de "Pressurização de Pré-tratamento". As pressões adequadas variam desde a pressão atmosférica até 6,103 atm (75 psi)-Alternativamente, a pressão varia desde 0-2,70 atm (0-25 psi). A pressurização de pré-tratamento tipicamente demora de 10 minutos até 10 horas. Alternativamente, a pressurização de pré-tratamento demora de 10 minutos até 3 horas. De acordo com outra alternativa, a pressurização de pré-tratamento dura desde 20 minutos até uma hora. Em seguida à pressurização de pré-tratamento, a pressão é mantida enquanto a madeira é mergulhada na solução de tratamento para impregnação por pressão.
Em seguida à impregnação por pressão e separação da madeira a partir da solução de tratamento, a madeira pode ser submetida a um banho de expansão. Um banho de expansão é usado para reduzir ao mínimo a lixiviação e sangria depois de tratamento e para remover o preservativo excedente da superfície da madeira. A lixiviação refere-se à precipitação do preservativo na superfície da madeira de onde ele é muitas vezes transportado na chuva/neve para fora da madeira. A sangria refere-se ao movimento do preservativo resultante da mudança do teor de umidade (centros úmidos), que movimenta fisicamente o preservativo para a superfície do material. Submeter a madeira a um banho de expansão refere-se a mergulhar a madeira em um óleo de tem- peratura mais alta e submeter o óleo e a madeira mergulhada a temperaturas elevadas, tipicamente uma temperatura mais alta do que aquela que foi usada para a impregnação por pressão, tipicamente cerca de 10-40°C mais alta; alternati-vamente de 10-20°C mais alta. Temperaturas do 104,5-121,1°C (220-250°F) são comumente usadas, alternativamente de 104,5-110°C (220-230°F) . A duração de exposição é pelo menos de 30 minutos, alternativamente a partir de 0,5 até cinco horas. Em outra alternativa, a duração varia de uma até duas horas. Exemplos de óleos de alta temperatura adequados incluem os óleos usados em uma impregnação por pressão. Por exemplo, a mistura de óleos usados para a impregnação por pressão pode ser convenientemente usada para a expansão pela ajustagem da temperatura para cima. Quando o tratamento do banho de expansão é concluído, o óleo é separado da madeira. Quando o processo é realizado em um cilindro de pressão, o óleo é tipicamente bombeado para fora do aparelho. Também podem ser utilizados outros métodos de separação adequados, por exemplo, filtragem. A separação do óleo em relação à madeira é considerada neste contexto como sendo parte do banho de expansão. O tratamento do banho de expansão e separação do óleo a partir da madeira tratada é seguida tipicamente por tratamento a vácuo para remover o liquido residual. O vácuo final é realizado sob pelo menos 101,4 centímetros de mercúrio (10 polegadas de mercúrio) e tipicamente entre 114,1 e 177,6 cm (15 e 40 polegadas), mais comumente entre 126,8 e 147,12 cm (20 e 28 polegadas) de mercúrio. A dura- ção do tratamento de vácuo é de pelo menos 15 minutos, alternativamente de 0,5 até dez horas e em outra alternativa desde 0,5 até cinco horas e em outra alternativa desde 0,5 até duas horas. O Processo Lowry e Processo Ruepig são amplamente conhecidos na técnica para aplicar um revestimento invólucro de creosoto à madeira. Os dois processos são adequados para o processo de tratamento de madeira de uma etapa exposto para impregnar madeira com boro e revestir por envolvimento a madeira com creosoto. As condições de pressão e vácuo utilizadas para estes dois processos estão ilustradas esquematicamente nas Figuras 1 e 2. O Processo Lowry e o Processo Ruepig estão descritos mais plenamente na AWPA (AWPA Tl-10, 2010). 0 processo de duas etapas anterior requer o uso de madeira que está seca, ou seja, tem um teor de umidade entre 20-40% p/p. Uma vez que o teor de umidade da maior parte da madeiras é maior do que 20-40% p/p, uma etapa de secagem é freqüentemente necessária antes de o processo de duas etapas anterior poder ser empregado. A umidade pode ser removida da madeira, por exemplo, mergulhando-se a madeira em óleo sob temperatura elevada sob vácuo, por exemplo, em torno de 82°C sob 136,96 cm de Hg (180°F sob 24 polegadas de Hg) . Embora o processo descrito possa tratar facilmente madeira "seca", uma vantagem do processo de uma etapa exposto comparado com o processo de duas etapas anterior é que a madeira não precisa estar rigorosamente seca para poder ser tratada pelo processo de uma etapa exposto.
Especificamente, o processo exposto também pode ser usado para tratar madeira que está "semi seca" (ou seia, um teor de umidade situado entre 40-70% p/p) e "molhada" (ou seja, um teor de umidade superior a 70% p/p) . Além disso, o processo exposto não fica limitado a qualquer tipo particular de madeira. Exemplos de madeira que pode ser usada no processo exposto incluem, sendo que não se fica limitado aos mesmos, Pinheiro (por exemplo, Red Pine, Jack Pine, Southern Yellow Pine, Pinho Lodgepole), Abeto (por exemplo, Douglas Fir), Cedro Vermelho Ocidental, Pinheiro, Cicuta Oriental e Ocidental e madeiras duras . (por exemplo, Carvalho) . A madeira está comumente na forma de um barrote quando tratada de acordo com o processo exposto. Um barrote é a seção quadrada da prancha que se segue após a remoção da casca externa. A invenção encontra-se ilustrada por meio dos e-xemplos seguintes que não pretendem ser límitativos em hipótese alguma.
EXEMPLTFICAÇÃO
Exemplo 1 - Preparação de uma Solução de Borato/Creosoto Todas as fontes de boro usadas foram compatíveis com AWPA 2010 e expressas como Equivalente de Ácido Bórico (BAE) que é B0O3. 0 objetivo foi determinar se Tim-Bor (tetraidrato de octaborato dissódico ou D.O.T.) podia ser dissolvido em creosoto, ou um co-solvente que poderia ser então adicionado ao creosoto.
Tratamentos: Éster de Borato de Monoetanolamina Monoetanolamina (não ésLer) creosoto bíodiesel Controle: água Repetições: Cada tratamento foi repetido três vezes.
Adicionaram-se dez gramas de Tim-Bor a balões de vidro de fundo redondo que continham 100 ml de cada tratamento. Os balões de vidro foram então fixados a um evapo-rador rotativo (Büchi R-124) durante 1 hora sob 60 rpm e uma temperatura de 80°C.
Todos os resultados foram de natureza qualitativa, tivesse o Tim-Bor sido dissolvido ou não no tratamento. A base disto foi, se a solução estava isenta de grumos ou névoas, então o Tim-Bor foi considerado como estando dissolvido. Os balões de vidro foram então capeados e deixados esfriar durante 24 horas tempo esse em que a solução foi checada para garantir que o Tim-Bor permaneceu dissolvido no solvente. O único tratamento para dissolver o Tim-Bor foi o éster de borato de monoetanolamina. Através de teste adicional determinou-se que foi possivel dissolver-se até 40g do Tim-Bor em 100 ml de éster de borato de monoetanolamina (MBE) utilizando-se o método do evaporador rotativo descrito anteriormente.
Exemplo 2 — Efeito de Variação das Quantidades e Tipos de Preservativos de Borato Adicionados ao Creosoto na Difusão do Borato Dentro da Madeira Tratada com o Processo de um Estágio Exposto O objetivo foi examinar o efeito das quantidades variáveis e tipos de preservativos de borato adicionados ao creosoto na difusão do borato dentro da madeira tratada com um estágio de creosoto/borato em uma instalação de tratamento de madeira mini-piloto.
Tratamentos: 1% Tim-Bor 1% Tim-Bor/éster de borato de monoetanolamina 1% éster de borato de monoetanolamina 5% Tim-Bor 5% Tim-Bor/éster de borato de monoetanolamina 5% éster de borato de monoetanolamina Controle: 100% creosoto Cortaram-se vinte e oito estacas de madeira dura medindo 5 cm x 5 cm x 30 cm (2in X 2in X 12in) cada uma. Foram necessários 2 1 de cada mistura de tratamento preservativo por carga na instalação de tratamento de madeira mini-piloto (Canadian Erectors Manufacturing Ltd.). As estacas de madeira foram tratadas utilizando-se o processo Lo-wry com um aquecedor de serpentina de vapor operando a 82,5°C (180°F) durante o banho e ciclo de pressão inicial.
Cada carga demorou aproximadamente 6 horas. Em seguida a cada carga, 2 das estacas foram embrulhadas em envoltório de plástico e 2 estacas foram deixadas desembrulhadas. Todas as estacas foram colocadas em armazenamento em uma caixa coberta em um edifício sem aquecimento. As estacas foram testadas quanto a difusão de borato em 3 e 6 semanas utilizando-se o método AWPA A3-08 (Método para determinar a penetração de preservativos que contêm boro e retardadores de fogo). No final de cada período de amostragem, cortou-se ao meio uma estaca embrulhada e uma estaca desembrulhada provenientes de cada tratamento e a borda cortada foi pulverizada com a solução indicadora para se determinar a difusão de borato.
Depois de 3 semanas de armazenamento as estacas foram testadas quanto à difusão de boro. Em seguida à a-plicação das soluções indicadoras (método AWPA A3-08), com a exceção do controle, observou-se que cada amostra mudou para uma cor laranja/vermelho, o que indicou que o borato espalhou-se pela madeira. As estacas foram testadas novamente durante 6 semanas com os mesmos resultados de difusão . 0 teste das soluções indicadoras mostrou que Nem a intensidade de cor nem a profundidade da difusão do boro diferiram entre os tratamentos de 5% Tim-Bor/MBE e de 5% de MBE. Os resultados de ICP indicaram somente um leve aumento na concentração de B na madeira tratada. A concentração de ácido bórico na monoetanolamina foi aumentada para avaliar se podería ser alcançado o mesmo BAE (equivalente de ácido bórico) na madeira tratada. Com efeito, provou-se ser possível aumentar a concentração do ácido bórico no MBE de 30% para 52%.
Foi necessário um estabilizador para impedir o boro de sair da solução. Para adotar tecnologias ambientalmente mais sensíveis, escolheu-se o biodiesel como estabilizador. O biodiesel já está sendo usado como um componente do óleo carreador dentro do sistema de tratamento de madeiras baseado em óleo e, portanto, o seu uso não irá requerer quaisquer ampliações nos equipamentos. A supressão de odor é um. beneficio colateral deste projeto.
Exemplo 3 — Quantidade de Estabilizador Requerida para Impedir o Escapamento de Boro da Solução Realizaram-se experiências com a finalidade de se determinar a quantidade mínima de estabilizador, na forma de biodiesel, que precisa ser adicionada ao MBE altamente concentrado (52% ácido bórico) para impedir o boro de escapar da solução e de formar depósitos.
Tratamentos: 50% éster de borato de monoetano.1 amina/50% de biodiesel 75% éster de borato de monoetanoiamina/25% de bi- odíesel 85% éster de borato de monoetanolamina/15% de biodiesel 90% éster de borato de monoetanolamina/10% de bi- odiese1 Controle: 100% éster de borato de monoetanolamina (52%) Cada um de quinze recipientes de metal de 3,8 1 foi semi preenchido com o tratamento ou controle apropriado. 0 conteúdo foi submetido a agitação e deixou-se a solução revestir os lados dos recipientes. Isto foi para i-mitar a manipulação dos tambores antes do transporte e armazenamento. Deixaram-se então os recipientes em repouso durante um período de um mês. 0 conteúdo dos recipientes foi verificado semanalmente fizeram-se observações quanto à ocorrência de depósitos de boro.
Depois de 1 mês, todos os recipientes de metal que continham misturas de ΜΒΞ/biodiesel não apresentaram quaisquer depósitos de boro. Determinou-se então que o bi-odiesel era um estabilizador efetivo para o MBE concentrado .
Um aspecto adicional que se tornou evidente em conseqüência da adição de biodiesel ao MBE concentrado foi a diminuição da viscosidade da mistura em comparação com o éster isoladamente. O MBE concentrado é muito viscoso e pode ser difícil de trabalhar no campo. Foi determinado mediante levantamento por parte dos funcionários que a mistura 85% MRE/15% biodiesel foi a mais desejável para facilidade de manipulação e desempenho no que se refere ao e~ quipamento (ou seja, número reduzido e dimensão de emulsões que entupiram as linhas de equipamento). 0 biodiesel é a~ dicionado ao MBE concentrado pelo fabricante antes do embarque e, portanto, não acrescenta uma etapa adicional ao procedimento no nível da instalação de tratamento de madeira. Embora os inventores não tenham experimentado ao nível de produção plena, eles vão ao ponto de 69% de ácido bórico com 10% de biodiesel.
Exemplo 4 — Teste de Eficácia da Madeira Tratada por meio do Processo Exposto Consideradas as restrições de tempo as soluções de tratamento propostas foram submetidas ao teste pelo teste de fungos ASTM em placas de Petri. Isto permite a determinação mais rápida da eficácia nas condições de cresci- mento ideais para os fungos em apreço. Realizaram-se então testes de placa de agar utilizando-se as culturas de fungos de teste especificadas naquelas soluções de MBE selecionadas para a distribuição do boro. As culturas certificadas foram obtidas a partir da American Type Culture Collection (ATTC) e propagadas conforme instruções das folhas de informação do: Irpex lacteus: ATTC número 11245, meio de levedura Difco 0712 (ATTC meio n°. 200) Neolentius lepideus: ATTC número 12653, YM agar Difco 0712 (ATTC meio n°. 200) Postia poria: ATTC número 11538, YM agar Difco 0712 (ATTC meio n°. 200) Pleurotus ostreatus: ATTC número 32237, YM agar Difco 0712 (ATTC meio n°. 200) Trametes versicolor: ATTC número 42462, Hagem1s-Modess meio (ATTC meio n°. 479) Gleo&phyllum trabeum: ATTC número 11539, batata-dextrose-ágar (Potato Dextrose Agar) com 0,5% de extrato de levedura (AT C C me i o n ° . 3 37) Cada placa foi então inoculada em urn ambiente estéril induzido por chama com uma colônia de fungos em bucha de agar de 5 mm diâmetro, daqueles fungos listados (Hill and Stratton, 1991). Subsequentemente as placas receberam aplicação de superfície, em vez de um método de incorporação, de 0,5 ml e 1 ml das novas soluções provenientes do fornecedor sob concentrações de 5 e 8%, creosoto com as misturas de 5 e 8% e controles somente com a colônia de fungos. Isto foi realizado em consonância com a técnica de agar envenenado usada por Stratton, cm 1989 e modificada por Hill and Stratton em 1991. As placas foram incubadas durante 14 dias a 30°C, sendo que a presença ou ausência de crescimento de fungos foi observada e medida a 30°C.
Os resultados do teste na placa de agar estão i-lustrados nas Tabelas 1 e 2. A preocupação principal foi com a eficácia de boro e o agar usado representa o meio i-deal para o crescimento de fungos em um ambiente mais hospitaleiro do que qualquer um encontrado na natureza. O Crescimento de fungos foi completamente inibido em todas as concentrações e adições dos ésteres de boro e misturas propostas. Algumas das placas exibiram contaminação transversa mínima das colônias bacterianas na adição de 0,5 ml. As manchas estavam presentes aleatoriamente, sobre a superfície das placas nas duas intensidades de ésteres de boro. O crescimento não foi relacionado com a colônia fúngica. Os controles exibiram uma cobertura completa da placa.
Tabela 1. Teste de Placas de Agar com soluções de MBE e misturas de MBE/creosoto e soluções a 5 e 8% e misturas com creosoto com controles - 1 ml.
Fungos Repetições Controle Misturas MBE mistura MBE/Creo 5% 8% 5% 8% 11245 7 FPG
NG NG NG NG
12653 7 FPG
NG NG NG NG
11538 7 FPG
NG NG NG NG 32237 7 95% NG NG NG NG
42462 7 FPG
NG NG NG NG
11539 7 FPG
NG NG NG NG • FPG - Crescimento pleno de Fungos em Placa de Agar • NG - Nenhum Crescimento de Fungos em Placa de Agar Tabela 2. Teste em Placa de Agar com soluções de MBE e misturas de MBE/creosoto e soluções a 5 e 8% e misturas com creosoto com controles - 0,5 ml.
Fungos Repetições Controle Mist. Éster Boro Mistura Éster Boro/Creo c <2- og, tro. o o. •J o O "o 3¾ Oo 11245 7 FPG
NG NG NG NG
12653 7 FPG
NG NG NG NG
11538 7 FPG
NG NG NG NG 32237 7 95% NG NG NG NG
42462 7 FPG
NG NG NG NG
11539 7 FPG
NG NG NG NG
Exemplo 5 — Cultura em Bloco de Solo de Madeira Tratada Com o Processo de Uma Etapa Exposto Testaram-se blocos (14-19 mm) de madeira dura sob várias retenções de MBE/Creosoto em uma série de retenções de 5 etapas. Isto permitiu a exposição dos blocos tratados às espécies de fungos destrutivos reconhecidas salientadas anteriormente. Estes blocos foram expostos durante Períodos de até 16 semanas sob 25-27°C e 65-75% de umidade relativa. A eficácia foi avaliada como perda de massa em cada bloco. Este método encontra-se exposto em E10-09 nos padrões AWPA 2010.
Os resultados mostraram perda de massa muito reduzida com as misturas de MBE e creosoto variáveis entre 2% até 10%. Os blocos retiveram a maior parte dos seus pesos pré-exposição conforme ilustrados na Tabela 3. São de se esperar perdas provenientes da volatilização do creosoto e estas percentagens de perda são esperadas.
Tabela 3. Perda de massa de blocos de solo quando submetidos a AWPA E10-09.
Fungos Repetições Controle Misturas de éster de boro/creosoto ( perda de massa) % perda de massa 2% 4% 6% 8% 10% 11245 7 60 7 4 6 4 4 12653 7 40 8 8 8 8 2 11538 7 40 6 6 5 6 5 32237 7 50 109 4 7 2 42462 7 60 6 8 6 4 4 11539 7 50 4 3 4 4 4 Exemplo 6 — Adições de MBE Não Afetam Materialmente As Pro- priedades Do Creosoto Solução Realizaram-se experiências para determinar que as adições de MBE não afetaram materialmente as propriedades da solução de creosoto de acordo com a especificação Pl- P13-09 e P2-09 da AWPA 2010. A Tabela 4 mostra a comparação de uma mistura a 10% que é a concentração mais alta já usada com creosoto.
Tabela 4. Padrão P2-09 para Solução de Creosoto Composição Preservativa & Phys. Chem. Requisitos de novo material e material em uso na solução de tratamento Composição: O material deverá ser um produto de alcatrão mineral puro derivado totalmente de alcatrão produzido por carbonização de carvão betuminoso. Ele pode ser seja um destilado de alcatrão mineral ou uma solução de alcatrão mineral em destilado de alcatrão mineral Exemplo 7 - Otimização da Penetração de Boro e Retenção U-tilizando-se o Processo de Tratamento de Creosoto-Boro de Uma Etapa Exposto A fim de otimizar a penetração e retenção de boro durante o processo de tratamento de creosoto-borato de uma etapa, fizeram-se variar os parâmetros operacionais para determinar os seus efeitos na adição a percentagens variáveis de MBE. Os parâmetros testados foram tempo de Boulto-nização e extensão do ciclo de pressão. 0 efeito dos tempos de preaquec.im.ento variáveis teve pouco ou nenhum efeito nas retenções de B2O3 dentro da madeira sugerindo que foi suficiente um tempo de preaquecimento minimo de 4 horas para a retenção de borato. Os tempos de pressão foram variados de 5 até 120 minutos; não obstante, não houve efeito aparente nas retenções de borato, indicando que a difusão dc borato ocorre rapidamente dentro dos estágios iniciais do ciclo de tratamento e é predominantemente influenciada pela temperatura. O teor de umidade aperfeiçoou a velocidade de difusão, permitindo que as cargas molhadas fossem tratadas facilmente. Todos os dados na Tabela 5 foram em escala plena. A percentagem de MBE dentro da solução de tratamento parece ter um efeito linear na retenção de borato dentro tanto de MHW quanto de Carvalho. Não obstante, os dados de retenção de MHW e de Carvalho mostraram uma retenção máxima de aproximadamente 0,15 pcf B2O3 ocorrendo com as percentagens de MBE variando de 3-6,3. Um aumento para a retenção de borato acima de 0,17 até 0,23 pcf, requereu um aumento de percentagem de MBE acima de 6,3%. Uma vez acima de 6,3%, a relação % de retenção de borato para MBE foi novamente aquela de uma tendência linear. O alvo dos inventores foi de 0,09 pcf B2O3 ou BAE. Isto foi facilmente ultrapassado conforme ilustrado na Figura 3.
Tabela 5. Tempos de Boultonização/pressão variáveis e o e-feito subseqüente nas retenções de B2O3.
Tabela 6. Concentrações de MBE versus Retenções de B2O3 na Boultonização ou Variações de Pressão.
Exemplo 8: O Processo de Uma Etapa Exposto Pode Ser Aplicado a Madeira "Molhada" O processo de uma etapa exposto foi testado em madeira "molhada". A madeira foi primeiro tratada para remover a umidade. Carregou-se madeira molhada dentro do cilindro ou retorta, que foi então preenchido com a mistura de creosoto e boro. A temperatura foi então elevada para cerca de 93,33°C enquanto se puxava um vácuo para fazer com que a água dentro da madeira fosse evaporada para tanques coletores. A pressão é o tempo para a prensa e comutadores serem pressionados mais tempo quando eles são de maior dimensão. O tempo de preaquecimento de BoulLoni-zação é o tempo que a madeira é submetida a ebulição sob vácuo para extrair a água. Condições especificas estão expostas na Tabela 7. O processo foi monitorado para evitar equalizaçáo da umidade que pode causar a expulsão ou sangria do preservativo. A. quantidade de boro na madeira foi então avaliada e os resultados estão expostos na Tabela 7 em seguida. Na Tabela 6, "MHW" é madeira dura misturada, os resultados dc B203 e DOT são provenientes de um procedimento de titulação padrão. A retenção é compreendida por libras dc creosoto por pé cúbico dc madeira. Tabela 7 RESULTADOS DE BORATO - Material Molhado Exemplo 9 A Madeira Tratada Com o Processo de Uma Etapa Exposto Retém a. Capacidade de Ser Queimada como uma Fonte de Combustível Realizou-se um teste pelo laboratório de emissões de gás ICSET em Bowling Green Kentucky, para comparar a combustão de dormentes de uma etapa, duas etapas e somente creosoto. Isto confirma que a adição de boro pelo método de uma etapa não tem impacto na capacidade do dormente poder ser queimado como uma fonte de combustível para gerar energia elétrica.
REIVINDICAÇÕES
Claims (44)
1 - Método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira, caracterizado por compreender as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i ) um éster de Ch-C6 mono-alcanolamina de ácido bórico (por exemplo, éster de monoetanolamína de ácido bórico) e ii) creosoto; e b) expor a madeira mergulhada proveniente da etapa a) a condições que causam a liberação de boro a partir do éster de Ci-C6 monoalcanolaraína de ácido bórico (éster de monoetanolamína de ácido bórico) e que faz com que o boro migre para o interior da madeira.
2 - Método para. reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira, caracterizado por compreender as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i) um éster de monoetano-lamina de ácido bórico e ii) creosoto; b) expor a madeira mergulhada proveniente da etapa a) a condições que causam a liberação de boro a partir do éster de monoetanolamína de ácido bórico e que faz com que o boro migre para o i nte-rior da madeira.
3 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as condições que causam a liberação do boro a partir do éster de ácido bórico e que fazem com que o boro migre para o interior da madeira incluem uma temperatura de 71,1-115,5°C (160-240°F) e uma pressão de 7,03-11,25 kç/cm2 (100-160 psi).
4 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as condições que causam a liberação de boro a partir do éster de ácido bórico e que fazem com que o boro migre para o interior da madeira inclui uma temperatura de 87,8-98,9°C (190-210°F) e uma pressão de 9,16-11,25 kg/cm2 (130-160 psi).
5 - Método, de acordo com as reivindicações 1-4, caracterizado por compreender ainda c) separar a madeira em relação à solução de tratamento depois de migração do boro para o interior da madeira.
6 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-4, caracterizado por compreender ainda c) separar a madeira em relação à solução de tratamento depois de migração do boro para o interior da madeira; e d) expor a madeira obtida na etapa c) a um banho de expansão.
7 - Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por a madeira ser exposta a um vácuo depois de ser exposta ao banho de expansão.
8 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-7, caracterizado por a solução de tratamento na etapa a) ser 10-3%, em peso, de éster de monoetanolamina de ácido bórico.
9 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-8, caracterizado por a solução de tratamento ser preparada por sangramento de creosoto com o éster de monoetanolamina de ácido bórico.
10 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-9, caracterizado por o teor de creosoto da solução de tratamento ser de 90-97% p/p.
11 - Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por o sangramento ser realizado a 71-93°C (160-200°F) .
12 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-11, caracterizado por o éster de monoetanolamina de ácido bórico ser preparado por reação do á- cido bórico com monoetanolarnina em água.
13 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-12, caracterizado por o éster de monoetanola-mina de ácido bórico ser uma mistura do mono, di e triéster de ácido bórico.
14 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-13, caracterizado por a madeira ser um barrote de madeira dura mista.
15 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-14, caracterizado por o teor de umidade de a madeira estar entre 40% p/p e 70% p/p.
16 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-14, caracterizado por o teor de umidade de a madeira estar acima de 70% p/p.
17 - Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as condições para fazerem com que o éster de monoetanolarnina de ácido bórico migre para o interior da madeira sâo realizadas de acordo com o processo de Lowry ou Ruepig.
18 - Método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira, caracterizado por compreender as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i) um éster de Ci-Cç mono-alcanolamina de ácido bórico e ii) creosoto; b) impregnar por pressão a madeira mergulhada proveniente da etapa a) sob condições que causam a liberação de boro a partir do éster de Ci-C& monoalcanolamina de ácido bórico e que fazem com que o boro migre para o interior da madeira.
19 - Método para reduzir a decomposição por insetos e microbiana na madeira, caracterizado por compreender as etapas de: a) mergulhar a madeira em uma solução de tratamento que compreende i) um éster de monoetano-lamina de ácido bórico e ii) creosoto; b) impregnar por pressão a madeira mergulhada proveniente da etapa a) a condições que causam a liberação de boro a partir do éster de monoe-tanolamina de ácido bórico e que fazem com que o boro migre para o interior da madeira.
20 - Método, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado por a impregnação por pressão ser realizada sob uma temperatura de 71,1-115,5°C (160-240°F) e uma pressão de 7,03-11,25 kg/cm2 (100-160 psi).
21 - Método, de acordo com as reivindicações 18 ou 19, caracterizado por a impregnação por pressão ser realizada sob uma temperatura de 87,8-98, 9°C (190-210°F) e urna pressão de 9,16-11,25 kg/cm2 (130-160 psi).
22 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-21, caracterizado por compreender ainda c) separar a madeira a partir da solução de tratamento depois da impregnação por pressão.
23 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-21, caracterizado por compreender ainda c) separar a madeira a partir da solução de tratamento depois da impregnação por pressão; e d) expor a madeira a um banho de expansão.
24 - Método, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por a madeira ser exposta a um vácuo após a conclusão do banho de expansão.
25 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-24, caracterizado por a solução de tratamento na etapa a) ser 10-3%, em peso, de éster de monoetanola-mina de ácido bórico.
26 - Método, de acordo com qualquer uma das rei- vindicações 18-25,. caracterizado por a solução de tratamento ser preparada por sangramento de creosoto com o éster de monoetanolamina de ácido bórico.
27 - Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por o sangramento ser realizado a (160-200°F).
28 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-27, caracterizado por o éster de monoetanolamina de ácido bórico ser preparado por reação do ácido bórico com monoetanolamina em. água.
29 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-28, caracterizado por o teor de creosoto da solução de tratamento ser de 90-97% p/p.
30 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-29, caracterizado por o éster de monoetanolamina de ácido bórico ser uma mistura do mono, di e tries-ter de ácido bórico.
31 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-30, caracterizado por a madeira ser um barrote de madeira dura mista.
32 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-31, caracterizado por o teor de umidade de a madeira estar situado entre 40% p/p e 70% p/p.
33 - Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 18-31, caracterizado por o teor de umidade de a madeira ser maior do que 70%.
34 - Método, de acordo com a reivindicação 18 ou 19, caracterizado por a impregnação por pressão ser realizada de acordo com o processo de Lowry ou Ruepig.
35 - Solução, caracterizada por compreender: 1) entre 3% p/p até 10% p/p de um éster de Ci-C6 monoalcanola-mina de ácido bórico; e 2) entre 90% p/p e 97% p/p de creosoto .
36 Solução, de acordo com a reivindicação 35, caracterizada pQr 0 éster de Ci-Cô monoalcanolamina de ácido bórico ser éster de monoetanolamina de ácido bórico.
37 - Solução, de acordo com a reivindicação 36, caracterizada por a solução compreender 1) entre 3% p/p até 5% p/p de um éster de Ch-Cg monoalcanolamina de ácido bórico; e 2) entre 95¾ p/p e 97% p/p cje creosoto.
38 - IMadeira, caracterizada por ser revestida com ou mergulhada em uma solução que compreende; 1) entre 3% p/p até 10% p/p de um éster de C;.-C6 monoalcanolamina de ácido bórico; e 2) entre 90% p/p e 97% p/p de creosoto.
39 - Madeira, de acordo com a reivindicação 38, caracterizada por o éster de Ci-Cg monoalcanolamina de ácido bórico ser um éster de monoetanolamina de ácido bórico.
40 - Madeira, de acordo com a reivindicação 39, caracterizada por a solução compreender 1) entre 3% p/p to 5% p/p de um éster de Cj-C6 monoalcanolamina de ácido bórico; e 2) entre 95% p/p e 97% p/p creosoto.
41 - Solução, de acordo com qualquer uma das reivindicações 35-37 ou a madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 38-40, caracterizada por o éster de Ci~ Cg alcanolamina de ácido bórico ser uma mistura do mono, di e tri éster.
42 - Madeira*, de acordo com as reivindicações 39, 40 ou 41, caracterizada por a madeira ser um barrote de madeira dura mista.
43 - Madeira, de acordo com qualquer uma das reivindicações 38-42, caracterizada por o teor de umidade de a madeira estar entre 40% p/p e 70% p/p.
44 - Madeira de acordo com qualquer uma das reivindicações 38-42, caracterizada por o teor de umidade de a madeira ser maior do que 70% p/p.
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