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ES2313406T3 - Disolucion para la conservacion de la madera. - Google Patents

Disolucion para la conservacion de la madera. Download PDF

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ES2313406T3 ES05779091T ES05779091T ES2313406T3 ES 2313406 T3 ES2313406 T3 ES 2313406T3 ES 05779091 T ES05779091 T ES 05779091T ES 05779091 T ES05779091 T ES 05779091T ES 2313406 T3 ES2313406 T3 ES 2313406T3
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Abstract

Disolución para la conservación de la madera que comprende una disolución acuosa de amina, sal de cobre, compuesto de amonio cuaternario, ácido carboxílico y sal de boro, seleccionándose dicha sal de boro del grupo que consiste en bórax y octaborato de disodio tetrahidratado.

Description

Disolución para la conservación de la madera.
El objeto de la presente invención es una disolución acuosa para la conservación de la madera frente a plagas de la madera y para mejorar la resistencia de la madera frente a factores de deterioro bióticos y abióticos.
La madera se expone a diversos factores de deterioro bióticos y abióticos. Estos procesos son necesarios y se requieren en la naturaleza, pero cuando se usa la madera para fines de construcción, sería deseable ralentizarlos lo más posible. Esto puede lograrse usando conservantes químicos de la madera.
La mayoría de las especies de madera eslovenas y europeas producen madera que no es resistente frente a hongos, insectos y termitas. Si se desea utilizar tal madera en la clase de riesgo 3 (madera sobre suelo, sin recubrir) o la clase de riesgo 4 (contacto con el agua o el suelo), hay que protegerla químicamente. El tratamiento apropiado prolonga la duración de la madera, lo que da como resultado un mantenimiento más económico y la seguridad de la construcción de madera.
La eficacia del cobre frente a hongos que deterioran la madera lo ha convertido en un constituyente importante de los conservantes de la madera desde hace casi 200 años. En los últimos años, ha aumentado el uso de compuestos de cobre para fines biocidas. Los motivos son: los compuestos de cobre son relativamente seguros, el desarrollo de agentes patógenos ha sido mínimo; los agentes patógenos muestran un aumento de la tolerancia frente a fungicidas orgánicos tras un periodo de uso prolongado, y en tercer lugar el aumento en los reglamentos y las restricciones gubernamentales (o prohibición absoluta) de productos alternativos debido a sus impactos toxicológicos o medioambientales. Sin embargo, los conservantes de la madera a base de cobre tradicionales tenían un inconveniente importante; el cobre no se quedaba fijo en la madera y era propenso a eliminarse por filtración de la madera.
Este problema se resolvió introduciendo conservantes a base de agua fijos. Heinrich Bruning descubrió que las sales metálicas normalmente solubles podrían hacerse insolubles, o fijarse en la madera, mediante la adición de grandes cantidades de cromo. Dado que se conoce bien la naturaleza carcinogénica de los compuestos de cromo, la mayoría de los países europeos pretenden prohibir el uso del cromo en los conservantes de la madera. Algunos de ellos permitirán el uso de madera conservada con cromo sólo para fines especiales que se clasifican como clase de riesgo IV. El uso de conservantes de la madera a base de cromo se prohibirá para equipos de parques infantiles, mobiliario de jardín. Por tanto, sigue habiendo investigaciones intensas en los laboratorios mundiales para desarrollar la disolución medioambientalmente aceptable para la fijación del cobre en los conservantes de la madera.
Hace mucho tiempo que se encontró que el amoniaco es un fijador de cobre muy eficaz, pero debido a sus emisiones esta formulación nunca formó parte del uso comercial amplio. Más tarde, el amoniaco se sustituyó por aminas; particularmente se encontró que la etanolamina y la trietanolamina eran fijadores de cobre muy eficaces. Los conservantes de la madera comerciales a base de cobre y etanolamina ya están disponibles en el mercado. Sin embargo, el cobre que se elimina por filtración de la madera tratada de este tipo todavía es 5-10 veces superior que el que se elimina por filtración de la madera tratada con conservantes basados en cobre-cromo clásicos.
Además de los problemas con la fijación del cobre, el uso de madera tratada con cobre es limitado debido también a la aparición de hongos que toleran el cobre. Por tanto, se introducen cobiocidas en la disolución acuosa basada en cobre-etanolamina para aumentar la protección frente a hongos que toleran el cobre. La adición de cobiocidas es muy difícil, ya que hay que prestar atención a no aumentar la eliminación por filtración del cobre.
Hay varios conservantes de la madera basados en cobre disponibles en el mercado. En la mayor parte de los países (Rusia, Ucrania, de Africa, Asia y Sudamérica) todavía se usan conservantes de la madera basados en sales de arsénico, cromo y cobre. La asociación norteamericana para la conservación de la madera introduce la abreviatura CCA para tales conservantes. En la mayoría de esas disoluciones acuosas, el cobre está en forma de óxido de cobre. El cobre en esos conservantes servía como fungicida, el arsénico como insecticida y fungicida secundario y el cromo como fijador. Estos tipos de conservantes están disponibles con diferentes nombres comerciales tales como: Celcure A, Tanalith C, Ascu-Greensalts, Wolman CCA, Osmose K33, Langwood.
En la parte continental de Europa, las sales de arsénico están prohibidas desde hace casi 15 años. Con el fin de garantizar la protección de la madera frente a insectos, se introdujeron en su lugar sales de boro. En algunos de los países escandinavos, el arsénico se sustituyó por compuestos de flúor.
En los EE.UU., además de los conservantes basados en cobre-cromo, también se usan otras disoluciones. Una de ellas consiste en acetato de amonio, arsénico y cobre. Tras 1983, parte del arsénico se sustituyó por zinc. La fijación de estos conservantes es muy sencilla; la mayoría del cobre participa tras la volatilización del amoniaco.
En los años ochenta, había conservantes que consistían en cobre, arsénico y amoniaco. Debido a las desagradables emisiones del amoniaco, los trabajadores de los sistemas de impregnación no quieren utilizarlos.
Sin embargo, se desarrolló una disolución completamente nueva en Wolman. Desarrollaron una disolución que consistía en Cu-HDO (hidroxiquinolinolato de cobre), que es soluble en disoluciones con un valor de pH superior a 7, pero precipita en forma insoluble si el pH disminuye por debajo de 6. En la madera ácida, aparece precipitación de cobre rápidamente tras la impregnación. Debido al alto precio y al posible efecto carcinogénico del hidroxiquinolinolato, USA EPA (la Agencia de protección del medioambiente estadounidense) no permite el registro de este principio activo.
En la actualidad, la etanolamina es un componente de varios conservantes de la madera basados en cobre que están disponibles en el mercado. Esto incluye, cobre-compuesto cuaternario, dimetil-ditio-carbamato de cobre y azol de cobre. En estos conservantes, el boro, el compuesto de amonio cuaternario o los azoles se usan como cobiocidas y la etanolamina como fijador. Sin embargo, se desconocen las razones molares detalladas entre el cobre y la amina.
La disolución para la conservación de la madera según la presente invención ofrece protección medioambientalmente aceptable de la madera frente a la mayoría de los hongos importantes que deterioran la madera, incluyendo las especies de podredumbre blanca, podredumbre parda, así como aislados que toleran el cobre. Adicionalmente, la madera tratada con estos conservantes ha aumentado la resistencia frente a los insectos (escarabajo barrenador doméstico) y termitas. Por otra parte, esta disolución conservante no contiene cromo ni arsénico.
El cobre garantiza la eficacia frente a la mayoría de los hongos importantes que deterioran la madera, la etanolamina y el ácido carboxílico garantizan la fijación apropiada y el compuesto de amonio cuaternario y el boro ofrecen protección frente a insectos, termitas y hongos que toleran el cobre.
La composición de la disolución para la conservación de la madera según la presente invención se optimiza usando dos criterios, tras amplias pruebas de laboratorio. Estos dos objetivos son: disminuir la eliminación por filtración del cobre y aumentar la eficacia frente a microorganismos que destruyen la madera (hongos, insectos y termitas que deterioran la madera).
La disolución conservante de la madera descrita en esta invención es una disolución acuosa que consiste en:
a) amina seleccionada,
b) sal de cobre seleccionada,
c) sal de boro seleccionada,
d) cobiocida seleccionado del grupo de compuestos de amonio cuaternario (compuesto cuaternario) y
e) ácido carboxilico seleccionado.
\vskip1.000000\baselineskip
a)
Para la preparación de la disolución conservante de la madera según la presente invención, se selecciona una amina del grupo que consiste en etanolamina, dietanolamina y trietanolamina. Los mejores resultados se lograron cuando la madera se impregnó con la disolución conservante que consiste en una disolución en la que se usó etanolamina como fuente de amina. Se determinaron tasas de eliminación por filtración del cobre casi diez veces inferiores cuando se usó etanolamina en comparación con dietanolamina o trietanolamina.
b)
Para la preparación de la disolución conservante de la madera según la presente invención, se selecciona una sal de cobre del grupo que consiste en óxido de cobre, hidróxido de cobre y sulfato de cobre pentahidratado. La mejor fijación del cobre se logra cuando se usa sulfato de cobre (II) pentahidratado (CuSO_{4}x5H_{2}O) como sal de cobre. El sulfato de cobre se usa para la conservación de la madera durante un periodo prolongado, pero que se sepa, no se ha encontrado ningún informe sobre el uso de sulfato de cobre en combinación con etanolamina. Durante la disolución de esta sal, se libera el ion sulfato que disminuye el valor del pH de esta disolución, lo que da como resultado una fijación mejorada de esta disolución conservante de la madera respectiva.
c)
Para la preparación de la disolución conservante de la madera según la presente invención, se selecciona una sal de boro del grupo que consiste en bórax y octaborato de disodio tetrahidratado (Na_{2}B_{8}O_{13}x4H_{2}O). Estos compuestos son insecticidas y fungicidas bien conocidos. Los mejores resultados se lograron utilizando octaborato de disodio tetrahidratado. La combinación de este compuesto con otros componentes dio como resultado el mejor rendimiento, mejor fijación del cobre y el mayor efecto fungicida.
d)
Para la preparación de la disolución conservante de la madera según la presente invención, se usa un compuesto de amonio cuaternario (compuesto cuaternario) como cobiocida. Estos compuestos se usan para la conservación de la madera durante casi 20 años. En los últimos años, hay incluso alguna combinación de compuesto cuaternario y cobre disponible en el mercado. La ventaja más importante de este compuesto es el efecto fungicida significativo. Adicionalmente, estos compuestos forman nuevos complejos entre el cobre, la etanolamina y el compuesto cuaternario, lo que da como resultado una fijación mejorada. Según la disponibilidad en el mercado y la eficacia biológica, se elige el cloruro de alquilbencildimetilamonio para la preparación de la disolución conservante de la madera según la presente invención.
e)
Con el fin de mejorar la fijación del cobre en esta disolución conservante, también se introducen ácidos carboxilicos en esta disolución acuosa. Para la preparación de la disolución conservante de la madera según la presente invención se selecciona un ácido carboxilico del grupo que consiste en ácido hexanoico, ácido octanoico y ácido decanoico. Los mejores resultados se lograron cuando se introdujo ácido octanoico en la disolución conservante. El ácido octanoico tiene efecto hidrófobo. Además, esto también tiene propiedades fungicidas limitadas. La adición de ácido carboxilico disminuye significativamente la eliminación por filtración del cobre. La eliminación por filtración de la disolución conservante que consiste en cobre, etanolamina y ácido octanoico es comparable a la eliminación por filtración de la madera tratada con cobre-cromo (tabla 1).
1
Adicionalmente, la razón molar entre el cobre y la etanolamina en la disolución conservante también es importante. Esta razón influye en el precio de la disolución conservante y en su resistencia frente a la eliminación por filtración del cobre. En la mayoría de los conservantes, las razones molares de la disolución de Cu:amina son inferiores a 1:12. Una de las excepciones es Kuproflorin producida por Regeneracija, Eslovenia.
Las razones molares aceptables cobre-amina son de entre 8:1 y 3:1. La mejor razón resulta influida por la fuente de cobre, los cobiocidas y otros aditivos utilizados. Hablando generalmente, más aditivos requieren una razón molar de cobre-amina superior. La menor eliminación por filtración del cobre se determina en las muestras impregnadas con disolución acuosa que consiste en cobre, boro, etanolamina, compuesto cuaternario, en la que la razón molar entre el cobre y la amina era de entre 1:5 y 1:6. En las disoluciones en las que la razón molar era inferior a 1:4, el cobre precipitó.
La composición más eficaz de la disolución conservante descrita en esta patente es la disolución acuosa que consiste en etanolamina, sulfato de cobre (II), octaborato de disodio tetrahidratado, cloruro de alquilbencildimetilamonio y ácido octanoico en la siguiente composición:
a) etanolamina (EA), la razón molar entre el cobre y la EA debe ser de 1:6,
b) 1% de Cu en la forma de CuSO_{4}x5H_{2}O,
c) 0,5% de boro en la forma de octaborato de disodio tetrahidratado (Na_{2}B_{8}O_{13}x4H_{2}O),
d) 1% de compuesto de amonio cuaternario en la forma de cloruro de alquilbencildimetilamonio,
e) ácido octanoico, la razón molar entre Cu:ácido octanoico debe ser de 1:1,
o expresada como gramos de los componentes respectivos en 1000 g de disolución conservante
57,69 g de etanolamina,
39,32 g de CuSO_{4}x5H_{2}O,
8,1 g de octaborato de disodio tetrahidratado,
10,8 g de cloruro de alquilbencildimetilamonio,
11,35 g de ácido octanoico.
La madera, impregnada con la disolución conservante preparada según la presente invención, ha demostrado resistencia suficiente frente a la alteración a la intemperie. Se determinaron tasas de eliminación por filtración del cobre comparables a las de la madera impregnada con disoluciones basadas en cobre-cromo. Adicionalmente, la madera impregnada con las disoluciones era resistente frente a la mayoría de los hongos importantes que deterioran la madera. Las pérdidas de masa de las muestras impregnadas expuestas a hongos de podredumbre blanca (Trametes versicolor), hongos de podredumbre parda (Serpula lacrymans, Antrodia vaillantii, Coniophora puteana) fueron insignificantes (los experimentos se realizaron según procedimientos convencionales). También se determinaron pérdidas de masas insignificantes tras la alteración a la intemperie de manera artificial. Adicionalmente, esta disolución también protege la madera frente a microorganismos que toleran el cobre.
La madera impregnada con la disolución para conservante de madera según la presente invención también es resistente frente a termitas (Kalotermes flavicolis).
Preparación de la disolución conservante
Se pesa la cantidad apropiada de etanolamina en la cámara de reacción; a continuación se añade ¼ de agua, seguido por el compuesto cuaternario. Cuando se ha disuelto el compuesto cuaternario, se añade otro ¼ de agua. A continuación, se añaden sulfato de cobre y octaborato de disodio tetrahidratado, seguido por ¼ de agua. Finalmente, se pesa el ácido octanoico y el último cuarto de agua. La preparación de esta disolución tiene lugar durante la mezcla continua a temperatura ambiente.

Claims (14)

1. Disolución para la conservación de la madera que comprende una disolución acuosa de amina, sal de cobre, compuesto de amonio cuaternario, ácido carboxílico y sal de boro, seleccionándose dicha sal de boro del grupo que consiste en bórax y octaborato de disodio tetrahidratado.
2. Disolución para la conservación de la madera según la reivindicación 1, en la que la amina se selecciona del grupo que consiste en etanolamina, dietanolamina y trietanolamina.
3. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la amina es etanolamina.
4. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la sal de cobre se selecciona del grupo que consiste en óxido de cobre, hidróxido de cobre y sulfato de cobre pentahidratado.
5. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la sal de cobre es sulfato de cobre (II) pentahidratado.
6. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la sal de boro es octaborato de disodio tetrahidratado.
7. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el compuesto de amonio cuaternario es el cloruro de alquilbencildimetilamonio.
8. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el ácido carboxilico se selecciona del grupo que consiste en ácido hexanoico, ácido octanoico y ácido decanoico.
9. Disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el ácido carboxilico es ácido octanoico.
10. Disolución para la conservación de la madera, que consiste en etanolamina, sulfato de cobre (II) pentahidratado, octaborato de disodio tetrahidratado, cloruro de alquilbencildimetilamonio y ácido octanoico disueltos en agua.
11. Disolución para la conservación de la madera según la reivindicación 10, en la que la razón molar entre el cobre y la etanolamina es de entre 1:8 y 1:4 y preferiblemente de entre 1:5 y 1:6.
12. Disolución para la conservación de la madera según la reivindicación 10, en la que los 1000 g de disolución conservante acuosa consisten en 57,69 g de etanolamina, 39,32 g de sulfato de cobre (II) pentahidratado, 8,1 g de octaborato de disodio tetrahidratado, 10,8 g de cloruro de alquilbencildimetilamonio y 11,35 g de ácido octanoico.
13. Uso de la disolución para la conservación de la madera según cualquiera de las reivindicaciones anteriores para la protección de la madera frente a microorganismos que destruyen la madera, preferiblemente frente a hongos, insectos y termitas que deterioran la madera.
14. Procedimiento para la preparación de una disolución para la conservación de la madera según las reivindicaciones 1, 6 y 12, que comprende las etapas:
a)
introducir la etanolamina en la cámara de reacción,
b)
añadir un ¼ de agua,
c)
añadir el compuesto cuaternario para disolver,
d)
añadir el segundo ¼ de agua,
e)
añadir sulfato de cobre y octaborato de disodio tetrahidratado,
f)
añadir lo seguido por el tercer ¼ de agua,
g)
añadir el ácido octanoico y el último cuarto de agua, ejecutado durante mezclado continuo a temperatura ambiente.
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