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