FR2995550A1 - Method for stabilization of wood substrate utilized for e.g. flap, with respect to moisture, involves withdrawing wood substrate from aqueous solution, and treating substrate at temperature ranging between specific degrees - Google Patents
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Abstract
Procédé de stabilisation du bois vis-à-vis de l'humidité, caractérisé en ce que dans un premier temps, le substrat comprenant du bois est mis en contact avec une solution aqueuse de traitement à une température comprise entre 50 °C et 150 °C, contenant au moins 5% massique, avantageusement contenant au moins 30% massique d'un composé ou d'un mélange de composés de la famille des diacides carboxyliques aliphatiques de formule (I) : HOOC- (CH ) -COOH (I) dans laquelle "n" est un nombre entier compris entre 6 et 10. Dans un second temps, ledit substrat comprenant du bois est retiré de la solution aqueuse de traitement et égoutté, puis enfin traité thermiquement pour être torréfié à une température comprise entre 100°C et 200°C.A method of stabilizing wood with respect to moisture, characterized in that firstly, the substrate comprising wood is brought into contact with an aqueous treatment solution at a temperature of between 50 ° C and 150 ° C, containing at least 5% by weight, advantageously containing at least 30% by weight of a compound or a mixture of compounds of the family of aliphatic dicarboxylic acids of formula (I): HOOC- (CH) -COOH (I) in which "n" is an integer between 6 and 10. In a second step, said substrate comprising wood is removed from the aqueous treatment solution and drained, then finally heat-treated to be roasted at a temperature of between 100 ° C. C and 200 ° C.
Description
- 1 - Procédé de stabilisation par torréfaction d'un matériau comprenant du bois associé à un diacide carboxylique DOMAINE TECHNIQUE L'invention concerne un procédé de stabilisation d'un substrat imprégné, modifié, pourvu de propriétés déterminées, en particulier de propriétés physiques, chimiques, biologiques que le substrat en matériau comprenant du bois, par exemple le substrat en bois, ne possède pas naturellement.The invention relates to a method of stabilizing a modified impregnated substrate provided with specific properties, in particular physical properties, chemical properties, and a process for the stabilization by roasting of a material comprising wood associated with a dicarboxylic acid. , biological that the material substrate comprising wood, for example the wooden substrate, does not naturally possess.
Dans la présente description, on entend généralement par "matériau ou substrat comprenant du bois", un matériau comprenant une proportion majoritaire de bois. Par "proportion majoritaire", on entend généralement que le matériau comprend au moins 50% en poids de bois. De préférence, ce matériau est constitué en totalité de bois. De même, dans la description, le terme "bois" doit être généralement compris comme signifiant non seulement bois massif, mais aussi matériau comprenant du bois, comme des matériaux composites à base de particules ou de fibres de bois.In the present description, generally means "material or substrate comprising wood", a material comprising a majority proportion of wood. By "majority proportion" is generally meant that the material comprises at least 50% by weight of wood. Preferably, this material is made entirely of wood. Similarly, in the description, the term "wood" is generally understood to mean not only solid wood, but also material comprising wood, such as composite materials based on particles or wood fibers.
Ce procédé s'applique, en particulier, au traitement du bois, en vue de lui conférer les propriétés physiques, et/ou chimiques voulues, afin notamment, de le préserver, de le conserver, d'améliorer sa résistance et de le protéger contre différents types d'agressions chimiques, biologiques et/ou physiques induites par l'humidité. En d'autres termes, le procédé de l'invention vise à obtenir un matériau comprenant du bois, par exemple du bois, présentant une meilleure résistance vis-à-vis des conditions extérieures et, notamment, une meilleure stabilité intrinsèque vis-à-vis de l'humidité ambiante, qui fait que le matériau comprenant du bois, par exemple le bois, se dilate moins, voire pas du tout en reprenant de l'humidité, ou subit moins de retrait lors d'un séchage, et possède une meilleure résistance vis-à-vis des attaques par des organismes vivants xylophages capables de dégrader le matériau comprenant du bois, tel que le bois, par exemple les champignons, insectes et bactéries, tout en limitant à la fois la rétention d'eau dans le bois et en diminuant son caractère hydrophile. - 2 - Ainsi, dans le domaine de la préservation du bois, des revêtements constitués par des résines, des lasures, des huiles et des vernis sont généralement utilisés, souvent des revêtements à base de polyuréthane [1] [2] [3]. L'utilisation des produits mentionnés précédemment se limite à un simple traitement de surface, très superficiel, dont la pénétration dans un substrat tel que le bois est très faible, à savoir généralement inférieure à 1 mm. En raison de la grande taille de ces molécules et de leur caractère hydrophobe, il n'y a pas de pénétration, par exemple du polyuréthane, dans l'intimité de la nanostructure des parois cellulaires du bois. Pour satisfaire à la garantie décennale imposée par l'industrie du bâtiment, il est nécessaire de recourir à des 15 procédés d'imprégnation du bois, dans son volume, avec des conservateurs tels que les sels de cuivre-chrome-arsenic (CCA), les créosotes et les composés organochlorés ou d'autres substances toxiques qui, malheureusement, présentent, tous des désavantages sur les plans de la santé publique et du respect de 20 l'environnement. Dans le domaine industriel, il est aussi fait mention du procédé dit de torréfaction ou de pyrolyse du bois sous atmosphère neutre pour stabiliser le bois [4]. Cette technique consiste à soumettre le bois à un traitement thermique dans des 25 conditions contrôlées afin de provoquer des réactions de thermo- condensation au niveau de l'hémicellulose du bois. Cette opération de torréfaction est habituellement réalisée sous atmosphère neutre ou réductrice, en présence de vapeur d'eau ou non, généralement sur du bois préalablement séché, en soumettant 30 celui-ci à une température comprise entre 170°C et 250°C pendant une durée suffisamment longue pour que la totalité de la masse du bois traité atteigne la température de traitement. Les conditions opératoires dépendent fortement de la quantité et de la géométrie des éléments de bois qu'il faut traiter dans un 35 four ; le moindre écart en température et/ou durée de traitement remet en cause fortement l'homogénéité du lot de bois traité ainsi obtenu. - 3 - Par ailleurs, l'intégralité physique du bois n'est pas préservée. En effet, l'hémicellulose est partiellement ou complètement détruite au cours du traitement de manière irréversible. Les propriétés mécaniques du bois sont dégradées pendant le traitement, notamment sa limite à la rupture et de ce fait, le bois devient plus cassant et plus fragile. En outre, pendant le traitement thermique, le bois libère des produits gazeux ou liquide à base d'aromatiques lourds toxiques. Il est mentionné dans la littérature les procédés de traitement par oléothermie qui utilise des huiles [5-6]. Ces procédés consistent à immerger le bois dans des mélanges d'huiles entre 150°C et 210°C. Cette technique permet de remplir les pores du bois avec des substances grasses fortement hydrophobes, mais néanmoins incapables de diffuser au sein des parois cellulaires. Le bois reste par conséquent toujours aussi sensible vis-à-vis de l'humidité. Plusieurs procédés qui tiennent à la fois des techniques d'imprégnation et de greffage chimique sont décrits communément dans la littérature. Ces procédés comprennent généralement une étape d'imprégnation et une étape de greffage chimique. Au cours de l'étape d'imprégnation, on imprègne le bois avec une substance réactive avec les fonctions hydroxyles (-OH). Ces fonctions hydroxyles sont présentes naturellement dans les composants constitutifs du bois: cellulose, hémicellulose et lignine. Les substances d'imprégnation réactives sont choisies de préférence parmi des anhydrides, des formaldéhydes, des époxydes, des isocyanates. Toutes ces substances réactives sont toxiques et doivent être associée à un agent gonflant du bois, généralement un solvant, lui aussi toxique. Entre autre exemple, on peut citer l'invention [7] qui associe l'anhydride à des acides gras pour créer des anhydrides mixtes. Au cours de l'étape de greffage chimique, la substance d'imprégnation présente dans le bois réagit, éventuellement en présence d'un catalyseur, avec les polymères constitutifs du bois en chauffant le substrat au moins entre 130°C et 140°C. Néanmoins, la principale limite de ces procédés de greffage est qu'ils sont lourds à mettre en oeuvre car ils font appel à des systèmes réactifs/solvants nocifs, voire toxique. - 4 - Par ailleurs, l'imprégnation massive du bois à partir d'anhydrides, ou de toutes autres substances réactives toxiques, va nécessiter des opérations onéreuses de nettoyage et/ou de neutralisation pour retirer les excès de réactifs libres dans la structure du bois, à l'issue du traitement. Il est possible aussi de réaliser un traitement de stabilisation par gonflage du bois sans recourir au greffage chimique du bois. Les procédés décrits dans les brevets [8-9] proposent d'utiliser des solutions de traitement constituées à partir de diacides gras carboxyliques, respectivement d'acide azélaïque et d'acide dodécanedioïque. Comme l'indique ces documents, certaines formulations de cette famille ont en effet la propriété de pouvoir pénétrer, sous certaines conditions, au sein de la paroi cellulaire du bois pour la maintenir gonflée, même après séchage. Ces molécules de diacides carboxyliques, de formule générale HOOC-(C142)n-COOH où "n" est un entier, sont choisies pour permettre une solubilité partielle du diacide carboxylique dans l'eau. L'efficacité du traitement en terme de résistance à la lixiviation de l'acide gras par l'eau et en terme de limitation de la reprise d'eau du bois en cas d'immersion dans l'eau, va dépendre directement de la taille moléculaire dudit diacide carboxylique considéré, c'est-à-dire du nombre entier "n" considéré. Pour "n" inférieur à 6, les acides gras carboxyliques sont généralement trop solubles dans l'eau liquide pour avoir une résistance suffisante à la lixiviation du bois par l'eau. Tandis que pour "n" supérieur à 10, les diacides carboxyliques sont trop hydrophobes. Le procédé décrit propose d'utiliser des diacides hydrophobes avec "n" compris entre 6 et 10 capables de diffuser dans la paroi cellulaire. Cependant, les bois traités selon ce procédé ne sont pas suffisamment résistants à l'humidité pour permettre d'éviter une reprise d'eau importante du bois si celui-ci est en contact avec une source d'humidité sur de longues durées, notamment plus de 24 heures. Par conséquent, il est possible de conclure que le traitement proposé à base d'une simple imprégnation de diacides carboxyliques seuls, sans associer un traitement thermique, est incomplet pour permettre une stabilisation dimensionnelle pérenne du bois avec un faible pouvoir de rétention d'eau. - 5 - Il existe donc un besoin non encore satisfait pour un procédé qui permette un traitement de l'ensemble du bois, aussi bien au coeur de celui-ci, qu'en surface, permettant de mettre en oeuvre des résines disponibles commercialement, d'un faible coût et de toxicité nulle ou très réduite, sans solvant organique. Il doit comporter également un nombre limité d'étapes simples induisant ainsi un coût et une durée limités du procédé. Enfin, le procédé ne doit pas porter atteinte aux autres propriétés du substrat comprenant du bois, tel que le bois.This process applies, in particular, to the treatment of wood, with a view to conferring on it the physical and / or chemical properties desired, in particular in order to preserve it, to preserve it, to improve its resistance and to protect it against different types of chemical, biological and / or physical aggressions induced by moisture. In other words, the method of the invention aims to obtain a material comprising wood, for example wood, having a better resistance to external conditions and, in particular, better intrinsic stability vis-à-vis environmental humidity, which causes the material comprising wood, for example wood, to expand less, if not at all, to absorb moisture, or undergo less shrinkage during drying, and better resistance against attacks by xylophagous living organisms capable of degrading the material comprising wood, such as wood, for example fungi, insects and bacteria, while limiting both the retention of water in the wood and decreasing its hydrophilic character. - 2 - Thus, in the field of wood preservation, coatings consisting of resins, stains, oils and varnishes are generally used, often polyurethane coatings [1] [2] [3]. The use of the aforementioned products is limited to a simple surface treatment, very superficial, the penetration into a substrate such as wood is very low, namely generally less than 1 mm. Due to the large size of these molecules and their hydrophobic character, there is no penetration, for example polyurethane, in the intimacy of the nanostructure of the cell walls of the wood. To satisfy the ten-year guarantee imposed by the building industry, it is necessary to resort to wooden impregnation processes, in its volume, with preservatives such as copper-chromium-arsenic (CCA) salts, creosotes and organochlorine compounds or other toxic substances which, unfortunately, all present disadvantages in terms of public health and respect for the environment. In the industrial field, mention is also made of the method of roasting or pyrolysis of wood under a neutral atmosphere to stabilize the wood [4]. This technique involves subjecting the wood to heat treatment under controlled conditions to cause heat condensation reactions at the hemicellulose level of the wood. This roasting operation is usually carried out under a neutral or reducing atmosphere, in the presence of water vapor or not, generally on previously dried wood, by subjecting it to a temperature of between 170.degree. C. and 250.degree. long enough for the entire mass of treated wood to reach the treatment temperature. The operating conditions are highly dependent on the amount and geometry of the wood elements to be treated in an oven; the slightest difference in temperature and / or treatment time strongly jeopardizes the homogeneity of the batch of treated wood thus obtained. In addition, the physical integrity of the wood is not preserved. In fact, hemicellulose is partially or completely destroyed during treatment irreversibly. The mechanical properties of the wood are degraded during the treatment, in particular its limit to the rupture and because of this, the wood becomes more brittle and more fragile. In addition, during the heat treatment, the wood releases gaseous or liquid products based on toxic heavy aromatics. It is mentioned in the literature the oleothermic treatment processes that use oils [5-6]. These methods involve immersing the wood in oil mixtures between 150 ° C and 210 ° C. This technique makes it possible to fill the pores of the wood with highly hydrophobic fatty substances, but nevertheless incapable of diffusing within the cell walls. The wood therefore remains always sensitive to moisture. Several processes that involve both impregnation and chemical grafting techniques are commonly described in the literature. These methods generally comprise an impregnation step and a chemical grafting step. During the impregnation stage, the wood is impregnated with a substance reactive with the hydroxyl functions (-OH). These hydroxyl functions are naturally present in the constituent components of wood: cellulose, hemicellulose and lignin. The reactive impregnating substances are preferably chosen from anhydrides, formaldehyde, epoxides and isocyanates. All these reactive substances are toxic and must be associated with a wood swelling agent, usually a solvent, also toxic. Among other examples, mention may be made of the invention [7] which associates anhydride with fatty acids to create mixed anhydrides. During the chemical grafting step, the impregnating substance present in the wood reacts, optionally in the presence of a catalyst, with the constituent polymers of the wood by heating the substrate at least between 130 ° C. and 140 ° C. However, the main limitation of these grafting processes is that they are heavy to implement because they use reactive systems / harmful solvents or toxic. In addition, the massive impregnation of wood from anhydrides, or any other toxic reactive substances, will require expensive cleaning and / or neutralization operations to remove excess free reagents in the wood structure. at the end of the treatment. It is also possible to perform a stabilization treatment by inflating the wood without the chemical grafting of wood. The processes described in patents [8-9] propose the use of treatment solutions consisting of dicarboxylic fatty acids, azelaic acid and dodecanedioic acid, respectively. As stated in these documents, some formulations of this family have the property of being able to penetrate, under certain conditions, within the cell wall of wood to keep it inflated, even after drying. These dicarboxylic acid molecules, of general formula HOOC- (C142) n-COOH where "n" is an integer, are chosen to allow partial solubility of the dicarboxylic acid in water. The effectiveness of the treatment in terms of resistance to leaching of the fatty acid by water and in terms of limiting the return of water from the wood when immersed in water, will depend directly on the size molecular of said dicarboxylic acid considered, that is to say, the whole number "n" considered. For "n" less than 6, the carboxylic fatty acids are generally too soluble in liquid water to have sufficient resistance to water leaching of the wood. Whereas for "n" greater than 10, the dicarboxylic acids are too hydrophobic. The method described proposes the use of hydrophobic diacids with "n" between 6 and 10 capable of diffusing into the cell wall. However, wood treated with this process is not sufficiently resistant to moisture to prevent a significant water uptake of the wood if it is in contact with a source of moisture over long periods of time. 24 hours. Therefore, it is possible to conclude that the proposed treatment based on a simple impregnation of dicarboxylic acids alone, without associating a heat treatment, is incomplete to allow a durable dimensional stabilization of the wood with a low power of water retention. There is thus a need not yet satisfied for a process which allows a treatment of all the wood, both at the heart of it, and at the surface, making it possible to use resins commercially available, a low cost and zero or very low toxicity, without organic solvent. It must also include a limited number of simple steps thus inducing a limited cost and time of the process. Finally, the process must not affect the other properties of the substrate comprising wood, such as wood.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de stabilisation d'un substrat en un matériau comprenant du bois, tel qu'un substrat en bois qui satisfasse entre autre à l'ensemble des besoins mentionnés ci-dessus.The object of the invention is to provide a method for stabilizing a substrate made of a material comprising wood, such as a wooden substrate that satisfies, among other things, all the needs mentioned above.
Ce but et d'autres encore sont atteints, conformément à l'invention, par un procédé de torréfaction d'un substrat comprenant du bois associé à un diacide carboxylique. Le procédé est constitué de deux étapes successives. Dans un premier temps, le substrat comprenant du bois est 20 mis en contact avec une solution aqueuse de traitement entre 50°C et 150°C contenant au moins 5% massique, avantageusement contenant au moins 30% massique d'un composé ou d'un mélange de composés de la famille des diacides carboxyliques aliphatiques de formule (I): HOOC-(CH2),-COOH, dans laquelle "n" est un nombre 25 entier compris entre 6 et 10. Dans un second temps, ledit substrat comprenant du bois est retiré de la solution aqueuse de traitement et égoutté, puis enfin traité thermiquement pour être torréfié à une température comprise entre 100°C et 200°C. 30 -Avantageusement le diacide carboxylique choisi est l'acide azélaïque HOOC-(C112),-COOH (n= 7). -Avantageusement, la température de mise en contact entre le matériau comprenant du bois et la solution aqueuse de traitement 35 est choisie entre 70°C et 110°C, pour éviter une surpression de ladite solution aqueuse de traitement au-dessus du point d'ébullition de l'eau et par conséquent, éviter l'achat d'un équipement dispendieux. - 6 - -Avantageusement la prise de masse du bois en diacide carboxylique, à l'issue de l'imprégnation, doit être comprise entre 20 et 70 % ; une prise de masse proche de 30-40% de diacide est de préférence choisie. -Avantageusement, la mise en contact entre le substrat comprenant du bois et la solution aqueuse de traitement à base de diacide carboxylique est réalisée par une simple immersion dudit substrat comprenant du bois dans la solution aqueuse. -Avantageusement pour améliorer la cinétique d'imprégnation sur un bois sec, il est aussi possible d'utiliser une technique "vide-pression" pour favoriser l'imprégnation à coeur du substrat comprenant du bois par la solution aqueuse de traitement à base de diacide carboxylique. Cette technique "vide-pression" consiste à disposer le substrat comprenant du bois à imprégner dans une enceinte sous vide, par exemple dans une enceinte sous un vide de 10 à 100 mbar, afin de dégazer le substrat comprenant du bois ; puis de réaliser l'immersion du substrat en bois dans la solution aqueuse de traitement. Pour forcer le bain liquide à pénétrer dans la porosité du bois, et réduire ainsi la durée du traitement, le bain liquide est mis sous pression et chauffée. Une surpression de gaz est ainsi établie sur le bain de traitement, par exemple une pression comprise entre 5 à 10 bars. -Avantageusement, la durée de mise en contact entre le substrat comprenant du bois et la solution aqueuse de traitement est comprise entre 1 et 72 heures, de préférence choisie entre 12 et 48 heures. Cette durée sera choisie selon la géométrie du substrat comprenant du bois, selon l'essence de bois considérée, et selon le procédé d'imprégnation retenu. -Avantageusement, la température du traitement thermique de torréfaction est comprise de préférence entre 110°C et 160°C. Un traitement thermique au-delà de 200°C peut altérer le bois de manière significative en favorisant des réactions de pyrolyse de l'hémicellulose. -Avantageusement, la durée du traitement thermique est comprise 35 entre 6 et 72 heures, de manière préférentielle la durée dudit traitement thermique est comprise entre 12 et 48 heures. -L'environnement gazeux établi autour du matériau comprenant du bois pendant le traitement thermique est choisi appauvri en - 7 - oxygène, préférentiellement une atmosphère inerte comme la vapeur d'eau pour limiter les phénomènes d'oxydation du bois à partir de 100°C. Le procédé selon l'invention est généralement compatible avec les différentes opérations de finition du bois utilisées par l'industrie: ponçage, vernissage, sciage, peinture, collage, densification/durcissement par polymérisation de résine in situ dans le bois, coloration dans le volume par des pigments.This and other objects are achieved according to the invention by a roasting process of a substrate comprising wood associated with a dicarboxylic acid. The process consists of two successive steps. Firstly, the substrate comprising wood is contacted with an aqueous treatment solution between 50 ° C. and 150 ° C. containing at least 5% by weight, advantageously containing at least 30% by weight of a compound or of a mixture of compounds of the family of aliphatic dicarboxylic acids of formula (I): HOOC- (CH2), - COOH, in which "n" is an integer between 6 and 10. In a second step, said substrate comprising wood is removed from the aqueous treatment solution and drained, then finally heat treated to be roasted at a temperature between 100 ° C and 200 ° C. Advantageously, the dicarboxylic acid chosen is azelaic acid HOOC- (C112), -COOH (n = 7). Advantageously, the contacting temperature between the material comprising wood and the aqueous treatment solution is chosen between 70.degree. C. and 110.degree. C., in order to avoid an overpressure of said aqueous treatment solution above the point of contact. boiling water and therefore avoid the purchase of expensive equipment. Advantageously, the weight gain of the wood in dicarboxylic acid, after the impregnation, must be between 20 and 70%; a plug of mass close to 30-40% of diacid is preferably chosen. Advantageously, the contacting between the substrate comprising wood and the aqueous solution of treatment based on dicarboxylic acid is carried out by a simple immersion of said substrate comprising wood in the aqueous solution. Advantageously to improve the kinetics of impregnation on a dry wood, it is also possible to use a "vacuum-pressure" technique to promote the impregnation of the wood-containing substrate with the aqueous solution of diacid-based treatment carboxylic acid. This "vacuum-pressure" technique consists in arranging the substrate comprising wood to be impregnated in a vacuum chamber, for example in a chamber under a vacuum of 10 to 100 mbar, in order to degas the substrate comprising wood; and then immersing the wooden substrate in the aqueous treatment solution. To force the liquid bath to penetrate the porosity of the wood, and thus reduce the duration of the treatment, the liquid bath is pressurized and heated. A gas overpressure is thus established on the treatment bath, for example a pressure of between 5 and 10 bar. Advantageously, the contacting time between the substrate comprising wood and the aqueous treatment solution is between 1 and 72 hours, preferably chosen between 12 and 48 hours. This time will be chosen according to the geometry of the substrate comprising wood, according to the species of wood considered, and according to the impregnation method retained. Advantageously, the temperature of the roasting heat treatment is preferably between 110 ° C. and 160 ° C. Heat treatment above 200 ° C can significantly alter the wood by promoting pyrolysis reactions of hemicellulose. Advantageously, the duration of the heat treatment is between 6 and 72 hours, preferably the duration of said heat treatment is between 12 and 48 hours. The gaseous environment established around the material comprising wood during the heat treatment is selected depleted in oxygen, preferably an inert atmosphere such as water vapor to limit the oxidation phenomena of the wood from 100 ° C. . The method according to the invention is generally compatible with the various finishing operations of wood used by the industry: sanding, varnishing, sawing, painting, gluing, densification / curing by polymerization of resin in situ in the wood, coloring in the volume by pigments.
Le procédé selon l'invention est d'une grande simplicité, et il ne met en oeuvre que des produits non toxiques pouvant être préparés à partir de composés d'un faible coût et déjà disponibles commercialement; en fait, il s'agit d'un simple procédé d'imprégnation associé à un traitement thermique qui met en oeuvre des molécules extrêmement spécifiques et qui ne présente pas les inconvénients des procédés d'imprégnation de l'art antérieur mettant en oeuvre d'autres substances. Il a été constaté de manière surprenante que les composés de diacides carboxyliques de la présente invention, sont non seulement capables de pénétrer dans la paroi cellulaire du bois (ce qui était déjà connu dans la littérature), mais aussi de réagir de manière favorable et rapide avec les composants de la paroi cellulaire dès 100°C à l'aide d'un traitement thermique supplémentaire. L'état de nos connaissances ne permet pas de savoir si ce phénomène est dû à un greffage du diacide par estérification sur les fonctions hydroxyles du bois ou à une pyrolyse de l'hémicellulose/cellulose. Quoiqu'il en soit, les inventeurs ont constaté avec surprise que les réactions de torréfaction associant le bois avec du diacide carboxylique selon l'invention sont accélérées et obtenues avec des températures plus basses que celles proposées dans l'état de l'art antérieur pour des traitements de torréfaction. Les multiples avantages et effets surprenants de l'invention peuvent donc être énumérés comme suit, sans que 35 cette énumération soit considérée comme limitative: -Le procédé selon l'invention n'endommage pas le matériau comprenant du bois, tel qu'un substrat en bois, et notamment les propriétés mécaniques ne sont pas dégradées. - 8 - -La résine mise en oeuvre selon l'invention est peu sensible à la lixiviation par l'eau, en particulier par les eaux pluviales en conditions extérieures. - On obtient une excellente stabilisation du substrat en un matériau comprenant du bois, tels que le substrat en bois, vis-à-vis de l'humidité. Cette stabilisation peut être exprimée par le paramètre dénommé ASE ("Anti Shrinkage Efficiency"). L'ASE est défini par l'équation suivante: ASE(%)=100 X (Sbois non traité - Sbois traité) abois non traité avec la définition suivante de S: /Volumebois -Volumeboi s sec) Sbois traité ou non (%) = 100 X (VOlUraebois humide sec On peut également définir un ASE particulier dans lequel on fait référence non pas au volume de l'échantillon de bois, mais à l'une des dimensions du bois; par exemple dans le cas d'une lame de bois, il pourra s'agir de la Longueur (L), de la largeur (1) ou de l'épaisseur (e). Le coefficient ASE partiel ASEp relatif à la largeur peut donc être exprimé par la définition: ASEp(%)=100 X (Spbois non traité - Spbois traité) /Spbois non traité avec la définition suivante de Sp: Spbois traité ou non (%) =100X (largeurbois humide- largeurboissec, 1 /largeurbois sec Le bois est séché en étuve à 90°C pendant 24 heures et le bois est humidifié par immersion dans l'eau à 20°C pendant 24 heures pour des géométries peu massives de l'ordre de quelques cm3.The process according to the invention is of great simplicity, and it uses only non-toxic products that can be prepared from compounds of a low cost and already commercially available; in fact, it is a simple impregnation process associated with a heat treatment which uses highly specific molecules and which does not have the disadvantages of the impregnation processes of the prior art using other substances. It has surprisingly been found that the dicarboxylic acid compounds of the present invention are not only able to penetrate the cell wall of wood (which was already known in the literature), but also to react favorably and quickly with the cell wall components from 100 ° C using additional heat treatment. The state of our knowledge does not make it possible to know if this phenomenon is due to a grafting of the diacid by esterification on the hydroxyl functions of the wood or to a pyrolysis of hemicellulose / cellulose. Nevertheless, the inventors have surprisingly found that the roasting reactions associating the wood with the dicarboxylic acid according to the invention are accelerated and obtained with temperatures lower than those proposed in the state of the prior art for roasting treatments. The multiple advantages and surprising effects of the invention can therefore be enumerated as follows, without this enumeration being considered as limiting: the method according to the invention does not damage the material comprising wood, such as a substrate in wood, and in particular the mechanical properties are not degraded. The resin used according to the invention is not very sensitive to leaching by water, in particular by rainwater in external conditions. - Excellent stabilization of the substrate in a material comprising wood, such as the wood substrate, vis-à-vis moisture. This stabilization can be expressed by the parameter called ASE ("Anti Shrinkage Efficiency"). The ASE is defined by the following equation: ASE (%) = 100 X (untreated wood - treated wood) aborted untreated with the following definition of S: / Volume wood - dry volume dry) treated or unworked (%) = 100 X (Wet Dry Wet Can also be defined as a particular ASE in which reference is made not to the volume of the wood sample, but to one of the dimensions of the wood, for example in the case of wood, it may be Length (L), width (1) or thickness (e) The partial ASE coefficient ASEp for the width can therefore be expressed by the definition: ASEp (%) = 100 X (Spbois untreated - Spbois treated) / Spbois untreated with the following definition of Sp: Spbois treated or not (%) = 100X (Wetbeam wet-widthboissec, 1 / widthbois sec The wood is dried in oven at 90 ° C for 24 hours and the wood is moistened by immersion in water at 20 ° C for 24 hours for low mass geometries of the order of cm3.
Selon l'invention, l'ASE est largement supérieur à 50%, même après plusieurs cycles d'humidification / séchage. -Les composés mis en oeuvre selon l'invention sont peu, voire pas nocifs, et sont donc faciles à utiliser dans un processus industriel. -Le coût et la durée du procédé permettent son utilisation aisée dans l'industrie. -Le procédé de l'invention que l'on peut qualifier de traitement d'imprégnation ne nécessite pas obligatoirement de réactifs, de catalyseurs, de solvants, d'adjuvants divers très 35 nocifs ou dangereux du type anhydride, isocyanate, tetrahydrofuranne (THF), dichlorométhane, pyridine, dilméthylformamide (DMF), triéthylamine, acétone, éthanol, ... que ce soit pour greffer le bois, pour transporter le composé mis en oeuvre au sein de la structure du substrat comprenant du bois, - 9 - tel que le bois, ou pour nettoyer le substrat de tous les résidus de traitement non fixés par le substrat comprenant du bois, tel que le bois. -Le procédé de l'invention permet de traiter un substrat comprenant du bois, tel le bois, en profondeur, dans son volume, et ne se limite pas seulement à sa surface. -Bien que l'imprégnation du bois humide prenne plus de temps, il est possible de traiter un substrat comprenant du bois tel le bois, à l'état sec ou à l'état humide. -Il est en outre possible d'utiliser des techniques et des installations déjà éprouvées pour leur mise en oeuvre. Il ne nécessite aucune adaptation ou modification importante des installations existantes. En d'autres termes, on peut utiliser de très nombreux procédés et installations industrielles déjà en usage pour imprégner le bois tel que par exemple la technique "vide-pression". - A l'issue du traitement thermique, la surface du bois est propre. Notamment, la surface n'est pas polluée par des exsudats goudronneux (fulfural, phénols, ...). Il n'est pas utile de procéder à un nettoyage en profondeur du substrat en un matériau comprenant du bois tel que le bois après le traitement d'imprégnation. Le diacide carboxylique peut être fabriqué à partir de dérivés végétaux. Ainsi formulée, la solution de traitement mise 25 en oeuvre selon l'invention répond favorablement aux critères du développement durable. Ainsi, le procédé selon l'invention est particulièrement destiné aux bois maintenus à l'extérieur, faisant partie, par 30 exemple, de bardage, volets, fenêtres, portes, planchers, portails, piquets, pancartes, poteaux, mobiliers de jardins, pots, tonneaux, mobiliers d'espaces urbains et autres éléments de menuiserie extérieure, etc Le procédé selon l'invention trouve aussi des applications 35 dans le bâtiment, où le bois fait partie des charpentes, de mobiliers intérieurs en contact avec l'eau (par exemple mobiliers de salle de bain ou de cuisine), escaliers, parquets, etc - 10 - Le procédé selon l'invention peut être appliqué aux ouvrages d'art en bois tel que passerelles, ponts, structures portantes diverses et également aux objets en bois utilisés dans les activités maritimes.According to the invention, the ASE is well above 50%, even after several humidification / drying cycles. The compounds used according to the invention are little, or even not harmful, and are therefore easy to use in an industrial process. The cost and the duration of the process allow its easy use in the industry. The process of the invention which may be described as an impregnating treatment does not necessarily require reagents, catalysts, solvents, various highly harmful or dangerous adjuvants of the anhydride, isocyanate or tetrahydrofuran (THF) type. , dichloromethane, pyridine, dilethylformamide (DMF), triethylamine, acetone, ethanol, ... whether for grafting the wood, for transporting the compound used in the structure of the substrate comprising wood, such as the wood, or to clean the substrate of any non-substrate-fixed treatment residues including wood, such as wood. The method of the invention makes it possible to treat a substrate comprising wood, such as wood, in depth, in its volume, and is not limited only to its surface. -While the impregnation of wet wood takes more time, it is possible to treat a substrate comprising wood such as wood, in the dry state or in the wet state. -It is also possible to use techniques and facilities already tested for their implementation. It does not require any adaptation or significant modification of existing installations. In other words, one can use many processes and industrial facilities already in use to impregnate the wood such as for example the "vacuum-pressure" technique. - After the heat treatment, the wood surface is clean. In particular, the surface is not polluted by tarry exudates (fillural, phenols, ...). It is not useful to perform deep cleaning of the substrate in a material comprising wood such as wood after the impregnation treatment. The dicarboxylic acid can be made from plant derivatives. Thus formulated, the treatment solution used according to the invention responds favorably to the criteria of sustainable development. Thus, the method according to the invention is particularly intended for woods kept outside, being part, for example, cladding, shutters, windows, doors, floors, gates, stakes, signs, poles, garden furniture, pots , barrels, furniture of urban spaces and other elements of exterior carpentry, etc. The method according to the invention also finds applications in the building, where the wood is part of the frames, of interior furniture in contact with the water (by examples of bathroom or kitchen furniture), stairs, floors, etc. - 10 - The method according to the invention can be applied to wooden structures such as bridges, bridges, various load-bearing structures and also to wooden objects used in maritime activities.
L'invention va maintenant être décrite en référence à plusieurs exemples, donnés à titre illustratif et non limitatif. Exemple 1 Nous utilisons des échantillons de hêtre, une essence de bois reconnue comme facilement imprégnable. Les dimensions des échantillons sont d'environ : L 30 mm x 1 74 mm x 4 mm. Les fibres du bois sont parallèles à la longueur L. Dans un premier temps, on dispose d'un bêcher contenant la solution d'acide azélaïque à 110°C préalablement dissoute dans l'eau, à différentes concentrations. Après une durée de deux heures, les échantillons sont retirées du bécher et sont essuyés de leurs excès d'acide azélaïque en surface et refroidis jusqu'à la température ambiante.The invention will now be described with reference to several examples, given by way of illustration and not limitation. Example 1 We use samples of beech, a wood species known to be easily impregnable. The dimensions of the samples are approximately: L 30 mm x 74 mm x 4 mm. The wood fibers are parallel to the length L. Initially, a beaker containing the solution of azelaic acid at 110 ° C previously dissolved in water at different concentrations is available. After two hours, the samples are removed from the beaker and wiped off their excess azelaic acid on the surface and cooled to room temperature.
Dans un second temps, les échantillons ont subi un traitement thermique à 110°C dans un cristallisoir obturé par un verre de montre qui repose sur le cristallisoir. Pour pouvoir évaluer l'efficacité du traitement en termes de stabilisation dimensionnelle du bois vis-à-vis de l'humidité, nous calculons la valeur du coefficient "Anti Shrinkage Efficiency" ou "ASE" particulier calculé à partir de la largeur de l'échantillon, c'est-à-dire la dimension la plus instable de l'échantillon. Les échantillons de bois ont subi, après traitement selon l'invention, cinq cycles d'humidification/séchage en mesurant la largeur de l'échantillon au pied à coulisse à sec et à l'état humide à chaque cycle. L'humidification consiste à immerger complètement l'échantillon traité pendant 48 heures à 20°C dans l'eau pure pour les cycles 1 à 4, 96h pour le cycle 5. Le séchage consiste à sécher le bois pendant 48 heures à 20°C à l'air libre. La reprise en eau des échantillons de bois traités selon l'invention, a pu être évaluée en mesurant successivement la masse des échantillons après séchage et après humidification.In a second step, the samples were subjected to a heat treatment at 110 ° C. in a crystallizer sealed with a watch glass which rests on the crystallizer. In order to evaluate the effectiveness of the treatment in terms of dimensional stability of the wood with regard to humidity, we calculate the value of the "Anti Shrinkage Efficiency" or "ASE" coefficient calculated from the width of the sample, that is the most unstable dimension of the sample. The wood samples were subjected, after treatment according to the invention, to five humidification / drying cycles by measuring the width of the sample at the vernier caliper at dryness and in the wet state at each cycle. The humidification consists in completely immersing the treated sample for 48 hours at 20 ° C in pure water for cycles 1 to 4, 96h for cycle 5. The drying consists of drying the wood for 48 hours at 20 ° C outdoors. The water recovery of the treated wood samples according to the invention could be evaluated by successively measuring the mass of the samples after drying and after wetting.
Les résultats mesurés pour les 3 échantillons A, B et C sont reportés dans le tableau suivant à l'issue des 5 cycles d'humidification/séchage: Echantillons A B C . ère Imprégnation 30% Imprégnation 50% Imprégnation 40% .1. phase: mass. Ac. Azél. mass. Ac. Azél. mass. Ac. Azél. Imprégnation bois par ac. azélaïque. Durée : 2h Durée :2h Températ.:110°C Durée : 2h Températ. :110°C Températ. :110°C 2ème phase: Traitement 110°C Traitement 110°C Traitement 110°C Traitement à l'air humide, thermique air thermique l'air thermique. 24h humide, 48h humide, 24h Cycle 1 ASE P = 73 % WPG = + 22 % ASEP = 88 % WPG = + 15 % ASEP = 85 % WPG = + 11 % Humid./séch. Cycle 2 Humid./séch. ASE P = 64 % WPG = + 34 % ASEP = 90 % WPG = + 17 % ASEP = 87 % WPG = + 16 % Cycle 3 Humid./séch. ASE P = 64 % WPG = + 28 % ASEP = 89 % WPG = +14 % ASEP = 87 % WPG = + 21 % Cycle 4 Humid./séch. ASE P = 57 % WPG = + 35 % ASEp = 89 % WPG = +16 % ASEP = 87 % WPG = +15 % Cycle 5 Humid./séch. ASE P = 58 % WPG = + 29 % ASEP = 88 % WPG = + 28 % ASEP = 88 % WPG = + 25 % Asgp : Anti-Shrinkage Eveluation » particulier (%) WPG : Prise de masse en humidité : masse eau/ masse sèche (%) Le tableau de résultats démontre que la stabilisation (ASEp) de 25 l'échantillon A est plus faible par rapport à la stabilisation des échantillons B et C. Pour ces deux derniers, des ASEp largement supérieurs à 80 % ont été obtenus et ce, même après cinq cycles de lixiviation du bois par l'eau. La comparaison des reprises d'humidité lors des cycles d'humidification, montrent que le 30 traitement ralentie la reprise d'eau (reprise d'eau inférieure à 20% pour B et C), mais ne l'empêche pas. Pour le cycle 5, pour lequel la durée d'humidification a été plus importante, les trois échantillons ont une reprise d'humidité équivalente, de l'ordre de 25-30 %.The results measured for the 3 samples A, B and C are shown in the following table at the end of the 5 humidification / drying cycles: Samples A B C. Impregnation 30% Impregnation 50% Impregnation 40% .1. phase: mass. Ac. Azel. Mass. Ac. Azel. Mass. Ac. Azel. Wood impregnation by ac. azelaic. Duration: 2h Duration: 2h Temp .: 110 ° C Duration: 2h Temp. : 110 ° C Temp. : 110 ° C 2nd phase: Treatment 110 ° C Treatment 110 ° C Treatment 110 ° C Treatment with moist air, thermal air thermal air thermal. 24h wet, 48h wet, 24h Cycle 1 ASE P = 73% WPG = + 22% ASEP = 88% WPG = + 15% ASEP = 85% WPG = + 11% Humid./sec. Cycle 2 Humid./sec. ASE P = 64% WPG = + 34% ASEP = 90% WPG = + 17% ASEP = 87% WPG = + 16% Cycle 3 Humid./sec. ASE P = 64% WPG = + 28% ASEP = 89% WPG = + 14% ASEP = 87% WPG = + 21% Cycle 4 Humid./sec. ASE P = 57% WPG = + 35% ASEp = 89% WPG = + 16% ASEP = 87% WPG = + 15% Cycle 5 Humid./sec. ASE P = 58% WPG = + 29% ASEP = 88% WPG = + 28% ASEP = 88% WPG = + 25% Asgp: Anti-Shrinkage Eveluation »particular (%) WPG: Moisture mass uptake: water mass / dry mass (%) The results table shows that the stabilization (ASEp) of sample A is lower compared to the stabilization of samples B and C. For the latter two, ASEp well over 80% were obtained even after five cycles of wood leaching by water. The comparison of moisture recoveries during humidification cycles shows that the treatment slowed down the water uptake (less than 20% water uptake for B and C), but did not prevent it. For cycle 5, for which the duration of humidification was greater, the three samples have an equivalent humidity recovery, of the order of 25-30%.
35 Exemple 2 Dans cet exemple, on réalise la stabilisation de deux échantillon "D" et "E" constitués de hêtre. Les dimensions de l'échantillon sont d'environ : L 30 mm x 1 74 mm x 4 mm. Les fibres 10 15 20 - 12 - du bois sont parallèles à la cote L. Dans un premier temps, on dispose d'un bêcher contenant la solution d'acide azélaïque préalablement dissoute dans l'eau à 40% à 110°C. Après une durée de deux heures les échantillons "D" et "E" sont retirés du bécher et essuyé de leurs excès d'acide azélaïque en surface et refroidi jusqu'à la température ambiante. Dans un second temps, l'échantillon "D" a subi un traitement de torréfaction dans un cristallisoir à 110°C pendant 10 lh à l'air libre, tandis que l'échantillon "E" a subi un traitement de torréfaction de 48h à 110°C à l'air libre. Pour pouvoir évaluer l'efficacité du traitement en termes de stabilisation dimensionnelle du bois vis-à-vis de l'humidité, nous calculons la valeur du coefficient "Anti Shrinkage 15 Efficiency" ou "ASE" particulier calculé à partir de la largeur de l'échantillon, c'est-à-dire la dimension la plus instable. Nous avons fait subir aux deux échantillons bois, après traitement selon l'invention, un cycle d'humidification/séchage en mesurant la largeur et la masse de l'échantillon à sec et à 20 l'état humide. L'humidification consiste à immerger complètement l'échantillon traité pendant 48 heures à 20°C dans l'eau pure, le séchage consiste à sécher le bois pendant 48 heures à 20°C à l'air libre.EXAMPLE 2 In this example, two samples "D" and "E" of beech are stabilized. The dimensions of the sample are approximately: L 30 mm x 74 mm x 4 mm. The wood fibers are parallel to the L dimension. Initially, a beaker is available containing the azelaic acid solution previously dissolved in 40% water at 110 ° C. After two hours the samples "D" and "E" are removed from the beaker and wiped off their excess azelaic acid surface and cooled to room temperature. In a second step, the "D" sample underwent a roasting treatment in a crystallizer at 110 ° C. for 10 h in the open air, while the "E" sample underwent a roasting treatment of 48 h at room temperature. 110 ° C in the open air. In order to evaluate the effectiveness of the treatment in terms of dimensional stability of the wood with respect to moisture, we calculate the value of the particular "Anti Shrinkage Efficiency" or "ASE" coefficient calculated from the width of the sample, that is the most unstable dimension. We subjected the two wood samples, after treatment according to the invention, to a humidification / drying cycle by measuring the width and the mass of the sample in dry state and in the wet state. Humidification consists of completely immersing the treated sample for 48 hours at 20 ° C in pure water, drying is drying the wood for 48 hours at 20 ° C in the open air.
25 A L'issue de ce cycle d'humification/séchage, nous avons relevé une reprise d'humidité WPg et une stabilité dimensionnelle mesurée par le coefficient ASEp. Les résultats sont relevés dans le tableau suivant : ASEp (%) WPg (%) Echantillon D 51 22 Echantillon E 76 32 La comparaison entre les deux échantillons démontre qu'il faut une durée minimum du traitement thermique de torréfaction pour assurer une efficacité optimum au traitement. L'échantillon 35 E est mieux stabilisé que l'échantillon D. Les reprises d'humidité sont du même ordre de grandeur, la durée du traitement thermique a peu d'effet sur ce dernier paramètre. 30 - 13 - REFERENCES [1] Goland V.A., Khinskaya 0.V., Mikhailova I.A., Porcedure for treating and preserving wood to harden surface layer includes coating surface of wood with impregnating composition base on polymers, brevet GB-A62100288. [2] Matsushita Electric Works, Ltd., Preparation of inorganic board having finished surface by laying wooden plate or core of urethane resin and binder, thenshaped and cold pressing, brevet JP 59088383, 1984, Japon. [3] Park S.B., Development of surface improvementy technique of Japanese larch flooring board, Journal of the Korean Wood Science and Technology, 1999, 27(3), 31-38. [4] Weiland J.J. Thèse "Etude physico-chimique du 15 traitement thermique du bois: optimisation de paramètres du procédé de rétification", 26 janvier 2000, pp. 49-47. [5] Henri Baillères, Daniel Grenier et al. CTBA INFO N°101 - Juillet/Août 2003, pp 25-28. [6] Olivier Vitrac, Jean Meot, et al. Procédé et dispositif 20 pour le traitement du bois ou des matériaux similaires. Brevet FR 99/14672. [7] Magne M., El Kasmi S., Dupire M. et al. Procédé de traitement de matières lignocellulosiques, notamment du bois ainsi qu'un matériau obtenu par ce procédé. Brevet FR 0204448. 25 [8] Chaumat G., Albino C. Procédé de protection du bois contre l'humidité efficace sur une longue durée. Brevet FR 07/05182. [9] Ito T., Wood material improvement dimension stabilised impregnat aliphatic saturate di carboxylic acid solution. Brevet 30 JP 8336812. 35At the end of this humification / drying cycle, we noted a moisture uptake WPg and a dimensional stability measured by the coefficient ASEp. The results are shown in the following table: ASEp (%) WPg (%) Sample D 51 22 Sample E 76 32 The comparison between the two samples shows that a minimum duration of roasting heat treatment is required to ensure optimum treatment. The 35 E sample is better stabilized than the D sample. The moisture recoveries are of the same order of magnitude, the duration of the heat treatment has little effect on the latter parameter. REFERENCES [1] Goland V.A., Khinskaya O.V., Mikhailova I.A., Porcedure for treating and preserving wood to harden surface coating, including coating surface of wood with impregnating base-on-polymer composition, GB-A-62100288. [2] Matsushita Electric Works, Ltd., Preparation of inorganic board having finished surface by laying of urethane resin and binder, thenshaped and cold pressing, JP 59088383, 1984, Japan. [3] Park S.B., Development of Surface Improvement Technique of Japanese Larch Flooring, Journal of the Korean Wood Science and Technology, 1999, 27 (3), 31-38. [4] Weiland J.J. Thesis "Physico-chemical study of the thermal treatment of wood: optimization of parameters of the process of rectification", January 26, 2000, pp. 49-47. [5] Henri Baillères, Daniel Grenier et al. CTBA INFO N ° 101 - July / August 2003, pp 25-28. [6] Olivier Vitrac, Jean Meot, et al. Method and apparatus for treating wood or similar materials Patent FR 99/14672. [7] Magne M., El Kasmi S., Dupire M. et al. Process for the treatment of lignocellulosic materials, in particular wood, and a material obtained by this process Patent FR 0204448. [8] Chaumat G., Albino C. A method of protecting wood against moisture that is effective over a long period of time. Patent FR 07/05182. [9] Ito T., Wood material improvement dimension stabilized impregnat aliphatic saturate di carboxylic acid solution. Patent JP 8336812. 35
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