[001] A presente patente de invenção refere-se a um produto utilizado no tratamento de madeira, o qual € capaz de torna-la mais resistente ao impacto mecânico, à umidade, ao fogo, a insetos indesejados, além de diminuir a condutividade térmica, ser receptora de pigmentos e corantes, não alterar de forma significativa a densidade e possuir durabilidade frente as intemperes, sendo aplicado o produto e o processo de acordo com a característica final desejada.

[002] Atualmente, os produtos e processos presentes no mercado envolvem mais equipamentos como o uso de autoclave, assim como a alteração de pressão e temperatura durante o processo para que a resistência da madeira seja aumentada satisfatoriamente, além de alterações genéticas para que espécies que originam madeiras mais resistentes sejam alcançadas.

[003] A presente invenção foi desenvolvida com o intuito de apresentar produto e processo com um protocolo mais simples de utilização, tornando-o mais eficiente e podendo tornar a técnica para alteração da resistência em madeira mais popular e mais fácil de ser executada por um profissional .

[004] Assim, para o melhoramento do estado da técnica existente, foi desenvolvido o referido produto e processo associado, objetos do presente pedido de patente.

O ESTADO DA TBCMICA

[005] O estado da técnica apresenta alguns desenvolvimentos relacionados ao aumento da resistência em madeira, inclusive com a utilização de compostos químicos, os quais buscam uma maior proteção da madeira, principalmente aquelas originárias do reflorestamento. [006] Entretanto, o estado da técnica atual utiliza, além dos compostos químicos, outros equipamentos e parâmetros que dificultam a utilização e prática comercial do processo atual, pois envolve a utilização de autoclave, alteração de temperatura e pressão.

[007] 0 pedido de patente BR 10 2015 006744 5, por exemplo, descreve uma sequência de operações ou etapas tais que permitem o tratamento de madeiras, especialmente o pinus, tornando-as altamente resistentes à umidade, bem como ao ataque de fungos e cupins. Tal invenção aplica a alteração de temperatura no momento da aplicação dos compostos químicos para entre 300° e 400 ^e C e uma alteração de pressão de 40 a 100 PSI, com a utilização de autoclave.

[008] Ainda diversos são os documentos que fazem parte do estado técnica que relatam a utilização de compostos químicos para o aumento da resistência em madeira, contudo nenhum deles descreve os mesmos compostos nas mesmas condições relatadas pela referida invenção objeto do presente pedido de patente.

[009] Sendo assim, não há no estado da técnica nenhum produto e/ ou processo que apresente as características do presente pedido de patente.

BREVE DESCRIÇÃO DA PATENTE DE INVENÇÃO

[010] É o objetivo do presente pedido de patente de invenção proporcionar um produto a ser aplicado em madeiras tornando-as mais resistentes em diversos aspectos, através da aplicação de soluções químicas e um processo associado contendo etapas para a aplicação das ditas soluções.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[011] o presente pedido de patente de invenção será melhor compreendido com base nas descrições a seguir, tomada em conjunto com os desenhos anexos, nos quais: [012] A Figura l é um gráfico sobre os dados de Difração de Raio - X (DRX) dos Materiais.

[013] A Figura 2 é um gráfico sobre os dados de Módulo de Ruptura (MOR) versus Energia Específica (EE) das madeiras testadas.

[014] A Figura 3 é um gráfico sobre os dados de Carga Máxima versus EE das madeiras testadas.

[015] A Figura 4 é uma tabela sobre os dados de flamabilidade da madeira Pinus.

[016] A Figura 5 é uma tabela sobre os dados de flamabilidade da madeira tratada com as soluções e processo da presente invenção.

[017] A Figura 6 é uma tabela sobre os dados de condutividade da madeira Pinus e da madeira tratada com as soluções e processo da presente invenção.

[018] A Figura 7 é uma fotografia da Microscopia Eletrônica de Varredura da madeira Pinus.

[019] A Figura 8 é uma fotografia da Microscopia Eletrônica de Varredura da madeira tratada com as soluções e processo da presente invenção

[020] A Figura 9 é um gráfico sobre os dados de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) .

DBSCRIÇÃO DETALHADA DA IMVKNCÃO

[021] A presente patente de invenção visa tornar a madeira, mais especificamente, a madeira reflorestada, mais resistente.

[022] Para isso, foram desenvolvidas duas soluções químicas, que podem ser utilizadas sozinhas, em sequência ou juntas, para que a madeira adquira maior resistência.

[023] A forma escolhida para a utilização das soluções dependerá do resultado que se pretende atingir, tal como, maior resistência mecânica, à umidade, ao fogo e a insetos indesejados, condutividade térmica, pigmentação, densidade e durabilidade frente as intemperes "self life" .

[024] A composição química da primeiira solução, nomeada solução A, se dá pela combinação de um polímero fluorinado, do tipo Capstone LPA dentro da faixa de 0,5-10% com o solvente diclorometano na faixa de 75 -99%. O solvente poderá ser também substituído pelos seus pares, tanto na forma individual quanto em misturas das mais diversas combinações, como segue:

Cetonas:

Acetona; Ciclohexanona; Diacetona; Diisobutil cetona; Isoforona; Metil-Amil-cetona; Metil-etil cetona; Metil Xsobutil-cetona; Metil Propil-cetona.

Álcoois:

metilico, etílicos; Álcool benzílico; Ciclo-hexanol; Álcool etílico; 2-etil-hexanol; Álcool isobutílico; Álcool isopropílico; Álcool n-butílico; álcool n-propílico; Álcool butílico seçundário; Álcool butílico terciário; Álcool Tetrahídrofurfurílico; Texanol; Ester Alcohol.

Halôgenos:

Cloreto de metileno; tricloreto de Metileno, Monoclorobenzeno; Ortodiclorobenzeno; Percloroetileno; Tricloroetileno; Benzeno; Hidrofluoro e organovolatéis .

Alifático

Heptano; Hexano,- Querosene; gasolina; n-pentano; Solvente de borracha; ciclohexano, cicloheptano.

Aromático

Panasol; Tolueno; Xileno, varsol, além de Hidróxido de amónio e água.

[026] O solvente nesse caso fará a promoção da distribuição do agente repelente de água, no caso o polímero fluorinado, junto a toda matriz celulósica, por imersão, o solvente também atuará como um removedor parcial da lignina e da hemicelulose durante seu processo de evaporação .

[027] Para a preparação da referida solução é necessário ura recipiente adequado e com menor área superficial possível. Deve-se então adicionar todo o diclorometano e depois todo o polímero fluorado sob agitação branda, buscando solubilizar o repelente. A baixa viscosidade do meio contribui com a remoção de calor e lenta evaporação do solvente. A adição parcial do solvente intercalando ou não com o polímero ou agente fluorado pode ocorrer também.

[028] Apôs o término da adição do repelente, o agente fluorado, é preciso deixar o sistema em agitação por um período de tempo de 10 a 30 minutos, dependendo do volume produzido.

[029] Quando pronta a solução poderá ser aplicada diretaroente na madeira, por imersão, ficando o tempo a cargo das dimensões da madeira, em média 20-50 minutos a cada 5 cm de diâmetro e da umidade de 7-20%, além da possibilidade de repetição de ciclos, dependendo da característica que se busca para a madeira. A liberação, apôs o ciclo de imersão inicia-se o processo de secagem, onde o solvente sairá de forma lenta o suficiente para remover parte da lignina e da hemicelulose. Desta forma, a estrutura da celulose fica mais exposta e está preparada para interagir com o repelente.

[030] Outra vantagem da presente invenção vem do fato da remoção do solvente diclorometano ser um processo endotérmico, permitindo salvaguardar a estrutura da celulose, evitando a fissuração de cadeia, quebra principalmente nas ligações β -1, 4-glicosídicas e rompimento das cadeias periféricas, dentre outras. [031] Após a saída do solvente inicia o processo de formação do filme do polímero de flúor, que está espalhado em todo seio da madeira. Desta forma, toda cadeia de celulose é envolvida e ligada entre: si e entre seus pares.

[032] Assim, o controle efetivo da saída do solvente permite a formação de um filme ou mesmo de estruturas do tipo Core Shell junto à celulose e em todas as estruturas da madeira.

[033] Nessa etapa atinge-se uma alteração na redução da absorção da água pela madeira, não havendo, devido à baixa concentração do reagente, quando usado, retardante, polimerizante, alterações físicas, mecânicas e/ou morfológicas na madeira.

[034] A composição química da segunda solução, chamada solução B, se dá pela combinação do solvente diclorometano e/ou dos seus pares já citados acima sozinhos ou em misturas, além de polióis derivados do Óleo de Mamona (resina) na faixa de proporção entre 1-25%, aglutinador de cadeia para o polióis de Mamona (catalisador) na faixa de proporção entre 1-25%, além do Isopropóxido de titânio nas concentrações entre 1-5% e seus correlatos, tais como: Cobalto, manganês, chumbo, zircónio, bismuto, titanatos e vanádio e do Dióxido de Silício Nanométrico na faixa entre 0-5% dentro do tamanho limite de 980 nanômetros.

[035] As resinas podem ser utilizadas sozinhas ou em misturas dentro das mais variadas combinações e concentrações possíveis, tais como: Resinas sintéticas (Resinas fenólicas; Resinas epóxi; resina ureia; Resinas, plástica, termoplásticas) e naturais extraídas de plantas.

[036] O solvente, novamente, possui a função de promover a distribuição da resina e do catalisador junto a toda matriz celulósica. Além disso, o mesmo também atua como removedor parcial de lignina e da hemicelulose durante seu processo de evaporação.

[037] Os polióis derivados do óleo de mamona são a base do processo de polimerização, atuando concomitantemente com o catalisador, junto à celulose, especialmente quando ocorre a evaporação do solvente. O filme ou "core shell" formado une as cadeias de celulose convenientemente, tornando-as mais hidrofóbicas, interconectadas e sinérgicas, dando as características mencionadas ao material, tais como: resistente ao impacto mecânico, à umidade, ao fogo, a insetos indesejados, além dè diminuir a condutividade térmica, ser receptora de pigmentos, não alterar de forma significativa a densidade possuir durabilidade frente as intemperes, sendo aplicado o produto e o processo de acordo com a característica final desejada ..

[038] O aglutinador mencionado age como um iniciador e catalisador para a reação de polimerização da resina de mamona. Enquanto o Isopropôxido de Titânio atua como um co- catalisador, o Dióxido de Silício Nanométrico atua como um estabilizante, ambos agindo no processo de baixo escoamento.

[039] Para a preparação da referida solução é necessário um recipiente adequado e com menor área superficial possível. Adiciona-se 30-50% do Diclorometano e depois todo o poliol sob agitação branda, buscando a estabilização do poliol por solvõlise.

[040] A baixa viscosidade do meio associada ao processo endotérmico do solvente, quando em processo de evaporação, contribui para a remoção de calor, controlando de forma eficiente a temperatura.

[041] Em seguida, adicionar o restante do diclorometano lentamente, para que seja finalizada a estabilização, e posteriormente acrescentar o aglutinador, mantendo, assim, o processo em agitação branda constante. Neste momento, o poliol solvadato é impedido de reagir com o aglutinador, que também está sob processo de solvólise, que assim entram em estágio de repulsão eletrostática leve.

[042] Nesta etapa, os monômeros na forma de gotículas solvatadas passam a ter a mobilidade reduzida, o que interfere na cinética de reação, incrementando o tempo do processo de produção, além do fato que a coalescência química é controlada e orientada pelo efeito solvente (em excesso) e repulsão eletrostática dos solvatados, assim gerando um filme homogéneo em toda estrutura.

[043] Após o término da adição do aglutinador, é preciso deixar o sistema em agitação por um período de tempo de 10-30 minutos dependendo do volume, para homogeneização e sinergia dos componentes.

[044] Nesta etapa há um impedimento da coalescência das gotas de monômeros, que ficam estabilizados pelo efeito da temperatura baixa do reator (Efeito endotértnico) .

[045] Ao fim do período de homogeneização, adicionar o Isopropôxido de Titânio sob agitação e em seguida lentamente adicionar o Dióxido de Silício Nanométrico.

[046] Os dois reagentes (Isopropôxido de Titânio e Dióxido de Silício Nanométrico) são redutores de mobilidade e estabilizadores de sistemas binários, de tal modo que há uma redução na cinética de reação.

[047] A composição também pode conter aditivos tais como, por exemplo, pigmentos, corantes, retardadores de fogo, biocidas, etc. usados na forma individual ou mistura de um ou mais componentes nas diversas combinações possíveis, assim temos:

[048] Exemplos de pigmentos que podem ser adicionados são compostos aromáticos substituídos complexos, estabilizadores <Je luz UV, além de pigmentos inorgânicos e orgânicos .

[049] Alguns exemplos não limitantes de pigmentos inorgânicos adequados incluem: óxidos de ferro, incluindo óxidos de ferro vermelho, óxidos de ferro amarelo, óxidos de ferro preto e óxidos de ferro marrom; hidróxido de ferro, grafite, carbonato de cálcio; hidróxido cobre; dicromato de zinco e pigmentos comerciais,

[050] Exemplos não limitativos de pigmentos orgânicos Benzimidazolona; Naphthol; Quinacridona; antraquinona; quinacridona e comerciais.

[051] Exemplos não limitativos de retardadores de fogo incluem compostos de fósforo tais como fosfato de amoníaco, polifosfato de amónia, compostos de boro tais como borato de zinco e ácido bórico, carbonatos metálicos tais como Huntite (3MgC03*CaC03) e Hydromagnesite

(Mg5 (C03)4 (0H)2x4H20) , hidróxidos metálicos tais como trihidróxido de alumínio e hidróxido de magnésio.

[052] Exemplos de biocidas incluem fungicidas inorgânicos ou orgânicos insolúveis em água ou orgânicos, inseticidas, moldicidas, bactericidas, algicidas, tais como, por exemplo, azoles, compostos de amónio quaternário, compostos de borato, compostos de fluoreto e suas combinações .

[053] Após esta etapa, o liquido estará pronto para uso.

[054] Quando utilizada na madeira, preferencialmente pelo processo de imersão, mas não limitada a ela, ocorrerá a liberação do solvente de forma lenta o suficiente para remover parte da lignina e da hemicelulose, deixando a estrutura da celulose mais exposta e preparada para interagir. [055] Outra vantagem do processo vem do fato do mesmo ser endotérmico, permitindo salvaguardar a estrutura da celulose, evitando a fissuração de cadeia, quebra das ligações β -l, 4-glicosídicas e rompimento de cadeias periféricas, mas não se limitando a essas.

[056] Apôs a saída do solvente inicia-se o processo de polimerização lenta dos polióis, que estão espalhados em todo seio da madeira. Desta forma, toda cadeia de celulose ê envolvida e ligada entre si e entre seus pares. Nesta etapa a arquitetura da molécula é controlada pelo processo de copolimerização com ramificação leve e ésterioregularidade, evitando nucleação e crescimento desordenado do polímero em macrorregiões espaçadas, na forma de ilhas, o que não atende a proposta do presente pedido.

[057] Assim, o controle efetivo da saída do solvente associado à correta polimerização, ou seja, controlada, permite a formação de um filme ou mesmo de estruturas do tipo "Core Shell" junto à celulose e em todas as estruturas da madeira.

[058] Nessa etapa atinge-se uma alteração na estrutura cristalina, o que lhe confere resistência, durabilidade e baixa absorção de água, dentre outras.

[059] Além das soluções apresentadas no presente pedido, foi desenvolvido um processo de aplicação, o qual obedece às etapas abaixo:

1) Limpeza das madeiras e controle de umidade.

[060] Essa etapa possui o objetivo de retirar qualquer rejeito ou sujeira que interfira na qualidade final do produto e que possa deixar as soluções apresentadas anteriormente densas, o que elevaria o tempo de imersão e interferiria no processo e no resultado final. Ao fim desta etapa, as madeiras estão prontas para serem transformadas. 2) Separação das madeiras por diâmetro.

[061] Essa etapa possui o objetivo de padronizar o tempo de imersão ficando o tempo de imersão a cargo das dimensões da madeira, (em média 20-50 minutos a cada 5 cm de diâmetro) e da umidade (7-20%) , além da possibilidade de repetição de ciclos, dependendo da característica que se busca para a madeira, assim, quando houver variações significativas no diâmetro, será necessária a separação entre as mesmas.

3) Produção das soluções.

[062] Essa etapa possui o objetivo de preparar as soluções via misturas de reagentes.

4) Imersão

4.1) Imersão na solução - etapa processo natural

[063] Essa etapa implica na aplicação de uma mistura de álcool 98% com Breu, uma resina altamente conhecida pelo seu poder impermeabilizante.

[064] A madeira é colocada sob imersão na referida solução e depois é feita a secagem.

4.2) Imersão nas soluções: - etapa processo artificial

4.2.1) Imersão na solução A

[0653 Essa etapa implica na aplicação da solução nomeada A, descrita anteriormente, através de imersão e, posteriormente, a secagem da madeira.

4.2.2) Imersão solução B

[066] Essa etapa implica na aplicação da solução nomeada B, descrita anteriormente, através de imersão.

[067] O processo de imersão pode ser substituído, mas não limitado pelos seguintes processo: gotejamento, spray, filme (químico ou físico) , misturação, deposição térmica, pulverização, sob pressão ou não, ou a mistura de dois ou mais dos itens acima mencionados em diferentes temperaturas e volume. 5) Secagem

[068] O objetivo é eliminar o solvente e criar artificialmente um processo de "nucleação" entre cadeias de celulose, gerando um filme protetor.

[069] O processo de secagem pode ser natural ou artificial através de fomos, estufas dentre outros.

[070] Através da utilização das soluções descritas no presente pedido, além do processo de aplicação, consegue-se uma madeira Pinus, Eucaliptos tReflorestamento) e outras madeiras (*softwood* e "hardwood") de todos os géneros com características físico-mecânicas, morfológicas e biocidas superiores à maioria das madeiras nobres, além de apresentar um "shelf life" superior a 25 anos.

[071] As características da madeira após a aplicação das soluções e do processo são:

1) Aumento na cristalinidade da cadeia celulósica (Figura 1) , além do modulo de ruptura, rigidez, tenacidade (Figuras 2 e 3) ;

[072] Nà análise estrutural, os dados de DRX indicam que a estrutura da celulose foi mantida intacta após a utilização das soluções e do processo descritos pela presente invenção, além disso teve um incremento muito forte na cristalinidade, passado de 62 nm para 114 nm o tamanho de cristalito. A maior cristalinidade da celulose (114 nm) implica em maior resistência mecânica e estrutural do material e menor absorção de água.

[073] 0 tamanho de Cristalito foi determinado pela equação Scherrer, descrita por Landford and Wilson (1978) , de acordo com a equação abaixo: [074] Onde D é o tamanho (perpendicular ao plano da estrutura representada pelo pico (200)) _/

[075] jC é uma constante relacionada com a forma dos cristais e os índices de refletância do plano (200) , λ é o comprimento de onda do feixe incidente no experimento de difração, β é a largura do pico a meio máximo (pwhm) em radianos e Θ ê a posição do pico (metade do valor 2 Θ ) .

2) Diminuição da flamabilidade (Figura 4 e 5) , condutividade térmica (Bioclimatico) (Figura 6) , variação dimensional, absorção de água e inchamento;

[076] Assim, as fibras da madeira ganham uma nova configuração que resulta em maior resistência, durabilidade e na eliminação de agentes biológicos que causam a deterioração do produto.

[077] Mesmo com a utilização das soluções e processos descritos por esta invenção, a morfologia (Figura 7) e a composição química (Figura 8) não se alteram. Isso ocorre, pois, os produtos (Mamona) são usados em baixas concentrações e o solvente é apenas um intermediário de reação.

[078] Os dados de Infravermelho com Transformada de Fourier (FTIR) mostram que não há diferenças químicas entre a madeira antes e depois do tratamento proposto, confirmando pelos estiramentos das principais ligações químicas presente na celulose (Figura 9) .

[079] Apesar da descrição acima mencionada do presente pedido de patente de invenção e das figuras ilustrativas anexas, uma pessoa versada na técnica poderá verificar e concluir que existem variações dentro das modalidades, além daquelas aqui especificadas.