CA2269904C - Procede de traitement du bois par impregnation - Google Patents

Abstract

La présente invention concerne un procédé de traitement du bois du type dans lequel on dispose le bois à traiter dans une enceinte dans laquelle on crée un vide, où l'on remplit ladite enceinte d'un produit durcissable, notamment un monomère, de façon à imprégner le bois en faisant pénétrer le produit dans l'espace interfibres de celui-ci, où l'on provoque ensuite le durcissement dudit produit, notamment par polymérisation. Ce procédé est caractérisé en ce que l'on fait précéder l'opération d'imprégnation du bois d'une étape de rétification.

Description

PROCEDE DE TRAITEMENT DU BOIS PAR IMPRÉGNATION
La prsente invention concerne un perfectionnement aux procds de traitement du bois dans lesquels on imprgne celui-ci d'un produit durcissable.

on sait, qu' l'tat naturel, le bois ou les fibres de bois qui sont au contact d'une atmosphre humide ont tendance se gorger d'eau, allant jusqu' l0 absorber 100 de leur poids d~: celle-ci. Cette absorption d'eau s'accompagne d'un gonflement, caractristique d'une diminution des qualits de cohsion du matriau, pouvant aller, dans certains cas, jusqu' une dsagrgation avance de celui-ci. C'est pourquoi on a pour habitude de faire prcder toute opration de faonnage du bois d'une tape de schage qui, en liminant l'eau de celui-ci, amliore sa stabilit dimensionnelle.

Si l' tape de schage permet d' liminer l' eau du bois elle ne modifie en rien par contre le caractre hydrophile de celui-ci, si bien qu'il est de nouveau apte rabsorber l'eau limine lors du schage, lorsqu'il se trouve de nouveau en atmosphre humide.

Afin de diminuer le caractre hydrophile du bois naturel, et de lui confrer ainsi une stabilit dimensionnelle durable, on a propos diffrentes techniques de traitement thermique haute temprature.

Parmi ces techniques, on a propos de faire subir au bois naturel diffrentes tapes de traitement comprenant notamment un schage en circuit ouvert suivi d'un chauffage et d'un maintien une temprature comprise entre environ 220C et 300C pendant une priode dtermine. Une telle technique de traitement, dite de rtification, permet de confrer au bois, la

2 fois un caractère hydrophobe et une excellente stabilité dimensionnelle.
----r On a également proposé, notamment afin d'améliorer les propriétés mécaniques du bois, de faire appel à des techniques de traitement qui consistent à
imprégner celui-ci avec un monomère puis, cette imprégnation ayant été réalisée, à le polymériser in situ, en faisant appel pour ce faire à différentes techniques, telles que notamment l'action d'un lo rayonnement gamma ou l'action de la chaleur.
Les méthodes de traitement utilisées dans l'état antérieur de la technique consistent à disposer le bois à traiter dans une enceinte dans laquelle on fait le vide, à remplir celle-ci du monomère d'imprégnation, et â appliquer une forte pression dans cette enceinte de façon à faire pënétrer le monomère dans le bois. I1 ne reste plus alors qu'à faire polymêriser le monomère.
Si ces techniques se révèlent satisfaisantes sur le plan de l'amélioration des propriétés mécaniques du 2o bois traité, et notamment sur ce7.ui de la dureté, elles le sont beaucoup moins sur celui de la stabilité
volumique du bois en atmosphère humide. On a ainsi remarqué que les bois ainsi imprégnés présentaient la particularité, au bout d'un certain temps d'utilisation, de perdre leur adhérence avec le polymère dont ils étaient imprégnés, ce qui se traduisait par un gonflement de ce bois.
La présente invention a pour but de proposer un perfectionnement aux techniques d'imprégnation de bois 3o par des produits durcissables, et notamment par des monomères, en vue notamment de conférer à ceux-ci des caractéristiques de stabilité dimensionnelle lorsqu'ils sont exposés par la suite à une atmosphère humide.
La présente invention a ainsi pour objet un procédé de traitement du bois du type dans lequel on

3 dispose le bois traiter dans une enceinte dans laquelle on cre un vide, o l'on remplit ladite . enceinte d'un produit durcissable, notamment un monomre, de faon imprgner le bois en faisant pntrer le produit dans l'espace interfibres de celui-r ci, o l'on provoque ensuite le durcissement dudit produit, notamment par polymrisation, caractris en ce que l'on fait prcder l'opration d'imprgnation du bois d'une tape de rtification.

l0 De faon intressante ledit produit est un monomre que l'on durcit par polymrisation, notamment par action d'un rayonnement ou par voie thermique.

On peut raliser l'imprgnation immdiatement aprs l'tape de rtification, de faon utiliser la chaleur restante du bois en cours de refroidissement, pour assurer, par voie thermique, la polymrisation du monomre.

On sait qu'une opration de rtification consiste soumettre le bois un traitement thermique dans des conditions contrles afin de provoquer des ractions de thermocondensation au niveau de la structure ligno-cellulosique du bois. Une opration de rtification est habituellement ralise sous atmosphre neutre ou rductrice sur du bois pralablement sch, en soumettant celui-ci une temprature comprise entre 220C et 280C pendant un temps suffisamment long pour que la totalit de la masse du bois trait atteigne la temprature de traitement, et sans dpasser ce temps de traitement. On conoit que, dans ces conditions, cette dure est fonction de la nature et de l'paisseur du bois.

La demanderesse a constaté que cette opération de rétification possédait trois effets importants, à
savoir d'augmenter légêrement la porosité du bois, de conférer à celui-ci un caractère hydrophobe, et

4 d'améliorer sa mouillabilité vis-à-vis des monomères en modifiant la tension de surface du bois. Ces trois effets sont notamment utilisés suivant la présente invention pour favoriser l'imprégnation du bois par le monomère.
Les essais réalisés par la demanderesse, et qui seront décrits en détails ci-après, ont ainsi permis de démontrer qu'en faisant précéder, suivant l'invention, l'imprégnation du produit, et notamment d'un monomère, par une opération de rétification, non seulement on obtenait une imprégnation supérieure â celle conforme à
l'état antérieur de la technique, mais qu'il n'était plus nécessaire pour obtenir une telle imprégnation de mettre sous pression l'enceinte contenant le bois à
traiter et le produit d'imprégnation.
La demanderesse a également établi que le procédé
suivant l'invention permettait de réaliser une imprégnation, par des monomères, de variétés de bois qui étaient jusqu'à présent réputées quasiment non 2o imprégnables par les procédés connus, tels que notamment l'épicéa, le chêne, le châtaignier, le hêtre.
Suivant l'invention certains des agents de gonflement, tels que notamment le méthanol, qui sont utilisés suivant l'état antérieur de la technique préalablement à l'opération d'impr.égnation, ne sont plus nécessaires, ce qui reprêsente une ëconomie, d'une part sur le plan du coût du produit lui-même, et d' autre part sur le plan du coût de la mise en oeuvre du procédé.
La polymérisation du monomère peut, bien entendu, être effectuée en faisant appel à plusieurs techniques et notamment parmi celles-ci par l'action de rayons gamma, par chaûffage par convection et par chauffage par micro-ondes.

on décrira ci-après divers exemples de mise en oeuvre de l'invention en regard du dessin annexé sur lequel .
La figure 1 est un graphique qui représente la

5 variation de la température à laquelle est soumis un bois à traiter en fonction du temps lors d'une opération de rétification.
La figure 2 est une vue schématique d'un réacteur permettant de réaliser une opération d'imprégnation d'une pièce de bois par un monomère.
La figure 3 est un graphique qui représente la variation du taux d'imprégnation en fonction du temps, d'un échantillon de bois par un monomère, respectivement dans le cas d'un bois naturel et d'un bois rétifié.
La figure 4 est un graphique qui représente la variation du gonflement volumique en fonction du temps, d'échantillons de bois en présence d'une atmosphère humide.
2o Bien que la demanderesse ait établi que la présente invention soit applicable à de nombreuses essences de bois, et notammént au hêtre, au charme, au frêne et au peuplier, on décrira à titre d'exemple le procédé suivant l'invention dans le cas d'une application au charme.
On se propose donc de traiter suivant l'invention des échantillons constitués de pièces de charme.
Conformément à l'invention, la première partie du traitement consiste à faire subir à ces pièces de bois un traitement de rétification. Pour ce faire ces derniêres sont introduites dans une enceinte de traitement où elles sont soumises à des variations de température programmées. On a ainsi représenté sur la figure 1 la variation de température T (en °C) en fonction du temps t (en min), à laquelle on a porté

6 PCT/FR97/01933 l'enceinte contenant les pièces de charme à traiter et en pointillés la température du bois.
Un tel processus de traitement comprend trois étapes essentielles, à savoir une étape de s~~~chage A, préférentiellement une étape de transition vitreuse B, et une étape de rëtification proprement dite C.
La première étape de séchage A se décompose elle-même en deux phases, une première phase A1 au cours de laquelle on élève progressivement la température de l'enceinte de traitement contenant le charme à traiter avec une vitesse de montée en température d'environ 5°C/min, à partir de la température ambiante jusqu'à
une température T1, voisine de I0o°C, suivie d'une phase A2 au cours de laquelle on maintient la température de l'enceinte 1 à une valeur palier T1 jusqu'à la fin du séchage.
Au cours de la seconde étape B, qui est facultative, mais qui, lorsqu'elle est réalisée, améliore grandement l'efficacité du procédé, on élève progressivement la température de l'enceinte avec une vitesse de montée en température voisine de la précédente, à partir de la température T1 jusqu'à une température Tg voisine de la température de transition vitreuse de l'essence de bois considéré, à savoir le charme dans le cas présent. On maintient la température Tg à cette valeur palier pendant le temps nécessaire pour que la totalité de la masse de bois traité
atteigne Ia température de transition vitreuse Tg. On remarquera que le fait de prolonger la durée de ce ,30 palier ne se traduit par aucune consêquence néfaste en ce qui concerne le respect des qualités mécaniques du produit traité.
Au cours de la troisième étape C on élève progressivement, au cours d'une phase C1, la température de l'enceinte avec une vitesse de montée en WO 98/18606 ~ PCT/FR97/01933 temprature voisine de la prcdente, de la temprature de transition vitreuse Tg la temprature de rtification Tr et l'on maintient pendant une seconde phase C2 la temprature du four cette valeur palier, jusqu' ce que la plupart des hmicelluloses soient dcomposes.

On sait qu'une des difficults de cette tape spcifique rside dans le fait que le maintien en temprature doit s'effectuer pendant un temps lo suffisamment long pour que l'hmicellulose soit dcompose dans sa quasi totalit, mais qu'il est impratif de ne pas dpasser ce temps sous peine de commencer dtruire du mme coup la lignine et la cellulose, ce qui se traduirait alors par une chute des caractristiques mcaniques du bois trait.

Cette premire partie a permis de prparer le matriau de faon quasi parfaite la seconde partie, savoir l'imprgnation, qui va suivre, notamment en ouvrant les pores du bois, en confrant celui-ci un caractre hydrophobe et en augmentant sa mouillabilit vis--vis du monomre.

On met alors en oeuvre cette seconde partie du traitement, qui comprend elle-mme deux tapes, savoir une tape d'imprgnation avec un produit durcissable et notamment un monomre polymrisable, et une tape de durcissement, ou polymrisation, du produit dont on a imprgn le bois.

Pour mettre en oeuvre la premire tape on utilise un dispositif du type de celui reprsent sur la figure 2, et qui est bien connu de l'tat antrieur de la technique. Ce dispositif se compose essentiellement d'une enceinte 1, ou racteur, qui comporte une condite d'aspiration 3 relie une pompe vide, non reprsente sur le dessin, une conduite 5 d'injection du monomère dans l'enceinte 1, et une conduite 7 d'évacuation de celui-ci.
Le bois à traiter 2 est introduit dans l'enceinte 1 par une porte 8, puis on fait le vide dans celle-ci en aspirant l'air qu'elle contient par 1a conduite 3 de façon à vider autant que faire se peut les "cellules"
du bois. On injecte ensuite le produit dont on veut imprégner le bois dans l'enceinte 1. On laisse en l'état pendant une durée d'environ une trentaine de lo minutes, en fonction de la viscosité du produit utilisé, puis on vide le réacteur 1 par la conduite 7.
La demanderesse a établi que le traitement de rëtification permettait d'améliorer l'imprégnation du bois, sans que, comme dans I'état antérieur de la technique, il soit nécessaire pour autant de mettre sous pression le produit contenu dans le réacteur 1.
On a représenté sur la courbe de la figure 3 la variation du taux d'imprégnation du charme (en ô) en fonction du temps de passage t dans le réacteur 1, pour 2o du charme naturel (courbe a) et du charme ayant subi préalablement une rétification par un monomère qui est du GMA (courbe b), c'est-à=dire du méthacrylate de glycidyle. On constate que, dans les deux cas, l'imprégnation de glicidyle se stabilise après une durée d'environ trente minutes, et que le taux d'imprégnation du charme qui, à l'état naturel était de 50%, est passé à une valeur de 55ô lorsqu'il était, préalablement à l'imprégnation, soumis à une rétification. La demanderesse a obtenu des résultats du même ordre avec des essences de bois et des monomères différents, et notamment pour du hêtre, du frêne, du peuplier et divers résineux.
On réalise- ensuite l'étape de durcissement du produit. si celui-ci est un monomère on peut soumettre le bois imprégné, en fonction de la nature du monomère utilisé, soit à l'action d'un rayonnement gamma soit à
l'action de la chaleur afin de provoquer sa polymrisation. Le chauffage peut tre ralis notamment par des moyens classiques de convection ou encore par micro-ondes.

En ce qui concerne la polymrisation par voie thermique, la demanderesse a constat que le bois rtifi prsentait un meilleur comportement que le bois naturel. En effet, en raison du traitement qu'il a lo subi, le bois rtifi n'met plus de gaz ou de vapeur d'eau comme le bois naturel, mission qui est la cause . d'une mauvais adhrence du polymre On peut galement raliser l'imprgnation immdiatement aprs l'tape de rtification, de faon bnficier de la chaleur restante du bois en cours de refroidissement, pour assurer, par voie thermique la polymrisation du monomre ce qui permet la fois d'optimiser le procd et de raliser un gain d'nergie.

La demanderesse a ralis des tests afin de comparer la stabilit dimensionnelle du bois naturel imprgn celle du mme bois trait suivant l'invention, lorsqu'ils taient disposs en atmosphre humide.

Ces tests ont t raliss dans une enceinte climatique dans laquelle ont a effectu une cintique de reprise d'humidit. L'enceinte possdait une hygromtrie de 75~ et une temprature de 25C, suivant la norme NF 51-264. On a mesur le gonflement en fonction du temps d'chantillons de bois constitus en l'espce par le charme trait prcdemment, respectivement l'tat naturel {courbe a), l'tat imprgn suivant l'tat antrieur de la technique (courbe b), et l'tat imprgn aprs rtification (courbe c). Les résultats ont été consignés sur la f figure 4 .
On constate sur cette figure que l'imprégnation n'a pas stabilisé dimensionnellement le bois à l'état 5 naturel. En effet y a très peu de différence entre le bois naturel (0V voisin de 7ô) et le bois naturel imprégné (0V voisin de 6,5ô).
On constate que le bois qui, préalablement à son imprégnation, a subi un traitement de rêtification présente un gonflement 0V très réduit puisqu'il est de l'ordre de 3ô.
La demanderesse a bien entendu par ailleurs traité des échantillons de charme, d'une part à l'état naturel et d'autre part à l'état rétifié, à l'aide de monomères de natures diverses, à savoir du HEMA
(méthacrylate de hydroxyéthyle), du HEA (acrylate de 2-hydroxyéthyle) et du AGE-AM (mélange à 70ô d'allyl glycidile éther et 30ô d'anhydride maléfique) et du GMA
puis, après traitement, a soumis ces divers échantillons à un test de gonflement suivant la norme NF 51-264 précitée et a mesuré le gonflement de ces échantillons. Les résultats ont été portés dans le tableau I ci-après, dans lequel ils sont exprimés en pourcentage d'unités ASE, c'est-à-dire en pourcentage du coefficient de stabilisation dimensionnel conventionnel.

WO 98/1860b PCT/FR97/01933 TABLEAU I

TYPE DE BOIS MONOMRE ASE

(en ~ du coefficient de stabilisation dimensionnel conventionnel) Naturel imprgn HEMA 44,1 " " HEA 35,4 " " AGE-AM 42,1 " GivjA 2 6 , 6 Rtifi imprgn HEMA 49,1 " " HEA 64,3 " " AGE-AM 59,9 n n GMA 77 On constate que les différents monomères utilisés sont plus ôu moins efficaces quant à la stabilisation dimensionnelle en atmosphère humide du bois traité, mais que dans tous les cas cette stabilisation est supérieure à celle procurée suivant l'état antérieur de la technique, c'est-à-dire par une imprégnation sans rétification préalable.
outre la stabilité dimensionnelle, Ia présente invention permet également d'augmenter la dureté du bois traité.

Claims (4)

REVENDICATIONS

1.- Procédé de traitement du bois du type dans lequel on dispose le bois à traiter dans une enceinte dans laquelle on crée un vide, où l'on remplit ladite enceinte d'un produit durcissable, notamment un monomère, de façon à imprégner le bois en faisant pénétrer le produit dans l'espace interfibres de celui-ci, où l'on provoque ensuite le durcissement dudit produit, notamment par polymérisation, caractérisé en ce que l'on fait précéder l'opération d'imprégnation du bois d'une étape de rétification et en ce que l'imprégnation du bois à traiter par ledit produit s'effectue dans une enceinte de traitement dont la pression interne est voisine de la pression atmosphérique.

2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que ledit produit est un monomère que l'on durcit par polymérisation.

3.- Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que le monomère appartient au groupe de monomères suivants GMA, HEMA, HEA, AGE-AM.

4.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le procédé de rétification comprend une étape de transition vitreuse.

5.- Procédé suivant l'une des revendications 2 à

4, caractérisé en ce que l'on réalise l'imprégnation immédiatement après l'étape de rétification, de façon à
utiliser la chaleur restante du bois en cours de refroidissement pour assurer, par voie thermique, la polymérisation du monomère.