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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
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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
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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
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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.
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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
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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
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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
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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
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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
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(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.
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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.
