Brevet FR2658445A1 — publié le 19910823

PROCEDE DE TRAITEMENT D'UN ELEMENT EN BOIS EN VUE DE LE STABILISER. La présente invention concerne un procédé de traitement d'un élément en bois ou en une autre matière poreuse d'origine végétale en vue de le stabiliser, dans lequel on imprègne ledit élément d'un liquide comprenant au moins une substance polymérisable et un amorceur de polymérisation. Le bois est un matériau naturel, anisotrope et poreux, présentant souvent de fortes variations locales de la porosité et de la densité. Il en est de même pour la plupart des autres matières d'origine végétale. C'est pourquoi le bois et les matériaux similaires présentent un certain nombre d'inconvénients, parmi lesquels l'instabilité dimensionnelle joue le plus grand rôle. I1 est bien connu que le bois peut subir des déformations importantes sous l'effet d'influences extérieures, surtout par absorption et perte d'eau. Les déformations qui en résultent entraînent généralement une fissuration du bois. En outre, l'absorption d'humidité détermine souvent une attaque du bois par des champignons ou des bactéries. Tous ces phénomènes altèrent également l'état des surfaces, les assemblages ou collages, la tenue des revêtements, l'apparence extérieure du bois, etc. La publication EP-A-0.045.S2S décrit un procédé dans lequel un élément en bois ou autre, placé dans un autoclave, est dégazé sous vide, puis mis sous une pression constante et imprégné d'une résine monomère par immersion, et enfin soumis à un traitement thermique commandant la polymérisation. Une circulation d'azote chaud dans l'autoclave amorce la polymérisation, puis une circulation d'azote froid évacue la chaleur excédentaire due à la réaction. Ce procédé a l'inconvénient de nécessiter l'emploi d'appareils complexes et coûteux, notamment pour la régulation de la température. I1 exige de refroidir l'autoclave jusqu'à la température ambiante pour empêcher un amorçage de la polymérisation pendant l'imprégnation.Enfin, la présence inévitable de résidus du liquide d'imprégnation, se solidifiant et s'accumulant dans l'autoclave, rend très difficile l'application de ce procédé dans la pratique. La présente invention a pour but de fournir un procédé de traitement permettant d'éviter dans une mesure substantielle les inconvénients susmentionnés et d'améliorer la stabilité du bois, en regard des influences extérieures, aussi bien physiques que chimiques. Dans ce but, la présente invention concerne un procédé du type indiqué en préambule, caractérisé en ce que l'on effectue l'imprégnation de l'élément dans une première enceinte fermée, par immersion dans ledit liquide, et en ce que l'on place ensuite ledit élément dans une seconde enceinte où on le chauffe de manière à amorcer une polymérisation ladite substance qui l'imprègne. De préférence, on applique un vide partiel à ladite première enceinte, pendant ou avant l'imprégnation. Dans une forme de réalisation particulièrement avantageuse du procédé, la seconde enceinte est une enceinte fermée non ventilée dans laquelle, pendant la polymérisation, on conserve au moins partiellement les vapeurs se dégageant de l'élément, de façon que cet élément reste en contact avec ces vapeurs. On maintient aussi l'enceinte de polymérisation à une pression proche de la pression atmosphérique. En plus d'un ou de plusieurs monomères et d'un amorceur de polymérisation, le liquide utilisé pour l'imprégnation peut comprendre d'autres substances, notamment une résine polyester, un accélérateur de polymérisation, des colorants, un solvant, etc. Dans des formes de réalisations particulières du procédé, ladite substance polymérisable peut être le diallyle phtalate ou l'un de ses dérivés, le styrène ou l'un de ses dérivés, ou encore un mélange de ces substances, avec ou sans solvant. Le procédé selon l'invention est applicable aussi bien à des pièces de bois brut qu'à des pièces travaillées. Dans des formes de réalisations particulières du procédé1 ledit élément comporte plusieurs pièces de bois préalablement assemblées, c'est-à-dire qu'il peut s'agir d'un objet complet. Ledit élément peut aussi être un panneau formé de plusieurs couches de bois, un panneau de particules de bois, ou un panneau de pièces de bois assemblées mécaniquement. Pour mieux faire comprendre la présente invention et ses avantages on décrira ci-dessous, à titre d'exemples non limitatifs, une forme de réalisation du procédé pour traiter des pièces de bois et diverses variantes de ce procédé. Le traitement comprend essentiellement deux étapes : l'imprégnation et la polymérisation. Toutefois, celles-ci peuvent être précédées, le cas échéant, d'une étape de séchage dans laquelle, par exemple, un bois résineux sera amené à un taux d'humidité de l'ordre de 8 Pour l'imprégnation, le bois à traiter est immergé dans le liquide d'imprégnation contenu dans un récipient clos raccordé à une pompe à vide et agencé pour être mis en dépression. On applique ainsi au récipient un vide partiel de l'ordre de 15 à 30 mbar pendant environ dix minutes. Cette opération a un double effet. Le bois subit un dégazage partiel qui se manifeste par des bulles s'échappant du bois et qui est destiné essentiellement à faciliter la pénétration du liquide d'imprégnation.L'imprégnation du bois s'effectue parallèlement, le liquide ayant naturellement tendance à occuper le vide laissé par le départ des gaz. Les deux opérations peuvent toutefois être réalisées séparément. Le dégazage du bois peut être effectué en dehors du liquide d'imprégnation. La simultanéité de ces deux effets de dégazage et d'imprégnation peut s expliquer en théorie, si l'on considère le contenu du récipient comme un système constitué par un mélange de deux liquides non miscibles, d'une part le bain imprégnant et d'autre part le bois avec ses constituants liquides. Chacune des deux substances contribue à la pression totale du système par sa propre tension de vapeur, comme si elle était seule. Le bois est donc bien dégazé, même s'il est immergé dans le bain d'imprégnation. Lorsqu'on cree une dépression, la pression du système est celle qui correspond à la somme des deux tensions de vapeur des deux constituants à la température considérée, c'est-à-dire essentiellement le monomère et le liquide entrant dans la composition du bois.En première approximation, on peut admettre que la pression du système est celle de la tension de vapeur du monomère seul, c'est-à-dire que cette pression est connue et peut être facilement obtenue. Le liquide utilisé pour le bain d'imprégnation peut contenir différents composants comprenant de préférence (I) un monomère pur; (II) éventuellement une résine polyester et/ou un solvant; (III) un amorceur de polymérisation; (IV) éventuellement un accélérateur. Les bains qui se sont avérés les mieux adaptés pour traiter des bois résineux sont les suivants A) Diallyle phtalate (monomère) + perbenzoate de butyle tertiaire (amorce ur) B) Diallyle phtalate (ou l'un de ses dérivés) + résine polyester (facultative) + solvant (facultatif) + Ethyle méthyle cétone (amorceur) + sel de cobalt ou de vanadium ou de cuivre, etc (accélérateur) C) Styrène pur (monomère) + méthyle éthyle cétone (ou amorceur équivalent) D) Styrène (ou un dérivé) + résine polyester + amorceur + accélérateur (facultatif) E) Mélange de styrène (ou un dérivé) ou de diallyle phtalate (ou un dérivé) + résine polyester (facultative) + amorceur + accélérateur (facultatif). Un aspect avantageux du procédé selon l'invention est qu'il permet l'emploi d'un monomère pur, tel que le diallyle phtalate et/ou le styrène, ce qui n'est généralement pas possible dans les méthodes classiques d'imprégnation du bois, où il faut utiliser des mélanges sophistiqués. D'une manière générale, le procédé selon l'invention utilise de préférence comme monomère un composé polymérisable par ouverture d'une double liaison. A part les composés mentionnés ci-dessus, on peut donc envisager d'autres monomères tels que par exemple le méthacrylate de méthyle. Par ailleurs, on peut adjoindre au liquide d'imprégnation différentes substances utiles à l'usage ultérieur du bois, mais ne réagissant pas chimiquement avec les autres composants. En particulier, l'incorporation de colorants permet de traiter des objets de façon à obtenir à la fois une coloration dans la masse et une grande stabilité de la coloration superficielle. On peut aussi envisager d'incorporer au bain différents produits de protection du bois contre les bactéries, les insectes, etc. La seconde étape du procédé est destinée à polymériser le ou les monomères imprégnant le bois. Après égouttage, les pièces de bois imprégnées sont placées dans une enceinte hermétique équipée de moyens de chauffage. Comme cette étape du traitement s'effectue à une pression sensiblement égale ou légèrement supérieure à la pression atmosphérique, l'enceinte n'a pas besoin d'être parfaitement étanche, ni de suppporter des pressions importantes. Elle peut être équipée simplement d'une soupape de décharge limitant à une faible valeur la surpression à l'intérieur de l'enceinte. Par chauffage dans l'enceinte, les pièces de bois sont portées à une température de l'ordre de 80" à 12O" C pendant environ une heure.. Le fait de maintenir le bois imprégné dans une enceinte fermée durant le chauffage et la polymérisation, permet l'établissement d'un état d'équilibre entre le liquide imprégnant et les vapeurs qui enveloppent les pièces imprégnées. Cette précaution a pour but de pallier les inconvénients généralement rencontrés lors d'une telle opération, principalement une contraction de la structure fibreuse du bois, accompagnée d'un rejet de la substance imprégnante, du à l'élévation de la température. Il en résulte que d'une part une partie importante (de l'ordre de 50 %) du liquide d'imprégnation est perdue et que d'autre part la stabilité dimensionnelle des objets traités n'est pas assurée.En outre, ces rejets de liquide, qui sont très importants et qui ont tendance à polymériser et à se durcir, souillent gravement les installations. Ces inconvénients ont vraisemblablement constitué jusqu'a maintenant un obstacle sérieux au développement des techniques de ce genre. Au contraire, avec le procédé décrit ici, les vapeurs générées par l'élévation de température ne sont pas évacuées au fur et à mesure, mise à part la quantité nécessaire pour limiter la pression dans l'enceinte. Elles restent au contact avec le bois au cours du chauffage, un équilibre thermodynamique s'établit entre le bois imprégné et la vapeur saturante, et l'on n'observe plus le phénomène de rejet du liquide imprégnant. Ce procédé permet de maîtriser l'importance de l'imprégnation. Celle-ci est fonction des paramètres suivants - L'efficacité du vide appliqué lors de l'imprégnation. I1 s'agit essentiellement de choisir la durée du dégazage, car en fait on ne peut pas jouer sur la pression, qui reste imposée par la tension de vapeur du monomère. Dans un essai pratique, une demi-heure de vide peut conduire à une augmentation de 140 % de la masse de l'échantillon initial, dont la densité a pratiquement doublée. En général on peut se contenter d'un traitement beaucoup moins poussé. On peut même envisager une imprégnation de surface par simple trempage de l'échantillon dans le liquide, sans appliquer de vide. On observe alors une augmentation de la masse des bois résineux de l'ordre de 30 ,ó, ce qui peut s'avérer suffisant pour certaines utilisations. L'imprégnation est moins importante lorsque le dégazage est effectué hors du liquide d'imprégnation. - Le taux d'humidité résiduelle du bois avant imprégnation. Pour le bois résineux, un taux inférieur ou égal à 10 % a donné de bons résultats - La nature du bois. L'essence utilisée, la porosité, le taux de résine, la présence d'un solvant la structure du bois ont évidemment une incidence sur l'imprégnation. A priori, tous les bois peuvent être traités par le procédé selon l'invention. Ainsi, on constate que les deux étapes du procédé selon l'invention sont originales et réalisables d'une manière simple, avec des appareils existants. En outre, le procédé permet l'utilisation de liquides d'imprégnation ayant une composition particulièrement simple. Les résultats obtenus à ce jour sur des bois résineux sont remarquables et peuvent être résumés comme suit. 1) Amélioration de certaines propriétés du bois - augmentation de la dureté, de la densité et de la résistance a certains agents chimiques, - augmentation de la rigidité des pièces et de leur résistance mécanique, notamment aux contraintes de cisaillement - résistance à l'érosion due aux frottements sur certaines faces de la pièce de bois. 2) Elimination de certains inconvénients ou insuffisances du bois - traitement "à coeur" empêchant toute évolution bactériologique ultérieure, - forte diminution de la porosité du bois, réduction quasi totale de sa capacité d'absorption d'eau, - disparition des fissures du bois, - obturation des fissures existantes et prévention de toute fissuration de retrait, - collage des lames de bois juxtaposées ou assemblées mécaniquement. Collage de noeuds non adhérents. 3) Maintien des qualités naturelles du bois - l'aspect naturel du bois est conservé, - les dimensions des pièces de bois ne sont pas altérées et elles resteront stables au cours du temps, c'est-à-dire que la forme des pièces est également stabilisée, - le bois peut être travaillé par les méthodes traditionnelles avant le traitement selon l'invention, qui peut intervenir en fin de fabrication d'un article en bois, par exemple dans une étuve traditionnelle pour l'étape de polymérisation. Parmi les applications pratiques de l'invention qui se sont avérées particulièrement avantageuses jusqu'à maintenant, on peut citer le traitement de panneaux de bois destinés aux presses vibrantes utilisées pour la fabrication d'articles en béton, tels que parpaings, bordures de trottoirs, etc. L'amélioration de la dureté et de la densité du panneau permet d'obtenir un article en béton de meilleure qualité. Les panneaux supportent un plus grand nombre d'utilisations. Grâce à leur faible absorption d'eau, ils ne sont pas déformés par les bétonnages successifs. Le procédé selon l'invention a également été appliqué avec succès pour traiter des éléments de clôtures en bois. Le traitement "à coeur" empêche un pourrissement du bois qui reste indifférent à l'agression des intempéries et de l'humus. La clôture présente l'aspect d'un bois verni dont l'aspect est conservé avec le temps et ne nécessite plus aucun entretien pour sa protection contre les agents extérieurs naturels. Le procédé selon l'invention est aussi utilisable dans de nombreuses autres applications, pour traiter notamment - tous les produits en bois pour l'industrie, panneaux de coffrages; - clôtures, portails, meubles de jardin, objets extérieurs en bois; - constructions en bois, charpentes, chalets, - portes et fenêtres ; la rénovation de portes ou de fenêtres altérées peut aussi être effectuée par ce procédé, - bateaux, panneaux ou éléments en bois pour la construction navale - meubles, notamment pour les locaux humides; - jouets, en particulier pour conserver l'aspect du bois et éviter des traitements au moyen de produits toxiques; - poteaux extérieurs pour lignes téléphoniques, pour signalisation routière, glissières de sécurité, etc.; - emballages en bois ou en panneaux de fibres. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation mentionnés ci-dessus mais elle s'étend à toutes modifications ou variantes évidentes pour un homme du métier. L'application du procédé n'est pas limitée au bois, mais peut s'étendre à toutes matières poreuses, naturelles ou artificielles pouvant être utilisées comme support du produit d'imprégnation polymérisable. Revendications 1. Procédé de traitement d'un élément en bois ou en une autre matière poreuse d'origine végétale en vue de le stabiliser, dans lequel on imprègne l'élément d'un liquide comprenant au moins une substance polymérisable et un amorceur de polymérisation, caractérisé en ce que l'on effectue l'imprégnation de l'élément dans une première enceinte fermée, par immersion dans ledit liquide, et en ce que l'on place ensuite ledit élément dans une seconde enceinte où on le chauffe de manière à polymériser ladite substance qui l'imprègne. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'on applique un vide partiel à ladite première enceinte pendant ou avant l'imprégnation. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite seconde enceinte est une enceinte fermée non ventilée dans laquelle, pendant la polymérisation, on conserve au moins partiellement les vapeurs se dégageant de l'élément, de façon que cet élément reste en contact avec ces vapeurs. 4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'on maintient dans l'enceinte de polymérisation une pression proche de la pression atmosphérique. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liquide comprend en outre une résine polyester, avec ou sans solvant. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit liquide comprend en outre un accélérateur de polymérisation. 7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance polymérisable est le diallyle phtalate ou l'un de ses dérivés. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite substance polymérisable est le styrène ou l'un de ses dérivés. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément comporte plusieurs pièces de bois préalablement assemblées. 10. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément est un panneau formé de plusieurs couches de bois, un panneau de particules de bois, ou un panneau de pièces de bois assemblées mécaniquement.