Tratamiento de especies de madera refractarias con formulaciones de ACQ de amina y amina/amoníaco

Por Paul I. Morris, Shane M. McFarling y Andrew R. Zahora

 

Los protectores basados en amoníaco-copper están siendo muy reconocidos por proveer una gran penetración en espacies refractorias (difíciles de tratar) en comparación con otros protectores en base agua. En los años 70, el Laboratorio de Productos Forestales de Forintek desarrolló el protector amoníaco-cuperizado con el propósito especial de tratar especies refractarias. Rak (1975) demostró mayores retenciones y penetraciones más profundas con formulado formado por arsénico cobre amoníaco en comparación con las sales de cobre y cromo   (CCA) en la pícea blanca. Encontró resultados similares, concluyendo que “ACQ provee una penetración del protector similar o mejor que el CCA” en picea Engelmann. Sin embargo, Ruddick (1980), cuando estaba examinando la penetración lateral de incisiones, no encontró ACQ penetrada en pino Douglas mejor que con  CCA, tampoco mejoraba si se subía la temperatura de 20 ºC a 60 ºC.

La mayoría de los sistemas de protección que se han introducido recientemente se basan en aminas con cobre (AWPA 2000 d) pero hay muy poca información publicada acerca de la tratabilidad de especies refractarias con estas formulaciones. Las experiencias comerciales con estas nuevas formulaciones y la experiencia de los aplicadores del oeste de Estados Unidos con ACQ calentado y soluciones de arsénico amoníaco cobre con zinc  en madera de Douglas  sugieren que la habilidad de calentar la solución durante el tratamiento debe proveer una mejor penetración.

Por lo tanto, un experimento fue designado para cuantificar las diferencias en la penetración del protector usando una amina cuperizada  del tipo D (ACQ-D) y una formulación híbrida amina/amoníaco cobre  (ACQ-D+), en ambiente y temperaturas calientes, en especies representativas del oeste de Estados Unidos/Canadá. La penetración fue comparada con la observada usando  Cobre  Cromo Arsénico (CCA) para ayudar a identificar qué factores son los más significativos para mejorar la penetración.

Materiales y métodos

Selección del material y preparación de muestras

El secado de piezas de 38 mm por 89 mm por 4.9 mm. de  pícea blanca del oeste  fue obtenido de un aserradero de la Columbia Británica.

Todas las vigas fueron llevadas a una planta de tratamiento local para cortarlas en tablas. Las vigas cortadas fueron trasladadas al laboratorio de  Forintek. La profundidad del corte fue verificada y promediada de 6 a 8 mm para todas las especies. La madera fue separada de acuerdo al radio y el corazón, seleccionando la mayor parte de las muestras de madera dura para este trabajo. Las tablas fueron enumeradas individualmente. La madera fue  chequeada periódicamente con medidor de humedad hasta que el contenido alcanzaba el 25%. Entonces, la madera era amontonada y cubierta con una lona antes de ser cortada. Para el tratamiento se seleccionaron 80 piezas. Se cogió una muestra de 50 mm del centro de cada tabla, pesada y secada al horno por 24 horas a 105ºC y pesada una vez más. Las tablas entonces, se cortaron en cinco muestras de 0.9 m de largo, cada una asignada a uno de los cinco grupos de tratamiento y etiquetados. Después, las muestras fueron recubiertas y selladas con 3 capas  de resina epoxy.

Formulaciones de protectores

Se usaron las siguientes fórmulas:

CCA-C: Arsénico cromato cobre (Tipo C según la Asociación Americana de Protectores de Madera, AWPA)

ACQ-D: Amina cobre cuaternario tipo D (Según AWPA)

ACQ-D+: Una solución híbrida de 60% ACQ-D y 40% amoníaco cobre cuaternario-tipo B (Según AWPA). Se agregó una pequeña cantidad de amoníaco a la solución para incrementar la concentración final amónica de 40 a 50% al peso equivalente del total de concentración de óxido de cobre.

Tratamiento de presión

Se usó el siguiente programa de presión en todos los grupos:

• 30 min. de vacío total
• Llenado del autoclave bajo presión
• 10 min. subiendo la presión al calibre 690 kPa
• 120 min. a presión total (calibre 1035 kPa)
• 10 min. para aliviar la presión
• Vaciado

Cada uno de los grupos fue tratado con una de las siguientes soluciones:

• 0% CCA, temperatura ambiente
• 8% ACQ-D, temperatura ambiente
• 8% ACQ-D, 60ºC
• 8% ACQ-D+, 60ºC

Siguiendo los tratamientos con CCA, se limpiaron las líneas y retornos y el protector cambió a ACQ-D. Tanto el ACQ-D como la formulación ACQ-D+ fueron calentadas usando espirales de vapor en el tanque de trabajo y cilindro de presión. La temperatura de la solución durante el tratamiento fue de  60 ºC± 1 ºC.

Cada muestra se peso antes y después del tratamiento para determinar el peso neto de la solución.

Muestreo para penetración y retención

Seguidamente, las muestras fueron recubiertas y dejadas en un área de almacenamiento cerrado por 1 semana a 20ºC para permitir la fijación y la estabilización. Se sacó una perforación de la cara del corazón de la madera en la mitad del largo de cada muestra, evitando marcas de incisión y recalentarlo a 50ºC durante una noche. Cada perforación fue cortada a 16 mm de largo y dividida en dos mitades, una para medición de penetración y la otra para análisis de retención. Para los análisis, las dos mitades se combinaron en una muestra compuesta por espe

cies por grupo para pasar a través de una pantalla de malla-40. Después, 0.4 g de cada muestra compuesta fue combinada con 0.1 g. de celulosa y comprimida para formar una bolita.

Estas bolitas fueron analizadas con un  espectrómetro dispersador de energía calibrado. La referencia especifica las gravedades de cada especie usadas para convertir los resultados de peso por peso a peso por unidad de volumen (Kg/m³) usado para expresar retención de protector. Para ACQ-D y D+, el peso por peso CuO fue convertido para dar peso por volumen (Kg/m³) de formulación asumiendo un radio de 2:1

Los análisis estadísticos de la penetración fueron recolectados usando el método del test de  emparejamiento.

Resultados y discusión

En términos de absorción de las soluciones, las cuatro especies fueron separadas en dos grupos basados en las dimensiones de las vigas de  95 por 95 mm, . Los cinco tratamientos dieron estadísticas significativas (p<0.05) de absorción grande en la especie de árbol del oeste con un promedio de 25% tendiendo como base el peso. La diferencia en la solución de absorción entre la picea blanca y el Douglas-fir era menor para todos los tratamientos.

En la especie de árbol del oeste y el Pacific plata fir, las formulaciones de ACQ en ambos ambientes y temperaturas elevadas mostraron una penetración significativamente más profunda (p<0.05) que la observada con CCA (tabla 2). El pequeño aparente incremento en la penetración para el árbol de Pacific-fir en comparación con la especie de árbol del oeste es más parecido a una función de corte de la muestra a 16 mm antes de medir la penetración, la cual pone un límite superior en la medición.

Para la especie de árbol del oeste, el uso de tratamientos de temperaturas elevados mejora significativamente con ACQ-D+. Con Pacific-fir, ACQ-D+ muestra estadísticamente incrementos significativos (p<0.05) en penetración sobre ACQ-D con soluciones ambientales y de calor. No hubo diferencias significativas entre los tratamientos de ambiente y de calor tanto para la formulación ACQ-D o ACQ-D+.

La picea blanca y el Douglas-fir tratados con ACQ-D a temperatura ambiente no mostraron incrementos significativos (p<0.05) en las estadísticas en la penetración sobre CCA. Sin embargo, la solución calentada de ACQ-D y las soluciones a ambiente y calentadas de ACQ-D+ sí mostraron incrementos significativos (p<0.05) en la penetración por encima de CCA (p<0.05). Los incrementos significativos de penetración (p<0.05) fueron mostrados para ACQ-D+ por encima de ACQ-D y para el calentado por encima del de ambiente para ambas formulaciones ACQ en estas especies.

Al igual que en los resultados de penetración, Pacific-fir tuvo la mayor retención seguida de la especie de árbol  del oeste (tabla 3). La picea blanca y Douglas-fir tuvieron niveles similares de retención. Ambas formulaciones de ACQ generalmente dieron retenciones más altas que CCA, las excepciones fueron los tratamientos de ACQ-D del Pacific plata y Douglas-fir. La falta de diferencia para los dos últimos puede ser parcialmente atribuida a las soluciones de 1.8% ACQ-D y D+ activo usados en comparación con el 2.0% de CCA.

Debe hacerse notar que en la práctica comercial, la conformidad con los estándares será mejor que la indicada aquí porque, comercialmente, las caras de la albura serán probadas en la proporción presentada en el trabajo mientras que este trabajo se realizó enteramente en caras de duramen.

En el estándar C2 (AWPA 2000c), el requerimiento de penetración para especies de albura fina es para 80% de perforaciones para tener igual o más de 10 mm de penetración. El requerimiento de penetración para CCA y ACQ-D es 6.4 Kg/m³ en contacto con el suelo y 4.0 Kg/m³ cuando no hay contacto.

La madera de Pacific-fir encontró el estándar AWPA C2 en  retención y penetración para ambas formulaciones de ACQ en ambas temperaturas, cuando no encuentra el estándar de  penetración con CCA (Tablas 3 y 4). La especie de árbol del oeste encontró el requerimiento de retención en contacto con el suelo con todos los reservativos (Tabla 3), pero sólo la solución calentada de ACQ-D+ encontró el requerimiento de penetración (Tabla 4).

Ni la picea blanca ni el Douglas-fir encontraron la penetración o los requerimientos de la retención del contacto con el suelo (Tablas 3 y 4).

El abeto Douglas encontró el requerimiento de retención por encima del suelo con ACQ-D calentado y ACQ-D+ calentado no (Tabla 3).

El estándar para entarimados de la Asociación Canadiense de Estándares (CSA) requiere 80% de perforación para tener igual o más de 5 mm de penetración. Las maderas Pacific-fir y la especie de árbol del oeste encontró este estándar con todas las formulaciones (Tabla 5). Para picea blanca y Douglas-fir, sólo la solución calentada de ACQ-D+ encontró este estándar (Tabla 5). Sin embargo, la picea blanca tratada con la solución calentada de ACQ-D+ se acerca bastante, tendiendo el 73% de muestras a igualar o aumentar una penetración de 5 mm. El requerimiento de retención en CSA es 6.4 kg/m3 en una zona de ensayo de 5 mm para ambos CCA y ACA y podría ser casi parecido para ACQ-D. Mientras que es imposible tener certeza sin analizar a esta profundidad, basándose en las profundidades de penetración medidas y en la retención en una zona de ensayo de 16 mm, es posible que todas las combinaciones de especies/formulaciones hayan encontrado tal retención.

La tratabilidad de las especies testadas en orden decreciente de penetración era Pacific silver fir > árbol del oeste >> picea blanca = Douglas fir. Pacific-fir ha sido reconocida como el duramen de la especie más tratable de Canadá. No obstante, estos resultados muestran que la penetración puede ser mejorada mucho más en estas especies con ACQ-D y mejor aún con ACQ-D+ a temperatura ambiente y altas temperaturas.

Con la madera de Douglas-fir, unas pocas muestras tratadas con ACQ-D+ en caliente mostraron un colapso menor alrededor de la médula en la superficie de la viga. Esto no debe ser un problema en la práctica o puede prevenirse ralentizando el cambio de presión en el ciclo de tratamiento.

En general, calentando la solución o añadiendo amoniaco mejora la penetración en las dos especies menos tratables: picea  blanca y Douglas fir (Tabla 6). Puede ser que de forma sorprendente, los dos efectos no parecen ser complementarios; el calentamiento generalmente tiene el efecto más largo en la ausencia de amonio y amoniaco tendiendo el efecto más largo en la ausencia de calor (Tabla 6). Observaciones en la sección cruzada (Figs. Figs.1 y 2) sugieren que ambas modificaciones promueven difusión después de terminar el proceso de presión, pero el mayor efecto parece estar en el cerramiento de los huecos entre los clavos-puntas de penetración. Cada modificación logrará este efecto, consecuentemente hay menos beneficio adicional usando ambos.

Conclusiones

• Ambas formulaciones de ACQ permiten mejorar la penetración y la retención de madera tratada fuera del obtenido con los tratamientos convencionales de CCA, incluso con la adición de amoniaco, uso de calor o ambos.
• La formulación amina ACQ-D requiere calor para ser más efectiva que el CCA en la penetración de todas las especies testadas.

Tabla 1

Resultados de absorción

Captacion de carga Kg solución /m³ madera

 

	CCA	ACQ-D	ACQ-D calentado	ACQ-d+	ACQ-D calentado
Abeto del pacifico	302	323	380	339	366
Cicuta del oeste	228	256	301	271	302
Picea blanca	178	185	256	226	261
Abeto Douglas	217	189	265	267	259

 

Tabla 2

Resultados de penetración >16 mm.

Penetracion en el centro del duramen.  Dentro de la zona de ensayo de 16 mm.

	CCA	ACQ-D	ACQ-D calentado	ACQ-d+	ACQ-D calentado
Abeto del pacifico	10,6	13,0	14,1	15,3	15,5
Cicuta del oeste	6,1	11,1	12,2	12,3	1,9
Picea blanca	2,9	3,6	6,1	6,5	8,0
Abeto Douglas	2,4	2,5	3,8	5,2	6,3

 

Tabla 3

Resultados de Retención

Kg solución /m³ madera)

	CCA	ACQ-D	ACQ-D calentado	ACQ-d+	ACQ-D calentado
Abeto del pacifico	10,8	9,3	12,1	11,7	11,7
Cicuta del oeste	7,1	8,1	9,6	8,4	8,8
Picea blanca	2,2	2,4	3,8	3,2	3,7
Abeto Douglas	3,0	2,5	4,2	4,9	3,8

 

Tabla 4

 Resultados de penetración ≥ 10 mm.

	CCA	ACQ-D	ACQ-D calentado	ACQ-d+	ACQ-D calentado
Abeto del pacifico	60	85	95	100	100
Cicuta del oeste	20	60	70	65	90
Picea blanca	3	3	13	20	23
Abeto Douglas	0	3	3	15	8

 

Tabla 5

Resultados de penetración > 5 mm. 

	CCA	ACQ-D	ACQ-D calentado	ACQ-d+	ACQ-D calentado
Abeto del pacifico	90	95	100	100	100
Cicuta del oeste	75	100	100	100	100
Picea blanca	20	35	73	58	95
Abeto Douglas	15	20	45	38	85

 

Tabla 6

Impacto de la adición de amoniaco en formulaciones de ACQ y calentando las soluciones del producto protector.

	% de aumento en absorción de la solución		% de aumento en la penetración
	Ambiente	60ºC	Ambiente	60ºC
Abeto del pacifico	5	-4	18	10
Cicuta del oeste	6	0	11	14
Picea blanca	23	2	81	31
Abeto Douglas	41	-2	108	66

 

	% de incremento en absorción de la solución		% de aumento en la penetración
	ACQ-D	ACQ-D+	ACQ-D	ACQ-D+
Abeto del pacifico	18	8	8	1
Cicuta del oeste	18	11	10	13
Picea blanca	39	15	69	23
Abeto Douglas	40	-3	52	21