O Brasil apresenta condições favoráveis para se tornar um importante produtor mundial de painéis de madeira, isto porque possui tecnologia que possibilita o uso de resíduos de processamento da madeira em diversas áreas.
A produção de painéis à base de madeira é de relevante importância para a economia brasileira, pois possibilita geração de divisas e empregos. Entretanto, para que haja desenvolvimento, é preciso investir em tecnologias voltadas para melhorar a produção de painéis derivados de madeira, especialmente em pinus e eucalipto.
Os principais países produtores de painéis de madeira encontram-se na América do Norte e Europa. Estes países são também os principais consumidores. A única exceção é o compensado, o qual os países do sudeste asiático são destaque. O Brasil tem uma pequena participação, tanto na produção nacional como no mercado internacional. O único destaque é a chapa dura de fibra e, de certa forma, o compensado de madeira tropical.
Enquanto alguns produtos de madeira estão em declínio ou crescendo a taxas bastante reduzidas, a produção mundial de painéis vem crescendo a taxas médias superiores a 3% ao ano e, em alguns países, como é o caso do Brasil projeta-se para a próxima década taxas anuais de crescimento acima de 6%, segundo a Abipa – Associação Brasileira da Indústria de Painéis de Madeira.
Uma grande parte dos novos investimentos em unidades de produção de painéis está sendo orientada para países emergentes. Em princípio, disponibilidade de matéria-prima e existência de um mercado local, são fatores importantes no processo decisivo para a localização dos novos e substanciais investimentos.
Painel MDF
Segundo o Forest Products Laboratory, a tecnologia utilizada na manufatura do MDF é uma combinação dos processos produtivos a seco das chapas de partículas e processo úmido das chapas duras de fibras. A determinação das propriedades físicas e mecânicas do material tem o objetivo de definir as aplicações mais adequadas do produto.
Há diversas normas que estabelecem valores referenciais procurando definir um padrão de qualidade na produção de MDF. A densidade é uma característica física importante, pois permite classificar o painel à base de madeira. Tanto em nível nacional como internacional os painéis de madeira continuarão crescendo em taxas superiores aos demais produtos de madeira.
A produção de painéis ainda irá pertencer aos principais produtores atuais por um tempo, mas o crescimento da produção nos países em desenvolvimento será decorrência de uma série de fatores, entre elas a disponibilidade de matéria-prima em quantidade e qualidade adequada, a competitividade resultantes de menores custos operacionais, e a abertura destes novos mercados.
O Brasil tem grandes perspectivas de se tornar um grande produtor de painéis. O novo perfil dos painéis reconstituídos no Brasil, representado atualmente pelo MDF e, mais recentemente pelo OSB (Oriented Strand Board), mudarão o perfil de consumo no Brasil. A tendência é ainda a agregação de valores. Painéis revestidos com lâminas e papéis melamínicos, e ainda os pré-cortados vêm sendo obtidos diretamente nas linhas de produção das grandes fábricas de painéis, agregando valor ao produto acabado.
Características
O MDF é um produto homogêneo, uniforme, estável, de superfície plana e lisa que oferece boa trabalhabilidade, alta usinabilidade para encaixar, entalhar, cortar, parafusar, perfurar e moldurar, economia quanto à redução no uso de tintas, tingidores, laca e vernizes, economia no consumo de adesivo por metro quadrado, além de apresentar ótima aceitação para receber revestimentos com diversos acabamentos.
É amplamente utilizado pelas indústrias de móveis e gabinetes, pois a solidez e a uniformidade garantem resultados satisfatórios no uso de técnicas convencionais, e também, suas características de resistência mecânica permitem sua utilização até em painéis estruturais.
Resultados obtidos em seu estudo na fabricação de MDF empregando fibras de Eucaliptus saligna mostraram que praticamente todas as propriedades mecânicas dos painéis atenderam as exigências mínimas especificadas no ANS-AHA e no Euro MDF Board. As fibras longas das coníferas além de possuírem coloração clara, muito similar à madeira serrada, possuem a vantagem de ter fibras longas que favorecem a obtenção de produtos com boa resistência mecânica, graças ao bom entrelaçamento entre elas. O comprimento das fibras favorece a estabilidade dimensional do MDF pois com o aumento das ligações entre as fibras decresce a possibilidade de movimentação das mesmas.
Uma pesquisa que produziu chapas de madeira aglomerada e painéis MDF a partir de Pinus taeda, tanto das partes interna como externa não encontrou diferenças significativas no módulo de elasticidade (MOE) e de ruptura (MOR), adesão, inchamento e absorção de água em espessura. No entanto, outro estudo constatou que o MDF produzido com fibras de Eucalipto exigiu maior porcentagem de adesivo para alcançar as mesmas propriedades mecânicas que apresentam MDF produzidos com fibras de Pinus. Entretanto, quanto às propriedades físicas de inchamento e absorção MDF produzidos com fibras de Eucalipto com mesmo teor de adesivo do MDF produzido com Pinus apresentou melhores valores.
Adesão e adesivos empregados na produção de MDF
No processo de adesão, o adesivo deve umedecer as fibras. Em seguida, deve fluir de modo controlado durante a prensagem e, finalmente, adquirir forma sólida. Uma ótima ligação requer íntimo contato entre o adesivo e a fibra. Isto é realizado usando pressão e aquecimento, ajustando a viscosidade do adesivo, transferindo fluxo através dos pontos de ligação, enquanto deforma a madeira para conseguir melhor contato na superfície. A adesão ou colagem pode ser entendida como um fenômeno que provê um mecanismo de transferência de tensões entre a madeira e a resina, através de processos moleculares.
Essencialmente, um adesivo necessita aderir (ligar-se) à superfície de um sólido, possuir força de coesão adequada. As principais teorias de adesão podem ser classificadas de uma forma geral em:
Teoria mecânica – o mecanismo de adesão se daria através de enganchamento (“interlocking”) mecânico. A fluidez e penetração do adesivo em substratos porosos levariam à formação de ganchos fortemente presos ao substrato após solidificação deste
Colagem de polímeros – a adesão se daria através da difusão de segmentos de cadeias de polímeros. As forças de adesão podem ser visualizadas como as mesmas produzidas na adesão mecânica, só que agora em nível molecular. No entanto, as aplicações desta teoria também são limitadas. A mobilidade de longas cadeias de polímeros é bastante restrita, limitando severamente a interpenetração molecular proposta nesta teoria.
Adesão química – a adesão se daria através de ligações primárias (iônicas, covalentes, coordenadas e metálicas) e/ou através das forças secundárias intermoleculares. Acredita-se, atualmente, que a adesão na interface, do ponto de vista molecular, deve-se à ação das forças secundárias, com exceção de casos específicos. A adesão ocasionada por forças secundárias intermoleculares é também conhecida por “Adesão Específica”.
Independente das teorias envolvidas na adesão pode-se dizer que o desenvolvimento de uma boa colagem depende essencialmente de três requisitos: adequado umedecimento proporcionado pelo adesivo líquido; solidificação do adesivo líquido e suficiente capacidade de modificação da forma por parte do adesivo já solidificado.
Conforme a teoria química da adesão, as ligações ou colagens resultam das atrações químicas e elétricas entre o adesivo e o substrato, quando se consegue suficiente proximidade entre suas estruturas atômicas e moleculares.
Propriedades da madeira e a influência na colagem
A formação de uma colagem adequada e seu desempenho dependem de uma série de parâmetros relacionados às características físico-químicas do adesivo, características do substrato (material a ser colado), procedimentos de colagem e as condições da matéria-prima a ser utilizada.
Algumas das principais características da madeira que afetam a adesão e colagem são:
Variabilidade – as maiores variações acontecem entre espécies, sendo que algumas delas apresentam maior facilidade de colagem que outras. A natureza biológica da madeira causa adicionalmente amplas variações entre árvores de uma mesma espécie, e mesmo no material de uma mesma árvore. Esta variabilidade atinge uma série de propriedades (peso específico, textura, permeabilidade, etc), que por sua vez são definidas no processo de adesão e na performance da colagem.
Densidade – colagens feitas em madeiras de densidade mais alta degradam-se mais rapidamente do que as efetuadas em madeiras de mais baixa densidade. Madeiras mais densas, normalmente possuem maior resistência mecânica. A densidade da espécie está diretamente relacionada com a sua porosidade e permeabilidade, influenciando assim o grau de rugosidade e as funções de mobilidade, fatores determinantes na formação da ligação adesivo-substrato.
Porosidade e permeabilidade – o tamanho, a disposição e a freqüência de cavidades celulares e poros na estrutura da madeira afetam diretamente a penetração do adesivo. As interações da porosidade e permeabilidade com a migração do solvente também interferem na viscosidade da resina, afetando suas funções de mobilidade, o que acarreta mudanças na qualidade da colagem, ocorrendo mais ou menos vazios.
Capacidade tampão e pH – a maior parte das espécies de madeira apresenta pH ácido. As variações de pH e a capacidade tampão afetam diretamente a cura e a solidificação do adesivo, uma vez que estes processos ocorrem somente em faixas relativamente estreitas de pH.
Conteúdo de umidade – na colagem com os tradicionais adesivos sintéticos à base de uréia, melamina, fenol e resorcinol, é imprescindível que a madeira seja previamente seca até teores de umidade normalmente entre 5% e 20%. Teores de umidade mais altos podem ocasionar formação de bolhas.
Adesivos empregados na fabricação de MDF
O emprego de adesivos sob pressão e temperatura permite a fabricação de chapas com larguras muitas vezes superior ao diâmetro da árvore que fornece a matéria-prima. A fabricação de painéis à base de madeira, além de praticamente eliminar as limitações de tamanho, permite o aumento da resistência lateral (eixo transversal), através da disposição das lâminas na fabricação do compensado, ou através da orientação das fibras e partículas na produção de chapas de fibra e chapas de madeira aglomerada, contribuindo significativamente para diminuir os efeitos da anisotropia da madeira.
Para a fabricação do MDF, as resinas naturais existentes na madeira não são suficientes para agregar as fibras. Então, passa a ser necessário adicionar algum tipo de elemento ligante. A adesão entre as fibras da madeira e o adesivo, depende de interação físico-química. Os adesivos realizam três fases distintas durante o processo de ligação.
Inicialmente o adesivo deve umedecer as fibras; em seguida, deve fluir de modo controlado durante a prensagem e, finalmente, adquirir forma sólida. Se ocorrerem falhas em algumas destas etapas, certamente a qualidade da colagem será afetada. Uma ótima ligação requer íntimo contato entre o adesivo e a fibra. Isto é realizado usando pressão e temperatura, ajustando também a viscosidade do adesivo, transferindo o fluxo através dos pontos de ligação, enquanto, acomoda-se a madeira para conseguir melhor contato na superfície.
Os principais adesivos que empregados na produção de MDF são: uréia-formaldeído e melamina-formaldeído. Os adesivos à base de uréia-formaldeído podem ser formulados para curar à temperatura ambiente (20ºC) ou para aquecimento através de prensas quentes a temperaturas que variam até 160ºC. O uso de extensores à base de farinha de cereais, juntamente com a resina, realiza colagens perfeitas. A farinha e o excesso de cola retardam a velocidade de cura da cola e, para compensar este fenômeno, adiciona-se à mistura um catalisador.
Existem vários tipos de catalisadores adaptáveis às condições específicas do emprego. Para prensagem a frio existe um tipo, enquanto para prensagem à quente utiliza-se outro tipo de catalisador. O adesivo uréia-formaldeído apresenta coloração clara. Possui como desvantagem à liberação de formaldeído na prensagem a quente, e vem sendo muito combatido por órgão de controle ambiental, porque o formaldeído é altamente tóxico.
Já os adesivos à base de melamina-formaldeído são normalmente do tipo de cura à quente (115ºC a 160ºC), similar à uréia-formaldeído. A emissão de formaldeído é causada pelo excesso de formaldeído liberado pelos adesivos. A liberação ocorre pela quebra das ligações na resina devido a grande exposição à umidade. Devido aos processos de produção, o custo da resina melamina é bem mais alto que a resina de uréia. Basicamente, as reações de condensação da uréia e da melamina são iguais. Também a reação melamina-formaldeído, interrompe-se por meio de neutralização quando os produtos de condensação ainda estão suficientemente solúveis em água.
As resinas melamínicas são comercializadas sob a forma de pó, porque em soluções aquosas a sua vida útil é curta. A cura, ao contrário das resinas uréia-formaldeído, pode ser efetuada sem catalisadores ácidos, mas simplesmente através do calor. Possui algumas vantagens como: maior resistência à água, possibilidade de cura sem catalisador. E como desvantagens: alto custo de produção, pequena vida útil em solução aquosa e impossibilidade de prensagem a frio.
Adesivos
O adesivo empregado neste período de trabalho foi à resina à base de uréia-formaldeído. Algumas das especificações desta resina empregada à base de uréia-formaldeído são: baixa emissão de formaldeído e ausência de extensor. A resina utilizada apresentou como especificações: teor de sólidos de 66%, pH entre 8 e 9, massa específica média de 1,29 g/cm3. Sendo necessário para esta resina o uso de um catalisador de cura, neste caso utilizado o cloreto de sódio comercial, com teor de sólidos de 20%, na dosagem de 2,5% de sólidos de catalisador, em relação ao teor de sólidos da resina. Além da emulsão de parafina comercial com teor de sólidos em torno de 60%.
Conclusões
Neste estudo pôde-se concluir que para situações em que o MDF não terá contato com água, por exemplo, camas, armários, guarda-roupas, as chapas de fibras de Pinus e as chapas com fibras de Eucalipto com 8% de adesivo podem ser empregados. Agora, os painéis com fibras de Pinus e fibras de Eucalipto com 10% e 12% de adesivo podem ser empregados em ambientes úmidos e até em contato direto com a água. Uma proposta para continuação da pesquisa é reduzir os teores de resina e, verificar se ainda assim o material continuará atendendo as especificações normativas.
Além disso, é importante destacar que o uso de espécies como o Eucalipto, surgem como proposta interessante com novas espécies de madeira a serem empregadas pelas indústrias, pois estas têm conseguido apresentar resultados bastante satisfatórios, sem comprometer as propriedades físico-mecânicas dos painéis. Cabe salientar que a necessidade de novas espécies de madeira para a produção de painéis é de fundamental importância, pois estima-se que já na próxima década há grande risco de ocorrer falta de florestas de Pinus no Brasil, em especial na região Sul do país.
Fonte: C. I. Campos, F. A. R. Lahr - Universidade de São Paulo. Escola de Engenharia de São Carlos. Departamento de Engenharia de Estruturas. Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira. E-mail: cic@sc.usp.br |
