As chapas de partículas de madeira aglomerada são produtos fabricados com fragmentos de madeira ou outros materiais lignocelulósicos, aglutinados com adesivos sintéticos, ou outro aglomerante, submetidos à prensagem a quente por tempo suficiente para a cura da resina. A princípio, todo material lignocelulósico pode ser utilizado como matéria-prima para a fabricação de chapas de partículas, entretanto, só as madeiras de folhosas ou de coníferas são fonte permanente e ininterrupta de elementos lignocelulósicos para a obtenção desses produtos. No Brasil, as empresas produtoras de painéis aglomerados utilizam madeira de pinus e eucalipto na sua linha de produção; algumas delas utilizam conjuntamente madeira de pinus e eucalipto, em proporções variáveis. No mundo, 50% das indústrias de chapas de partículas empregam madeira de coníferas como matéria-prima principal; as demais empregam mais de uma espécie de madeira em suas linhas de produção.
Embora a produção de chapas de madeira aglomerada esteja consolidada em todo o mundo, novas matérias–primas e tecnologias de produção vêm sendo testadas para a geração de novos produtos. Um dos materiais com grande potencialidade para ser associado à madeira são as resinas termoplásticas, visando à produção de painéis à base de plástico/madeira.
No ano de 1999, foram produzidos cerca de 3,5 milhões de toneladas de resinas termoplásticas, no Brasil; desse total, mais de 65% foram destinados às indústrias de embalagens plásticas. Após absorvidas pelo mercado consumidor, tais embalagens são descartadas como resíduo pós-consumo e se tornam um sério problema ambiental, por não serem biodegradáveis. Esse material, usualmente rejeitado, poderia ser, parcialmente, utilizado como matéria-prima para a produção de compósitos termoplásticos.
A tecnologia de produção dos compósitos termoplásticos utiliza os plásticos polietileno de alta e baixa densidade e o polipropileno, em mistura com partículas e fibras de madeira, além de agentes compatibilizadores, como matérias-primas principais. Durante a fusão destes polímeros recicláveis, no entanto,o calor afeta negativamente a maioria de suas propriedades. Na tentativa de manter inalterada suas estruturas, novos tipos de plásticos e processos de produção têm sido avaliados, visando à elaboração de materiais à base de plástico/madeira. Dentre esses materiais, destacam-se o poliestireno (PS) e o polie¬tileno tereftalato (PET), que por suas características de dureza e disponibilidade, têm-se mostrado como potenciais na produção de chapas de compósitos.
Um grande número de trabalhos publicados recentemente teve como objetivo estabelecer as características de produtos fabricados a partir de uma matriz de matéria plástica reforçada com fibras de madeira. Entretanto, apenas alguns poucos trabalhos tem evidenciado o efeito da incorporação de partículas de plástico, em mistura com partículas de madeira, na produção de compósitos termoplásticos por termo - compressão. Os poucos disponíveis mostram que essa tecnologia de produção gera produtos com boas propriedades físicas e mecânicas.
Chapas De Madeira /Plástico
Com a finalidade de avaliar as propriedades físicas e mecânicas de compósitos termoplásticos foram fabricadas no Laboratório de Painéis e Energia do Departamento de Engenharia Florestal da UFV, por termo-compressão, chapas de poliestireno e polietileno tereftalato, contendo partículas de madeira de Pinus elliottii. A madeira foi obtida em um povoamento de Pinus elliottii existente em área do campus da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa-MG. As resinas termo¬plásticas, de poliestireno (PS) e polietileno tereftalato (PET) foram obtidas de um depósito de materiais recicláveis localizado no interior da mesma instituição. O poliestireno foi, também, obtido por coleta semi-seletiva de plástico pós-consumido, descartado de algumas lanchonetes, localizadas na cidade de Viçosa, como uma mistura de polímeros estirênicos na forma de copos, pratos e envases. O PET foi coletado unicamente na forma de envases
As partículas de madeira e plástico foram produzidas empregando-se um moinho de martelo com peneira de malha com abertura de 1,0 x 1,0 mm, sendo aproveitadas as que não passaram pela respectiva malha. Quando necessário, as partículas de poliestireno, não classificadas foram dissolvidas em tolueno preparando-se uma solução com 20% do plástico.
As densidades da madeira, do poliestireno e do PET foram, respectiva¬mente, iguais a 0,40g/cm3, 0,85 g/cm3 e 1,13 g/cm3.
Todas as chapas foram produzidas de forma a se ter densidade final igual a 0,60 g/cm3, e espessura igual a 10 mm, sendo as frações de madeira e plástico calculadas em função destes parâmetros. Para o cálculo da massa de madeira considerou-se um teor de umidade de 3%, enquanto para os plásticos considerou-se as partículas isentas de umidade.
Foram utilizadas três proporções, em relação à massa seca da madeira, de poliestireno (0, 25 e 50%) ou duas proporções de PET/OS (5/20 e 10/40%) combinadas com 50,75, ou 100% de partículas de madeira. Empregou-se três níveis de adesivo (0,4 e 6%) à base de uréia-formaldéido ou fenol-formaldeído e três níveis de poliestireno em tolueno (0, 4 e 6%), calculadas em relação à massa seca total das chapas gerando vinte e duas combinações, conforme mostra o Quadro 1, totalizando 44 chapas resultado da tomada de duas repetições.
Os adesivos empregados foram os de uréia-formaldeído, Cascamite PL117, e de fenol-formaldeído, Cascophen HL – 2080, contendo 65 e 50,5% de sólidos resinosos respectivamente. O catalisador endurecedor para o adesivo uréico foi o sulfato de amônia (NH4) SO4, em solução de 20%, na proporção de 1,5% em relação ao teor de sólidos da quantidade de adesivo utilizada.
A mistura de partículas de madeira e plástico depois de aspergida com os aditivos foi pesada, para cada repetição, e levada para a seção formadora do colchão. O colchão foi formado, manualmente, depositando-se, de uma só vez, a mistura de partículas sobre uma chapa de alumínio de 3,5 mm de espessura, colocada sobre uma caixa de madeira sem fundo, com dimensões internas de aproximadamente 400 x 400 x 160 mm, as quais foram então cuidadosamente espalhadas de forma aleatória.
O colchão foi prensado em prensa com aquecimento elétrico, ajuste independente de temperatura nos pratos e controle de pressão aplicada. O ciclo de prensagem, obedeceu a seguinte condição: temperatura, 185 oC; pressão, 32 kgf/cm2; tempo, 5 minutos.
As chapas de aproximadamente 400 x 400 x 10 mm em camada única foram mantidas no interior de caixas à temperatura ambiente, por cerca de 10 dias, e, em seguida, tiveram suas bordas aparadas para 380 x 380 mm, e suas superfícies lixadas. As propriedades físicas e mecânicas das chapas produzidas foram avaliadas de acordo com a norma americana ASTM D 1037 –1991, em máquina universal de testes.
Qualidade Das Chapas
Foram determinados os valores médios, dos módulos de ruptura (MOR) e de elasticidade (MOE) em flexão estática, de tração perpendicular, de arrancamento de parafuso, absorção de água e inchamemto em espessura
Todas as propriedades mecânicas das chapas à base de madeira/plástico estudadas neste trabalho foram superiores aos mínimos exigidos pela norma ANSI/208.1-1993, para as chapas de partículas de madeira. Tanto para as chapas produzidas apenas com partículas de madeira quanto para aquelas produzidas com partículas de PS ou de PET/PS, o aumento no teor de adesivo resultou em chapas mais resistentes. Para as chapas produzidas com adesivo à base de uréia-formaldeído contendo partículas de PS e solução de poliestireno percebe-se uma tendência de valores médios mais elevados para o MOR e MOE (Figuras 1 e 2), quando comparados aos produtos elaborados com adesivos de uréia, exceção para as chapas com 25 e 50 % de PS, onde o adesivo fenólico se mostrou mais eficiente. Os maiores valores de MOR e MOE foram observados nas chapas produzidas com 50% de poliestireno, solução de poliestireno em tolueno e 4 e 6% de adesivo.
O MOR das chapas produzidas apenas com a solução de PS como adesivo foi menor do que aqueles fabricados com a mesma composição e que receberam o adesivo fenólico. Praticamente, todas as chapas elaboradas com partículas de madeira e poliestireno apresentaram valores médios de módulos de elasticidade superiores aos das chapas produzidas com PET/PS.
A resistência média à tração perpendicular à superfície (Figura 3), de todas as chapas foram substancialmente superiores ao valor mínimo exigido pela norma. As chapas com maior coesão interna foram aquelas produzidas com 25 e 50% de poliestireno e 5/20% e 10/40% de PET/PS, 6% de adesivo e solução de pliestireno.
No ensaio de arrancamento de parafuso, perpendicular à superfície da chapa, a norma ANSI/A exige 550N. Conforme pode ser observado na Figura 4, todas as chapas, inclusive aquelas produzidas sem adesivo, superaram, significativamente, este valor. As chapas contendo 25%, 50%, de PS e 5/20% e 10/40% de PET/PS, 4 e 6% de adesivo e solução de poliestireno mostraram valores superiores aos observados nas demais chapas. As chapas que apresentaram valores médios mais elevados para o arrancamento de parafusos foram aquelas produzidas com solução de poliestireno em tolueno, independente da relação da utilizada.
No ensaio de absorção de água, após 24 horas de imersão, todas as chapas contendo plástico apresentaram valores de absorção inferiores aos das chapas sem plástico, sendo aquelas produzidas com 50% de poliestireno e solução de poliestireno em tolueno as que apresentaram os menores valores médios de absorção.
Entre as chapas fabricadas sem adesivo aquelas que apresentaram menores valores médios de absorção de água, foram produzidas com 50% de plástico.
O inchamento em espessura, após 24 horas de imersão em água, para as chapas contendo plástico foi sempre inferior ao apresentado para as chapas sem plástico. Nas chapas contendo plástico os menores valores de inchamento foram observados nas chapas com maior conteúdo de plástico, independente, da mistura de madeira/plástico empregada, estando os menores valores relacionados ao nível mais elevado de adesivo.
Embora as normas para comercialização de chapas de partículas não estabeleçam limites para a absorção de água ou inchamento em espessura, na prática observa-se uma faixa bastante ampla de valores para esta propriedade, de modo geral, as chapas produzidas com plástico apresentaram um comportamento semelhante ao verificado nas chapas de partículas comercializadas. Deve-se contudo ressaltar que não foi utilizada parafina em emulsão o que provavelmente, reduziria a variação dimensional das chapas.
Todas as chapas produzidas sem adesivo apresentaram, de modo geral, valores inferiores aos das chapas com adesivo para todas as propriedades avaliadas.
As propriedades mecânicas das chapas à base de madeira/plástico estudadas neste trabalho foram superiores aos mínimos exigidos pela norma ANSI/A 208.1-1993, para chapas de partículas de baixa densidade. Tanto para as chapas produzidas apenas com partículas de madeira quanto para aquelas produzidas com partículas de PS ou de PET/PS aumento no teor de adesivo resultou em chapas mais resistentes, o que está de acordo com a literatura. Para as chapas produzidas com adesivo à base de fenol-formaldeído contendo níveis de 25 e 50 % de partículas de poliestireno percebe-se uma tendência de valores me e s mais elevados para o MOR e MOE, quando comparados aos produtos elaborados com adesivos de uréia. Para a tração perpendicular os maiores valores médios de resistência foram observados nas chapas produzidas com 25 , 50% de PS; 5/20 e 10/40% PET/PS e solução de poliestireno, independente do tipo de adesivo aplicado .Para o arrancamento de parafusos as chapas produzidas com 25 e 50% de poliestireno ; 5/20 e 10/40 de PET/OS , solução de poliestireno em tolueno foram as que apresentaram os maiores valores de resistência . Todas as chapas sem adesivo superaram o valor mínimo exigido pela norma.
De modo geral, as chapas produzidas com 25 e 50% de poliestireno, solução de poliestireno em tolueno, e, 4 e 6% de adesivo mostraram, em quase totalidade, valores de resistência superiores às demais, dentro de um mesmo nível de adesivo, superando também, em maior intensidade, os valores de resistência mecânica determinadas nas chapas sem plástico. A adição da mistura PET/PS sem a adição concomitante de PS em solução foi prejudicial à resistência das chapas.
Quanto à absorção de água após 24 horas de imersão, todas as chapas excederam o valor máximo normalmente observado em chapas comerciais. O inchamento em espessura, no entanto, foi semelhante àqueles normalmente obtidos em chapas disponíveis no mercado.
A utilização da solução de poliestireno em tolueno foi importante para se obter produtos de boa qualidade. Por ter ação de solvência sobre o poliestireno é provável que o tolueno tenha promovido nas superfícies deste plástico sua dissolução parcial levando a uma melhor adesão entre as partículas do poliestireno e da madeira. É possível que as resinas termoendurecíveis utilizadas tenham, também, atuado como agente de ligação entre as superfícies hidrofóbicas do plástico e hidrofílicas da madeira.
Pelo exposto , pode-se concluir que os plásticos empregados na elaboração das chapas , apresentaram-se como materiais aptos para a produção de compósitos termoplásticos obtidos por termo-compressão. Além do que , pressões ambientais , devem exigir , em um futuro próximo, a completa remoção de todos os tipos de plásticos pós-consumo do meio-ambiente o que levará à maior disponibilidade desta matéria-prima para a geração de novos produtos.
Antônio da Silva Maciel, Benedito Rocha Vital , Alexandre Santos Pimenta e Ricardo Marius Della Lucia
Maio/2003 |
