Rui Ferreira Felgueiras
1 UFMT UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL PAINÉIS DE MADEIRA AGLOMERADA PRODUZIDOS COM SERRAGEM E POLIESTIRENO EXPANDIDO JANE ELIZA DE ALMEIDA PROF. DR. NORMAN BARROS LOGSDON CUIABÁ - MT FEVEREIRO 2011
2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO FACULDADE DE ARQUITETURA, ENGENHARIA E TECNOLOGIA PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE EDIFICAÇÕES E AMBIENTAL PAINÉIS DE MADEIRA AGLOMERADA PRODUZIDOS COM SERRAGEM E POLIESTIRENO EXPANDIDO. JANE ELIZA DE ALMEIDA Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Edificações e Ambiental da Universidade Federal de Mato Grosso, como requisito para obtenção do título de Mestre. PROF. DR. NORMAN BARROS LOGSDON CUIABÁ - MT FEVEREIRO 2011
3 A447 p Almeida, Jane Eliza de. Painéis de madeira aglomerada produzidos com serragem e poliestireno expandido / Jane Eliza de Almeida. Cuiabá: UFMT, f.: il. ; 30 cm. Dissertação (Mestrado em Engenharia de Edificações e Ambiental). Universidade Federal de Mato Grosso, Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia. Orientador: Prof. Dr. Norman Barros Logsdon. Inclui bibliografia. 1. Aglomerados. 2. Serragem. 3. Adesivos. I. Logsdon, Norman Barros. II. Faculdade de Arquitetura, Engenharia e Tecnologia. III. Título. CDU: Catalogação elaborada por Glória Maria Soares Lopes. Bibliotecária da UNEMAT Campus Renê Barbour CRB
5 Aos meus anjos da guarda... com todo meu amor dedico a realização deste trabalho
6 AGRADECIMENTOS A Deus que nunca me deixou desanimar, acompanhou-me e socorreu-me em todos os momentos. À minha família, pelo apoio e incentivo. Aos meus pais, presentes maravilhosos, que me ampararam até aqui, pelo incentivo e a certeza da finalização deste trabalho. Ao Prof. Dr. Norman Barros Logsdon que não apenas me orientou, mas se dedicou completamente para que este trabalho fosse concretizado. Aos professores da banca, Prof. Dr. Francisco Antonio Rocco Lahr e Prof. Dr. José Eduardo Penna, que contribuíram ricamente para este trabalho e, sobretudo ao prof. Dr. José Manoel Henriques de Jesus, também pela assistência paciente. Aos professores do Programa de Pós-Graduação pelo incentivo, bem como pela infraestrutura a mim oferecida. Aos amigos de mestrado, em especial à Soneize Auxiliadora de Miranda, pelo estímulo, apoio e amizade ao longo dessa trajetória. Ao meu principal fornecedor de EPS e amigo, João Mário de Arruda Adrião, pela ajuda prestada e amizade. À minha irmã Joyce Elaine de Almeida Baronas, pela amizade, paciência e revisão deste trabalho. Às minhas famílias mato-grossenses que estiveram presente, sempre me apoiando A meus irmãos Eduardo e Joyce, cunhados Luciana e Roberto e sobrinhas Beatriz, Vanessa e Carolina, pela alegria, entusiasmo e inspiração. Aos companheiros e alunos da UNEMAT que souberam compreender a correria e a ausência necessárias. A todos os colegas e amigos que direta ou indiretamente contribuíram com ideias, sugestões ou simplesmente com sua amizade, inclusive aos que não foram citados, mas que vibravam com cada etapa e foram presentes em todos os momentos, o mais sincero agradecimento.
7 Bem leve leve, releve, Quem pouse a pele em cima de madeira Beira beira, quem dera, mera mera, cadeira Mas breve breve, revele Vele, vele quem pese, dos pés à cabeça Dali da beira uma palavra cai no chão, paixão Dessa maneira, Uma palavra de madeira em cada mão, Imbuia, Cerejeira Bem leve leve, releve, Quem pouse a pele em cima de madeira Beira beira, quem dera, mera mera, cadeira Mas breve breve, revele Vele vele quem pese dos pés à cabeça Jacarandá, Peroba, Pinho, Jatobá, Cabreúva, Garapera Uma palavra de madeira cai no chão Paixão, dessa maneira. Adaptado de Marisa Monte
8 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... LISTA DE TABELAS... RESUMO... ABSTRACT... i iv v vi INTRODUÇÃO... 1 PROBLEMÁTICA... 1 JUSTIFICATIVA... 3 OBJETIVOS... 4 Geral... 4 Específicos REVISÃO BIBLIOGRÁFICA A SUSTENTABILIDADE E OS MATERIAIS ALTERNATIVOS DERIVADOS DE MADEIRA Painéis aglomerados Composição Propriedades e características Utilização Adesivos MATERIAIS PLÁSTICOS EPS (poliestireno expandido) ESTUDOS E INOVAÇÕES EM PAINÉIS DE MADEIRAS AGLOMERADAS E AS NOVAS POSSIBILIDADES Análise da viabilidade de utilização de resíduos de Maçaranduba na produção de painéis de madeira aglomerada Avaliação de características físicas de painéis aglomerados de uma mistura de Eucalipto (Ecalyptus urophylla) e Casca de Mamona (Ricinus communis L.) Produção de painéis de madeira aglomerada de Grevillea robusta A. Cunn. ex R. Br Painéis de partículas aglomeradas de madeira Pinus elliottii Engelm., Poliestireno (PS) e Polietileno Tereftalato (PET) Produção de painéis de madeira aglomerada de alta densificação com diferentes tipos de resinas Utilização de Palitos de Erva-Mate na Produção de Painéis de
9 Aglomerado Compósitos de partículas de madeira de Eucaliptos grandis, polipropileno e polietileno de alta e baixa densidade Chapas de madeira aglomerada produzidas com partículas de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Poliestireno (PS) e Polietileno Tereftalato (PET) Qualidade de chapas de partículas de madeira aglomerada fabricadas com resíduos de uma indústria de celulose Chapas de madeira aglomerada utilizando partículas oriundas de madeira maciça e de maravalhas Emprego do bagaço da cana de açúcar (Saccharum officinarum) e das folhas caulinares do bambu da espécie Dendrocalamus giganteus na produção de chapas de partículas Emprego da Algaroba (Prosopolis juliflora) na produção de chapas de partículas homogêneas CONCLUSÃO DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA MATERIAIS E MÉTODOS MATERIAIS Espécies de madeira Adesivos Equipamentos Procedimentos de determinação do teor de umidade das partículas Confecção dos painéis Ensaios de caracterização física e mecânica Software MÉTODOS Teor de umidade das partículas de madeira Escolha do adesivo (tipo de plástico) a ser utilizado Testes utilizando o PET Testes utilizando o PEBD Testes utilizando o EPS Manufatura dos painéis Partículas Adesivo Pré-prensagem e prensagem Acondicionamento Composição dos painéis Ensaios de caracterização física e mecânica... 46
10 Análise estatística RESULTADOS E DISCUSSÃO ESTUDOS PRELIMINARES Avaliação da umidade das partículas Análise e teste de adesão de alguns tipos de plásticos Utilização de PET (Polietileno Tereftalato) como adesivo Serragem depositada diretamente no PET líquido Serragem e PET colocados juntamente ao fogo Serragem e PET clocados juntamente entre chapa aquecida Substituição do PET por polietileno de baixa densidade (PEBD) EPS (Poliestireno Expandido) ou isopor como adesivo ESTUDO DA ESCOLHA DO MELHOR PAINEL Resultado dos painéis para análise da porcentagem a ser utilizada Manufatura de painéis alternativos (primeira fase) Manufatura de painéis alternativos (segunda fase) Resultados dos ensaios iniciais Ensaios físicos Densidade Teor de umidade Absorção em água Inchamento em espessura Resultados gerais dos ensaios físicos e discussão Ensaios mecânicos Cisalhamento Tração paralela Compressão longitudinal Tração perpendicular (ligação interna) Flexão estática MOR (Módulo de ruptura ensaios de flexão estática) MOE (Módulo de elasticidade ensaios de flexão estática) Resultados gerais dos ensaios mecânicos e discussão PLACAS ESCOLHIDAS PARA INTERPRETAÇÃO E ANÁLISE Ensaios físicos Densidade... 83
11 Teor de umidade Absorção de água e inchamento em espessura Ensaios mecânicos Cisalhamento Tração paralela às faces Compressão longitudinal Tração perpendicular (ligação interna) Flexão estática MOR MOE CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES BIBLIOGRAFIA
12 i LISTA DE FIGURAS Figura 1 Figura 2 Localização, em 19??, dos principais polos de fabricação de produtos derivados de madeira do Brasil Distribuição das florestas plantadas com eucalipto e pinus no Brasil por estado em Figura 3 Banco de dados da capacidade nominal brasileira Figura 4 Configurações dos painéis de madeira aglomerada Figura 5 Mudança no perfil da produção de painéis de madeira no Brasil ( ) Figura 6 Aplicação de painéis aglomerados Figura 7 Cronologia sobre a existência dos adesivos na humanidade Figura 8 Evolução do setor de painéis de madeira Figura 9 Estufa de secagem e esterilização e termômetro Figura 10 Balança de precisão e distribuição das partículas na forma Figura 11 Caixa para prensagem de painéis Figura 12 Equipamentos utilizados na manufatura de painéis Figura 13 Serragem seca ao ar Figura 14 Procedimentos para determinação do teor de umidade Figura 15 Painel com os corpos de prova Figura 16 Ensaios de absorção de água e inchamento em espessura Figura 17 Ensaios de teor de umidade Figura 18 Ensaio de tração perpendicular Figura 19 Ensaio de tração paralela às faces Figura 20 Ensaio de cisalhamento adaptado da NBR Figura 21 Ensaio de cisalhamento Figura 22 Diagrama típico Carga x Deslocamento do ensaio de flexão estática Figura 23 Viscosidade aparente do PET derretido Figura 24 Análise do Gel Time Figura 25 Figura 26 Figura 27 Figura 28 Resultado do teste da mistura de serragem depositada diretamente no PET líquido... Resultado do teste da mistura de serragem e PET aquecida ao fogo direto Resultado do teste da mistura de serragem e PET colocada entre chapas aquecidas Resultado do teste da mistura de serragem e PEBD colocada entre chapas aquecidas
13 ii Figura 29 Viscosidade aparente do EPS e sua aderência à serragem Figura 30 Derretimento do isopor (EPS) com gasolina (solvente) Figura 31 Painéis, depois de manufaturados, aguardando a cura, para o teste de melhor porcentagem EPS/serragem Figura 32 Processo de manufatura dos painéis com 50% e 40% de adesivo Figura 33 Corpos de prova obtidos após a manufatura dos painéis Figura 34 Resultado final do painel com 10% de EPS e 90% de serragem Figura 35 Painéis pré-prensados, da segunda fase, aguardando prensagem Figura 36 Figura 37 Figura 38 Figura 39 Densidade dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Teor de umidade dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Absorção de água dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Inchamento dos painéis em espessura, em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Figura 40 Corpos de prova de painéis com 20% EPS e 80% serragem, 30% EPS e 70% serragem, dissolvidos com gasolina e gasolina e água.. 73 Figura 41 Figura 42 Figura 43 Cisalhamento dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Tração paralela às faces dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Compressão longitudinal dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Figura 44 Tração perpendicular dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Figura 45 Figura 46 Módulo de ruptura dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Módulo de elasticidade dos painéis em função da relação EPS/serragem e dissolução em solventes Figura 47 Ensaio de compressão longitudinal Figura 48 Figura 49 Figura 50 Comportamento dos corpos de prova na ruptura à tração perpendicular Diagrama Força/deslocamento para o corpo de prova 01 no ensaio de flexão estática Diagrama Força/deslocamento do corpo de prova 01 no ensaio de flexão estática e correspondente reta obtida por regressão linear 99
14 iii LISTA DE TABELAS Tabela Quantidade de materiais para a manufatura dos aglomerados Tabela Quantidade de corpos de prova para os ensaios propostos Tabela 3 Obtenção de massa seca das partículas Tabela 4 Resultados das análises iniciais de densidade Tabela 5 Resultados das análises iniciais de teor de umidade Tabela 6 Resultados das análises iniciais de absorção em água Tabela 7 Resultados das análises iniciais de inchamento em espessura Tabela 8 Resultados das análises físicas iniciais Tabela 9 Resultados das análises iniciais de cisalhamento Tabela 10 Resultados das análises iniciais de tração paralela Tabela 11 Resultados das análises iniciais de compressão longitudinal Tabela 12 Resultados das análises iniciais de ligação interna Tabela 13 Resultados das análises iniciais de módulo de ruptura Tabela 14 Resultados das análises iniciais de módulo de elasticidade Tabela 15 Resultados das análises mecânicas iniciais Tabela 16 Resultados dos ensaios de densidade Tabela 17 Resultados dos ensaios de teor de umidade Tabela 18 Resultados dos ensaios de absorção de água Tabela 19 Resultados dos ensaios de inchamento em espessura Tabela 20 Resultados dos ensaios de cisalhamento Tabela 21 Resultados dos ensaios de tração paralela às faces Tabela 22 Resultados dos ensaios de compressão longitudinal Tabela 23 Resultados dos ensaios de tração perpendicular Tabela 24 Resultados força /deslocamento do corpo de prova Tabela 25 Resultados dos ensaios de flexão estática quanto ao módulo de ruptura (MOR) Tabela 26 Resultados força/deslocamento, incluindo a força estimada pela regressão, para análise de MOE Tabela 27 Resultados dos ensaios de módulo de elasticidade Tabela 28 Resultados dos ensaios físicos Tabela 29 Resultados dos ensaios mecânicos
15 iv RESUMO O presente trabalho objetiva propor um novo produto, na forma de painéis de partículas, utilizando resíduos de madeira (partículas) e plástico (adesivo). Por métodos experimentais, foram avaliados os plásticos: PET (Polietileno Tereftalato), PEBD (polietileno de baixa densidade), e EPS (poliestireno expandido). Como material proposto para esta pesquisa, o EPS, também conhecido como isopor, foi o que obteve os melhores resultados. Assim, foram modelados painéis com várias proporções de EPS/Serragem, sendo elas 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 e 50/50, dissolvidos com gasolina e com gasolina e água, para escolher a proporção mais adequada. O painel que forneceu os melhores resultados foi o de 50% de serragem e 50% de EPS, dissolvido em 2000 ml de gasolina com adição de 250 ml de água. Foram confeccionados dez painéis nessa proporção e feitos os ensaios para caracterização física e mecânica. Dos resultados de caracterização física pode-se concluir que esses painéis são compatíveis com os padrões exigidos pelas normas brasileiras e, devido aos baixos valores de inchamento, adequados à utilização em ambientes úmidos. Dos resultados de caracterização mecânica, o painel apresentou bons resultados quanto à ligação interna, indicando ser promissor o uso de EPS como adesivo, entretanto, os resultados de flexão estática e tração paralela às faces foram baixos, provavelmente pela transferência das propriedades do adesivo utilizado para o produto final. Assim, concluiu-se pela viabilidade da produção artesanal dos painéis aglomerados de serragem e EPS, que os mesmos podem ser produzidos por cooperativas. Palavras-chave: Aglomerados, serragem, EPS, adesivos.
16 v ABSTRACT This present work aims to propose a new material in the form of particle boards, using wood sediments (particles) and plastics (adhesives). By experimental methods, the following plastics were evaluated: PET (Poliethylene terephthalate), PELD (polyethylene of low density), and EPS (expanded polystyrene). As material proposed for this research, EPS, was what obtained the best results. Thus, panels were modeled with several proportions of EPS/sawdust, being them 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 and 50/50, dissolved with gasoline and with gasoline and water, to choose the most appropriate proportion. The panel that presented the best results was 50% EPS and 50% sawdust, dissolved in 2000 ml of gasoline with the addition of 250 ml of water. Ten panels were made, in that proportion, and the tests for physical and mechanical characterization were made. By the results of physical characterization it can be concluded that those panels are compatible with the patterns demanded by the Brazilian Codes and, due to the low values of swelling, suitable for outdoor use. By the results of mechanical characterization, these panels presented good information about the internal connection, indicating the use of EPS as adhesive, however, the results of static bending and tension parallel to the faces were low, probably by the transfer of the properties of the adhesive used on the final product. Thus, it is concluded by the viability of the handmade production of the panels using sawdust and EPS, which can be produced in cooperatives. Key-words: particleboard, sawdust, EPS, adhesives.
17 Introdução 1 INTRODUÇÃO PROBLEMÁTICA As questões ambientais, hoje percebidas pela humanidade, instigam a busca de novas alternativas para a melhoria mundial. Um dos setores que necessita de cuidados ambientais é a construção civil, que gera resíduo e muitas vezes não apresenta soluções para tais consequências. Neste caso se enquadram os sistemas construtivos e os materiais de construção, entre eles a madeira, que também é utilizada, e muitas vezes, não explorada seu descarte. A madeira é considerada um dos materiais mais antigos que o ser humano já utilizou em suas construções. Estudo do Museu de Nova York divulgado pela revista científica "Nature" afirma que as florestas surgiram antes dos dinossauros, há cerca de 380 milhões de anos (PORTAL DAS CURIOSIDADES, 2010). Já a sua relação com o homem, desde que deixaram as cavernas, lhe confere ligação com as edificações e a arquitetura. Natural e renovável, se utilizada de maneira correta, torna-se sustentável e cada vez mais uma opção para múltiplas utilizações. Nos países europeus, a madeira sempre esteve presente em muitas residências desde a construção até os móveis, proporcionando segurança e conforto aos seus moradores. No Brasil, muitos a relacionam com habitações de baixa renda ou algo efêmero, havendo a consequente desvalorização do material. Apenas uma parcela, da população classe A, a utiliza largamente em suas mansões. Infelizmente a capacidade sustentável não vem acontecendo com as madeiras nativas, pois estas acabam sendo utilizadas de maneira errônea e sem conscientização. Sua preservação precisa ser direcionada de modo racional, para que se torne matéria prima perene. Com isso, é necessário que haja o manejo e a certificação para ser empregada. Nos Estados do sul e sudeste do País, as florestas nativas são escassas e as matas de reflorestamento estão sendo utilizadas como alternativa para a manufatura de painéis à base de madeira.
18 Introdução 2 As florestas plantadas produzem anualmente 1,4 bilhão de m³ de madeira, suprindo mais de 35% do consumo mundial. O uso dessa madeira ocorre em serrarias (46%), fábricas de celulose e papel (18%), produtos não madeireiros (16%), bioenergia (6%) e outros (13%) (GARLIPP; FOELKEL, 2009, p. 3). A região centro-oeste ainda possui florestas nativas, no entanto, é necessário que haja preservação ou exploração racional através do manejo sustentável, para evitar a sua extinção e substituição pela agricultura e pecuária. Do mesmo modo que locais alternativos, em particular as áreas de florestas plantadas, também surgem no mercado novos produtos como forma de amenizar os problemas atuais, nesses casos se encaixam os painéis que se aproveitam do beneficiamento das madeiras para sua produção. Tais materiais propostos e já consolidados no mercado também têm gerado preocupações, pois, apesar de haver muita oferta, sua procura vem aumentando a cada ano, estando muito próxima sua relação produção/consumo. Além disso, apresentam certos tipos de restrições para a sua fabricação, o que implica na necessidade de pesquisa para o aproveitamento de seus benefícios. Para a produção de painéis, são necessários dois materiais básicos: as partículas de madeiras e os adesivos. O primeiro pode ser utilizado de vários modos quase não apresentando dificuldades, entretanto os adesivos são os que apresentam alguns empecilhos, como, por exemplo, o alto custo, uma vez que chegam a representar de 35% a 60% do valor final, além de apresentarem alto teor de toxicidade, acarretando problemas ambientais (IWAKIRI, 2005), para os quais haveria uma solução: o reaproveitamento de produtos que poderiam ser reciclados, entretanto não são adequadamente reaproveitados no meio ambiente. O acúmulo de resíduos, que precisam ser descartados, pode ser reaproveitado na produção de adesivos para novos painéis de maneira consciente e sustentável na construção civil. Neste caso se encaixam os plásticos de poliestireno expandido (EPS), conhecidos como isopor. Apesar de ser um material totalmente reciclável e reaproveitável tem-se tornado um problema na composição dos lixos urbanos devido ao seu grande volume.
19 Introdução 3 Atualmente a utilização abundante do isopor pode ser encontrada desde a agricultura até a construção civil. Praticamente todas as indústrias de embalagens o utilizam como forma de proteção para eletrônicos, armazenamento de alimentos, bebidas e produtos fármacos, inclusive na área de decoração. Quanto à durabilidade, ainda não existem dados, mas se utilizado de maneira correta apresenta-se com desempenho adequado ao longo de sua vida útil. Considerando o reaproveitamento e a união de materiais que podem ser combinados, como o plástico e a serragem, procurou-se elaborar um novo produto que pode ser aproveitado por cooperativas, pois o custo das matérias-primas empregadas, se exploradas por meio de resíduos, torna-se praticamente zero, reduzindo o preço do produto final. Com isso, pode ser explorado para novos investimentos em habitações de interesse social, tornando-se acessíveis à população de baixa renda. JUSTIFICATIVA Os painéis de madeira aglomerada surgiram na Alemanha, na década de 40, em decorrência do isolamento resultante da 2ª Guerra Mundial. No Brasil, estes foram introduzidos pela abundância de resíduos de madeira produzidos na região sul. Seu emprego é muito difundido na construção civil, mas sua maior produção está voltada para a indústria moveleira. Dada a vasta utilização da produção vigente, a necessidade de expansão na área de painéis de madeira é apropriada. Desta forma, o presente estudo pretende contribuir para a produção e análise de novos materiais que colaborem com a melhoria ambiental. Sendo assim, há necessidade de conhecerem-se parâmetros e proporções de uso da porcentagem serragem/isopor para sua correta utilização em larga escala também na construção civil. O presente estudo pretende contribuir para um maior reaproveitamento de isopor descartado pelas indústrias e no uso em geral, diminuindo a quantidade de resíduos plásticos, que são considerados um problema devido ao grande volume, bem
20 Introdução 4 como a redução do emprego de materiais naturais, uma vez que as partículas de madeira a serem utilizadas podem ser encontradas em abundância em serrarias, onde, muitas vezes, é difícil o armazenamento, ajudando também na preservação da natureza. Este estudo também pretende atuar como um incentivo para trabalhos em cooperativas, fornecendo menor custo efetivo ao produto final. Tanto as serrarias como os consumidores de EPS são fontes para a execução do trabalho, resultando na diminuição de resíduos, sem custos para produtores ou geradores destes detritos. Apesar de a mão de obra não precisar ser especializada, pois apenas conhecimentos básicos são necessários ao processo de produção, o aperfeiçoamento de produção requer um maior aprendizado impulsionando-os à sua especialização. Com esse conhecimento, será possível estabelecer a classificação do comportamento do produto sendo facilitada sua recomendação. A produção dos painéis, proposta no presente trabalho, foi simplificada de modo a permitir sua prática por cooperativas. Por isto foram utilizadas prensa a frio e secagem ao ar. Entretanto, procurou-se manter os mesmos parâmetros de execução observados em outros estudos sobre o assunto. As análises físicas e mecânicas, para qualificação dos painéis, também estão em acordo com as apresentadas naqueles estudos. OBJETIVOS Geral Este trabalho tem por objetivo propor um novo painel alternativo de madeira aglomerada utilizando-se resíduos de madeira (serragem) e aparas de isopor (poliestireno expandido, EPS). Específicos Testar porcentagens adequadas dos materiais utilizados (EPS e serragem) com o intuito de construir um painel que possa ser utilizado no mercado da construção civil;
21 Introdução 5 Avaliar o comportamento físico e mecânico de cada uma das placas, encontrando a melhor proporção serragem/isopor. Qualificar o painel proposto por meio de análises físicas e mecânicas com adequado tratamento estatístico. Apresentar processo de produção para que cooperativas reproduzam o material para utilização em habitações de interesse social. Indicar as possíveis utilizações do painel proposto neste trabalho, considerando os resultados das propriedades físicas e mecânicas obtidas.
22 Revisão bibliográfica 6 1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 1.1. A SUSTENTABILIDADE E OS MATERIAIS ALTERNATIVOS A indústria da construção civil pode ser considerada uma das grandes responsáveis pelos problemas ambientais gerados em função da quantidade de resíduos que fornecem. O Relatório CIB 1 n 237, do ano de 2000, relata que, além de consumir os recursos naturais, o setor ainda utiliza energia de forma intensiva. Entretanto, esse quadro está se alterando graças às novas concepções e conscientização frente às dificuldades. Hoje as mudanças necessárias estão se tornando realidade e o pensamento inovador está presente, atrelando desenvolvimento sustentável às construções (SATTLER e PEREIRA, 2006). Quanto a descrição do termo sustentabilidade, muitos exemplos podem ser verificados. Contudo sua principal definição surgiu no relatório Brundtland pela Comissão Mundial sobre Meio Ambiente e Desenvolvimento, no ano de 1983, com a preocupação em aliar desenvolvimento econômico e conservação mundial, unindo forças para discutir e propor meios de harmonizar os dois objetivos. Naquele momento, a Assembleia das Nações Unidas destacou: A definição mais aceita para desenvolvimento sustentável é o desenvolvimento capaz de suprir às necessidades da geração atual, sem comprometer a capacidade de atender as necessidades das futuras gerações. É o desenvolvimento que não esgota os recursos para o futuro (WWF BRASIL, 2010). Não apenas a construção, com suas técnicas e projetos, precisa conscientizarse quanto aos impactos gerados, mas toda a produção do ambiente construído, como também produtores de materiais, componentes e sistemas construtivos. Dessa maneira haverá uma colaboração para o desenvolvimento do setor civil e do meio ambiente, sendo os produtos sustentáveis um dos pontos primordiais para a conscientização. 1 CIB - INTERNATIONAL COUNCIL FOR RESEARCH AND INNOVATION IN BUILDING AND CONSTRUCTION. CIB - Agenda 21 para a construção sustentável. São Paulo, p. (Tradução do Relatório CIB, Publicação 237).
23 Revisão bibliográfica 7 Os produtos sustentáveis são aqueles que colaboram para a construção e o meio ambiente, agrupam aspectos quanto a responsabilidade social e ambiental e tornam-se materiais alternativos para o uso em vários setores. Não há necessidade de serem naturais, uma vez que podem ser fabricados em escala industrial, entretanto devem partir de reaproveitamento de resíduos. Esses resíduos reciclados são os que se transformam em produtos sustentáveis, pois contribuem para a limpeza do meio ambiente, evitam a exploração dos recursos naturais e ainda geram renda. No Brasil apenas 11% dos resíduos sólidos urbanos são reciclados, portanto, são produtos sustentáveis apenas aqueles produzidos a partir dessa porcentagem (MADEPLAST, 2009). Apesar de ultimamente o crescimento populacional apresentar-se em taxas decrescentes, ainda o padrão de consumo é alto diante das facilidades da vida diária. Nota-se que a quantidade de lixo gerada pela humanidade deu um grande salto que preocupa a sobrevivência e preservação do meio ambiente, tornando-se um grande problema da atualidade. Lixo, segundo Guamá et al. (2008), pode ser definido como todo e qualquer rejeito sólido proveniente da atividade humana, seja ela doméstica, industrial ou agrícola. Durante as últimas décadas, a composição dos lixos das cidades alterou-se bruscamente em decorrência da urbanização, o que era basicamente dejeto orgânico, hoje apresenta muitos compostos industriais. Atualmente pode-se verificar um aumento considerável no número de derivados de polímeros e papéis. O lixo plástico é um grande causador de impactos ambientais, entretanto é um material que pode ser totalmente reaproveitado. Os plásticos podem ser considerados, dentre os resíduos sólidos, os que levam mais tempo para se decompor. Segundo Teixeira et al. (2002), apenas 15% dos plásticos são reciclados, o mesmo produto representa 3% do lixo urbano gerado nas principais cidades do Brasil. Também como resíduos industriais, são apontados os de origens florestais que, desde a extração da árvore, geram de 40 a 70% de detritos. Os mesmos são originados no desdobro e na transformação da madeira quando beneficiada, gerando serragem (pó-de-serra), lascas, costaneiras, entre outras (ABREU, 2006).
24 Revisão bibliográfica 8 Os dados fornecidos por Brito et al. (2006) indicam que o volume de madeira, em forma de resíduos, oriunda das indústrias de base florestal, é muito grande e ainda pouco utilizado. A maior parte é empregada apenas para a geração de energia térmica, por meio da queima. O restante dos detritos é descartado de forma inadequada causando impactos ao meio ambiente. Os resíduos gerados por serrarias ou por indústrias madeireiras são outro grande problema na atualidade. Seu gerenciamento é uma das principais dificuldades das indústrias brasileiras e seu aproveitamento, se bem gerenciado, evitaria problemas nos aterros sanitários e extrações desnecessárias (PINHEIRO et al., 2008). Azambuja et al. (2006) afirmam que os resíduos provenientes de serrarias na forma de costaneiras, refilos e aparas podem ser aproveitados para a produção de chapas de aglomerados, gerando um produto de maior valor agregado. Nascimento (2003) acrescenta ainda que podem também ser utilizados cavacos, fibras, flocos ( flakes, também conhecidos como maravalhas), aparas de madeira tipo shaving e as partículas delgadas tipo lascas chamadas slivers. Barata (2008), entre outros, acredita ser de suma importância a prática de novas pesquisas, na busca de materiais ou tecnologias alternativas, derivadas dos recursos naturais renováveis, além da reciclagem de resíduos que podem ser incorporados nesses trabalhos. Por outro lado, o termo materiais alternativos muitas vezes está erroneamente relacionado a aspectos artesanais, portanto para serem realmente empregados na indústria da construção civil, precisam ser elaborados, ensaiados e certificados a fim de fornecerem credibilidade e fazer parte do dia-a-dia DERIVADOS DE MADEIRA Painéis aglomerados Os painéis de madeira aglomerada surgiram na Alemanha, na década de 40, em decorrência do isolamento resultante da 2ª Guerra Mundial. Como havia a dificuldade para a produção de lâminas de boa qualidade para a fabricação de compensados, restaram apenas os resíduos de madeiras (DONATI, 2010). Também se sabe que, naquele momento, as florestas estavam consumidas e restavam somente
25 Revisão bibliográfica 9 árvores de pequena idade, que seriam impróprias para madeira serrada. Assim, a necessidade de outros materiais propiciou a absorção, pelo mercado, de um novo produto oriundo dos resíduos existentes, surgindo os aglomerados. Em seguida, a produção de aglomerados foi paralisada, devido à indisponibilidade de resina, também como consequência da 2ª Guerra Mundial e, em 1946, sua produção foi retomada. Os alemães foram os responsáveis pela criação dos aglomerados, mas seu desenvolvimento se deve aos Estados Unidos que confeccionaram grande quantidade de painéis aglomerados, difundindo-os pelo país e, na década de 60, pelo mundo (MENDES et al., 2003). No Brasil, em 1966, as chapas de madeira aglomerada começaram a ser produzidas pela indústria, iniciada pelo grupo francês Louis Dreiffus que criou a empresa Placas do Paraná, em Curitiba, devido à abundância de resíduos produzidos na região sul, pela indústria moveleira local (MATTOS et al., 2008). Conforme dados do Banco Nacional de Desenvolvimento Social - BNDS, o surgimento das chapas de madeira aglomerada no Brasil se deu pela escassez da madeira e pela necessidade e oportunidade de aproveitamento econômico dos resíduos industriais (ROQUE e VALENÇA, 1998). Atualmente a realidade torna-se distinta, pois há grandes áreas de florestas plantadas justamente para fornecer matéria prima para as indústrias de painéis aglomerados. Dados da Associação Brasileira da Indústria de Madeira Processada Mecanicamente ABIMCI apontam que os principais produtores mundiais são os Estados Unidos, Alemanha, Canadá, França e Itália que, juntos, somam 81% do mercado internacional. O Brasil encontra-se com 2% da produção mundial, lançando no mercado 2,8 milhões de m³/ano (ABIMCI, 2009). Os principais fabricantes brasileiros são: Berneck Araucária, no Paraná; Bonet Santa Cecília, em Santa Catarina; Eucatex Botucatu, em São Paulo; Duratex Itapetininga, também em São Paulo; Fibraplac Gravataí, no Rio Grande do Sul; Placas do Paraná Curitiba hoje comprada pela Arauco do Brasil, no Paraná; Duratex Satipel Taquari, hoje Duratex S.A., no Rio Grande do Sul; Satipel/Duratex Uberaba, em Minas Gerais, também hoje Duratex S.A; e, Tafisa Piên, atualmente Arauco no Paraná (ABIMCI, 2009 atualizado por BIAZUZ et al., 2010).
26 Revisão bibliográfica 10 Na fusão da Duratex com a Satipel, a Itausa (controladora da Duratex) e a Companhia Ligna de Investimentos (controladora da Satipel Industrial) assinaram contrato de associação das duas companhias controladas em julho de 2009, o que deu origem à maior empresa de painéis de madeira industrializada do hemisfério sul (...) O acordo gerou a incorporação da Duratex pela Satipel e a nova companhia passou a ser denominada Duratex S.A. (BIAZUZ et al., 2010) Do mapa de localização dos principais pólos de fabricação de produtos derivados de madeira do Brasil, apresentado na Figura 1, nota-se que todas as empresas se concentram na região sul e sudeste onde também estão localizados os maiores pólos moveleiros. Isso acontece propositadamente, para que haja uma boa distribuição da produção, também as florestas plantadas, que fornecem um rápido crescimento, se encontram nas mesmas regiões, fornecendo, assim, uma grande potencialidade à fabricação de painéis de madeira. Figura 1 - Localização, em 19??, dos principais polos de fabricação de produtos derivados de madeira do Brasil Fonte: Revista da madeira, ano 9, n 53 (2000) apud REMADE (2010)
27 Revisão bibliográfica 11 Segundo a Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas - ABRAF, no ano de 2009, o Brasil atingiu ha de florestas plantadas, sendo ha de florestas eucalipto e ha florestas de pinus (Figura 2). A maioria se encontra nos estados do sul e sudeste do país (ABIPA, 2009). Já a capacidade nominal atual brasileira de painéis é de a milhões de m³ de modo que os aglomerados foram responsáveis por milhões de m³ no ano de 2010, apresentado taxas crescentes a cada ano (Figura 3). Figura 2 Distribuição das florestas plantadas com eucalipto e pinus no Brasil por estado em 2009 Fonte: ABRAF (2010) Figura 3 Banco de dados da capacidade nominal brasileira Fonte: REMADE (2010) Composição Os painéis de madeira reconstituída podem ser divididos em três tipos: as chapas de fibras duras (hardboard), o MDF (medium density fiberboard) e o
28 Revisão bibliográfica 12 aglomerado (particle board) conforme afirmam Juvenal e Mattos (2002) 2 Guiotoku et_al. (2008). apud Os aglomerados são painéis feitos de partículas de madeiras, ou diferentes tipos de material lignocelulósico, variando de 3 mm a 50 mm de espessura, ligados com algum tipo de resina termofixa, sintética ou natural, agindo como um adesivo, e colados de forma aleatória com calor e alta pressão, produzindo um colchão coeso, consistente e uniforme (ABNT, 2006a,b). O fluxo de produção das chapas de madeira aglomerada apresenta algumas particularidades, e, segundo Iwakiri (2005), pode ser descrito em 13 etapas. São elas: 01 Geração de partículas passo onde são definidos os elementos dimensionais que influenciam na qualidade do painel; 02 Secagem etapa em que as partículas precisam ser mantidas entre 3% e 12%, dependendo do tipo de adesivo a ser utilizado, garantindo-lhe boa penetração (atualizado por NASCIMENTO, 2003); 03 Classificação fase onde as maiores partículas farão parte da camada interna e as menores da camada externa, quando apresentado em multicamadas; 04 Aplicação do adesivo passo importante e que necessita de atenção quanto ao controle de quantidade e homogeneidade de distribuição; 05 Formação do colchão; 06 Pré-prensagem fase para estabilização e encontro da altura desejada além de melhorar a consistência; 07 Prensagem a quente etapa em que a pressão, temperatura e tempo de fechamento da prensa são primordiais; 08 Resfriamento; 09 Acondicionamento por pelo menos 48 horas; 10 Acabamento fase em que se agrega valor ao produto; 2 JUVENAL, T. L.; MATTOS, R. L. Painéis de madeira reconstituída. BNDS, v.2, p.1-21, 2002.
29 Revisão bibliográfica Classificação de acordo com padrões de qualidade pré-estabelecidos; 12 Embalagem; 13 Armazenamento É interessante salientar que, a respeito das partículas, não há restrições quanto ao uso de algum tipo de espécie, inclusive podem ser aproveitados resíduos industriais ou de exploração florestal, madeiras de baixa qualidade, não industrializáveis ou sem serventia, desde que sua geometria possa garantir uma boa densidade ao painel, havendo compatibilidade do adesivo com a permeabilidade da espécie a ser utilizada nas partículas. Entretanto, para a fabricação no Brasil, as mais utilizadas são provenientes de florestas plantadas de pinus e eucalipto, muitas vezes de plantio das próprias empresas que as estão fabricando. Quanto às resinas, a mais empregada é a ureia formaldeído, em decorrência de seu baixo custo. Entretanto a mesma fornece baixa resistência à umidade. Quando se necessita de características maiores de resistência, a resina mais indicada é a fenol formaldeído (ROQUE e VALENÇA, 1998). Entretanto Dias (2005) comenta que, para sua utilização, há um inconveniente devido à emissão de formaldeído, substância tóxica, que, se avaliado pelas questões de controle ambiental, inviabiliza sua utilização. As resinas, ou adesivos, podem ser considerados os grandes responsáveis pelo maior custo da produção, variando de 35% a 60%. A quantidade deve ser otimizada em função das propriedades requeridas e de acordo com as exigências mínimas de norma técnica (IWAKIRI, 2005). Os primeiros adesivos voltados diretamente para as indústrias de painéis foram o fenol formaldeído e a ureia formaldeído e surgiram na década de 30. São eles que garantem a coesão ao conjunto, ressaltando-se ainda que a quantidade de adesivo seja um fator importante, podendo variar de 5% a 10% (MALONEY, 1977). Outras opções a serem adicionadas à produção são alguns tipos de aditivos, que conferem melhores qualidades, como por exemplo, os retardantes ao fogo, anti mofos, repelentes de fungos e insetos, catalisadores ou endurecedores, enfim, substâncias que acrescentam maiores características ao produto final.
30 Revisão bibliográfica 14 Os tipos de acabamentos das chapas podem ser o natural ou cru, pintado ou revestido em uma ou nas duas faces com algum material como: finish foil- FF, que são películas de papel coladas à chapa crua; papel melamínico de baixa pressão BP, que, por pressão, se funde ao painel formando uma só associação; lâminas de madeira, plásticos, PVC etc. (ROQUE e VALENÇA, 1998). Estruturalmente, segundo a NBR Chapas de madeira aglomerada da ABNT (2006a), podem ser encontradas chapas homogêneas ou em três camadas, de modo que as externas serão de partículas menores, e as internas com partículas maiores, proporcionando assim um melhor acabamento e maior resistência. Outras configurações, segundo Iwakiri (2005), são também as de multicamadas podendo apresentar até cinco ou graduada, conforme Figura 4. Figura 4 - Configurações dos painéis de madeira aglomerada Fonte: Iwakiri (2005) Propriedades e características As chapas de madeira aglomerada necessitam de um mínimo de qualidade para serem aceitas pelos consumidores. Haselein et al. (2001), ressaltam que até o ano de 2001, no Brasil, esse produto não possuía uma exigência mínima de qualidade, mas se fossem exportadas, essas chapas, precisariam passar por testes conforme o país de recebimento. A partir de 2002, quando entrou em vigor a NBR_14.810, que trata da normatização para chapas de madeira aglomerada, todas as placas produzidas precisam ser qualificadas e ensaiadas para serem aprovadas no mercado. Segundo Maloney (1977), os aglomerados possuem uma série de vantagens em relação à madeira serrada, pois diminuem o efeito de anisotropia da madeira e
31 Revisão bibliográfica 15 contam com redução de heterogeneidade quanto às propriedades físicas e mecânicas em pontos aleatórios do painel, possibilitando, desta maneira, o controle das mesmas. Por meio das quantidades de resinas e da geometria das partículas, eliminam-se os defeitos, como nós, anisotropia, e tensões internas, possibilitando o uso de resíduos, o que permite maiores produções com menores custos. Moslemi (1974) ainda assegura que o ciclo de prensagem, temperatura, pressão e tempo, precisam ser muito ordenados, pois nesses é que são definidas, muitas vezes, as propriedades finais. Por meio de vários estudos sobre o assunto, Iwakiri et al. (2006) afirmam que, quanto menor a massa específica da madeira, melhor é a espécie para a produção do aglomerado, pois assim se produz uma maior compactação. Também Iwakiri et al. (1999) recomendam cuidados quanto à densidade da madeira a ser utilizada, também quanto à geometria e umidade das partículas, não se esquecendo da resina e ciclo de prensagem, porque tais questões influenciam na estabilidade e resistência. Com relação à análise das densidades, define-se a razão de compactação como sendo a relação entre a densidade do painel e a densidade da madeira. O recomendado por vários autores é um valor entre 1,3 e 1,6, para que haja a densificação com a consolidação à espessura final desejada (KELLY 3, MOSLEMI 4, MALONEY 5, TSOUMIS 6 apud IWAKIRI et al., 2000). Segundo a ABNT (2006b), NBR , que trata da classificação das chapas de madeira aglomerada, a densidade média pode variar entre 551 kg/m³ a 750_kg/m³. Os adesivos utilizados podem ser de natureza tipo ureica ou especiais, desde que haja verificação quanto ao teor de formaldeído a ser liberado, que pode ser classificado como: de baixa liberação até 8 mg de HOCH/100g de massa seca; média liberação entre 8 mg e 30 mg de HOCH/100g; ou alta liberação entre 30 mg e 60 mg 3 KELLY, M. W. Critical literature review of relationships between processing parameters and physical properties of particleboard. U. S. Despartment of Agriculture. Wisconsin: FPL, p. 4 MOSLEMI, A. A. Particleboard. Illinois: Southern Illinois University Press MALONEY, T. M. Modern particleboard and dry-process fiberboard manufaturing. 2ed. San Francisco: Miller Freeman, p 6 TSOUMIS, G. Science and technology of Wood. Struture, properties, utilization. New York: Chapman & Hall, p.
32 Revisão bibliográfica 16 de HOCH/100g. A geometria das partículas pode ser variável e o teor de umidade deve estar entre 5% e 11%. A Associação Brasileira da Indústria de Madeira Processada Mecanicamente - ABIMCI, informa que, em geral, as chapas fabricadas no Brasil são de densidade média de 551 kg/m³ a 750 kg/m³, com a natureza do adesivo do tipo ureica, compostas por camadas de partículas de geometria variável e sem nenhum tratamento superficial (ABIMCI, 2009). Da ABNT (2006c), NBR , que trata dos métodos de ensaios, nota-se que, para a análise das propriedades físicas, mecânicas e químicas das chapas de madeira aglomerada é necessário um total de 23 tipos de ensaios e cada um com tamanho e número próprio de corpos de prova. Especificamente, os ensaios são: densidade, dureza Janka, empenamento, espessura, esquadro, expansão linear, gradiente vertical da densidade, inchamento e absorção de água, determinação da largura e do comprimento, resistência ao arrancamento de parafuso, resistência à compressão longitudinal, resistência à flexão e módulo de elasticidade, resistência superficial, resistência à tração paralela, resistência à tração perpendicular (ligação interna), determinação da retilineidade, do teor de formaldeído, teor de umidade, resistência à umidade, com ensaio cíclico e com ensaio em água em ebulição, determinação do teor de sílica, absorção superficial e perfil de densidade. Outros pontos a serem analisados são o comprimento e a espessura das partículas. Sua relação é definida como esbeltez e influencia na área superficial específica das partículas, consumo relativo de resina e grau de adesão entre as partículas na chapa. Também é importante estar atento à quantidade de resina, aditivos químicos, umidade das partículas e ciclo de prensagem, que devem ser controlados para assegurar a qualidade requerida de acordo com as exigências das normas Utilização Segundo Mattos et al. (2008), os aglomerados sempre representaram as maiores produções mundiais, entre as diversas chapas produzidas, e vêm crescendo nos últimos tempos.
33 Revisão bibliográfica 17 Atualmente o painel aglomerado convencional é o gênero de painéis mais produzidos no Brasil e no mundo, com a produção mundial superando os 100 milhões de metros cúbicos. O Brasil é apenas o nono na lista de principais produtores, produzindo menos de 2% do que é produzido no mundo, a qual tem como principais produtores Estados Unidos (21%), Canadá (12%) e Alemanha (11%). Mais de 95% de toda produção nacional é utilizada apenas para o abastecimento do mercado interno (REMADE, 2010). Quanto ao consumo, estes dados também se repetem, sendo Europa e América do Norte os que mais utilizam esse tipo de painel. Avaliar o mercado internacional serve apenas de curiosidade, uma vez que o mesmo não fornece parâmetros para o mercado brasileiro, pois seu baixo custo aliado ao alto custo de transporte não favorece o mercado de importação/exportação. Quando esse fenômeno ocorre, há a relevância apenas para países próximos que pertencem ao mesmo bloco econômico em decorrência de seu baixo valor específico (ROQUE e VALENÇA, 1998). Nota-se que o avanço ocorrido na produção de 1995 a 2005 representou um aumento significativo também em seu consumo, havendo a necessidade, nesta época, de importações, principalmente da Argentina e Chile. Estudos mostram que o consumo superou a produção, indicando, deste modo, que a oferta não supria a necessidade (GUIOTOKU et al., 2008). Tuoto e Rodriges (2003) mostraram em seus estudos, como se observa na Figura 5, que, mesmo havendo mudança no perfil da produção dos painéis, com adição de novos produtos ao mercado, os aglomerados mantiveram seu espaço e apresentaram aumento de produção. A utilização dos aglomerados é muito ligada à fabricação de móveis e à construção civil, porém de forma secundária, sendo que 89% da produção estão vinculadas aos polos moveleiros que, juntos, usam quase que inteiramente a produção nacional (Figura 66).
34 Revisão bibliográfica 18 Figura 5 - Mudança no perfil da produção de painéis de madeira no Brasil ( ) Fonte: adaptado de Tuoto e Rodrigues (2003). CONSTRUÇÃ O CIVIL; 4% REVENDA; 5% FLORING; 2% Figura 6 Aplicação de painéis aglomerados Fonte: adaptado de ABIPA (2010). INDÚSTRIA DE MÓVEIS; 89% Nos móveis a utilização dos aglomerados está relacionada a dormitórios, salas e cozinhas, portas e armários, tampos de mesas, divisórias e estantes, enfim a vários usos desde que não estejam em contato com a água, pois o aglomerado possui pouca resistência à umidade Adesivos O surgimento dos adesivos pode ser atribuído ao tempo em que os Faraós utilizavam sangue, ovos, etc. há cerca de 4000 a.c.. Já sua utilização com a madeira pode ser datada de 3000 a.c., para construção de mobiliários e sarcófagos, e acreditase que eram utilizados aqueles à base de albumina (IWAKIRI, 2005). Para a indústria dos painéis de madeira, sua contribuição foi de grande importância, sendo os primeiros, e mais empregados, os adesivos à base de ureia
35 Revisão bibliográfica 19 formaldeído, entretanto só podem ser utilizados em áreas internas devido à pouca resistência à umidade. Com a necessidade de utilização em espaços externos, os adesivos de fenol formaldeído obtiveram bons resultados, contudo seu alto custo ainda proporciona grandes preocupações o que fomenta novas pesquisas quanto a alternativas para produtos resistentes à umidade (SOUZA, 2006). Na Figura 77 apresenta-se a utilização dos adesivos ao longo do tempo. LINH A D O TEM PO a.c. - H av ia o em p re go d e cim e ntos be tum ino do s pa ra u nir osso s de m arfim em e státua s a.c. - N a tum ba de Tutam ka m en foi e nco ntrad o u m b aú d e ce dro co la do c om a desivo de c aseína d.c. - Su rg em na lite ra tu ra refe rê nc ia s oc asion ais sob re as c olas e a a rte da c olag em d.c. - S urge a prim e ira co lage m e m c aixa s de m a de ira, p ara gu ard as m o ed as utiliz an do -se ad esivo s a ba se d e c lara de ov o e c al d.c. - F un da da na H o la nd a a p rim e ira ind ústria d e co la a nim al d.c. - C ola de pe sc ad o pa ten te ad a pe la p rim e ira ve z na Ing la te rra d.c. - A de siv o de borrac ha na tural, pa ten te ad o po r Pe al Joh nson n a Ing la te rra d.c. - P ro du çã o co m erc ia l de c ola de c aseína n a S uíça e A lem an ha d.c. - P ro du çã o co m erc ia l de ad esivo de b orra ch a na tu ra l d.c. - Vo n Fuc hs a presen ta u m e stud o e xau stivo so bre a utiliz aç ão d e silic ato s solúv eis e su ge re se u em p re go e m c im e nto s d.c. - P ro du çã o c om ercia l d e co la s de pe sca do no s EU A d.c. - U m a p ate nte fran ce sa sug ere o uso de ad esivo s com resin a fe nó lic a. Surge, tam b ém na m esm a ép oc a, a ap lic aç ão d e silica to s so lú ve is p ara co lage m d e m ad eira d.c. - Pa te nte s de Red m a n so bre a desivo s a b ase de fe no l-form a ld eíd o d.c. - U tiliz aç ão de c olas de a lb um ina d e sang ue e m e m ba rc aç õe s e n a ind ústria a e ro ná utic a d.c. - Cola s de c aseína c om e ça m a ter im p ortâ nc ia co m e rc ia l n a co nstruç ão a eron áu tic a d.c. - Jo hn su gere, no s EU A, a pa ten te d e u ré ia-fo rm alde ído co m o ad esiv o d.c. - Su rge m ad esiv os a b ase de e sté re s de ce lu lose e resina s a lqu íd ic as d.c. - S urge m ad esivo s d e Clorop re no (M cd o na ld, B.B Che m, C o.) d.c. - Estu do s do s p oliureta no s, surg e a m arc a D e sm od ur da Baye r na A lem an ha d.c. - In tro du çã o do s ad esiv os de p oliuretan o na in dú stria m ilita r, d uran te a Se gu nd a G uerra M un dial d.c. - Em preg o d e e lastô m e ro s c arbo xila do s co m o ad esiv o d.c. - Início d a fab rica çã o e c om e rc ializ aç ã o do s ad esivo s de c ian o- a crila to s. Figura 7 Cronologia sobre a existência dos adesivos na humanidade Fonte: adaptado de Borracha Atual (2009). Segundo Iwakiri (2005), os adesivos contribuem para colagem de aplicação e utilização da madeira, minimizando assim a existência dos problemas enfrentados quanto às suas dimensões, anisotropia e defeitos naturais. Também atuam positivamente quando o assunto são os painéis reconstituídos, pois cooperam para o
36 Revisão bibliográfica 20 maior aproveitamento do material (madeira), entretanto é o componente de maior custo na produção, representando de 35% a 60%. Classifica-se como adesivo o material com propriedade aderente, ou seja, é uma substância com capacidade de manter unidos outros materiais em sua superfície (IWAKIRI, 2005, p. 3). A NBR , da ABNT (2006a), define os adesivos ou as resinas como substâncias utilizadas com o intuito de aderir partículas de madeira em uma chapa de madeira aglomerada, podendo ser classificados como orgânicos e inorgânicos, de natureza ureica ou especiais e possuindo propriedades e características que exigem cuidado para suas utilizações. Razera (2006) pondera que o processo de adesão somente é completado a partir do momento em que o adesivo passa da forma líquida para a sólida. Assim, nota-se também que, além desse procedimento, outro ponto importante a ser observado é quanto ao tempo em que essa ação ocorre. Afinal, neste período, é primordial que ocorra a ligação dos materiais. Dall Alba (2009, p. 37) define que adesão é a atração de duas diferentes substâncias resultando forças intermoleculares entre elas. A coesão envolve somente forças atrativas intermoleculares entre as mesmas substâncias. Os mecanismos, no processo de adesão, podem ser qualificados em teoria mecânica, de difusão de polímeros e de adesão química. Teoria mecânica é quando os adesivos curam-se por resfriamento ou solidificação, ou seja, quando o adesivo penetra no substrato ocorrendo a solidificação, formando ganchos que os prendem. A teoria da difusão de polímeros ocorre através da difusão das cadeias dos polímeros em nível molecular (adesivos que curam pela evaporação do solvente ou da água) e, por fim, a teoria da adesão química ocorre quando os adesivos agem pela reação química, que é a adesão com ligações primárias, iônicas ou covalentes, e/ou por forças intermoleculares secundárias (IWAKIRI, 2005). O método de utilização dos adesivos constitui o derramamento do adesivo a ser empregado, que, dependendo da sua fluidez, permite um bom espalhamento; em seguida, a transferência é feita com os movimentos necessários para a sua completa absorção; e finalmente se dá a penetração, indispensável para que haja então a solidificação; nesse momento, ocorre a mudança do estado líquido para o sólido
37 Revisão bibliográfica 21 através de processos químicos e então uma total e completa utilização de suas propriedades. Além do adesivo, a superfície em que o mesmo será utilizado possui primordial influência para a boa adesão. Para seu correto uso, o adesivo deve ser utilizado na forma líquida, molhando o substrato e proporcionando um ângulo de contato coerente com o seu desempenho. O ângulo de contato pode ser de 180, sem umectação, ocorrendo a coesão máxima; de 0, com umectação completa, utilizando a tensão superficial máxima, e entre os dois valores acontecendo a umectação incompleta, de forma que a ocorrência do fenômeno que se dá em ângulos inferiores a 90 já propicia uma boa molhabilidade 7 (DALL ALBA, 2009; IWAKIRI, 2005). Alguns fatores podem ter influência direta quanto à capacidade de colagem dos adesivos na madeira, a viscosidade é um dos casos, de modo que sua característica pode ser relacionada à sua idade, desta forma, um adesivo muito viscoso, ou seja, pouco fluido, acaba dificultando sua utilização, porém se houver baixa viscosidade há maior absorção e, em casos extremos, pode ocorrer uma linha de cola faminta 8 que proporciona pouca adesão. Dias (2005, p. 6) anota a definição de viscosidade como grandeza que caracteriza a existência de atrito entre as moléculas de um fluido, que se manifesta por meio de escoamento. O tempo de gelatinização, ou gel time, também é outro fator que precisa ser analisado, pois está relacionado ao tempo desde a preparação do adesivo até seu ponto máximo de viscosidade aceitável para a aplicação, influenciando no tempo de prensagem e qualidade de adesão (IWAKIRI, 2005). Além dessas, outras questões precisam ser pontuadas como teor de substâncias sólidas, ph, composição e características da madeira, propriedades físicas (como umidade, densidade da madeira), e propriedades químicas (como extrativos, cinzas) e, por fim, propriedades mecânicas (como tensões internas e externas) (IWAKIRI, 2005). 7 Fenômeno que ocorre quando o líquido consegue espalhar-se sobre a superfície do substrato. 8 Penetração excessiva e desaparecimento do adesivo através da estrutura porosa da madeira, resultando numa situação de quantidade insuficiente de adesivo na linha de cola. (IWAKIRI, 2005, p. 07).
38 Revisão bibliográfica 22 Os adesivos ainda são classificados quanto à cura, pois cada adesivo se processa em uma diferente temperatura. Com base nos estudos de Nascimento (2003) e Dias (2005), pode-se constatar que a ureia formaldeído cura-se de duas maneiras: à temperatura ambiente através da redução do ph (ácido) com adição de catalizador e à temperatura alta com cura à quente com temperatura de 90 C a 130 C. Já a fenol formaldeído possui temperatura de cura na faixa de 130 C a 160 C; para a melamina formaldeído nota-se a cura a temperatura não inferior a 125 C; o acetato de polivinila tem sua cura por evaporação do solvente (água), mesmo à temperatura ambiente; e finalmente algumas poliuretanas apresentam cura à temperaturas de aproximadamente 90 C a 100 C. Tal análise é de suma importância para o processo de utilização dos adesivos uma vez que provoca grande influência no custo do produto em decorrência da energia e tempo para sua ação. Iwakiri (2005) classifica também os adesivos quanto às suas características e propriedades. Os mesmos podem ser: adesivos naturais; adesivos sintéticos termoplásticos, sendo os mais utilizados o poliacetato de vinila (PVAc) e hotmelt ; e adesivos sintéticos termoendurecedores/termofixos, que, quando aquecidos, tornam-se rígidos e insolúveis por meio de reações de policondensação. Podem ser citados os adesivos ureia formaldeído, para uso interno, melamina formaldeído, para uso intermediário, fenol formaldeído e resorcina formaldeído, para uso externo. Rivero (2003) recomenda que, para haver uma boa ligação adesiva, é necessário: remover qualquer impureza que impeça o contato do adesivo com o aderente; abolir todos os produtos que não possuam afinidade com o adesivo; seguir rigorosamente as recomendações indicadas pelos fabricantes; aplicar devida pressão, para que haja a cura do adesivo; regularizar as superfícies, para haver um contato uniforme; e finalmente evitar retrações acentuadas durante a cura, para que não apareçam tensões excessivas. Estudos feitos por Calegari 9 et al. (2004), apud Pedrazzi et al. (2006), demonstram que o teor de adesivo influencia tanto na resistência à flexão, quanto na ligação interna e no inchamento em espessura das chapas de madeira aglomerada, 9 CALEGARI, L.; HASELEIN, C. R,; BARROS, M. V.; SCARAVELLI, T. L.; DACOSTA, L. P.; PEDRAZZI, C. Adição de aparas de papel reciclável na fabricação de chapas de madeira aglomerada. Ciência Florestal, Santa Maria, v. 14, n. 1, p , 2004.
39 Revisão bibliográfica 23 reduzindo a qualidade dos painéis se forem reduzidos os teores de adesivo. Pizzi 10 (1994), apud Pedrazzi et al. (2006) constatou que, aumentando o teor de resina também aumentam as propriedades mecânicas e de estabilidade dimensional. Seu volume está limitado diretamente ao custo e desempenho que fornece. Por fim, Azambuja (2006) completa que o adesivo não deve interferir quanto à coloração natural da madeira MATERIAIS PLÁSTICOS Os plásticos são materiais recentes se comparados a outros, usuais em engenharia. Estruturalmente os primeiros materiais utilizados foram a madeira, depois os metais, então vieram as cerâmicas, vidro e, enfim, os polímeros. Historicamente apenas na contemporaneidade é que os polímeros foram realmente descobertos e utilizados (MANO, 1991). Dentre os polímeros, os plásticos são possivelmente os mais conhecidos. Como o próprio nome define: poli (muitos) e meros (partes), são constituídos por macromoléculas compostas pela seguida repetição de várias partes; sua origem vem dos monômeros obtidos a partir do petróleo ou gás natural. Gorni (2003, p. 2), conceitua tais elementos como: materiais cujo elemento essencial é constituído por ligações moleculares orgânicas que resultam da síntese artificial ou transformação de produtos naturais. O descobrimento dos plásticos não pode ser atribuído a uma única pessoa. Sucessivas pesquisas proporcionaram uma gradativa evolução para seu surgimento. Entretanto, o marco inicial pode ser datado no ano de 1868, com John W. Hyatt aprimorando estudos, de 1862, feitos por Alexander Parker que descobriu o celulóide, com o qual produziu o primeiro material sintético, bolas de bilhar (CBIP, 2010). Já em escala comercial, os primeiros plásticos totalmente sintéticos encontrados foram as resinas de fenol-formaldeído, datados de 1907 (GORNI, 2003). A partir dos anos de 1950 e 1960, consolidou-se o uso comercial em substituição aos 10 PIZZI, A. Advanced Wood adhesives technology. New York: Marcel Dekker, 1994.
40 Revisão bibliográfica 24 metais, que eram usados intensamente durante a segunda Guerra Mundial (COELHO, 2005). Muitos novos polímeros vêm surgindo e hoje estão presentes na maioria dos produtos de uso industrial e na engenharia. Em se tratando da engenharia, existe ainda um preconceito para a utilização dos plásticos, uma vez faltam normas brasileiras, que fomentem sua utilização. Assim, seu desuso acaba por se relacionar com a falta de resistência e seu uso, à fabricação de produtos descartáveis. Alguns plásticos recebem a certificação da Avis Techniques, que é um órgão Francês de análise de certificação para produtos novos para a construção civil. Sobre o assunto, o engenheiro chefe do Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) argumenta: não existe material ruim, existem as solicitações e são as condições tecnoeconômicas do dimensionamento e da aplicação do material as responsáveis por sucessos ou fracassos (FLEURY, 1993, p. 34). Os plásticos são materiais artificiais constituídos da combinação do carbono, oxigênio, hidrogênio, nitrogênio e outros elementos orgânicos ou inorgânicos. Em seu estado final apresentam-se como sólidos, mas em alguma fase aparecem na condição de líquidos, podendo ser moldados na maneira que se deseja (BAUER, 2004). Quanto às suas características mecânicas, os plásticos são classificados em termoplásticos, termorrígidos e elastômeros. Os termoplásticos podem ser fundidos várias vezes quando aquecidos, sem perder suas propriedades, e se solidificam ao serem resfriados, tornando-se possível sua reciclagem. Já os termorrígidos são mais rígidos e frágeis, não oferecendo reciclabilidade, sendo infundíveis, ou seja, uma vez fabricados não mais se fundem, sua moldagem é resultante da reação química, irreversível, entre as moléculas do material. E por fim, os elastômeros, que é a classe intermediária entre os termoplásticos e termorrígidos, que, apesar de apresentarem alta elasticidade, também não são fundíveis; são também conhecidos como borracha sintética (GORNI, 2003). As principais características dos plásticos podem ser elencadas pelo seu baixo peso, alta flexibilidade, resistência a impactos, resistência à abrasão, possibilidade de aditivação, baixa condutibilidade elétrica e térmica, resistência à corrosão,
41 Revisão bibliográfica 25 porosidade, possíveis de reciclagem e, muitas vezes, custo relativamente baixo. São adaptáveis à produção em processos industrializados, de fácil utilização, muitas vezes de aparência agradável e por fim, proporcionam boa flexibilidade arquitetônica (BAUER, 2004). Cada tipo de plástico possui, separadamente, algumas propriedades. Entretanto, de modo generalizado, têm como desvantagens: baixa resistência aos esforços de tração; dilatação excessiva se exposto a uma fonte direta de calor; baixa rigidez, ao calor e às intempéries; degradação pela luz solar; dimensões instáveis e dificuldade de reparo quando danificados. Ressalta-se que essas desvantagens estão desaparecendo devido à melhoria de muitas das propriedades, acompanhadas, por vezes, do aumento de custo (FLEURY, 1993). Um dos problemas dos plásticos diz respeito à sua degradação, ou seja, a maioria fica intacta por muitos anos, portanto, podem ser considerados grandes causadores de problemas ambientais pela destinação final do lixo urbano EPS (poliestireno expandido) Produzido pela primeira vez na Alemanha, em 1949 por Fritz Stastny e Karl Buchholz, químicos do laboratório Basf, o plástico celular rígido (EPS) é resultado do estireno expandido despolimerizado em água. No Brasil, o material é conhecido como isopor, por sua fabricação ter sido primeiramente feita na empresa de mesmo nome, hoje conhecida como Knauf-Isopor Ltda. Atualmente esta empresa se encontra em primeiro lugar quanto à distribuição da produção para a construção civil e embalagens industriais. A maioria de suas unidades está instalada em vários países da Europa. No Brasil, estão localizadas nas cidades de São Bernardo do Campo SP, Sapucaia do Sul RS, Recife PE, Manaus AM e Joinville SC (KNAUF, 2010). Segundo dados da Associação Brasileira do Poliestireno Expandido ABRAPEX (2010), o produto pode ser caracterizado como inodoro, não contaminante do solo, da água nem do ar, 100% reaproveitável e reciclável podendo voltar à condição inicial de matéria-prima, através de tecnologia conhecida e simples. Sendo procedente do petróleo e derivado da natureza, não é prejudicial ao meio ambiente, por ser reciclável, entretanto, se não reaproveitado de maneira correta, pode levar em média 150 anos para se decompor por não ser biodegradável.
42 Revisão bibliográfica 26 Sua consistência provém de dois elementos químicos, carbono e hidrogênio, isento de qualquer produto tóxico. Em seu interior, o gás existente é o próprio ar e se utiliza como gás expansor o pentano (ACEPE, 2010). Existem muitos mitos em relação aos gases utilizados para a expansão do poliestireno, matéria prima que, expandida, gera o EPS, entretanto o gás utilizado é um hidrocarboneto que rapidamente se deteriora pela reação fotoquímica oriunda dos raios solares, não comprometendo, assim, o meio ambiente (AVESANI NETO, 2008). Apesar de ser um material facilmente reciclado, o mesmo não é muito procurado para tal fim devido à inviabilidade econômica, pois apresenta somente 0,1% da composição do lixo, entretanto seu volume passa de 70 caminhões/dia. (ABRAPEX, 2010). Seu interior contém apenas 2% de plástico e 98% de ar. Por isso pode ser considerado um dos vilões do lixo, por ocupar muito espaço e possuir pouca serventia (AMBIENTE BRASIL, 2010). Quanto à durabilidade do EPS, a Associação Industrial do Poliestireno Expandido ACEPE (2010) qualifica que, ainda não há dados sobre seu limite, pois se utilizado de maneira apropriada, pode garantir um desempenho adequado ao longo do tempo. Algumas restrições podem ser apontadas como, por exemplo, exposição direta a grandes temperaturas, bem como a união com solventes ou vapores do mesmo tipo. Está presente, ultimamente, em várias aplicações, tanto na construção civil - devido às vantagens que oferece, de baixa condutibilidade térmica, leveza, resistência mecânica elevada, baixa absorção de água e insensibilidade à umidade além de ser de fácil manuseio - quanto na indústria de embalagens, também por seus benefícios de amortecimento de impactos, sendo isolante térmico, impermeável e resistência à umidade, higiênico e totalmente inócuo, de baixo peso e resistente à compressão, econômico, adaptável, seguro e fácil de manusear e por fim e não menos importante, por ser considerado ambientalmente correto. O EPS é dissolvido por poucos tipos de líquidos, alguns deles são os solventes orgânicos derivados do petróleo como óleos, gasolina e diesel. Pode ser
43 Revisão bibliográfica 27 considerado inflamável, porém, se retirado da fonte de calor, sua chama se extingue, tornando-se novamente estável (AVESANI NETO, 2008). Dentre suas características, algumas são importantes a serem elencadas como a de suportar até 80 C, em situações de exposições prolongadas, a de possuir densidade de 10 a 30 kg/m³, resistência à flexão entre 150 e 240 kpa e quantidade de absorção de água por imersão menor que 1 g/dcm² (ABRAPEX, 2010). Segundo Ambiente Brasil (2010), anualmente são consumidos cerca de 2,5 milhões de toneladas de EPS, no mundo. No Brasil houve um acréscimo de quase 300%, saltando de 9 mil toneladas para aproximadamente 36,5 mil toneladas, nos últimos 15 anos ESTUDOS E INOVAÇÕES EM PAINÉIS DE MADEIRAS AGLOMERADAS E AS NOVAS POSSIBILIDADES Com utilização muito difundida na construção civil e com a produção maior voltada para indústria moveleira, os materiais empregados nos painéis de madeira aglomerada estão tornando-se inviáveis e, atualmente, sua capacidade de produção está muito próxima do consumo (Figura 8). Figura 8 Evolução do setor de painéis de madeira Fonte: REMADE (2010) Outro ponto importante a ser analisado, é o fato de que as espécies de reflorestamento, madeira utilizada em painéis aglomerados, estão também sendo empregadas para a produção de celulose, lâminas de compensados e, inclusive, em painéis de fibras de média densidade - MDF (AZAMBUJA et al., 2006). Em consequência dessa nova situação, é de suma importância que maneiras diferenciadas
44 Revisão bibliográfica 28 sejam encontradas para a fabricação dessas chapas com a utilização de partículas e de adesivos alternativos. O crescente aumento do consumo e a exploração inadequada das florestas brasileiras indicam a necessidade de produzir painéis utilizando-se dos resíduos para melhor aproveitamento. Pedrazzi et al. (2006) sugerem que novas tecnologias sejam utilizadas para o bom emprego da matéria prima, não sendo observadas mudanças na qualidade em relação aos tipos de resíduos aproveitados. Maciel et al. (2004b) analisa que, apesar de já estarem estabilizados no mercado, novos produtos e técnicas têm sido desenvolvidos para suprir as necessidades que atualmente a produção nacional não está alcançando. A própria norma NBR parte 1, da ABNT (2006a, p. 1) aponta que a geometria das partículas e sua homogeneidade, os tipos de adesivos, a densidade e os processos de fabricação podem ser modificados para fabricar produtos adequados aos usos finais específicos. Tal afirmação tem fomentado novos estudos quanto a diferentes opções de partículas ou de adesivos, por isso, foram elencadas algumas dessas investigações, para que pudessem ser avaliados seus resultados e assim contribuir para o presente trabalho Análise da viabilidade de utilização de resíduos de Maçaranduba na produção de painéis de madeira aglomerada Azambuja et al. (2006) analisaram a potencialidade de utilização dos resíduos de Maçaranduba (Manilkara huberi ducke), provenientes da industrialização da madeira e exploração florestal, da região Norte do Brasil, para a produção de chapas de madeira aglomerada. O adesivo utilizado foi a ureia formaldeído preparado em solução aquosa. Para a produção utilizou-se prensa a quente com 130 C, com tempo de 10 minutos e pressão de 40 Kgf/cm² (4 MPa). Os ensaios propostos foram: caracterização mecânica com análise da avaliação de ligação interna (tração perpendicular), módulo de elasticidade e módulo de ruptura na flexão estática. Os resultados de resistência à tração perpendicular, também chamada ligação interna, foram satisfatórios e os valores médios encontrados foram de 4,33 kgf/cm² (0,433_MPa) superando o mínimo exigido em norma que são de 4,2 kgf/cm² (0,42_MPa). Os valores médios de módulo de elasticidade foram de kgf/cm²
45 Revisão bibliográfica 29 (2316 MPa) sendo ligeiramente inferiores ao exigido em norma, kgf/cm² (2450 MPa). Quanto ao módulo de ruptura, os valores médios foram 134,57 kgf/cm² (13,46 MPa), ficando acima do exigido, 112 kgf/cm² (11,2 MPa). Com essas análises nota-se o grande potencial de utilização deste resíduo para produção industrial Avaliação de características físicas de painéis aglomerados de uma mistura de Eucalipto (Ecalyptus urophylla) e Casca de Mamona (Ricinus communis L.) Freitas et al. (2007) avaliaram a produção de chapas de madeira aglomerada quando existe a inclusão de casca de mamona na composição juntamente com eucalipto. Para as amostras, foram utilizadas partículas padronizadas ao uso industrial tanto de eucalipto quanto de casca de mamona; as resinas usadas foram a ureia formaldeído e fenol formaldeído com adição de parafina; o tempo de prensagem foi de 8 minutos com temperatura variando de 140 C a 160 C com pressão de 42 kgf/cm² (4,2 MPa). Os ensaios propostos foram de flexão estática, de onde obteve módulo de elasticidade e módulo de ruptura avaliando tensão e força máxima. De todos os resultados dos ensaios, os painéis, que possuíam 25% de casca de mamona e 75% de eucalipto foram os que apresentaram melhores desempenhos em todas as propriedades mecânicas. Desta maneira verifica-se que a adição, nesta porcentagem, favorece a produção industrial das chapas Produção de painéis de madeira aglomerada de Grevillea robusta A. Cunn. ex R. Br. Iwakiri et al. (2004) estudaram a confecção de painéis de chapas aglomeradas utilizando partículas da espécie Grevillea robusta constatando que outras espécies, além de Pinus e Eucalipto, podem ser empregadas. Com este trabalho, o grupo testou painéis de densidades 0,60 e 0,80 g/cm³ e conteúdos de resinas de 6 e 8%. A madeira foi obtida do plantio experimental da EMBRAPA FLORESTAL e utilizou-se resina ureia formaldeído. As placas foram manufaturadas com prensa de temperatura 140 C, pressão 40 kgf/cm² (4 MPa) por um tempo de 8 minutos. Foram realizados ensaios físicos e mecânicos de absorção de água e inchamento em espessura, após 2 e 24 horas de imersão em água; ligação interna e flexão estática. Os resultados obtidos foram que a densidade dos painéis e a quantidade de resina não influenciaram
46 Revisão bibliográfica 30 expressivamente a estabilidade dimensional; os painéis com maior quantidade de resina possuíam maior ligação interna (LI); os melhores resultados referentes a módulo de elasticidade (MOE) e módulo de ruptura (MOR), foram encontrados nos painéis com densidade de 0,80 g/cm³ e teor de resina de 8%, entretanto os outros também apresentarem bons resultados. Desta maneira, percebe-se que a madeira Grevillea robusta pode ser utilizada como fonte alternativa para a produção de painéis com densidade 0,80 g/cm³ Painéis de partículas aglomeradas de madeira Pinus elliottii Engelm., Poliestireno (PS) e Polietileno Tereftalato (PET) Maciel et al. (2004b) observaram as propriedades de painéis fabricados com misturas de partículas formadas por madeira, poliestireno (PS) e polietileno tereftalato (PET), com três proporções de PS (0%, 25%, 50%) e duas proporções de PET/PS (5% PET/20% PS e 10%PET/40%PS). Foram empregados adesivos à base de ureia formaldeído e fenol formaldeído e uma solução de poliestireno em tolueno como agentes de ligação; a prensagem ocorreu a uma temperatura de 185 C, pressão 32 kgf/cm² (3,2 MPa) e com tempo de 5 min; os ensaios realizados foram de tração perpendicular às faces (ligação interna), flexão estática (módulo de ruptura, MOR, e módulo de elasticidade, MOE), arrancamento ao parafuso, absorção de água e inchamento em espessura após 24 horas de imersão, densidade e teor de umidade. Pelas análises, todas as propriedades mecânicas foram superiores aos valores exigidos em norma e constatou-se que, quanto maior o teor de adesivo, mais resistentes os painéis se apresentavam. Os painéis que continham em sua composição partículas de madeira e poliestireno apresentaram valores de MOR superiores aos painéis apenas de madeira, os maiores valores de MOE foram observados nos painéis produzidos com plásticos; quanto à ligação interna, de modo geral, independente da composição e do adesivo utilizado, todos os resultados foram significativos, em se tratando de arrancamento de parafuso todos também superaram os valores previstos em norma. Sobre as características físicas, a absorção de todos os painéis excederam os valores máximos normalmente observados em painéis comerciais. Já no inchamento, também os painéis que continham plásticos apresentaram valores inferiores aos dos painéis sem plásticos e os resultados foram semelhantes àqueles
47 Revisão bibliográfica 31 normalmente obtidos no mercado. Enfim, os painéis que apresentaram poliestireno foram os que apresentaram os melhores valores de todas as propriedades Produção de painéis de madeira aglomerada de alta densificação com diferentes tipos de resinas Iwakiri et al. (2005) avaliaram o comportamento de resinas alternativas, em relação à ureia formaldeído, sobre as propriedades de painéis aglomerados. As resinas utilizadas para os ensaios foram ureia formaldeído (UF), melamina ureia formaldeído (MUF), fenol melamina ureia formaldeído (PMUF) e fenol formaldeído (PF). Para a prensagem, o painel com densidade 0,7 g/cm³, teve pressão de 40_kfg/cm² (4 MPa) e o restante dos painéis, com densidade de 1,0 g/cm³, foram aplicadas pressão de 50 kgf/cm² (5 MPa). Todos tiveram o tempo de prensagem em 10 minutos e as temperaturas empregadas foram de 140 C, somente sendo diferenciada, 180 C, nos painéis produzidos com resina fenol formaldeído. Nos testes foram avaliados os comportamentos de todas as resinas e analisadas características mecânicas de ligação interna, flexão estática, bem como a característica física de inchamento em espessura após 24 horas por imersão em água. Pelos resultados constata-se que para o inchamento todas as outras resinas avaliadas foram melhores do que a ureia formaldeído, sendo consideradas melhores as PMUF e PF com características estatísticas praticamente iguais. Para a ligação interna, MUF, PMUF, PF apresentaram resultados superiores em relação aos exigidos pela norma utilizada. Quanto aos valores de MOE e MOR, os melhores resultados foram os encontrados com a resina PF, entretanto MUF, PMUF e PF apresentaram valores de MOE e MOR superiores em relação à norma. Os pesquisadores concluíram, então, que as resinas alternativas fenol melamina ureia formaldeído (PMUF) e fenol formaldeído (PF) se classificam como potencialmente viáveis para usos em painéis que requeiram maiores resistência mecânica e estabilidade dimensional Utilização de palitos de erva-mate na produção de painéis de aglomerado Guiotoku et al. (2008) avaliaram painéis aglomerados produzidos com palitos de erva-mate em sua mistura juntamente com resina à base de ureia formaldeído. As fibras e resinas foram prensadas a frio e depois levados em estufa por 12 horas à
48 Revisão bibliográfica 32 temperatura de 100 C para cura da resina. Os ensaios verificados foram quanto ao inchamento em espessura e absorção de água em 2 e 24 horas. Os resultados obtidos indicam que, para o inchamento em 24 horas, os painéis comerciais forneceram resultados menos satisfatórios em relação aos painéis produzidos com palitos de erva-mate. Já quanto à absorção, os resultados foram inversos, sendo melhores os comerciais. Isso mostra que os painéis produzidos com palitos de erva-mate possuem maior estabilidade dimensional do que os comerciais, entretanto, absorvem mais água. Desta maneira os autores apontam que isso sugere que a absorção de água pelo palito de erva-mate não contribui para seu inchamento na mesma proporção que as partículas de pinus Compósitos de partículas de madeira de Eucalyptus grandis, polipropileno e polietileno de alta e baixa densidade Milagres et al. (2006), com a finalidade de determinar as propriedades de painéis fabricados com a mistura de madeira de Eucalyptus grandis, polietileno de alta densidade, polietileno de baixa densidade e polipropileno, estudaram várias proporções de partículas de madeira e plástico, comparando a influência do tipo de adesivo à base de ureia formaldeído e o efeito do tipo de resina termoplástica. A pressão empregada foi de 32 kgf/cm² (3,2 MPa) e temperatura de 190 C, durante 6 minutos. Os ensaios analisados foram densidade, expansão linear, tração perpendicular (ligação interna), arrancamento de parafuso, absorção de água, módulo de ruptura e módulo de elasticidade, dureza Janka e inchamento em espessura. Os resultados indicam que a maioria das propriedades mecânicas dos painéis, exceto o módulo de elasticidade, ultrapassou os valores mínimos estabelecidos pela norma utilizada. Por fim os autores observaram que a adição das resinas termoplásticas melhora muitas das propriedades dos painéis de madeira aglomerada e que com 50% de teor de resina maiores são suas influências Chapas de madeira aglomerada produzidas com partículas de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, Poliestireno (PS) e Polietileno Tereftalato (PET) Maciel et al. (2004a) analisaram as propriedades de painéis utilizados com partículas de madeira juntamente com os plásticos PS e PET em diferentes
49 Revisão bibliográfica 33 proporções, com diferentes quantidades de adesivos de ureia formaldeído e fenol formaldeído, gerando novos materiais à base de plástico/madeira. A temperatura de prensagem foi de 185 C com pressão de 32 kgf/cm² (3,2 MPa) durante 5 minutos. Foram analisados os módulos de ruptura, módulos de elasticidade, tração perpendicular à superfície, arrancamento de parafuso, absorção de água e inchamento em espessura em diferentes proporções de madeira, adesivos e plásticos. Com a análise, os autores concluíram que o aumento do teor de adesivo aumentou o módulo de ruptura independente da quantidade de plásticos, existentes na mistura, entretanto todas as chapas que continham madeira e poliestireno apresentaram MOR superiores aos fabricados apenas com madeira. Quanto ao módulo de elasticidade, os valores não foram significativamente diferentes, porém, as chapas de madeira e poliestireno obtiveram valores superiores aos produzidos com PET/PS. A respeito da tração perpendicular, os resultados foram insuficientes e não alcançaram os exigidos pela norma que a equipe utilizou, provavelmente pelo baixo teor de adesivo utilizado em todas as amostras, no entanto os resultados obtidos pelas análises da madeira com utilização de plásticos foram superiores aos que não possuíam a associação dos mesmos. Ao ser analisado o arrancamento de parafusos, todas as chapas superaram os valores exigidos em norma, independente da relação de utilização de madeira/plásticos/adesivos. Sobre as questões de absorção, todas as chapas contendo plásticos obtiveram valores inferiores às que não os continham, independente da quantidade de adesivo utilizada, devido à influência que o plástico possui na higroscopicidade da mistura. E finalmente para o inchamento, os resultados foram semelhantes àqueles obtidos em chapas comerciais. Com isso, os autores comprovaram que há a possibilidade de produção de painéis de madeira com a adição de plásticos às partículas Qualidade de chapas de partículas de madeira aglomerada fabricadas com resíduos de uma indústria de celulose Pedrazzi et al. (2006) consideraram a utilização de resíduos fibrosos de Eucalyptus saligna originários da produção de celulose de uma empresa do Rio Grande do Sul, para a fabricação de chapas aglomeradas com adesivo ureia formaldeído. A prensagem foi feita à quente com pressão aplicada de 30 kgf/cm² (3_MPa), temperatura de 180 C e tempo de 10 minutos, foram avaliadas
50 Revisão bibliográfica 34 propriedades de flexão estática como módulo de ruptura (MOR) e módulo de elasticidade (MOE), ligação interna (LI), arrancamento de parafuso (AP), absorção de água e inchamento em espessura. As análises de MOR e MOE na maioria das vezes superaram os valores mínimos exigidos pela norma a qual estava sendo comparadas e os melhores resultados foram encontrados com as chapas de maior teor de adesivo e maiores densidades. Com relação às partículas, as melhores foram as feitas com serragem, pois são mais flexíveis e favorecem a colagem e estrutura final da chapa. Com relação à ligação interna, um dos fatores responsáveis pela baixa resistência de colagem foi o teor de adesivo, independente do tipo de resíduo; outro fator importante foi a densidade das chapas, de forma que as mais densas apresentam valores mais altos de LI. Os mesmos fatores também influenciaram no arrancamento de parafuso, pois quanto maior a quantidade de adesivo e quanto maior a densidade da chapa, maior também a resistência ao arrancamento de parafusos. Quando avaliadas as características físicas, novamente a quantidade de adesivo e a densidade da chapa foram pontos primordiais que influenciaram a absorção de água e inchamento em espessura, de modo que quanto maiores estes fatores, menores os resultados destes ensaios, portanto melhores os painéis para a utilização. De modo geral, não houve alterações na qualidade das chapas com a modificação dos resíduos utilizados Chapas de madeira aglomerada utilizando partículas oriundas de madeira maciça e de maravalhas. Brito et al. (2006) avaliaram painéis de madeira aglomerada com a utilização de partículas de madeiras maciças, que são as convencionais, juntamente com partículas de maravalhas, obtidas processadamente. As quantidades estipuladas foram de 100/0, 50/50, 25/75 e 0/100. Além dessas definições, foram também utilizados dois teores de adesivos de ureia formaldeído de 6% e 8% havendo combinações nos processamentos, a prensagem foi feita com temperatura de 140 C e 30 kfg/cm² (3_MPa) durante 10 minutos. Os ensaios efetuados foram de flexão estática, ligação interna, absorção de água e inchamento em espessura. Nos resultados apresentados, os pesquisadores constataram que a quantidade do adesivo não influenciou de maneira importante nos estudos das propriedades analisadas, já a inserção de certas quantidades de maravalhas contribuiu para a viabilização destes
51 Revisão bibliográfica 35 painéis em novos estudos. Os resultados obtidos indicaram melhoria na ligação interna (LI) das chapas com adição de 50% e 100% de maravalha, com 6% de adesivos, e que para inchamento e espessura (IE) também os painéis com 6% de adesivo, com 50% e 100% de maravalha, e os com 8% de adesivo, 100% de maravalha, foram apropriados Emprego do bagaço da cana de açúcar (Saccharum officinarum) e das folhas caulinares do bambu da espécie Dendrocalamus giganteus na produção de chapas de partículas Battistelle et al. (2008), produziram chapas de madeira aglomerada compostas por bagaço de cana de açúcar e folhas de bambu, que foram comparadas às chapas comerciais utilizadas em divisórias internas. Para produção, foi utilizada a ureia formaldeído, como adesivo, temperatura de prensagem de 110 C com tempo de 12 minutos, os ensaios realizados foram de densidade e flexão estática (módulo de resistência e módulo de elasticidade). Ao final do estudo, os autores concluíram que as chapas fabricadas com o bagaço de cana de açúcar e folhas de bambu apresentaram potencialidade para utilização comercial, entretanto, algumas mudanças precisam ser previstas no processo de fabricação, pois os resultados de MOR e MOE alcançados foram abaixo aos da média exigida em norma Emprego da Algaroba (Prosopolis juliflora) na produção de chapas de partículas homogêneas Nascimento e Lahr (2007) estudaram a possibilidade da utilização da madeira oriunda da espécie Algaroba, encontrada em grande disponibilidade na caatinga do Nordeste do Brasil, no emprego para chapas de partículas de madeira aglomerada em substituição às chapas comerciais. Para a produção, em laboratório, foram usados adesivos á base de ureia formaldeído, prensagem à temperatura de 130 C com o tempo de 10 minutos. Os ensaios analisados foram quanto a inchamento de 2 e 24 horas, absorção de água a 2 e 24 horas e flexão estática (módulo de resistência e módulo de elasticidade). Os resultados, tantos de inchamento quanto de absorção, indicaram desempenho semelhante às chapas comerciais de Pinus e superiores às de Eucalipto. Quanto aos módulos de ruptura e de elasticidade das chapas produzidas em laboratório, os valores encontrados foram maiores do que as encontradas
52 Revisão bibliográfica 36 comercialmente, uma vez que as densidades das chapas comerciais não superam 0,8_g/cm³ e as chapas de Algaroba apresentam uma média de 0,95 g/cm³. Os autores evidenciaram desta maneira, que a espécie Algaroba oferece grande possibilidade de emprego na fabricação para chapas de partículas de madeira podendo ser comparadas às chapas existentes no mercado CONCLUSÃO DA REVISÃO BIBLIOGRÁFICA As chapas de madeira aglomerada possuem uma grande utilização nas áreas da construção civil e principalmente na área moveleira. Apesar de os painéis já se utilizarem de espécies plantadas direcionadas à sua produção, muitas pesquisas com novas partículas de madeiras, não tão focadas para este fim, estão sendo investigadas, com potencialidade para a substituição das tradicionais. Outra questão também levantada são os novos tipos de resinas que estão sendo empregados. Apesar de haver ainda uma grande carência nessa área, há estudos direcionados indicando sua possibilidade. Observam-se resultados satisfatórios, provando-se que características tanto físicas como mecânicas podem atingir o nível exigido em norma e até ultrapassar tais parâmetros, superando as expectativas de estudiosos com a indicação de poderem ser lançados no mercado. A utilização de novos materiais para chapas de madeira aglomerada está em grande avanço, mostrando a necessidade de novos estudos. Este trabalho vem ao encontro dessa tendência criando um painel de madeira aglomerada com a utilização de serragem seca ao ar, de espécies variadas e utilizadas aleatoriamente, juntamente com um material plástico que possa agir como adesivo para a aglutinação das partículas dando origem a um novo produto.
53 Materiais e métodos MATERIAIS E MÉTODOS 2.1. MATERIAIS Espécies de madeira As partículas de madeiras foram extraídas de resíduo proveniente de cortes ou acabamentos em madeiras maciças da empresa Madeireira Verdão, município de Cuiabá MT. A serragem empregada foi a das espécies Peroba e Cedrinho, e encontravam-se misturadas aleatoriamente e de tamanhos não selecionados. Optou-se por esse material, para que cooperativas também possam utilizar partículas, de maneira aleatória e sem prévia separação, para a execução de seus painéis Adesivos A fim de escolher o adesivo a ser utilizado, foram feitos estudos experimentais iniciais com alguns plásticos: PET (Polietileno Tereftalato), PEBD (polietileno de baixa densidade), e EPS (poliestireno expandido). A escolha partiu da premissa de que estes materiais encontram-se em abundância nos lixos urbanos e, desta maneira, seu custo torna-se praticamente nulo, se utilizados como resíduos, uma vez que a proposta visa atuar em cooperativas para habitações de baixa renda Equipamentos Procedimentos de determinação do teor de umidade das partículas Para a secagem do material, foi utilizada uma estufa de secagem e esterilização, com termômetro, para temperaturas variando entre 0 C a 360 C (Figura 9).
54 Materiais e métodos 38 a) Estufa b) Detalhe do termômetro Figura 9 - Estufa de secagem e esterilização e termômetro Nas avaliações de massas, utilizou-se uma balança com capacidade de 1000 g e sensibilidade de 0,01 g (Figura 10a). Para que a colocação da serragem fosse feita de maneira uniforme, foi utilizada uma jarra graduada com a qual se espalharam as partículas nas formas, procurando manter a mesma distância, movimento e tempo (Figura 10b). a) Balança b) Distribuição das partículas Figura 10 - Balança de precisão e distribuição das partículas na forma Confecção dos painéis Após a mistura das partículas com o adesivo, foi formado manualmente um colchão, sobre uma caixa de ferro, de fundo falso e tampa removível, com dimensões de 30 cm x 40 cm x 10 cm, produzida exclusivamente para a prensagem dos painéis (Figura 11). A caixa foi forrada com papel alumínio para facilitar a retirada do painel.
55 Materiais e métodos 39 Tampa com puxadores laterais e reforços centrais para carga. espessura = 1,27cm tam anho = 2 9,5 cm x39,5cm Apoio central = 10cm Fundo falso para caixa. espessura = 0,6cm tam anho = 2 9,5 cm x39,5cm Caixa com fundo vazado. h= 1 0cm moldura inferior = 5cm tam anho = 3 0cm x40cm Figura 11 Caixa para prensagem de painéis Para a dosagem dos materiais, utilizou-se uma balança com capacidade de 1500 g e sensibilidade de 0,2 g (Figura 12a). Para a aplicação da pressão na montagem dos painéis, utilizou-se uma prensa, acionada por um pistão hidráulico com capacidade de 100 toneladas (Figura 12b). a) Balança b) Prensa hidráulica Figura 12 Equipamentos utilizados na manufatura de painéis
56 Materiais e métodos Ensaios de caracterização física e mecânica Para serem feitos os ensaios de caracterização físicos e mecânicos, conforme norma prevista para painéis de madeira aglomerada, foi necessário o corte dos corpos de prova com seus devidos tamanhos. Para tal corte foi usada uma serra circular para madeira, de mesa móvel, do Laboratório de Tecnologia da Madeira da Faculdade de Engenharia Florestal. Nos ensaios de caracterização física, para avaliação de densidade, teor de umidade, absorção de água e inchamento em espessura, foram utilizados os seguintes equipamentos: Balança analítica de capacidade 1000g e sensibilidade de 0,01g. Recipiente com água destilada, com temperatura controlada de (20±2) C. Estufa de secagem e esterilização, com termômetro para avaliar temperaturas variando entre 0 C e 360 C. Paquímetro digital com capacidade de 15 cm e sensibilidade de 0,01 mm. Para os ensaios de caracterização mecânica de cisalhamento, tração paralela, compressão paralela, tração perpendicular e flexão estática os equipamentos utilizados foram: Paquímetro digital com capacidade de 15 cm e sensibilidade de 0,01 mm. Máquina Universal de Ensaios com capacidade de 20 kn e sensibilidade de 10 N Software Para análise estatística dos resultados, foram utilizados os aplicativos de planilha eletrônica Microsoft Excel MÉTODOS Teor de umidade das partículas de madeira Durante 2 meses (dezembro de 2009 a fevereiro de 2010) a serragem foi colocada em processo de secagem natural, repousando e secando ao ar. A cada 15 dias, essa serragem era misturada, para que todas as partículas pudessem ser acomodadas e entrassem em contato com o ar natural. A serragem permaneceu sobre
57 Materiais e métodos 41 uma lona de polietileno (Figura 13), para que a umidade encontrada no piso não fosse absorvida, uma vez que a época é de muita chuva na região. Após a aferição dos equipamentos e a estabilização da secagem ao ar, o ensaio para verificação de teor de umidade das partículas pôde ser iniciado. Os resultados são apresentados no capítulo de estudos preliminares conforme Figura 13 - Serragem seca ao ar Para a determinação do teor de umidade, utilizou-se o método gravimétrico ou da pesagem (Figura 14), que consta dos seguintes procedimentos: Determinação da massa inicial da amostra; Colocação na estufa de secagem com temperatura de (103 ± 2) C; Durante a secagem, medição até uma variação, menor ou igual a 0,5% entre as 2 últimas leituras, com um período mínimo de 6 horas entre elas. Nesta situação o material é considerado seco e avalia-se sua massa seca. Finalmente determina-se o teor de umidade em base seca pela expressão (1). M M u s U 100 (1) M s U - teor de umidade do corpo de prova, em %; M - massa úmida do corpo de prova, em g; u M - massa seca, em g. s
58 Materiais e métodos 42 a) Avaliação da massa b) Amostra na estufa Figura 14 Procedimentos para determinação do teor de umidade Escolha do adesivo (tipo de plástico) a ser utilizado Para escolher que plástico usar como adesivo, para a confecção dos painéis, foram feitos alguns testes iniciais, utilizando-se PET (Polietileno Tereftalato), PEBD (polietileno de baixa densidade) e EPS (isopor) Testes utilizando o PET Imaginou-se inicialmente utilizar o PET, derretido pelo calor, como adesivo. Como os resultados não foram positivos, houve a necessidade de novos estudos conforme se detalha em a seguir Testes utilizando o PEBD Seguindo o intuito da melhoria ambiental e de materiais que possam ser usados por cooperativas para a manufatura dos painéis, foi proposto o emprego do polímero polietileno de baixa densidade (PEBD), sacolas plásticas oriundas de supermercado, facilmente encontradas como resíduos. A utilização do PEBD como adesivo mostrou-se promissora, pois foi possível montar um painel usando múltiplas camadas de serragem, intercaladas com o plástico, pressionadas a quente. Entretanto, por falta de pressão no equipamento utilizado, o painel não apresentou boa qualidade, segundo se detalha em a seguir. Com isso, a solução foi abandonada dada a dificuldade de atender-se ao objetivo de ser adotado por cooperativas.
59 Materiais e métodos Testes utilizando o EPS A utilização do EPS dissolvido em gasolina, como adesivo na montagem do painel, mostrou-se adequada e foi utilizada neste trabalho. Desta maneira, esta foi a escolha do adesivo e se apresenta no item da presente dissertação Manufatura dos painéis Na revisão bibliográfica, sobre novos produtos e técnicas desenvolvidas, para suprir as necessidades que atualmente a produção nacional de painéis de madeira aglomerada não está alcançando, foram apresentadas inúmeras pesquisas, das quais se definiu a metodologia a ser seguida para a manufatura dos painéis propostos neste trabalho. De modo geral, a produção das chapas segue as seguintes etapas: a) obtenção dos cavacos de madeira; b) transformação dos cavacos em partículas; c) peneiramento e seleção das partículas; d) secagem das partículas até atingir a umidade desejada; e) adição da resina, do solvente, do catalisador e da emulsão de parafina, quando necessárias; f) formação do colchão; g) pré-prensagem e prensagem; h) lixamento e aparamento das bordas. Neste estudo, algumas alterações foram tomadas, após todas as análises, a metodologia utilizada foi a descrita a seguir: Partículas A madeira foi obtida já em forma de serragem, assim, foram desnecessários os processos de seleção de cavacos para a transformação em partículas. O peneiramento, propositadamente, não ocorreu, para que fosse aproveitado todo o material recebido direto da serraria; desta maneira, as partículas adotadas não passaram por uma pré-seleção em peneiras diferenciadas. Após a estabilização ao ar, as partículas foram analisadas quanto ao teor de umidade, para constatação do valor da umidade em que seriam utilizadas. Então, foram pesadas e separadas todas as quantidades de serragem necessárias, até serem adicionadas ao adesivo.
60 Materiais e métodos Adesivo Após ter sido selecionado o tipo de plástico a ser utilizado como adesivo, o mesmo foi dissolvido para que se tornasse uma goma fácil de ser misturada. O adesivo utilizado foi o Poliestireno Expandido (EPS) dissolvido através de solvólise com gasolina misturado manualmente à serragem. A quantidade de adesivo foi feita por estudos e análises de ensaios físicos e mecânicos dos painéis prontos para encontrar a melhor porcentagem. Foram utilizadas as proporções 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 e 50/50 nos parâmetros EPS/serragem. Durante a mistura, houve adição de água para tornar o adesivo EPS, dissolvido em gasolina, mais viscoso, além de umedecer as partículas de madeira para facilitar a mistura dos materiais, diminuindo a quantidade de gasolina. A quantia utilizada de água e gasolina variou conforme a porcentagem EPS/serragem e foi encontrada experimentalmente (até obter ponto homogêneo para mistura), uma vez que não há bibliografia sobre o assunto. Em todos os painéis, a quantidade de solvente necessária para o derretimento do isopor foi de 1 vez e meia do peso total da chapa, sendo então necessários 2250ml de solvente. Os solventes foram testados de duas maneiras: com gasolina e água e somente gasolina e a proporção gasolina/água foi retirada da necessidade de gasolina até a formação da goma do isopor Pré-prensagem e prensagem Após a mistura das partículas com o adesivo, o mesmo foi espalhado e orientado ao acaso, para uma pré-prensagem através da própria tampa da caixa com peso de aproximadamente 30 kg. Os colchões formados constituíram-se de aproximadamente 60 mm de altura e somente após 24 horas foram prensados e finalizados. O período de espera, de um dia, foi encontrado por experimentação, pois as placas confeccionadas, quando prensadas cedo demais, apresentavam defeitos como: derramamento excessivo do solvente; bolhas de ar, observadas ao retirar a tampa da caixa; colagem da massa em locais indevidos (tampa ou fundo da forma), e outros problemas que inviabilizavam sua utilização.
61 Materiais e métodos 45 Por último, os painéis foram submetidos à prensagem final com carga de 480_kN, correspondendo a uma pressão de 4 MPa, por um período de 12 minutos. O tempo de prensagem e a carga necessária foram dosados com base na literatura sobre o assunto e principalmente a partir da análise dos estudos apresentados no item 1.4 deste trabalho. Nele a carga de prensagem apresentada variava de 30 kgf/cm² (3 MPa) a 50 kgf/cm² (5_MPa) e o tempo era de 5 a 12 minutos Acondicionamento Os painéis, depois de prontos, foram acondicionados no próprio laboratório, onde ficaram secando ao ar, durante aproximadamente três semanas, para a cura do adesivo. O tempo foi necessário para que os painéis adquirissem estabilidade e pudessem ser cortados para serem realizados os ensaios físicos e mecânicos Composição dos painéis Para a melhor utilização do adesivo proposto, foram fabricadas chapas com 10%, 20%, 30%, 40% e 50% de EPS e analisada a quantidade de adesivo necessária e suficiente para a fabricação do painel. O peso total da placa final foi de 1500 gramas e suas porcentagens EPS/Serragem se deram na proporção de 10/90, 20/80, 30/70, 40/60 e 50/50. As quantidades de materiais utilizados, bem como o adesivo com o seu solvente se apresenta na Tabela 11 a seguir. Tabela 1 Quantidade de materiais para a manufatura dos aglomerados Placas EPS (gramas) Serragem (gramas) Gasolina (ml) Água (ml) P P P P P P P P P P
62 Materiais e métodos Ensaios de caracterização física e mecânica Para a definição da melhor relação entre EPS/Serragem, foram conduzidos ensaios, conforme prescrito na Norma Brasileira , da ABNT (2006c), para a caracterização física das chapas (densidade, teor de umidade, absorção e inchamento), e para sua caracterização mecânica (cisalhamento, ligação interna ou tração perpendicular, compressão longitudinal, tração paralela, módulo de elasticidade e módulo de ruptura na flexão estática). Os ensaios foram realizados após a prensagem e completa cura da resina, depois de, no mínimo, 21 dias de fabricação. De cada chapa de 40 cm x 30 cm, foi preparado um corpo de prova para cada um dos ensaios (Figura 15). a) Esquema de marcação dos corpos de prova em cada painel b) Corte dos corpos de provas Figura 15 Painel com os corpos de prova A Tabela 2 demonstra as quantidades e dimensões dos corpos de prova em cada um dos ensaios propostos. Tabela 2 Quantidade de corpos de prova para os ensaios propostos PROPRIEDADES QUANTIDADE DE CORPOS DE PROVA DIMENSÕES DOS CORPOS DE PROVA Densidade mm x 50 mm Teor de umidade mm x 50 mm Absorção mm x 25 mm Inchamento mm x 25 mm Cisalhamento mm x 50 mm Tração Paralela mm x 50 mm Compressão longitudinal mm x 50 mm Tração Perpendicular mm x 50 mm Flexão estática mm x 50 mm
63 Materiais e métodos 47 Quanto aos ensaios físicos de inchamento e absorção, durante o período de análise, os corpos de prova ficaram imersos em água destilada (Figura 16) pelo tempo de 24 horas, e assim foram verificados seus comportamentos após 2 e 24 horas. a) Becker com água destilada b) Detalhe do apoio para manter imersão Figura 16 Ensaios de absorção de água e inchamento em espessura Após a realização dos ensaios em que os corpos de prova ficaram em estufa até que suas massas entrassem em estabilização (Figura 17), foram encontrados os valores de teor de umidade de cada uma das amostras, segundo a norma brasileira, NBR Chapa de madeira aglomerada Parte 3: Métodos de ensaio da ABNT (2006c). a) Corpos de prova de teor de umidade b) Acomodação em estufa Figura 17 Ensaios de teor de umidade Os procedimentos para os ensaios mecânicos obedeceram aos princípios básicos da norma brasileira NBR Chapa de madeira aglomerada Parte 3: Métodos de ensaio da ABNT (2006c). Para os ensaios de tração perpendicular
64 Materiais e métodos 48 (ligação interna), o corpo de prova foi colado com adesivo PVA (sugerido pela referida norma) em blocos de material compatível com a chapa de madeira aglomerada (madeira maciça), formando um conjunto que foi acoplado ao dispositivo de tração (Figura 18). a) Dispositivo de tração b) Corpo de prova em máquina de ensaio c) Corpo de prova colado em material compatível à chapa de madeira aglomerada Figura 18 Ensaio de tração perpendicular d) Dispositivo com corpo de prova de tração perpendicular Quanto aos ensaios de tração paralela, os corpos de prova foram alargados nas extremidades para evitar ruptura nesta região que introduz esforços através das garras da máquina de ensaio, entretanto foi mantida a seção transversal do corpo de prova previsto na NBR Chapa de madeira aglomerada Parte 3: Métodos de ensaio, da ABNT (2006c) (Figura 19).
65 5,0 cm 6,4 cm Materiais e métodos 49 a) Amostras para ensaios b) Corpo de prova em máquina de ensaio Figura 19 Ensaio de tração paralela às faces Apenas para o corpo de prova de cisalhamento, que não consta em norma, foi previsto um tamanho semelhante ao previsto na NBR 7190 Projeto de estruturas de madeira, da ABNT (1997), embora com a espessura do painel (Figura 20 e 21). E spessura da chapa 2,0 cm 3,0 cm Á rea resistente ao cisalham ento a) Corpo de prova de cisalhamento b) Arranjo de ensaio de cisalhamento Figura 20 Ensaio de cisalhamento adaptado da NBR 7190