COMPÓSITO LIGNOCELULÓSICO A PARTIR DE RESÍDUO PARTICULADO DE MADEIRA REFORÇADO COM FIBRAS VEGETAIS.

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1 COMPÓSITO LIGNOCELULÓSICO A PARTIR DE RESÍDUO PARTICULADO DE MADEIRA REFORÇADO COM FIBRAS VEGETAIS. Evandro Bittencourt Universidade do Estado de Santa Catarina - Centro de Ciências Tecnológicas Campus Universitário - Bom Retiro Joinville - SC dcb2eb@joinville.udesc.br Orestes Estevam Alarcon Universidade Federal de Santa Catarina - Ciência e Engenharia de Materiais Caixa Postal Campus Universitário Florianópolis - SC orestes@materiais.ufsc.br Marzely Gorges Farias IST - Instituto Superior Tupy Rua Albano Schmidt, Joinville - SC marzely@sociesc.com.br Resumo. Este trabalho apresenta os resultados do processamento e caracterização de compósitos lignocelulósicos a partir de resíduos particulados de madeira oriundos da fabricação de móveis. Sabe-se que as partículas de madeira resultantes do beneficiamento da madeira são impróprias para o processamento de compósitos particulados (chapa de partículas ou chapa aglomerada), devido ao formato desigual e sua concavidade natural. Estas características das partículas geram chapas de baixa resistência mecânica. Industrialmente, no Brasil, não é utilizado resíduo particulado na fabricação de chapas aglomeradas. Na primeira etapa, o trabalho envolveu o estudo variando-se o tamanho das partículas. Na segunda etapa, houve o acréscimo de fibras vegetais como reforço. As fibras utilizadas foram a fibra de sisal, fibra do pseudocaule da bananeira cortadas com 2 cm de comprimento e fibra de madeira, com adições de 5, 1 e 15%. O resultado da adição das fibras vegetais foi marcante no tocante as propriedades mecânica e físicas. A Tensão de ruptura à flexão teve um acréscimo relativo de até 19% com apenas a adição de 5% de fibra de sisal, do mesmo modo houve um acréscimo significativo na Força de Arrancamento de parafusos, bem como uma melhora no Coeficiente de Absorção e no Coeficiente de Inchamento após imersão em água por 24 horas. Com isto a fabricação de compósitos lignocelulósicos com partículas de resíduos de madeira torna-se tecnicamente viável. Palavras-chave: compósitos lignocelulósicos, resíduos de madeira, fibras vegetais. 1. INTRODUÇÃO O beneficiamento da madeira maciça seca produz de 15 a 3% de resíduos, que atualmente são queimados ou simplesmente lançados na natureza causando graves problemas ao meio ambiente, mas que podem ser aproveitados para a fabricação de painéis reconstituídos.

2 O elevado preço dos painéis de madeira aglomerada no Brasil, entre 1% e 15% acima do nível internacional, explica-se principalmente pelo fator da elevada estrutura de custos da indústria nacional, pois o aglomerado no Brasil é feito exclusivamente com extratos de madeira virgem, enquanto no resto do mundo são utilizados em parte resíduos de madeira (GORINI, 2). No mundo a escassez da madeira como matéria-prima, vem sendo acompanhada pelo incremento do uso como combustível, isto faz elevar os custos da matéria-prima. Em suma, o uso indiscriminado de qualquer tipo de madeira como combustível não deveria ocorrer (ZIEGLER, 1981). A produção comercial de compósitos utilizando-se os resíduos de madeira como matéria prima complementar é uma realidade na Europa e Estados Unidos. No Brasil esta realidade não acontece ainda, o desinteresse comercial possivelmente deve-se à grande quantidade de matéria prima virgem disponível. Existe, assim, a necessidade de pesquisas dentro desta área, adequadas a realidade local. A utilização das partículas geradas das operações de aplainamento da madeira na fabricação de chapas aglomeradas passa por alguns problemas, devido a concavidade natural e irregularidade das partículas. Muitos trabalhos envolvendo o uso de resíduo particulado de madeira tem um resultado negativo no que diz respeito as propriedades mecânicas e físicas das chapas. No Brasil podemos citar o trabalho de BRITO (1995). Cientista e engenheiros têm conseguido maior sucesso no projeto de compósitos reforçados com fibras sintéticas que em compósitos baseados em madeira. A dificuldade de obter sucesso com a madeira, é principalmente devido a complexidade da sua microestrutura e variabilidade. Contudo, é necessário que haja competência dos compósitos de madeira, para que estes produtos sejam competitivos com outros materiais no futuro (WOLCOTT, KAMKE e DILLARD, 1994). A proposta deste trabalho, é o processamento de compósitos à base de resíduos lignocelulósicos, a partir de resíduos particulados de madeira e fibras vegetais, no caso são apresentados os resultados da adição de fibras de cisal (Agave sisalana Perrine), fibras do pseudocaule da bananaira e fibras de madeira (Pinus spp). O sisal é uma planta herbácea. Tem folhas grandes, que variam de 1,2 a 2, m de comprimento, dispostas em espiral. Suas folhas fornecem fibras têxteis de boa qualidade, muito utilizadas nas indústrias de cordoalha em geral (OASHI, 1999). Apesar de não ser original daqui, o Brasil é o maior produtor de sisal. Em 1997 a produção alcançou 135 mil toneladas (OASHI, 1999). A banana é uma fruta tropical sendo produzida praticamente o ano todo. Cada pseudocaule da bananeira produz um cacho de fruto. Após a colheita, o pseudocaule é cortado e torna-se muitas vezes um resíduo incomodo para o produtor. Não existe ainda um aproveitamento comercial em larga escala para a fibra do pseudocaule da bananeira, embora seja uma fibra historicamente utilizada para fabricação de arreios e outros artefatos utilizados na lavoura. No Brasil as fibras de madeira são utilizadas para fabricação de chapa de fibras, de média e alta densidade bem como na fabricação de papel. 2. METODOLOGIA A seguir é apresentado os critérios metodológicos para a seleção e composição dos resíduos, o processo de enresinamento e moldagem das chapas aglomeradas, bem como da preparação dos corpos de prova e dos ensaios realizados Seleção dos Resíduos O resíduo particulado de madeira foi obtido do beneficiamento de madeira seca, da espécie Pinus spp, utilizada na fabricação de móveis. Alguns cuidados foram tomados na coleta deste material. No caso, o material coletado foi oriundo apenas do trabalho de beneficiamento em plaina moldureira.

3 2.2. Composição dos Resíduos O trabalho foi dividido em duas etapas. Na primeira etapa o resíduo particulado de madeira foi dividido por peneiramento em duas frações. As partículas denominadas de partículas grossas (PG), que ficaram retidas na peneira com malha de 2,35 mm. As partículas denominadas de partículas finas (PF), que passaram na peneira com malha de 2,35 mm e ficaram retidas na peneira com malha de 1,2 mm. As partículas grossas foram misturadas às partículas finas nas seguintes proporções (%PG-%PF):1-, 8-2, 6-4, 4-6, 2-8, -1. Na segunda etapa, foi adicionado fibras de sisal, da bananeira e de madeira em chapas contendo apenas partículas denominadas grossas. A Figura 1 apresenta o aspecto da microestrutura das fibras utilizadas como reforço, as micrografias foram obtidas num Microscópio Eletrônico a Varredura. (a) sisal-lateral (b) sisal-transversal (c) bananeira-lateral (d) bananeira-transversal (e) madeira-lateral (f) madeira-transversal Figura 1: Detalhe do microestrutura das fibras utilizadas como reforço

4 A estrutura da fibras da bananeira se assemelha em muito a fibra de sisal. A quantidade de fibras foi fixada em 5, 1 e 15% do peso seco do material lignocelulósico. As fibras de sisal e as fibras do pseudocaule da bananeira foram cortadas com 2 cm de comprimento. A fibra de sisal utilizada neste trabalho foi doada pelo Grupo Sisal da Paraíba. A fibra foi processada com a umidade original, em média de 16%. A fibra de bananeira utilizada neste trabalho foi conseguida após desfibramento manual. Para utilização as fibras foram secas numa estufa até atingir 1% de umidade. A fibra de madeira utilizada foi doada pela empresa fabricante de MDF, Tafisa, situada no Paraná. A utilização da fibra foi feita com a umidade original, em média de 1% Enresinamento O processo de enresinamento foi realizado num misturador que possibilita a atrição das partículas após a pulverização da resina sobre as partículas. Este procedimento é essencial no enresinamento de partículas oriundas do beneficiamento da madeira conforme descrito em trabalho anterior (BITTENCOURT, ALARCON e FARIAS, 22). A mistura entre o material particulado e as fibras mostrou-se bastante complicada, pois as fibras tem a tendência natural de se agregar. O enresinamento foi realizado após a mistura do material particulado e as fibras Moldagem Foram produzidas chapas com dimensões de 3x3 mm com espessura de 1 mm, com densidade igual a,75 g/cm 3. Os parâmetros do processamento foram mantidos constantes. A quantidade de resina foi fixada em 1%, tomando com base o peso seco do material lignocelulósico. A resina utilizada foi uréia-formaldeído (Royalfor 11) cedida pela Royalplás. O enresinamento foi realizado num misturador onde as partículas eram tombadas enquanto a resina era pulverizada. A formação do colchão foi feita manualmente em dispositivo próprio. Após a formação, o colchão foi submetido a uma pré-prensagem com uma carga de 3. N em prensa hidráulica. A temperatura de prensagem foi de 16 o C por um tempo de dez minutos. A espessura foi conseguida com batentes de dimensões adequadas para a parada da prensa. Foram realizadas 6 repetições (6 chapas) para cada composição Corte dos Corpos de Prova Foram retirados dois corpos de prova para flexão estática, um para Conteúdo de Umidade e Gravidade Específica e um para Absorção de Água e Inchamento. Os corpos de prova usados para Flexão Estática serviram para o Teste de Arrancamento de Parafusos segundo a norma ASTM D (AMERICAM SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, 1996) Condicionamento Após o corte os corpos de prova foram submetidos a um condicionamento (2 o C x 65% de umidade relativa) por 7 dias segundo a norma ASTM D RESULTADO E DISCUSSÃO A apresentação dos resultados é feita de acordo com as duas etapas. Os resultados foram avaliados estatisticamente através de análise de variância e teste de Tukey com um nível de probabilidade de 95% Primeira Etapa A Tabela 1 fornece a tensão de ruptura na flexão estática, força de arrancamento de parafusos, coeficiente de absorção e inchamento após imersão em água por 24 horas para as diversas composições

5 utilizadas, os valores apresentados são a média aritmética obtida dos testes. A variação dos valores pode ser melhor acompanhada pela Figura 2. Tabela 1: Resultados da primeira etapa (Média e Desvio Padrão) Amostra Tensão de ruptura Força (arranque Absorção de água Inchamento (PG%:PF%) (MPa) de parafusos- N) (%) espessura (%) 1: 13,41 (2,27) 1416 (151) 78,7 (2,8) 22,4 (2,5) 8:2 13,19 (2,65) 1161 (458) 87,8 (15,6) 23,5 (8,5) 6:4 13,7 (2,56) 1128 (21) 8,2 (8,8) 2,8 (2,4) 4:6 12,94 (2,38) 1255 (397) 8,9 (17,2) 2,2 (6,2) 2:8 12,81 (1,86) 1247 (12) 72,5 (6,1) 21,8 (1,7) :1 11,8 (1,4) 898 (115) 84,9 (6,2) 22, (1,9) da Absorção de água (%) Tensão de ruptura (MPa) : 8 : 2 6 : 4 4 : 6 2 : 8 : 1 Partículas- %grossas : %finas (a) 1 : 8 : 2 6 : 4 4 : 6 2 : 8 : 1 Partículas - %grossas : %finas (c) Força (N) Inchamento da espessura (%) Figura 2: Resultados da primeira etapa : 8 : 2 6 : 4 4 : 6 2 : 8 : 1 Partículas- %grossas : %finas (b) 1 : 8 : 2 6 : 4 4 : 6 2 : 8 : 1 Partículas - %grossas : %finas (d) Os valores de Tensão de ruptura superiores para as partículas grossas estão de acordo com os resultados de TALBOT e MALONEY (1957) citados por KELLY (1977). Os valores apresentados são superiores aos resultados apresentados por BRITO (1995) que processou chapas aglomeradas à partir de maravalhas. Optou-se por fazer a adição de fibras no material formado somente por partículas grossas (1% PG), na tentativa de melhorar o nível de resistência apresentado. Estatisticamente somente existe diferença entre a chapa com 1% de partículas finas e a chapa com 1% de partículas grossas para o resultado da força de arrancamento de parafusos. O valor médio apresentado para a chapa com 1% de partículas grossas da tensão de ruptura e força de arrancamento de parafusos é superior ao mínimo exigido pela norma americana CS (COMERCIAL STANDARD, 1993), que é de 12,5 MPa e 9 N para a classe 2, respectivamente.

6 3.2. Segunda Etapa A seguir é apresentado os resultados da tensão de ruptura na flexão estática, força de arrancamento de parafusos, coeficiente de absorção e inchamento após imersão em água por 24 horas para a composição com partículas grossas reforçadas com fibras de sisal, bananeira e de madeira. Os valores estão na Tabela 2 e a variação pode ser vista nas Figuras 3 e 4. Tabela 2: Resultados com acréscimo das fibras na chapa com partículas grossas Reforço com fibras Sisal Bananeira Madeira PROPRIEDADE 5% 1% 15% 5% 1% 15% 5% 1% 15% Tensão de ruptura (MPa) 15,96 17,9 15,59 15,92 17,6 14,91 13,79 13,68 13,21 Força (arrancamento de parafusos- N) Absorção de água (%) Inchamento da espessura (%) Tensão Ruptura (MPa) : 95 : 5 9 : 1 85 : 15 Partículas- %grossas : %fibras sisal (a) Reforço com fibras de sisal Tensão Ruptura (MPa) Tensão Ruptura (MPa) : 95 : 5 9 : 1 85 : 15 Partículas- %grossas : %fibras madeira (c) Reforço com fibras de madeira : 95 : 5 9 : 1 85 : 15 Partículas- %grossas : %fibras bananeira (b) Reforço com fibras de bananeira Figura 3: Etapa 2 - Partículas grossas com fibras - tensão de ruptura

7 O melhor resultado para a tensão de ruptura foi conseguido com o acréscimo de 1% de fibras de sisal, apesar de que o valor obtido com a fibra da bananeira é estatisticamente igual. Nota-se que o aumento na tensão de ruptura não foi proporcional ao aumento da quantidade de fibras. Fato este, devido a aglomeração das fibras, que aumentava com o aumento na quantidade adicionada. Pode-se notar o excelente desempenho da adição de apenas 5% de fibras, de sisal e de bananeira. Estatisticamente não existe diferença na tensão de ruptura com o acréscimo de fibras de madeira. Força (N) : 95 : 5 9 : 1 85 : 15 Partículas- %grossas : %fibras sisal (a) Reforço com fibras de sisal Força (N) : 95 : 5 9 : 1 85 : 15 Partículas- %grossas : %fibras bananeira (b) Reforço com fibras de bananeira Força (N) : 95 : 5 9 : 1 85 : 15 Partículas- %grossas : %fibras madeira (c) Reforço com fibras de madeira Figura 4: Etapa 2 - Partículas grossas com fibras - força de arrancamento de parafusos Da mesma forma que a tensão de ruptura o melhor resultado para a força de arrancamento de parafusos foi conseguido com o acréscimo de 1% de fibras de sisal. Nota-se que o acréscimo com 15% de fibras produziu valores relativamente menores que com 1%, devido possivelmente a aglomeração das fibras. Os resultados obtidos para a absorção e inchamento após imersão em água por 24 horas das chapas com fibras vegetais não demostram diferenças estatísticas frente aqueles obtidos com a chapa de controle. 4. CONCLUSÕES Todos os resultados com o reforço com fibras de sisal e fibras de bananeira, flexão, arrancamento de parafusos, absorção de água e inchamento na espessura demostram a viabilidade do acréscimo de fibras vegetais como reforço em chapas aglomeradas. O acréscimo de fibras de madeira não produziu o mesmo efeito obtido com o reforço com fibras de sisal e fibras de bananeira.

8 O nível de acréscimo das fibras como reforço pode ser mantido perto de 5%, como os resultados evidenciam, evitando assim a aglomeração das mesmas. 5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS AMERICAM SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (1996). ASTM D Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood-Base Fiber and Particle Panel Materials. New York. BITTENCOURT, E.; ALARCON,O. e FARIAS M.G. (22). Processamento de chapas aglomeradas a partir de residuos de madeira com o uso de um pós- misturador. VIII Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeiras, Uberlândia-MG. BRITO, E. O. (1995). Produção de chapas de partículas de madeira a partir de maravalhas de Pinus elliottii Engelm. Var. elliottii plantado no Sul do Brasil. Tese Doutorado em Engenharia Florestal Setor de Ciências Agrárias, Universidade Federal do Paraná. COMERCIAL STANDARD. (1993) CS Mat formed wood particleboard. GORINI, A.P.F. (2). A indústria de móveis no Brasil. Curitiba, Alternativa Editorial. KELLY, M. W. (1977). Critical literature review of relationships between processing parameters and physical properties of particleboard. General Technical Report, FPL-1, 65p. OASHI, M.C.G. (1999). Estudo da cadeia produtiva como subsídio para pesquisa e desenvolvimento do agronegócio do sisal na Paraíba. Florianópolis. 275p. Tese de Doutorado em Engenharia de Produção Universidade Federal de Santa Catarina. WOLCOTT, M.P.; KAMKE, F.A.; DILLARD, D.A. (1994). Fundamental aspects of wood deformation pertaining to manufacture of wood-based composites. Wood and Fiber Science, v.26, n.4, p ZIEGLER, R.D. (1981). Review 198 particleboard literature in no-us journals. Forest Products Journal, v.31, n.8, p PARTICLEBOARD PRODUCED FROM PLANER SHAVINGS WITH NATURAL-FIBER REINFORCEMENT. Evandro Bittencourt Universidade do Estado de Santa Catarina - Centro de Ciências Tecnológicas Campus Universitário - Bom Retiro Joinville - SC - Brazil dcb2eb@joinville.udesc.br Orestes Estevam Alarcon Universidade Federal de Santa Catarina - Engenharia e Ciências dos Materiais Caixa Postal Campus Universitário Florianópolis - SC - Brazil orestes@materiais.ufsc.br Marzely Gorges Farias IST - Instituto Superior Tupy Rua Albano Schmidt, Joinville - SC marzely@sociesc.com.br Abstract. This work presents the results of the processing and characterization of particleboards consisting of planer shavings from furniture manufacture. The planer shavings particles are improper for the particleboard processing due to the differing formats and its natural concavity. This feature of

9 particles generates particleboard of low mechanical properties. Sometimes, only one certain amount of planer shavings particles are used in the manufacture of particleboard. In the first stage, the work involved the processing study varying the particle size. The second stage include the natural fiber upgrade as reinforcement. The used fiber was of sisal, banana fiber and wood fiber cutter on length of 2 cm, in additions of 5, 1 and 15%. The addition of natural fiber was moving the mechanical and physical properties in a market manner. The modulus of rupture had a relative upgrade of 19% with the addition of only 5% of sisal fiber, in a similar way there was a significant upgrade in the Force of pulling-up screws, as well as an improvement in the water absorption and thickness swelling after 24 hours water soaking. By this means the particleboards produced from planer shavings become technical viable. Keywords: particleboard, planer shavings, natural fiber.