Chapas de Partículas Homogêneas produzidas com madeira do Nordeste do Brasil

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1 Voltar MADEIRA arquitetura e engenharia nº 11 artigo 5 Chapas de Partículas Homogêneas produzidas com madeira do Nordeste do Brasil Maria Fátima do Nascimento, Universidade de São Paulo, Área Interunidades em Ciência e Engenharia de Materiais, São Carlos, SP. fati@sc.usp.br Francisco Antonio Rocco Lahr, Universidade de São Paulo, Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Engenharia de Estruturas, São Carlos, SP. frocco@sc.usp.br RESUMO: Neste trabalho são apresentadas algumas propriedades mecânicas de resistência e rigidez, bem como, as propriedades físicas de chapas de partículas de madeira, com matériaprima obtida da espécie Jurema Preta (Mimosa tenuiflora), do Nordeste do Brasil. Os ensaios foram realizados segundo as recomendações do documento normativo 1037/1996, da ASTM. Determinou-se o módulo de resistência e o módulo de elasticidade no ensaio de flexão estática, resistência na tração paralela às faces, resistência ao arrancamento de parafusos, inchamento, absorção de água e massa específica. Os resultados obtidos para as chapas de partículas homogêneas produzidas com esta espécie foram comparados, com valores de propriedades das chapas usualmente encontradas no setor comercial. Por meio desta comparação pode-se considerar que a madeira de Jurema Preta apresenta características satisfatórias para a produção de chapas de partículas de madeira. Palavras-chave: chapas de partículas de madeira, propriedades físico-mecânicas, madeira do nordeste, jurema-preta. ABSTRACT: This work showed strength and stiffness properties, as well as, the physical properties of particleboards, with Jurema-preta (Mimosa tenuiflora) wood specie, of the Northeast of Brazil. The test were accomplished according to the recommendations of the standard American Society for Testing and Materials1037/1996. It was determined the module of resistance and the module of elasticity in test of static bending, tensile strength parallel to surface, direct screw withdrawal test, absorption of water and specific gravity. The results obtained for homogeneous particles produced with this wood specie, they were compared, with values of properties of comercial boards. Through this comparison it can be considered that Jurema-preta wood presents satisfactory characteristics for the particleboards production. Key words: Particleboards, physical-mechanics properties, northeast wood, jurema-preta.

2 1. Introdução Na região Nordeste, apesar das dificuldades devido fatores climáticos, na caatinga, existem áreas de matas nativas, com diversas espécies resistentes aos períodos prolongados de seca. Nestas condições, a caatinga e suas reservas florestais constituem um desafio a ser enfrentado por instituições e pesquisadores. Com apoio financeiro, qualificação da mão-de-obra local e tecnologia apropriada haverá expressivos ganhos nas áreas social, ambiental e econômica. Uma das discussões a vencer diz respeito às aplicações convenientes para a matéria-prima fornecida pelas reservas florestais da caatinga. Tendo em vista o fator econômico da questão, evidencia-se o interesse de se alcançar os subsídios tecnológicos para viabilizar o fortalecimento da indústria de base florestal da região. Por esta razão, a madeira Jurema-preta é um dos focos deste trabalho. Esta espécie da caatinga foi utilizada para a fabricação de chapas de partículas homogêneas de madeira. Desta forma espera-se demonstrar a sua adequação como matériaprima para permitir uma expansão da indústria à base de madeira no agreste. Certamente as espécies de madeira, bem como a região da caatinga (sertão semi-árido/e ou agreste), são fatores geradores de polêmicas e incertezas quanto à aplicabilidade e aproveitamento destas espécies para o crescimento do País. O preconceito ligado à esta região marginaliza sua utilização como fonte rentável e crescente para grande parte do Brasil. A miséria, o abandono e o descaso fazem com que esta parte do país fique sem perspectivas de desenvolvimento. Assim sendo, este trabalho, utilizando as espécies de madeira da região, faz parte de uma pequena parcela, de muitas outras futuras, de profissionais de Arquitetura, Construção Civil e de Engenharia de Materiais, os quais poderão se inserir na luta para viabilizar maior desenvolvimento e melhor qualidade de vida aos sertanejos. A produção de chapas de partículas de madeira tem como princípio o aproveitamento integral da árvore. Com o progresso desta produção, invariavelmente haverá necessidade de aperfeiçoamento técnico-produtivo impulsionando a mão-de-obra ao aprendizado. Entre os objetivos básicos desta proposta está englobada a possibilidade de um avanço tecnológicocientífico, direcionado para uma estabilidade, com recursos naturais da própria região. Além disto, espera-se mostrar que, em longo prazo, a base desta tecnologia de produção de chapas de partículas heterogêneas com madeira do Nordeste, poderá ser desenvolvida nesta região, com apoio governamental e de empresas interessadas no desenvolvimento integral do país. 2. Revisão bibliográfica 2.1. Chapas de partículas de madeira aglomerada MALONEY (1977) (1) e TONISSI (1988) (2) definiram madeira aglomerada como sendo constituída de partículas de madeira de várias dimensões, impregnadas de resinas sintéticas (adesivos industrializados) e naturais (tanino, mamona), prensadas sob a ação do calor. A madeira a ser utilizada na produção das chapas pode ser de baixa e de média densidade. Na formação das chapas considera-se o teor de umidade das partículas, a vaporização, a pressão, a resistência mecânica e aplicabilidade das chapas (interna e externa). A matéria prima pode ser: 1.- Material florestal proveniente de desbaste e poda (incluindo a casca);

3 2.- Resíduos industriais grosseiros tais como costaneiras, sobras de destopo, miolos de toras laminadas, etc.; 3.- Resíduos industriais finos, tais como pó de serra e cavacos de plaina; 4.- Cavacos de madeira oriundos do beneficiamento de indústria de móveis e de carpintaria; 5.- Materiais ligno-celulósicos como bagaço de cana, palha de arroz e outros resíduos agrícolas puros ou misturados com partículas de madeira, (fig. 01). Figura 01 Partículas de madeira com diferentes granulometrias. A granulometria das partículas influencia na classificação das chapas; pode-se obter chapas homogêneas e chapas de camadas múltiplas. Nas chapas homogêneas, as partículas, com granulometria variada, apresentam-se na mesma proporção, resultando numa única operação na formação do colchão. As chapas de camadas múltiplas são formadas por mais de três camadas. As partículas constituintes são distribuídas em operações sucessivas, simetricamente em relação a uma camada central. As camadas centrais são formadas por partículas maiores e menores nas camadas externas TONISSI (1988) (2) Efeito da umidade na formação das chapas de partículas O teor de umidade é um fator decisivo na formação das chapas. KOLLMAN et al (1975) (3) afirmaram que a umidade tem influência direta nas propriedades das chapas: resistência, qualidade da superfície, atuação do formaldeído e na pressão necessária. Geralmente as madeiras picadas têm umidade variando de 35% a 120%. Quando submetidas à secagem deverão alcançar de 3% a 6% ou de 5% a 12%. As partículas deverão estar numa umidade que permita uma boa penetração e trabalho de colagem do adesivo. As partículas processadas muito secas podem ocasionar algumas desvantagens, tais como: Risco de fogo no secador; Perigoso carregamento eletrostático dos tubos se os cavacos forem transportados pneumaticamente; Excessiva quantidade de pó; As bordas dos painéis tendem a se desfazer; Cavacos muitos secos tendem a se movimentar no momento da prensagem, podendo ainda influenciar no comportamento dos aditivos ocasionando maior tempo de prensagem Resinas OLMOS (1992) (4) classificou os adesivos em dois grupos básicos: 1.- Adesivos de origem natural nesta categoria destacam-se o animal, amido, caseína, albumina de proteína vegetal, mamona e o tanino (proveniente em algumas espécies de madeira);

4 2.- Adesivos de origem sintética nesta categoria destacam-se uréia, resorcinol, fenol, melanina e polivinil. Os adesivos sintéticos dividem-se em: À prova d água: Fenol Formaldeído; Resorcinol Fenol Formaldeído; Melanina Formaldeído e Isocianato; Resistente à água: Uréia formaldeído; Acetato de polivinila modificado; Não resistente à água: Acetato de polivinila. Os adesivos são distribuídos quanto ao tempo de cura e temperaturas utilizadas. Os adesivos de alta temperatura superam os 90 O C. Já os de temperatura média estão entre 30 o C e 90 o C e os de temperatura baixa estão abaixo de 30 o C. Os adesivos, quanto à resistência à umidade se classificam em: resistente à umidade e não resistente à umidade. Esta classificação terá variação de acordo com a deterioração das juntas coladas (madeira bruta, cavacos, fibra, fibras orientadas, laminado colado, etc.), variação de temperatura e ao ataque de microorganismos Efeito da densidade na chapa de partículas A densidade é uma das propriedades mais importantes das chapas de aglomerado e/ou de partículas. Nos Estados Unidos utilizam-se espécies com densidade variando entre 0,30 a 0,50 g/cm 3. Na prática, o modo mais fácil de melhorar as propriedades da chapa é variar seu peso específico pela variação da taxa de compactação, ou seja, a relação entre a densidade da madeira e a densidade da chapa, MALONEY (1977) (1). Do ponto vista prático, a densidade da espécie poderá estar situada entre 0,50 e 0,70 g/cm 3, contudo as espécies de madeiras do sertão/agreste do NE do Brasil, as quais não têm crescimento acima de 10 m de altura, geralmente tortuosas, não podendo ser utilizadas em grandes estruturas, possuem densidade entre 0,90 a 1,00 g/cm 3. Apesar da alta densidade estas espécies poderão ser aproveitadas em sua totalidade na fabricação de chapas de partículas de madeiras Produção Industrial A partir de 1991, com o crescimento expressivo da demanda por chapas de partículas de aglomerado houve a necessidade de importação do produto devido ao aumento de renda per capita bem como a incorporação de consumidores de móveis populares. Atualmente esta situação já se encontra equilibrada, haja vista a exportação, por indústrias conceituadas, de chapas de partículas de aglomerado. Diagnósticos realizados sobre fatores de competitividade do setor moveleiro induzem para a necessidade de modernização e aumento da concorrência na indústria fornecedora de matériaprima. A instalação de novas unidades produtoras de painéis, tecnologicamente atualizadas, especialmente no que diz respeito a industria moveleira, representará o aumento da oferta de chapas a preços mais adequados. A fig. 02 mostra os principais pólos produtores de produtos derivados de madeira chapas de partículas de madeira aglomerada.

5 Figura 02 Localização dos principais pólos de fabricação de produtos derivados de madeira do Brasil. Fonte: VALENÇA et al. (2000) (5). A trajetória de crescimento que vem realizando o mercado nacional de painéis de chapas de partículas deverá continuar. A demanda nacional deverá aumentar à taxa de 10,5% a.a., exigindo aumento da oferta em cerca de 65%, nos próximos cinco anos, BNDES (2002) (6). A expectativa é que os principais fabricantes de chapas de partículas de madeira aglomerada aumentem o setor tecnológico conseqüentemente a sua capacidade instalada para estabelecer melhorias de qualidade no mercado nacional e internacional. Algumas empresas já estão colocando em prática esta diretriz como mostra a fig. 03.

6 C A B D E Figura 03- (A;B;C;D;E) Capacidade Instalada de Indústria de Chapas de Partículas Aglomeradas. Fonte: TAFISA (2002) (7) Mercado dos produtos derivados da madeira Entre os principais produtores de chapas de partículas de madeira aglomerada destacam-se a Alemanha com 17% da produção mundial e os EUA com 14%. O Brasil detém apenas 2% da fabricação de chapas de madeira aglomerada mundial. O consumo de aglomerado sem revestimento caiu 2,2% ao ano, todavia o aglomerado revestido aumentou 4,4% ao ano entre 1990 e 1998 como mostram os dados contidos na Tab. 01, VALENÇA et al.(2000) (5) : Tabela 01 - Consumo mundial de chapas de aglomerado. Consumo de chapas de aglomerado (em m 3 ) A.s/R** A.R.** Total estimativa ** A. s/ R** Aglomerado sem revestimento A.R.** Aglomerado revestido Fonte: VALENÇA et al. (2000) (5).

7 2.7. Mercado Nacional A produção de chapas de partículas de madeira aglomerada está num patamar ascendente, sendo quase toda voltada para o mercado interno, sendo o abastecimento realizado por empresas do Centro Sul. O aumento de produção direcionou as empresas a operarem no limite de sua capacidade instalada. Os pólos moveleiros são os principais mercados consumidores de aglomerados. De 80% a 90% da produção são destinados à fabricação de móveis. Apesar de não existir qualquer unidade produtora de aglomerados na região Nordeste, projetos de implantação de fábricas poderiam ser viabilizados. A demanda potencial da região nordeste é estimada em 330mil m 3 /ano, VALENÇA et al (2000) (5). Sete são as principais empresas que dominam o mercado (Berneck Aglomerados S/A, Duratex S/A, Eucatex S.A Indústria e Comércio, Satipel Industrial S.A, Placas do Paraná S.A, Tafisa Brasil S.A e Bonet) e as principais matérias-primas utilizadas por estas são provenientes de espécies de reflorestamento dos gêneros Pinus e Eucalipto. As resinas mais utilizadas são uréia-formaldeído, fenol-formaldeído e outras, como emulsão, parafina, catalisadores e outras substâncias. O crescimento na produção de chapas de aglomerado se deve à alta produção de móveis, igualando-se ao MDF e superando o Compensado, como mostram os dados da Tab. 02. Tabela 02 - Projeção dos produtos derivados da madeira. Brasil: Painéis à base de madeira projeção de demanda (m 3 ) Produtos MDF Ch. de Fibra Compensado Aglomerado Total Fonte: VALENÇA et al. (2000) (5). 3. Materiais e Métodos 3.1. Espécie Jurema Preta (objeto deste estudo) Mimosa tenuiflora Família Mimosoideae, LIMA (1996) (8). Árvore com cerca de 5 a 7m de altura, com acúleos esparsos. Caule ereto ou levemente inclinado, com ramificação abundante. As folhas são compostas, alternas e bipinadas. Ocorrem no Piauí, Ceará, Rio Grande do Norte, Paraíba, Pernambuco, Alagoas, Sergipe e Bahia. Sua madeira é utilizada para estacas, lenha e fabricação de carvão de alto valor energético. (fig. 05). casca madeira Figura 04 - Jurema Preta. Fonte: LORENZI (1992) (9).

8 3.2. Obtenção dos cavacos: Para esta operação foram utilizadas uma desengrossadeira e desempenadeira. As toras a serem picadas tinham aproximadamente 150 mm de comprimento e 20 mm de diâmetro, no SET LaMEM (Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeiras) em São Carlos SP, como mostra a fig Fabricação Figura 06 - Toras da espécie jurema-preta e a obtenção de cavacos. Foi empregado o adesivo à base de uréia-formol, em solução aquosa, atendendo-se às proporções usuais adotadas na indústria de chapas de partículas. O adesivo usado apresenta densidade de 1,25 a 1,13 g/cm 3, ponto de ebulição em torno de 100 o C, viscosidade entre 400 e 1000 cp a 25 o C, e ph variando entre 7,4 a 7,8. A especificação comercial do produto é Cascamite PB-2346, produzido pela Alba Adesivos Indústria e Comércio Ltda, ALBA QUÍMICA (2001/2002) (10). Obtidos os cavacos (1670 g) à umidade de 12%, estes foram misturados ao adesivo à base de uréia formol, 12% de adesivo na proporção do peso do cavaco, 5% (ml) de solvente na proporção em relação ao peso do adesivo, 5% de cloreto de sódio relativo à quantidade de adesivo e 5% de parafina, também em relação ao peso do adesivo, formando um colchão que foi levado à prensa à pressão de 50 kgf/cm 2 a uma temperatura de 150 o C. Após 10 minutos retirou-se as chapas as quais seguiram para etapa final de acabamento Experimentação Foram empregadas, neste trabalho, as recomendações da norma Americam Society for Testing and Materials - ASTM D 1037/ 96 (11) Standard Test Methods for Evaluating Properties of Wood- Base Fiber and Particle Panel Materials. Para os ensaios de resistência à flexão estática os corpos-de-prova apresentaram as dimensões de 26 cm de comprimento, espessura de aproximadamente 1,0 cm e largura de 7,6 cm (fig. 07). O vão entre os apoios foi de 24 cm.

9 Figura 07- Preparação do corpo-de-prova para ensaio de flexão estática. O carregamento da carga no corpo-de-prova foi central a uma taxa uniforme ou carregamento monotônico. Os blocos de suporte mediam 7,6 cm de largura com espessura paralela ao vão (fig. 08). 4. Resultados e Discussões Figura 08 - Ensaio de flexão estática da CPH. Os resultados dos módulos de resistência e rigidez obtidos no ensaio de flexão estática e de densidade para as chapas de partículas homogêneas produzidas com a espécie Jurema Preta são apresentados na tab. 03.

10 Tabela 03 Resultados dos corpos-de-prova para a chapa de partículas. Corposde-prova P (kgf) P 1 (kgf) Y 1 (cm) MR (MPa) SPL (MPa) E (MPa) ρ (g/cm 3 ) 1 85,42 56,95 0,41 37,0 24,7 5784,5 1, ,30 47,54 0,29 33,8 22,5 7454,5 1, ,13 61,42 0,37 36,7 24,5 5831,5 1, ,36 60,24 0,33 36,7 24,5 6593,5 1, ,24 50,82 0,26 29,2 19,5 6415,9 1, ,77 49,18 0,32 30,4 20,2 5623,4 1, ,24 51,00 0,26 29,7 19,8 6591,7 1, ,71 52,47 0,29 31,2 20,8 6263,9 1, ,89 54,59 0,32 32,1 21,4 5831,9 1, ,13 53,42 0,36 31,0 20,7 4969,5 1, ,24 50,83 0,29 29,7 19,8 5909,8 1, ,42 48,94 0,35 29,1 19,4 4842,9 1,10 Média Coeficiente de Variação 32,2 9 21, ,4 11% 1,10 4,03% P = força máxima (N); P 1 = força do limite de proporcionalidade (N); Y 1 = deformação central da carga da peça no limite de proporcionalidade (cm); MR = Módulo de ruptura na flexão (dan/cm 2 ); SLP = Tensão no limite de proporcionalidade, ensaio de flexão(dan/cm 2 ); E = Módulo de elasticidade aparente, ensaio de flexão (dan/cm 2 ); ρ = densidade (g/cm 3 ) A tab. 4 apresenta os resultados da resistência à tração paralela às faces dos corpos-de-prova da CPH fabricada com a espécie Jurema Preta.

11 Tabela 04 Resistência à tração paralela às faces da espécie Jurema-preta Corposde-prova Espessura (cm) Largura (cm) Força (kgf) 1 0,97 3, ,3 2 0,98 3, ,3 3 1,14 3, ,9 4 1,00 3, ,7 5 1,15 3, ,3 6 1,07 3, ,6 7 1,09 3, ,8 8 1,10 3, ,7 9 1,03 3, ,6 10 1,05 3, ,2 11 1,14 3, ,3 12 1,03 3, ,5 Média Coeficiente de Variação Resistência (MPa) Nos resultados de tração paralela às faces a resistência evidenciou o excelente comportamento do produto estudado. Registra-se que, segundo os fabricantes, a resistência média das chapas comerciais varia entre 40 e 55 dan/cm 2. O ensaio de arrancamento de pregos apresentado na tab. 5 foi realizado para verificação da resistência das chapas de partículas de madeira aglomerada quando solicitadas na fabricação de móveis, forras, divisórias e outras aplicações que exijam a fixação de pregos ou parafusos. 12,1 9 Tabela 05 Resultados do ensaio de arrancamento da espécie Jurema Preta. Corpos-de-prova Carga (kgf) Média 247 Coef. Variação 7 Os resultados de inchamento e absorção de água das chapas de partículas de madeira são apresentados na tab. 6.

12 Tabela 06 Inchamento e absorção de água das CPH s. Corpos-deprova Inchamento após 2h (%) Inchamento após 24h (%) Absorção após 2h (%) Absorção após 24h (%) Média 6, Comparação com valores de chapas comerciais Na tab. 07 é apresentada uma comparação entre os valores obtidos para as chapas de partículas produzidas com a Jurema Preta e os valores para chapas comerciais. Nas tabelas têm-se: MR e E = Módulo de resistência e elasticidade no ensaio de flexão estática; AP = Arrancamento de parafuso; RT = Resistência à tração paralela à superfície. Tabela 07 Comparação entre valores de propriedades de chapas de partículas. Propriedades Chapas de MR (MPa) E (MPa) AP(kgf) RT (MPa) partículas Média CV % Média CV % Média CV % Média CV % Jurema - Preta 32, ,1 9 Industrial 1 24, ,5 - Industrial 2 23, ,5 - As CPH s de Jurema-preta apresentaram valores superiores em todas as propriedades apresentadas na tab Conclusões Os ensaios de inchamento e absorção apresentaram resultados satisfatórios. A média de inchamento após 2 horas encontradas em literaturas para as chapas industriais está entre 8% a 14% enquanto que, para as chapas de espécie Jurema-preta, foi de 5% a 9%. A absorção máxima permitida nos ensaios de absorção após 2 horas em chapas comerciais é de 30%, e após 24 horas, 80%. A espécie Jurema preta apresenta resultados que variam de 5% a 9% após 2horas de absorção em água e 15% à 20% após 24 horas.

13 Os resultados dos módulos de resistência e rigidez na flexão estática, assim como, os das resistências ao arrancamento de parafuso e tração paralela para as chapas de partículas com a espécie Jurema-preta apresentaram-se superiores em comparação com as chapas de aglomerado fabricadas pelas industrias. Desta forma conclui-se que a Jurema-Preta é uma espécie promissora para fabricação de chapa de partículas homogêneas de madeira. 6. Agradecimentos À FAPESP Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo. 7. Referências bibliográficas (1) MALONEY, T.M. (1977). Modern Particleboard & Dry-Process Fiberboard Manufacturing. San Francisco. 672p. (2) TONISSI, J.L. (1988). Madeira e seus Derivados na Construção Civil. Dissertação de Mestrado. São Carlos SP. 137p. (3) KOLLMANN, F.P.; KUENZI, E.W. ; STAMM. A J. (1975). Principles of wood science and technology. Wood based materials. Properties of Particleboard. Nail-Holding and Screw-Holding Ability. P New York. (4) OLMOS, M. A. C. (1992). Equipamento e Processo de Fabricação de Chapas de Madeira Aglomeradas a partir de Resíduos de Madeira. Dissertação de Mestrado. 110p. São Carlos. (5) VALENÇA, A.C.V.; ROQUE, C.A.; SOUZA, P.Z. (2000). Painéis de Madeira Aglomerada. Revista da Madeira. Ano 8, n. 48. Curitiba. PR. p (6) BNDES (2002). Banco Nacional de Desenvolvimento. (7) TAFISA INDUSTRIA DE CHAPAS DE PARTÍCULAS (2002). (8) LIMA, J. L. S. DE (1996). Plantas Forrageiras das Caatingas, Usos e Potencialidades. Associação de Plantas do Nordeste (PNE). EMBRAPA. Pernambuco. 44p (9) LORENZI, H. (1992). Árvores Brasileiras. Manual de Identificação de Cultivo de Plantas Arbóreas Nativas do Brasil. V.1, ed. Plantarum. 352p. São Paulo. (10) ALBA QUÍMICA INDÚSTRIA E COMÉRCIO LTDA (2001/2002). Boletim Técnico PB2346 Cascamite. Resina a Base de uréia formol para fabricação de Chapas de Partículas Aglomeradas. (11) AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (1996). ASTM Standard test methods for evaluating properties of wood-base fiber and particle panel materials. p Philadelphia.