AVALIAÇÃO DA RESISTÊNCIA À TRAÇÃO PERPENDICULAR E DA DENSIDADE

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1 AVALIAÇÃO DA ESISTÊNCIA À TAÇÃO PEPENDICULA E DA DENSIDADE AVALIAÇÃO DA ESISTÊNCIA À TAÇÃO PEPENDICULA E DA DENSIDADE DE CHAPAS DE FIBAS DE MÉDIA DENSIDADE CONFECCIONADAS COM ESINA POLIUETANA MONOCOMPONENTE E BICOMPONENTE DEIVADA DE ÓLEO DE MAMONA Sergio Augusto Mello da Silva Departamento de Engenharia Civil, Faculdade de Engenharia de Ilha Solteira, UNESP, Alameda Bahia, 550, Norte, CEP , Ilha Solteira, SP, Brasil, sams@dec.feis.unesp.br aquel Gonçalves Departamento de Construções urais, Faculdade de Engenharia Agrícola, UNICAMP, Cidade Universitária Zeferino Vaz, s/n, Barão Geraldo, CEP , Campinas, SP, Brasil, raquel@agr.unicamp.br. Cristiane Inácio de Campos UNESP, Campo Experimental de Itapeva, ua Geraldo Alckimim, 519, CEP , Itapeva, SP, Brasil, cristiane@itapeva.unesp.br Francisco Antonio occo Lahr Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de São Carlos, USP, Av. Trabalhador São-carlense, 400, Centro, CEP , São Carlos, SP, Brasil, frocco@eesc.usp.br esumo A emissão de gases decorrente da produção industrial é um dos fatores que contribui para a poluição do meio ambiente, entretanto, a utilização de tecnologias adequadas pode minimizar os efeitos desse tipo de poluição. Este trabalho apresenta um estudo da avaliação da resistência à tração perpendicular (ligação interna) de chapas de fibras de Pinus caribaea e de suas densidades para verificar a possibilidade de utilização de resinas poliuretanas monocomponente e bicomponente derivadas de óleo de mamona na fabricação desses produtos. A metodologia empregada baseou-se no manual de procedimentos experimentais propostos pela EuroMDFBoard- EMB/IS-2:1995. As chapas foram produzidas considerando-se os tipos de resinas utilizadas e suas espessuras, consequentemente, foram confeccionadas 3 chapas de 10 mm de espessura com 8% de resina poliuretana monocomponente e 3 chapas de 10 mm com 8% de resina poliuretana bicomponente. De cada conjunto de 3 chapas foram retirados 12 corpos-de-prova para caracterização da resistência à tração perpendicular e da densidade. Vale ressaltar que as chapas confeccionadas com resina poliuretana monocomponente foram produzidas no Laboratório de Controle de Qualidade e Desenvolvimento de Produtos da Duratex e as chapas confeccionadas com resina poliuretana bicomponente foram produzidas no Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira da Universidade de São Paulo. Para verificação dos valores obtidos, foram realizadas análises de regressão linear simples e múltipla com intervalo de confiança de. Essa análise possibilitou concluir que os valores observados são significativos e que a adição de 8% de resina poliuretana, na confecção de chapas de fibras de Pinus caribaea, conferiu boa adesão entre as fibras e resistências à tração perpendicular superiores aos valores mínimos propostos pela EMB. Palavras-chave: MDF, resina poliuretana, fibras de Pinus.

2 236 SILVA ET AL. Introdução Segundo a Associação Brasileira da Indústria de Painéis de Madeira (ABIPA, 2006), o Brasil é considerado um dos países mais avançados do mundo na fabricação de particleboard (PB) e de Medium Density Fiberboard (MDF), contando atualmente com o maior número de fábricas de última geração, com produção de m 3 de MDF, um percentual mundial muito baixo se forem considerados o potencial madeireiro do país e as tecnologias instaladas. Um importante aspecto a se levar em conta com o desenvolvimento tecnológico e a geração de valor agregado é o rápido crescimento do volume produzido pelas indústrias e, consequentemente, o surgimento de problemas decorrentes da poluição do meio ambiente devido à emissão de gases tóxicos. Estudos desenvolvidos por Bradi et al. (2006) avaliaram a influência da mistura de óleo vegetal (EFB) em matriz poliuretana (PU) na resistência mecânica de MDF. As proporções de EFB e PU na base peso seco foram de 25:75, 30:70 e 35:65; determinou-se que a relação 35:65 conferiu maior adesão entre as fibras e, consequentemente, maior resistência mecânica. Ao estudarem as propriedades de resistência e estabilidade dimensional de MDF confeccionados com fibras de clones de madeira dura (Populos sp), Shi et al. (2005) concluíram que as propriedades de resistência à flexão e tração interna sofreram influência favorável à utilização de fibras de clones de madeira, apresentando relações lineares significativas entre o MO e o MOE dos painéis. Campos & Lahr (2005) avaliaram as propriedades físicas e mecânicas de MDF confeccionados com fibras de Pinus e Eucalipto com adição de 8, 10 e 12% de resina à base de uréia formaldeído (UF), poliuretano (PU) bicomponente derivado de óleo de mamona e resina inorgânica. Os melhores valores obtidos para os Módulos de esistência à Flexão Estática e Tração Perpendicular de MDF confeccionados separadamente com fibras de Pinus e Eucalipto foram de 29,4 e 28 MPa e 0,91 e 0,89 MPa, respectivamente, considerando-se a adição de 12% de PU. Essas resistências são todas superiores às resistências dos MDF comerciais. Silva (2003), ao estudar a caracterização do compósito de fibras curtas e longas de sisal e coco com resina PU derivada de óleo de mamona, verificou, de modo geral, que a resistência à tração, flexão, impacto, tenacidade à fratura e absorção d água foram inferiores nos compósitos confeccionados com fibras de coco. Os melhores resultados obtidos foram para os compósitos com fibras longas de sisal na resistência à tração e tenacidade à fratura. Os compósitos confeccionados com fibras curtas de coco apresentaram percentual de resistência à absorção d água igual a 17%. Os principais obstáculos à produção de chapas MDF utilizando fibras de espécies de madeiras duras estão relacionados à densidade das fibras, à resistência à prensagem e à dificuldade de impregnação da resina nas fibras. A partir dessas propriedades, Widsten et al. (2003) estudaram o efeito do desfibramento com alta temperatura objetivando melhorar o processo de confecção de MDF. Observou-se que esse processo propicia maior reatividade às fibras durante colagem. Este estudo teve por objetivo confeccionar e avaliar chapas MDF de Pinus caribaea, empregando-se resina poliuretana monocomponente e bicomponente derivada do óleo de mamona. Material e Métodos Confecção das chapas e preparação dos corpos-de-prova As chapas com resina poliuretana monocomponente foram confeccionadas no Laboratório de Controle de Qualidade e Desenvolvimento de Produtos da Duratex, e as chapas com resina poliuretana bicomponente foram confeccionadas no Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeiras da USP. Foram confeccionadas 3 chapas, com 500 mm de comprimento, 500 mm de largura e 10 mm de espessura e adição de 8% em massa (base peso seco) de resina para cada chapa. A Tabela 1 apresenta um resumo dos parâmetros experimentais adotados para confecção das chapas. Os corpos-de-prova foram confeccionados com 50 mm de largura, 50 mm de comprimento e 10 mm de espessura e de cada chapa foram retirados 4 corpos-de-prova, totalizando 12 corpos-de-prova para cada tipo de resina. Tabela 1 Parâmetros experimentais utilizados para confecção das chapas com fibras de Pinus caribaea e resina poliuretana. Parâmetros experimentais PUMONO PUBI Comprimento das fibras (mm) 2 a 4 Espessura da chapa (mm) 10 Densidade da chapa (g/cm 3 ) 0,5 a 0,8 Teor de resina (%) 8 Pressão de prensagem (T) Temperatura de prensagem ( o C) Tempo de prensagem (seg) PUMONO esina Poliuretana Monocomponente. PUBI esina Poliuretana Bicomponente.

3 AVALIAÇÃO DA ESISTÊNCIA À TAÇÃO PEPENDICULA E DA DENSIDADE Análise dos esultados Os resultados obtidos foram avaliados por meio de análise de regressão linear simples e múltipla com intervalo de confiança de. As avaliações estão apresentadas em três grupos. No grupo estatística de regressão observamse os valores de múltiplo, que é o coeficiente de correlação, quadrado, que é o coeficiente de determinação da regressão, quadrado ajustado, que é o coeficiente de determinação da regressão ajustado, observações, que é o número de valores das amostras, e erro-padrão da estimativa (atendidas as premissas da regressão linear, espera-se que aproximadamente das observações y se encontrem dentro do intervalo de seus respectivos valores projetados na reta de regressão). O grupo ANOVA se constitui da avaliação para rejeitar ou aceitar a regressão. Se o valor do f de significação for menor que o valor do nível de significância (F), a regressão é aceita. O nível de significância (F) foi determinado com probabilidade igual a 0,05. O último grupo apresenta os coeficientes (a e b) da reta, seus respectivos erros-padrão, o valor-p, que é o p-volue igual à probabilidade P dos valores observados, o valor mínimo ( inferiores) e o valor máximo ( superiores) de cada coeficiente de regressão, ambos para o intervalo de confiança de. esultados e Discussões A caracterização da resistência à tração perpendicular está diretamente relacionada à densidade das chapas e, consequentemente, ao desempenho da resina utilizada para confecção dos painéis. Os valores obtidos inferem sobre a eficiência da resina. Na Tabela 2 comparam-se os valores de resistência à tração perpendicular (TP) e densidade (DENS) obtidos com os ensaios nas chapas de fibra confeccionadas com 8% de resina poliuretana (PUMONO e PUBI) com os valores mínimos de resistência à tração perpendicular (TP) e densidade (DENS) propostos pela EMB para chapas de fibra fabricadas industrialmente com resina uréia formaldeído (UF). Na Tabela 2, ao se analisarem as resistências das chapas confeccionadas com PUMONO, observa-se que suas DENS se mantêm em intervalos menores de variações, entretanto, os valores de TP se apresentam em intervalos maiores de variações. Isso se deve ao processo de fabricação das chapas, pois as resinas PUMONO possuem solventes que, com a ação da temperatura, reagem mais velozmente nas regiões das bordas das chapas e menos velozmente nas regiões do meio das chapas, consequentemente, as regiões do meio da chapa são mais densas, com fibras mais fortemente ligadas entre si, se comparadas às regiões próximas às bordas das chapas. Tabela 2 Valores de TP obtidos com os ensaios para caracterização das chapas. CPS TP PUMONO (MPa) DENS PUMONO (g/cm 3 ) TP PUBI (MPa) DENS PUBI (g/cm 3 ) TP UF (MPa) DENS UF (g/cm 3 ) ,78 1,94 1,93 1,89 0,734 0,739 0,738 0,738 0,76 0,81 0,79 0,71 0,702 0,705 0,703 0, ,98 1,85 1,95 1,87 2,05 2,05 2,03 2,05 0,744 0,734 0,739 0,738 0,753 0,755 0,745 0,746 0,72 0,68 0,66 0,75 0,75 0,79 0,81 0,88 0,701 0,697 0,696 0,701 0,701 0,703 0,705 0,707 MED 1,95 0,742 0,76 0,702 DP 0,089 0,007 0,062 0,003 CV 0,046 0,009 0,081 0,005 MÁX 2,050 0,755 0,880 0,707 MIN 1,780 0,734 0,660 0,696 0,55 0,5 a 0,8 TP esistência à Tração Perpendicular, DENS Densidade, PUMONO esina Poliuretana Monocomponente, PUBI esina Poliuretana Bicomponente, UF esina Uréia Formaldeído.

4 238 SILVA ET AL. Ao se analisarem as resistências das chapas confeccionadas com PUBI observa-se que tanto a TP quanto a DENS se mantêm em intervalos menores de variações. Isso também se deve ao processo de fabricação das chapas, entretanto, nesse caso, as resinas PUBI não possuem solventes e, consequentemente, são menores as variações nas propriedades das chapas. A despeito das variações observadas nos valores de TP e DENS para as chapas confeccionadas com PUMONO, os valores médios determinados, tanto para as chapas confeccionadas com PUMONO quanto com PUBI, são superiores aos valores mínimos propostos pela EMB, cujas chapas são fabricadas com resina uréia formaldeído. A Tabela 3 apresenta a análise de regressão simples e múltipla para os valores de TP e DENS obtidos com a caracterização das chapas de média densidade confeccionadas com resina PUMONO. As análises realizadas entre os valores de TP e DENS para as chapas confeccionadas com PUMONO tiveram por objetivo verificar as correlações entre esses valores, e, nesse caso, os valores apresentados na tabela evidenciam a influência da reação dos solventes no processo de confecção das chapas, pois os coeficientes de regressão são inferiores a 0,9. Entretanto, vale ressaltar que, de acordo com o grupo ANOVA, o f de significação apresenta valor inferior ao nível de significação (F), consequentemente, os valores dos coeficientes de regressão devem ser aceitos. essalta-se ainda que, apesar de os coeficientes de regressão serem inferiores a 0,9, tantos os valores de TP quanto os valores de DENS são superiores aos valores mínimos propostos pela EMB. Na Tabela 4 verifica-se que os coeficientes de regressão são todos superiores a 0,9, tendendo para 1. Essa análise evidencia o comportamento da resina PUBI na confecção das chapas, conferindo estabilidade ao processo de fabricação e propiciando pequenas variações entre os valores das propriedades avaliadas. No grupo ANOVA verifica-se que o f de significação é inferior ao nível de significância (F); essa avaliação possibilita aceitar os coeficientes de regressão. A análise de regressão realizada na Tabela 5 teve por objetivo verificar a correlação existente entre os valores da TP das chapas confeccionadas com resina PUMONO e PUBI. Apesar das diferenças entre as características de cada resina, observa-se que os coeficientes de regressão são significativos, com 2 próximo de 0,9. O valor do f de significação é outro aspecto a ser considerado, pois é inferior ao valor do nível de significância (F). Conclusões As propriedades analisadas [esistência à Tração Perpendicular (TP) e Densidade (DENS)] são importantes parâmetros para avaliar a qualidade das chapas e a eficiência da resina. De acordo com os valores obtidos e as análises de regressão, é possível concluir que o emprego de 8% de resina poliuretana monocomponente e bicomponente é suficiente para conferir ligação interna às chapas, com valores de TP superiores aos mínimos exigidos pela EMB. Esse teor possibilita também valores de densidades dentro dos limites exigidos pela EMB. Os parâmetros experimentais propiciaram boa qualidade às chapas, e o processo de confecção, apesar de as chapas serem fabricadas em locais distintos, conferiulhes homogeneidade. essalta-se, entretanto, que, embora os valores de TP das chapas confeccionadas com resina PUMONO tenham sido superiores aos mínimos valores propostos pela EMB, é necessário melhorar a composição da resina PUMONO, com o objetivo de melhorar a relação de reação entre solvente e ação da temperatura no momento da prensagem das chapas. Tabela 3 Análise de regressão entre os valores de TP e DENS das chapas confeccionadas com resina PUMONO. ESTATÍSTICA DA EGESSÃO Múltiplo ajustado Erro-padrão 0,8893 0,7908 0,7699 0, ANOVA gl SQ MQ F f egressão 1 0,0685 0,0685 3,7795E+01 1,0864E-04 esíduo 10 0,0181 0,0018 Total 11 0,0866 COEFICIENTES DA ETA Erro-padrão Stat t Valor-P inferiores Obs superiores Interseção -6,6264 1,3947-4,7512 7,7883E-04-9,7340-3,5189 DENSPUMONO 11,5565 1,8798 6,1478 1,0864E-04 7, ,7448 TPPUMONO = 11,556DENSPUMONO - 6, = 0,7908

5 AVALIAÇÃO DA ESISTÊNCIA À TAÇÃO PEPENDICULA E DA DENSIDADE Tabela 4 Análise de regressão entre os valores de TP e DENS das chapas confeccionadas com resina PUBI. ESTATÍSTICA DA EGESSÃO Múltiplo ajustado Erro-padrão 0,9753 0,9512 0,9464 0, ANOVA gl SQ MQ F f egressão 1 0,0398 0,0398 1,95E+02 6,9296E-08 esíduo 10 0,0020 0,0002 Total 11 0,0866 COEFICIENTES DA ETA Erropadrão Stat t Valor-P inferiores Obs superiores Interseção -11,6862 0, ,1143 1,2621E-07-13,6717-9,7007 DENSPUBI 17,7368 1, ,9664 6,9296E-08 14, ,5665 TCPUBI = 17,737DENSPUBI - 11,686 2 = 0,9512 Tabela 5 Análise de regressão entre os valores de TP das chapas confeccionadas com resina PUMONO e PUBI. ESTATÍSTICA DA EGESSÃO Múltiplo ajustado Erro-padrão 0,9458 0,8945 0,8840 0, ANOVA gl SQ MQ F f egressão 1 0,0775 0, ,8190 3,3623E-06 esíduo 10 0,0091 0,0009 Total 11 0,0866 COEFICIENTES DA ETA Erro-padrão Stat t Valor-P inferiores Obs superiores Interseção 0,9150 0,1124 8,1369 1,0146E-05 0,6644 1,1655 TPPUBI 1,3601 0,1477 9,2097 3,3623E-06 1,0310 1,6891 TPPUMONO = 1,360TPPUBI + 0,915 2 = 0,8945 Agradecimentos A CAPES e FUDUNESP, pelo apoio financeiro para realização do trabalho A DUATEX, pelo apoio técnico e pelo fornecimento de materiais necessários à confecção das chapas e realização dos ensaios. eferências Bibliográficas ABIPA (ASSOCIAÇÃO BASILEIA DA INDÚSUTIAS DE PAINÉIS DE MADEIA PODUTOS E TECNO- LOGIAS). Gráfico sobre consumo mundial de aglomerado em 2004/2005. Disponível em: Acesso em: BADI, K. H.; AMIM, K. A. M.; OTHMAN, Z.; MANAF, H. A.; KHALID, N. K. Efect of filler-to-matrix blending ratio on the mechanical strength of palm-based. Polymer International, v. 55, n. 2, p SHI, J. L.; ZHANG, S. Y.; IEDL, B.; BUNETTE, G. Flexural properties, internal bond strength, and dimensional stability of medium density fiberboard panels made from hybrid poplar clones. Wood and Fiber Science, Canada, v. 37, n. 4, p , Oct

6 240 SILVA ET AL. CAMPOS, C. I. de; LAH, F. A.. Propriedades físicomecânicas de MDF a partir de fibras de madeira de reflorestamento e adesivos alternativos f. Tese (Doutorado) Ciência e Engenharia de Materiais, EESC/ IFSC/IQSC, USP, São Carlos. SILVA,. V. da; SPINELLI, D. Compósito de resina poliuretano derivada de óleo de mamona e fibras vegetais f. Tese (Doutorado) Ciência e Engenharia de Materiais, EESC/IFSC/IQSC, USP, São Carlos. WIDSTEN, P; LAINE, J. E.; TUOMINEN, S.; QVINTUS- LEINO, P. Effect of high defibration temperature on the properties of medium-density fiberboard (MDF) made from laccase-treated hardwood fibers. Journal of Adhesion Science and Technology, Finland, v. 17, n. 1, p , 2003.