XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mar, 2016, Curitiba, PR, Brasil

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1 XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mar, 2016, Curitiba, PR, Brasil COMBUSTIBILIDADE EM PAINÉIS MDP PRODUZIDOS COM MADEIRA DO CAFEEIRO (Coffea arabica) EM ASSOCIAÇÃO COM MADEIRA DE Pinus oocarpa 1 Maria C. A. Batista (maria.alves_ufla@hotmail.com), ²Antônia A. da S. César (amanda_ufla@hotmail.com.com), ¹Renata C. Fernandes (renata.ufla@hotmail.com), 1 Mário V. Scatolino (mario_paraiso@hotmail.com), ¹Lourival M. Mendes (lourival@dcf.ufla.br) 1 Universidade Federal de Lavras Departamento de Ciências Florestais / Engenharia de Biomateriais - Cx. P Cep: Lavras MG Brasil ² Universidade Federal de Lavras Departamento de Ciências Florestais / Ciência e Tecnologia da Madeira - Cx. P Cep: Lavras MG Brasil RESUMO: O presente trabalho teve como objetivo analisar a resistência à combustão de painéis MDP. O delineamento experimental consistiu de diferentes porcentagens da madeira do cafeeiro em substituição à madeira de pinus (80, 85, 90, 95 e 100%). Para cada tratamento foram produzidos três painéis com densidade de 0,7g/cm³, que foram colados com 8% de adesivo ureia-formaldeído (UF) no miolo e 12% do mesmo adesivo nas faces. Foram prensados a 3,92 MPa e 160 C de temperatura durante 8 minutos. Os corpos-de-prova foram retirados com dimensões de 5 x 5 cm sendo posteriormente divididos em 4 amostras de 2,5 x 2,5 cm cada. Para a realização do teste de combustibilidade foi utilizado um aparato composto por uma balança e um termopar, procedendo-se as leituras de massa e temperatura a cada minuto durante a combustão. As curvas de combustão foram ajustadas utilizando-se o software ORIGIN. Pela análise dos gráficos, conclui-se que os painéis MDP produzidos com 85% de madeira de cafeeiro e 15% de madeira de pinus foram mais resistentes à combustão e os painéis com 80% da madeira de cafeeiro atingiram menores picos de temperatura em comparação com os demais. Palavras Chave: Aglomerado, cafeeiro, combustibilidade. COMBUSTIBILITY IN MDP PANELS PRODUCED WITH COFEE TREE WOOD (Coffea arabica) ASSOCIATED TO Pinus oocarpa ABSTRACT: This study aimed to analyze the resistance to combustion in MDP panels. The experiment consisted of different percentages of the coffee tree wood in substitution of pine wood (80, 85, 90, 95 and 100%). For each treatment were produced three panels with a density of 0.7 g / cm³, which were glued with 8% urea formaldehyde adhesive (UF) in the core and 12% of the same adhesive in faces. The panels were pressed with pressure of 3.92 MPa and 160 C of temperature during 8 minutes. The samples for the test were obtained in dimensions of 5 x 5 cm being further divided into 4 samples of 2.5 x 2.5 cm. The test was conducted using an apparatus made by a scale and a thermocouple, proceeding the note of weight and temperature every minute during the combustion. The combustion curves were adjusted using the software ORIGIN. The graphics analysis allows to conclude that MDP panel produced with 85% of coffee tree wood and 15% pine wood was more resistant to combustion and the panels with 95% of the coffee tree wood reached highest temperature peak compared to the others. KEYWORDS: Particleboards, wood coffee, combustibility.

2 1. INTRODUÇÃO Painéis aglomerados são chapas de partículas lignocelulósicas combinadas com uma resina sintética e em seguida ligadas em conjunto sob calor e pressão. Como matéria prima podem ser utilizados além de florestas plantadas com esse fim, resíduos da indústria madeireira, provenientes de serraria ou toras de pequeno diâmetro que não serão utilizadas (DACOSTA, 2004). No Brasil, a principal matéria prima para este setor se encontra em florestas plantadas em especial, de eucalipto e de pinus. O MDP (Medium density particleboard) ou painel de partícula de média densidade é um painel aglomerados que se caracteriza pela disposição das partículas de diferentes granulometrias, sendo que as de menores dimensões ficam nas superfícies. Diversos estudos têm empregado novas espécies de madeira e resíduos lignocelulósicos de processos agrícolas ou industriais na produção de compósitos e painéis de madeira. Segundo Fagundes (2003) e Dacosta (2004) a possibilidade da utilização de sobras e resíduos de madeira na fabricação de painéis e chapas de madeira reconstituída serve para aumentar a sustentabilidade na utilização das florestas, especialmente das plantadas, como insumo na produção madeiráveis. Dentre os resíduos já empregados com tal finalidade podemos citar o bagaço de cana-de-açúcar (OKINO et al.,1997; TEIXEIRA et al.,1997), o bambu (CALEGARI et al.,2007), a casca de arroz (HIZIROGLU et al.,2005) entre outros. Os materiais lignocelulósicos advindos de resíduos agrícolas têm recebido atenção considerável na literatura (SEBER e LLOYD, 1996; HAIA et al.,1998). Resíduos agrícolas são aqueles produzidos no campo, resultantes da atividade de colheita dos produtos agrícolas. Grande parte deles é deixada no próprio terreno de cultivo, como acontece com o cafeeiro quando cortado ou ainda esses resíduos podem ser queimados, o que gera poluição ambiental do ar e das águas pelas cinzas e emissão de gases do efeito estufa para a atmosfera. Portanto, o manejo não sustentável desses resíduos pode causar danos ambientais e perda de ganhos monetários, uma vez que estes resíduos poderiam ser empregados na fabricação de outros produtos aumentando o seu valor agregado. Silva (2007) menciona que a madeira maciça foi a primeira matéria-prima utilizada na fabricação de móveis e que o uso desse material está cada vez mais raro, devido à redução da disponibilidade de madeiras de grandes dimensões. Para esse mesmo autor, os painéis de madeira reconstituída vêm ocupando o lugar de principal matéria-prima do setor moveleiro, possibilitando um melhor aproveitamento das madeiras. Entre 80 e 90% do volume produzido de painéis aglomerados são destinados à produção de móveis. Percebese, dessa forma, que a resistência à combustão dos painéis seria uma característica relevante, tendo em vista a produção de móveis. A literatura apresenta estudos de resistência à combustão em painéis aglomerados. Scatolino et al. (2014) avaliaram o efeito de diferentes regiões radiais da madeira de Eucalyptus grandis e Pinus oocarpa sobre o comportamento dos painéis aglomerados quando submetidos à combustão. Scatolino et al. (2015) avaliando a resistência a combustão em painéis aglomerados produzidos com partículas de sabugo de milho e Pinus oocarpa em várias porcentagens de mistura, comprovaram a maior resistência a combustão dos painéis com maiores porcentagens de pinus em relação ao sabugo. Diante disso, o presente trabalho tem como objetivo analisar a resistência à combustão em painéis MDP produzidos com madeira do caule do cafeeiro em associação com madeira de pinus. 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1. Obtenção do Material A madeira do cafeeiro (Coffea arabica L.) foi colhida no município de Três Pontas, Minas Gerais. O sítio possui 5 ha de área plantada da cultivar Mundo Novo, com aproximadamente 15 anos, baixa produtividade, motivo pelo qual se fez necessária a

3 renovação da plantação. Foram utilizadas na produção dos painéis, além da madeira do cafeeiro, a madeira do Pinus oocarpa, com idade de 28 anos, de densidade 0,473 g.cm - ³ localizadas no campus da Universidade Federal de Lavras. O material foi conduzido à Unidade Experimental de Painéis de Madeira (DCF/UFLA) onde realizou-se a produção dos painéis Produção dos painéis Após o corte, o pinus foi cozido, laminado, seco, moído e peneirado para a geração de partículas sliver (Figura 1). Essas partículas foram secas até aproximadamente 3% de umidade em estufa de circulação de ar forçada. Figura 1: Partículas do tipo sliver da madeira do cafeeiro. A madeira de café foi picada manualmente com facão, moída no moinho martelo, peneirada e seca após a geração de partículas. Ambos os materiais foram armazenados em sacos plásticos lacrados para que a umidade fosse mantida até o momento do encolamento. O adesivo utilizado foi ureia-formaldeído, sendo adicionado na massa do painel na porcentagem de 8 % para o miolo e 12% para as faces, com base na massa seca das partículas. Os testes de gel time, teor de sólidos, viscosidade e ph foram realizados para a determinação das características do adesivo. O adesivo foi misturado às partículas em uma encoladeira do tipo tambor giratório (Figura 2) equipada com pistola de aspersão de microgotículas de adesivo nas partículas por meio de ar comprimido. Adicionalmente, a emulsão de parafina foi utilizada num teor de 1%. Após o encolamento, as partículas foram distribuídas no colchão em três camadas nas proporções de 20, 60 e 20% em relação à massa total do painel para face, miolo e face, respectivamente. A madeira de pinus foi misturada a madeira do cafeeiro em cinco diferentes proporções: 20, 15, 10, 5 e 0%. Para o cálculo da massa de todos os componentes do painel foi acrescentado uma perda de 20%, já prevendo perdas no processo laboratorial e visando não alterar a densidade nominal determinada.

4 Figura 2: Encoladeira do tipo tambor giratório. Para a formação do colchão (Figura 3) utilizou-se uma caixa formadora com dimensões de 500 x 500 mm. O colchão foi então pré-prensado até 0,78 MPa em uma prensa manual. O processo de prensagem foi feito em uma prensa hidráulica automática com controle de temperatura e pressão, sendo que as variáveis do ciclo foram temperatura de 160 C e pressão de 3,92 MPa por um período de 8 minutos. Todos os painéis foram produzidos com densidade aparente nominal de 0,700 g.cm - ³ com intuito de produzir um painel de média densidade, e espessura nominal de 15 mm. Para cada combinação, foram produzidos 3 painéis. Figura 3: Colchão de partículas formado. Os corpos de prova retirados em serra circular, após a produção dos painéis, foram acondicionados em sala de climatização com condições de umidade e temperatura controladas (20±2 C e 65±3% de UR) até massa constante. Posteriormente a climatização, realizou-se o teste. 2.3.Teste de combustibilidade O teste de combustibilidade foi realizado no Laboratório de Biomateriais da Universidade Federal de Lavras. Para avaliar o comportamento dos painéis durante a combustão foi utilizada a metodologia proposta por QUIRINO & BRITO (1991) e PAULA (2011). O método consistiu de um dispositivo composto por um combustor fabricado em chapa de ferro galvanizada, uma base de alumínio e madeira, um controlador de temperatura, uma balança com precisão de 5 mg e um anteparo de alumínio que envolveu o combustor para protegê-lo da interferência do vento durante a combustão (Figura 4).

5 Figura 4: Aparato utilizado para o teste de combustibilidade Foram utilizados corpos de prova de 5 x 5 cm, sendo os mesmos, posteriormente seccionados em 4 amostras de 2,5 x 2,5 cm cada (Figura 5). Figura 5: Amostras utilizadas no teste de combustibilidade Inicialmente, as bases e o combustor foram colocados sobre a balança de precisão. O combustor foi carregado com os corpos de prova. O anteparo foi colocado em seguida, e por último, o medidor de temperatura. A ignição ocorreu com a combustão de 20g de álcool que foram depositados em uma placa de alumínio localizada sobre a base de metal e abaixo da grelha. A Figura 6 mostra a sequência de estágios do fogo.

6 Figura 6: Estágios do fogo ao longo da combustão A cada minuto eram registradas as leituras de massa e temperatura do sistema. As curvas foram ajustadas utilizando-se o software ORIGIN. Foram avaliadas as variações de massa restante e temperatura ao longo do tempo. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 7 mostra a variação da massa restante dos painéis MDP de acordo com o tempo de combustão. Figura 7: Variação da massa restante com o tempo de combustão A análise das curvas permite observar que os painéis MDP produzidos com 85% de madeira do cafeeiro foram mais resistentes à combustão. Percebe-se que a curva de massa correspondente a esse tratamento ficou em uma posição acima das demais, indicando maior

7 quantidade de massa restante dos corpos-de-prova após a combustão. Tal fato pode ser explicado pela elevada densidade básica da madeira do cafeeiro, que de certa forma pode ocasionar uma resistência à combustão e elevado teor de lignina da madeira do cafeeiro. Leite (2013) encontrou teores de lignina iguais a 32,34% e densidade básica de 663,21 Kg.m -3 para a madeira de Coffea arabica L.. Outro fator importante a ser lembrado é que a madeira de pinus contém altos teores de um componente chamado terebintina. Trata-se de uma resina oleosa e inflamável obtida a partir de coníferas e que pode ser usada como solvente químico, diluentes para indústrias de tintas e material para síntese de produtos antissépticos, fármacos, pesticidas, inseticidas, e aditivos de combustíveis (KAPLAN et al., 2005). Tal fato explica a baixa resistência à combustão dos painéis com maior porcentagem de madeira de pinus. A Figura 8 apresenta a variação da temperatura de acordo com o tempo de combustão dos painéis MDP. Figura 8: Variação da temperatura com o tempo de combustão Percebe-se pela figura 8 que o maior pico de temperatura (próximo a 450 C) foi obtido para os painéis MDP produzidos com 95% de madeira de cafeeiro. O maior aumento de temperatura ocorreu entre os minutos 7 e 8 (de 352 para 428 C), coincidindo com o intervalo em que ocorreu maior perda de massa (de 90 para 48%). Todos os tratamentos apresentaram oscilações de temperatura durante os 5 primeiros minutos de combustão. Esse fato é considerado normal, visto que há intensa queima de voláteis e saída de gases da madeira durante esse período. Observa-se também que o tratamento 100% Coffea arabica se manteve numa temperatura acima dos demais tratamentos (principalmente entre os minutos 3 e 5). Tal fato pode ser explicado pela alta concentração de lignina na madeira do cafeeiro. 4. CONCLUSÃO Os painéis MDP produzidos com 85% de madeira de cafeeiro e 15% de madeira de pinus foram mais resistentes à combustão. O tratamento 90% Coffea arabica resistiu por

8 mais tempo a queda de temperatura. Conclui-se também que os tratamentos 80% Coffea arábica e 95% Coffea arabica foram os painéis que perderam mais massa e atingiram os maiores picos de temperatura. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio do Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientifico Tecnológico (CNPq), da Fundação de Amparo à Pesquisa e Desenvolvimento de Minas Gerais (FAPEMIG) e à Coordenação de Aperfeiçoamento Pessoal de Nível Superior (CAPES). 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS CALEGARI, L. et al. Desempenho físico-mecânico de painéis fabricados com bambu (Bambusa vulgaris Schr.) em combinação com madeira. Cerne, Lavras, v. 13, n. 4, p , out./dez CÉSAR, A. A. S.UTILIZAÇÃO DA MADEIRA DE Coffea arabica L. NA MANUFATURA DE PAINÉIS AGLOMERADOS CONVENCIONAIS. Monografia de graduação. Universidade Federal de Lavras, Lavras. 53p DACOSTA, L. P. E. Utilização de resíduos do processamento mecânico da madeira para a fabricação de chapas de partículas aglomeradas. Dissertação de mestrado, Santa Maria, FAGUNDES, H. A.V. Produção de madeira serrada e geração de resíduos do processamento de madeira de florestas plantadas no Rio Grande do Sul. Dissertação de metrado Porto Alegre: PPGEC/UFRGS HIZIROGLU, S. et al. Properties of bamboo-rice straw-eucalyptus composite panels. Forest Products Journal, Madison, v. 55, n. 12, p , Dec KAPLAN, C.; ALMA, M.H.; ÇETINKAYA, M.; KARAOSMANOĞLU, F.;TUTUŞ, A. Engine performance and exhaust emission tests of sulfate turpentine and No: 2 diesel fuel blend. Petroleum Science and Technology. v.23 n.11, p , LEITE, E. R. S. Madeira e carvão de Coffea arábica L.: Caracterização para uso energético. Tese de doutorado. UFLA, OKINO, E. Y. A.; ANDAHUR, J. P. V.; SANTANA, M. A. E.; SOUZA, M. R. Resistência físico-mecânica de chapas aglomeradas de bagaço de cana-de-açúcar modificado quimicamente. Scientia Florestalis, n. 52, p , PAULA, L. E. R.; TRUGILHO, P. F.; REZENDE, R. N.; ASSIS, C. O. Produção e avaliação de briquetes de resíduos lignocelulósicos. Pesquisa Florestal Brasileira, Colombo, v. 31, n. 66, p , QUIRINO, W. F.; BRITO, J. O. Características e índice de combustão de briquetes de carvão vegetal. Brasília: IBAMA, LPF, SCATOLINO, M. V.; MENDES, R. F.; BALEEIRO, N. S.; MENDES, L. M. Combustibilidade em painéis aglomerados produzidos com madeiras das diferentes regiões radiais de pinus e eucalipto. In: ENCONTRO BRASILEIRO EM MADEIRAS E EM ESTRUTURAS DE MADEIRA, EBRAMEM, 12., 2014, Natal, RN, Brasil. Anais... Natal, RN: UFRN, p. CD-ROM SCATOLINO, M. V.; PROTÁSIO, T. P.; MENDES, R. F.; MENDES, L. M. Thermal stability of Pinus oocarpa and maize cob particleboards. Ciência e Agrotecnologia, Lavras, v. 39, n. 4, p , SEBER, D.; LLOYD, E., Bast fiber applications for composites. In: Proceedings of the Thirtieth International Particleboard/Composite Materials Symposium, Pullman, Washington, pp SILVA, J. A Madeira como matéria-prima para a indústria moveleira. Viçosa, MG: UFV, 2007.

9 TEIXEIRA, D. E.; COSTA, A. F.; SANTANA, M. A. E. Aglomerados de bagaço de cana-deaçúcar: resistência natural ao ataque de fungos apodrecedores. Scientia Forestalis, Piracicaba, n. 52, p , jul./dez NOTA DE RESPONSABILIDADE Os autores são os únicos responsáveis pelo que está contido neste trabalho.