PRODUÇÃO E AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DE PAINÉIS DE PARTÍCULAS DE MADEIRA AGLOMERADA DE MÉDIA DENSIDADE (MDP) A PARTIR DE REJEITOS DE PINUS SP., RESINA EPÓXI (PROVENIENTE DE RESÍDUO DE PINTURA EM PÓ) E POLÍMERO NATURAL POLIHIDROXIBUTIRATO (PHB) COMO ADESIVOS A. M. de Souza 1*, F. S. Ferro 1, F. H. Icimoto 1, L. D. Varanda¹, A. L. Christoforo 3, F. A. Rocco Lahr 2 (1) Departamento de Engenharia de Materiais (SMM), Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), Universidade de São Paulo (USP), Av. Trabalhador São-carlense, 400, Centro, CEP:13566-590, São Carlos-SP, Brasil. (2) Departamento de Engenharia de Estruturas (SET), Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), Universidade de São Paulo (USP), Av. Trabalhador São-carlense, 400, Centro, CEP:13566-590, São Carlos-SP, Brasil. (3) Departamento de Engenharia Civil (DECiv), Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), Rodovia Washington Luís, km 235 - SP-310, CEP: 13565-905, São Carlos-SP, Brasil. *Autor correspondente: Rua Alameda dos Crisântemos, 60, Apto 31B, Cidade Jardim, CEP: 13566-550, São Carlos-SP. e-mail:amosmag@gmail.com RESUMO Atualmente há cerca de dois milhões de hectares de Pinus plantados no Brasil, com produtividades médias variando de 18 a 37,6 m³/ha/ano. Contudo, o aproveitamento das árvores alcança somente 20 a 40% (em volume), e a quantidade de resíduo gerado é expressiva. Ainda que estes possam ser biologicamente degradados, sua concentração em determinados locais, sua deposição ou queima podem causar impactos ambientais negativos. Diante desta situação, uma alternativa relevante é a utilização desses resíduos em uma produção de painéis a partir de recursos oriundos de fontes renováveis e resíduos, sem emissão de formol. A proposta deste trabalho foi avaliar a resistência mecânica de painéis MDP produzidos utilizando-se rejeitos de Pinus sp. para a obtenção das partículas, resíduo de tinta à base de resina epóxi e polímero natural Polihidroxibutirato (PHB) como adesivos. Os resultados mostraram que a produção a partir do resíduo de tinta epóxi é viável mediante alguns ajustes no processo. Palavras-chave: Pinus sp., MDP, PHB, resina epóxi. 3857
INTRODUÇÃO Atualmente, há cerca de dois milhões de hectares de Pinus plantados no Brasil, com produtividade média variando de 18 a 37,6 m 3 /há/ano (1). Em paralelo à produção e ao processamento para obtenção de madeira serrada de Pinus sp., está a geração de resíduos. A fração percentual que representa a perda de material varia em função de fatores como processo, máquinas utilizadas e dimensões das toras. Mas sempre ocorre uma significativa perda no desdobro e nos cortes de resserra. Em madeiras de reflorestamento as perdas estão entre 20 e 40% do volume das toras processadas (2). Ainda que os resíduos possam ser biologicamente degradados, sua concentração em determinados locais, sua deposição ou queima podem causar impactos ambientais negativos (3). Num contexto em que a geração de resíduos é notável, estudar o seu aproveitamento faz-se necessário, visando retirar de circulação pelo menos parte considerável do volume de resíduos/rejeitos gerados no processamento primário da madeira, agregando valor a esse material. Uma alternativa considerada oportuna e que vem sendo adotada por algumas empresas, é a utilização do citado resíduo na produção de compósito (painel) à base de madeira. No entanto, a produção industrial de painéis atravessa um delicado dilema entre atender a demanda versus diminuir a emissão de formaldeído provocada pelos adesivos tradicionais (resinas fenol-formaldeído e ureia-formaldeído). Tal dilema também é vivido por empresas de diversos seguimentos, onde, o crescimento exponencial da produção para atender a demanda dessa sociedade consumista, esbarra nas necessidades evidentes de reduzir as emissões de agentes poluentes, aumentar o aproveitamento de resíduos e utilizar recursos renováveis. No meio acadêmico o estudo voltado para o aproveitamento de resíduos também vem ganhando notoriedade. Pesquisas como de Macedo (4), Souza (5) e Varanda (6) confirmam a viabilidade do aproveitamento de resíduos/rejeitos na produção de painéis e pisos à base de madeira. Diante de tudo que foi exposto, o objetivo principal deste trabalho foi tentar contribuir de alguma forma para a redução da problemática apresentada. Para isso, estudou-se a viabilidade da produção de painéis de partículas de madeira aglomerada de média densidade (MDP), isenta de emissão de formaldeído, a partir de insumos provenientes de fontes renováveis e resíduos. Para isso utilizaram-se como matérias-primas: rejeitos de 3858
madeira (Pinus sp.); polímero natural polihidroxibutirato (PHB) e o resíduo de tinta proveniente de pintura à base de resina epóxi. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Os painéis de partículas de madeira aglomerada foram fabricados e ensaiados no Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira (LaMEM), do Departamento de Engenharia de Estruturas (SET) da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC), Universidade de São Paulo (USP). Para obtenção das partículas utilizaram-se rejeitos de madeira de Pinus sp., com densidade aparente de 0,49 g/cm³ e teor de umidade 12%. De acordo com Bortoleto (7), Dias (8) e Bertolini (9) esta densidade aparente do Pinus é próxima da desejável para fabricação do tipo de painel proposto. O polímero natural polihidroxibutirato (PHB) e o resíduo de tinta à base de resina epóxi (ambos na forma de pó) foram utilizados de maneira isolada como adesivos. O PHB é um termoplástico que possui propriedades físicas e mecânicas comparáveis às do polipropileno (PP) isotático. É um material biodegradável extraído a partir da síntese do açúcar da cana por bactérias da espécie Ralstonia eutropha (10). Já o resíduo de tinta à base de resina epóxi é um material termorrígido proveniente do processo de pintura (geralmente eletrostática) de eletrodomésticos. Estas tintas são caracterizadas pelo uso apenas de resina epóxi (11). Equipamentos: Serra circular; Gerador de partículas; Picador; Estufa; Balança analítica; Encoladeira; Separador de partículas; Misturador; Prensa hidráulica (força máxima de 80 toneladas) e a quente (capacidade de 200 c); Paquímetro digital e Máquina universal de ensaios com 100 kn de capacidade. Metodologia O processo de produção seguiu os parâmetros de Nascimento (12), Dias (8) e Bertolini (9). Inicialmente os rejeitos de madeira foram processados objetivando-se partículas com aspecto retangular cortadas na seção paralela às fibras da madeira. Em seguida, os componentes (partículas e adesivo) e suas respectivas massas foram aferidas, (soma da massa dos componentes foi de 720g para todos painéis). Após isso, houve a adição do adesivo (20% da massa total) e realizou-se manualmente procedimento de 3859
homogeneização. A mistura foi encaminhada a uma prensa de pré-prensagem, e em seguida realizou-se a prensagem a quente em outra prensa hidráulica. A Fig. 1 mostra os procedimentos adotados para a fabricação dos painéis. Fig. 1: a) Aferição de massa do adesivo, b) e c) Homogeneização do adesivo e das partículas, d) Pré-prensagem e e) Prensagem a quente. Para cada tipo de adesivo confeccionaram-se 12 painéis com dimensões 28x28x10 mm e configuração homogênea. A temperatura, o tempo e a pressão especifica de fabricação para os painéis tendo PHB com agente ligante foram de 160 C, 10 minutos e 60 MPa, respectivamente. Já para os painéis com resíduos de tinta foram de 190 C, 10 minutos e 60 MPa, respectivamente. A avaliação do desempenho mecânico foi realizada com base nos ensaios mecânicos recomendados pelas normas ABNT NBR 14810:2006 (13), ANSI A208:1999 (14) e CS236-66:1968 (15). RESULTADOS E DISCUSSÃO Densidade e razão de compactação Os valores médios de densidade dos painéis produzidos a partir de PHB e resíduos de tinta epóxi foram de 0,62 g/cm³ (coeficiente de variação - CV(%) = 7,57), e 0,79 g/cm³ (CV(%) = 5,57), respectivamente. De acordo com as normas ANSI A208 (14) e CS:236-66 (15) os painéis com densidade entre 0,60 e 0,80 g/cm³ são classificados como de média densidade. Esta classificação torna-se importante, pois as propriedades dos painéis guardam estreita relação com a densidade (16). Já os valores médios da razão de compactação de ambos variaram entre 1,3 e 1,6, demonstrando conformidade com os valores indicado por Maloney (17). 3860
Arrancamento de parafusos face e topo Os valores das resistências médias ao arrancamento de parafusos (AP) foram de 49 N(face) e 35 N(topo) para os painéis manufaturados a partir de PHB e 1244 N(face) e 754 N(topo) para os painéis com resíduo de tinta. A NBR 14810 (13) estabelece somente requisitos para o arrancamento de parafuso em painéis com espessura acima de 14 mm (1020 N para AP face e 800 N para AP topo ). No entanto, para painéis com espessuras nominais inferiores, comumente adotam-se os requisitos da citada norma. Como pode ser observado apenas o resultado médio ao arrancamento face dos painéis manufaturados com resíduos de tinta encontra-se em coerência com os valores mínimos estipulados pelos documentos normativos NBR 14810 (13) e ANSI A208 (14) (1100 N para AP face e 1000 N para AP topo ). Resistência à tração perpendicular Quanto à propriedade de resistência à tração perpendicular os valores médios foram de 0,11 MPa (CV(%) =19,3) para os painéis com PHB e 1,45 MPa (CV(%) = 9,11) para os com resíduos de tinta. Os valores estipulados pelas normas NBR 14810:2 (13), ANSI A208.1 (14) e CS236-66 (15) para esta propriedade são de 0,4MPa, 0,9 MPa e 1,4 MPa, respectivamente. Observa-se que somente os painéis produzidos com resíduos de tinta epóxi atenderam os requisitos mínimos de todas as normas. Flexão estática Os módulos de ruptura médios dos painéis produzidos com PHB e resíduo te tinta foram de 9 MPa e 18 MPa, respectivamente. Considerando-se os documentos normativos NBR 14810:2 (13), ANSI A208.1 (14) e CS236-66 (15) com requisitos de 18 MPa, 16,5 MPa e 16,8 MPa, respectivamente, observa-se que apenas os painéis a partir de resíduos de tinta atenderam os requisitos mínimos das normas citadas. Quanto aos módulos de elasticidade, os valores médios foram de 1557 MPa (painéis com PHB) e 3115 MPa (painéis com resíduo de tinta). A norma brasileira não menciona esta propriedade, porém as normas ANSI A208.1 (14) e CS236-66 (15) apresentam valores de 2400 e 2450 MPa, respectivamente. Assim como na propriedade MOR, apenas os painéis a partir de resíduos contemplam as normas citadas. 3861
CONCLUSÕES Baseando-se na metodologia aplicada e nos resultados obtidos para os painéis produzidos a partir do polímero natural polihidroxibutirato (PHB), no que diz respeito às propriedades analisadas, conclui-se que a produção com os citados parâmetros é inviável. Pois em nenhum dos casos os requisitos mínimos exigidos pelos documentos normativos foram atingidos. No entanto, outros parâmetros poderão ser estudos buscando alcançar tais requisitos. Já os painéis fabricados a partir do resíduo proveniente de pintura à base de resina epóxi demonstraram mecanicamente ser uma alternativa promissora e factível, pois, os resultados em grande maioria atingiram os requisitos mínimos das normas. Apenas o arrancamento de parafuso topo não foi suficiente. Todavia, mediante alguns ajustes nos parâmetros de manufatura o desempenho dessa propriedade poderá ser melhorado até que se atinja a condição mínima necessária. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio financeiro fornecido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo - FAPESP (Proc: 2012/14352-3), ao Conselho Nacional de Pesquisa - CNPq, à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES, e ao Laboratório de Madeiras e Estruturas de Madeira - LaMEM por fornecer as instalações e os insumos necessários à este estudo. REFERÊNCIAS 1. INSTITUTO DE PESQUISA E ESTUDOS FLORESTAIS - IPEF. Programa de Produtividade Potencial do Pinus no Brasil. Disponível em: http://www.ipef.br/pppib/ Acesso em: 21 de mar. 2014. 2. FINOTTI, A. R., SCHNEIDER, V. E., WANDER, P. R., HILLIG, É., SILVA, M. D A.. Uso energético de resíduos de madeira na cadeia produtiva de madeira/móveis e possibilidades de geração de créditos de carbono. In: PÓLO MOVELEIRO DA SERRA GAÚCHA - SISTEMAS DE GERENCIAMENTO AMBIENTAL NA INDÚSTRIA MOVELEIRA. EdUCS, 2006. p. 39. 3. FAGUNDES, H. A. V. Produção de madeira serrada e geração de resíduos do processamento de madeira de florestas plantadas no rio grande do sul. 2003. 173 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre. 2003. 4. MACEDO, L. M. Painéis OSB de madeira Pinus sp. e adição de partículas de polipropileno biorientado (BOPP). 2014, 84p. Qualificação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Departamento de Engenharia de Estruturas da Universidade de São Paulo, São Carlos. 3862
5. SOUZA, A. M. Produção e avaliação do desempenho de painéis de partículas orientadas (OSB) de Pinus sp com inclusão de telas metálicas. 2012, 116p. Dissertação (Mestrado) Escola de Engenharia de São Carlos, Instituto de Física de São Carlos e Instituto de Química de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. 6. VARANDA, L. D. Produção e avaliação do desempenho de painéis de partículas de Eucalyptus grandis confeccionados com adição de casca de aveia. 2012, 155p. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Instituto de Física de São Carlos, Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos. 7. BORTOLETTO JÚNIOR, G. Indicações para utilização da madeira de seis espécies e variedades de Pinus sp aplicada na construção civil. 1993. 119p. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. 8. DIAS, N. A. B. et al. Aproveitamento de resíduos de Pinus sp para a produção de chapas de partículas utilizando resina poliuretana bi-componente à base de óleo de mamona. São Carlos: LaMEM, SET, EESC, USP, 2008. p. 12. 9. BERTOLINI, M. S. Emprego de resíduos de Pius sp tratados com preservantes CCB na produção de chapas de partículas homegêneas utilizando resina poliuretana à base de mamona. 2011, 128p. Dissertação (Mestrado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Escola de Engenharia de São Carlos, Instituto de Física de São Carlos, Instituto de Química de São Carlos da Universidade de São Paulo, São Carlos. 10. Coutinho, B. C.. A importância e as vantagens do polihidroxibutirato (plástico biodegradável). 2004. Disponível em: http://www2.ifrn.edu.br/ojs/index.php/holos/index acesso em: 15 de maio 2014. 11. WEG. (2008). Indústrias S.A.(2008). Pinturas Industriais em Pó, Informações Técnicas DTC-13. Guaramirim: WEG, 2008. Disponível em: http://www.crq4.org.br/downloads/tintas.pdf acesso em: 15 de maio 2014. 12. NASCIMENTO, M. F. (2003). CHP: chapas de partículas homogêneas - madeiras do Nordeste do Brasil. 2003. 143 f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) Universidade de São Paulo, São Carlos. 2003. 13. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14810: Chapas de madeira aglomerada. Rio de Janeiro, ABNT, 2006. 14. AMERICAN NATIONAL STANDARD. (1999). A208.1: Particleboard. Gaithersburg. 15. COMMERCIAL STANDARD. (1968). CS 236-66: Mat formed wood particleboard. [S.l.]. 16. BRITO, E. O. et al. (2006). Chapas de madeira aglomerada utilizando partículas oriundas de madeira maciça e de maravalhas. Scientia Forestalis, Piracicaba, n. 72, p. 17-21, 2006. 17. MALONEY, T. M. (1977). Modern particleboard & dry-process fiberboard manufacturing. San Francisco: Miller Freeman. 3863
PRODUCTION AND PERFORMANCE EVALUATION OF MEDIUM DENSITY PARTICLEBOARD (MDP) FROM WASTE OF PINUS SP., EPOXY RESIN (ARISING FROM WASTE PAINT POWDER) AND NATURAL POLYMER POLYHYDROXYBUTYRATE (PHB) LIKE ADHESIVES ABSTRACT There are currently about two million hectares of planted Pinus in Brazil, with average yields ranging from 18 to 28 m³/ha/year. However, the use of trees reaches only 40 to 50% (by volume) as seen amount of waste generated is significant. Though these can be biologically degraded, their concentration in certain locations, deposition or burning may cause negative environmental impacts. Thinking of an alternative to this situation the main purpose of this work was to produce and evaluate mechanically MDP panels made from raw materials from renewable sources and waste. The raw materials used were tailing of Pinus sp. to obtain the particles and were used as an adhesive in an isolated manner from the epoxy resin paint residue powder and natural polymer polyhydroxybutyrate (PHB). Were fabricated and tested 12 panels for each type of adhesive. Key-words: Pinus, MDP, Polyhydroxybutyrate, Epoxy resin. 3864