XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mar, 2016, Curitiba, PR, Brasil
AVALIAÇÃO DE FORMOL EM PAINÉIS DE PARTÍCULAS DE EUCALIPTO PRODUZIDOS COM ADESIVO ALTERNATIVO
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Rafael A. Pinholati Eugênio (rafaeleugenio89@hotmail.com), 2Marcus A. P. Bueno (marcus-bueno@hotmail.com), 3Ivaldo D. Valarelli (ivaldo@feb.unesp.br)
¹²³ Universidade Estadual Paulista Julio de Mesquita Filho
Faculdade de Engenharia – Campus de Bauru, Departamento de Engenharia Mecânica
Av. Eng. Luiz Edmundo C. Coube 14-01, Vargem Limpa, 17033-360, ¹Mestrando, 2Doutorando, 3Prof. Dr.
RESUMO: O trabalho consiste na produção de MDF (Medium Density Fiberboard) em escala laboratorial utilizando o adesivo PVA (Poliacetato de Vinila), variando suas concentrações e realizando misturas com a resina comumente empregada neste processo, o adesivo a base de uréia-fomaldeído, onde será avaliado o desprendimento de formaldeído para o ambiente quando aplicado juntamente com a resina uréia-fomaldeído. As amostras foram confeccionadas com fibra de eucalipto desfibradas, onde as dosagens do adesivo PVA seguiram as seguintes proporções: 30%, 50% e 70%, e para efeito de comparação com as amostras produzidas com a mistura de PVA foram fabricadas provas em branco com 100% uréia-formaldeído. No total foram produzidas 16 amostras, quatro chapas de cada traço, e retirados os corpos de prova que posteriormente serão avaliados o teor de formol livre conforme a NBR 14810/2013 pelo método Perforator. Todos os insumos foram fornecidos por um fabricante de painéis, e os testes estão sendo realizados nos laboratórios da empresa. O adesivo PVA se mostrou favorável em relação a redução na emissão de formaldeído, e apresentou grande compatibilidade com os demais componentes da formulação.
PALAVRAS-CHAVE: Adesivo PVA, Uréia-Formaldeído, Formol, Painéis.
FORMAL ASSESSMENT PANELS IN EUCALYPTUS PARTICLE PRODUCED WITH ALTERNATIVE ROUND
ABSTRACT: The work consists of the production of MDF (Medium Density Fiberboard) in laboratory scale using PVA adhesive (polyvinyl acetate Chloride), varying their concentration and performing mixtures with commonly used resin in this process, the adhesive base urea-fomaldeído, which will assess the formaldehyde release to the environment when applied together with urea resin-fomaldeído. Samples were prepared with defibrated eucalyptus fiber, where the PVA adhesive doses followed the following proportions: 30%, 50% and 70%, and for the purpose of comparison with the samples produced with the mixture of PVA Blank tests were made with 100% urea formaldehyde. In total 16 samples were produced, four plates of each trait, and removed the bodies of evidence that will later be evaluated according to NBR 14810/2013. All inputs were provided by a panel manufacturer, and tests are being carried out in the company's laboratories. The PVA adhesive was in favor regarding the reduction in the emission of formaldehyde, and showed great compatibility with the other components of the formulation.
1. INTRODUÇÃO
Face à crescente racionalização das madeiras nativas, surgiu em todo o mundo a necessidade do desenvolvimento de alternativas que pudessem substituí-las de forma sustentável e econômica, surgindo assim os painéis fabricados a base de madeiras particuladas, unidas através de adesivos.
Os adesivos utilizados em grande escala nos processos de fabricação dos painéis de MDF buscam em sua grande parte a redução nos custos de produção dos painéis, porém deixam a desejar no que diz respeito à emissão de formol para o ambiente, tornando grandes poluidores e prejudiciais à saúde do ser humano.
O desafio de criar novos produtos utilizando matérias-primas com custo mais atrativo e facilidade de abastecimento de seus insumos tornou-se um grande aliado das indústrias produtoras de painéis de MDF no Brasil, porém com o advento da necessidade de expandir o mercado, principalmente para o mercado externo surgiu a necessidade do desenvolvimento de novas tecnologias, tendo em vista os novos limites de emissão de formaldeído impostos pelos países da Europa e Estado Unidos, muitos deles próximos aos limites da madeira em seu estado natural.
Hoje o custo de produção do MDF é proveniente principalmente do adesivo aplicado juntamente às fibras da madeira. Muito se tem estudado a respeito destes adesivos, porém o mercado produtivo ainda se volta, quase que na sua totalidade, para o emprego do adesivo a base de uréia-folmaldeído. Os fatores que ainda competem com o adesivo comumente utilizado a base de ureia-formaldeído estão ligados ao custo, disponibilidade do insumo e principalmente no atendimento dos requisitos de qualidade tecnológica exigidas pelo mercado consumidor.
2. OBJETIVOS
Este trabalho busca uma alternativa capaz de atender as exigências da indústria e dos mercados consumidores, utilizando o adesivo PVA (Poliacetato de Vinila) no processo de fabricação de chapas de MDF, com destaque para uma possível redução na emissão de formaldeído, tendo em vista que o adesivo PVA não possui formol em sua composição. 3. REVISÃO BIBLIOGRAFICA
A revisão bibliográfica concentrará nos dois principais temas do trabalho, o MDF, adesivos e ao formaldeído.
3.1. MDF (Medium Density Fiberboard)
Conforme MALONEY (1996) define-se MDF como sendo painéis fabricados a seco, produzidos com fibras lignocelulósicas, combinadas com resinas, ou outro ligante, com densidade entre 0,5 a 0,8 g/cm³, compactados com pressão a quente onde as fibras são unidas na sua totalidade com o adesivo empregado.
Segundo GONÇALVES (2000) o elevado rendimento e a redução das perdas dos painéis de MDF é um dos destaques face a madeira serrada.
Os painéis de MDF podem ser produzidos com características especiais e, para isto, é preciso que sejam escolhidos corretamente o tipo e o teor de resina e a adição de aditivos, dependendo do produto final desejado, conforme descreve BAUER (1995). O MDF, quando comparado ao aglomerado, às chapas duras e ao compensado, apresenta grande vantagem em operações de corte, usinabilidade de borda e superfície, torneamento, furação, acabamentos e revestimentos plano, segundo BENADUCE (1998).
Segundo Castro (2000) o MDF apresenta características de um produto homogêneo, estável, uniforme, oferece uma superfície plana e boa trabalhabilidade, capacidade de usinagem para a formação de encaixes, entalhes, cortes, apresenta aceitação de parafusos,
perfurações e molduras, economia no consumo de adesivos e ótima aceitação para o recebimento de pinturas e revestimentos com diversos acabamentos.
3.2. Classificação dos painéis de madeira recostituídas.
Segue abaixo classificação dos painéis de madeira reconstituída, dividindo-se em duas categorias, os laminados e os particulados onde identificamos o posicionamento do MDF segundo IWAKIRI (2005).
Figura 1. Classificação dos painés de madeira reconstituídas.
Na figura acima podemos destacar além do MDF (mediun density fiberboard) os painéis particulados de OSB (oriented standboard), os aglomerados (particleboard) e o WB (waferboard). Também temos a chapa isolante (insulation board), e para concluir o grupo de painéis de fibra temos a chapa dura (hardboard ou HDF).
3.3. Adesivo
Para IWAKIRI (2005) define-se adesivo como sendo um material com propriedades aderentes, ou seja, suficientemente capaz de manter outros materiais unidos em sua superfície, formando de acordo com suas características a aplicação adequada, uma ligação forte e duradoura.
A adesão pode ser considerada um fenômeno físico-químico, onde ocorre a interação entre uma superfície sólida e uma outra podendo ser líquida, sólida, película contínua, entre outras (IWAKIRI, 2005).
3.3.1 Tipos de Adesivos
A seguir serão apresentados os principais adesivos sintéticos aplicados na fabricação de painéis de MDF:
Uréia-Formaldeído
De grande aplicação nas indústrias madeireiras, devido principalmente ao baixo custo em relação as seus similares. Destinado principalmente ao uso interno devido a sua degradação hidrolítica, e agravada com a presença de temperaturas elevadas (IWAKIRI, 2005). O mesmo autor (IWAKIRI, 2005) caracteriza o material como tendo teor de sólidos na faixa de 60 a 70%, coloração branca e leitosa, pH entre 7,4 q 7,8 e viscosidade entre 400 a 1000 cp.
Segundo CONNER (2001), uma vantagem considerável está ligada a resistência a microorganismos devido as suas características físico-químicas.
Melamina-Formaldeído
IWAKIRI (2005) destaca que este é um adesivo para aplicação intermediária entre os ambientes externos e internos. Também segundo o autor, o adesivo apresenta as seguintes características físico-químicas: coloração branco e leitosa, temperatura de cura na faixa de 65 a 130 °C e pH em torno de 9.
Como desvantagem o autor KOLLMAN et al. (1975) destaca o alto custo em relação aos demais adesivos comumente empregados na produção de painéis.
3.3.2 PVA (Poliacetato de Vinila)
IWAKIRI (2005) mostra dados relacionados as suas características físico-químicas como teor de sólidos entre 51 a 55%, pH de 4 a 5% e viscosidade de 6000 a 8000 cp (Brookfield). Também destaca algumas vantagens como o fácil armazenamento e por longos períodos, não interfere na coloração natural da madeira, alta resistência a microrganismos etc. Porém, assim como os adesivos a base de ureia-formaldeído, apresenta baixa resistência à água, sendo limitado seu uso em ambientes externos (KOLLMANN et al., 1975).
3.4. Formaldeído (Formol)
O formadeído é o aldeído mais simples e ambundante na natureza, de fórmula molecular H2CO. O formol começou a ser fabricado em 1889 e desde então vem sendo produzido em
larga escala em todo o mundo. A sua composição se resume através da oxidação catalítica do metanol. Embora sem ocasionar danos o metanol está inserido na natueza na forma gasosa, no organismo dos seres vivos. Nas industrias é utilizado na fábricação de bactericidas, cosméticos, desinfetantes e pesticidas, e também é um dos principais insumos da fabricação de resinas fenólicas e uréicas.
No ano de 1995, através de estudos realizados pelo IARC (Agência Internacional de Pesquisa do Cârcer), foi observada a possilidade do desenvolvimento de câncer pela exposição ao formol. Em 2006, com novos estudos, foi comprovado a carcinogenicidade do formadeído, tendo em vista a reação do aldeído fórmico com o ácido clorídrico, formando um composto conhecido por sua carcinogenicodade, o bis (clorometil) éter.
4. METODOLOGIA
Todos os insumos do projeto bem como os equipamentos para fabricação das chapas e realização dos testes nos corpos de provas foram disponibilizados por um fabricante de painéis de MDF. A fibra de eucalipto foi coletada direto da linha de produção, e levada para estufa de laboratório, conforme mostra a Figura 2 a seguir, onde foi ajustada sua umidade para no máximo 3%.
Figura 2. Estufa de secagem das fibras.
Os traços para produção das chapas se deram nas seguintes proporções de adesivos: - 4 chapas com 100% ureia-formaldeído (UF) - prova em branco para comparação. - 4 chapas com 70% UF e 30% PVA.
- 4 chapas com 50% UF e 50% PVA. - 4 chapas com 30% UF e 70% PVA.
O adesivo UF utilizado apresentou 59% de teor de sólidos, insumo este produzido pela própria empresa. O adesivo PVA apresentou 52% de teor de sólidos, este adesivo é comercializado pela empresa Cascorez na linha Extra. Os valores em percentual são com base no peso de fibra seca.
Após ajustar a umidade das fibras em estufa, a resina foi aplicada por aspersão em uma encoladeira de escala laboratorial, composta por um tambor de aço inoxidável com pás giratórias e circulação de ventilação forçada. O equipamento é de fábricação própria da empresa e simula o processo real.
Em seguida ocorre a formação do colchão das fibras encoladas, neste processo retirou-se o excesso de ar entre as fibras através da pré-prensagem. Este equipamento também é de fabricação própria, no qual se resume em um recipiente quadrado de aço inoxidável conforme mostra a Figura 3, em seguida é submetido a uma pressão em torno de 6 bar exercida por um cilindro pneumatico, conforme ilustrado na Figura 5.
Figura 4. Colchão pré-prensado.
Figura 5. Pré-prensagem para retirada do excesso de ar do colchão
Após este processo o colchão de fibras foi levado para uma prensa hidráulica específica a aproximadamente 175°c de temperatura, com ciclo total de prensagem de 160 segundos, simulando a prensagem real, este processo está ilustrado na Figura 6. A prensa é do fabricante Siempelkamp, o mesmo fornecedor das prensas de escala industrial.
Após a prensagem o material permaneceu climatizando a temperatura ambiente, que após definição do plano de corte foram retirados os corpos de provas.
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
As amostras forão avaliados conforme a NBR 14810/2013, nos ensaios de emissão de formol pelo método Perforator, esse método visa extrair o conteúdo de formaldeído do interior dos painéis. A extração é realizada a quente, sendo colocados aproximadamente 110 g de corpos-de-prova de 2,5 cm por 2,5 cm em contato com 600 mL de tolueno em balão de fundo redondo sobre manta de aquecimento acoplado na base do aparelho chamado Perforator, onde o valor final de formaldeído emitido é expresso em mg de formaldeído / 100g de material seco.
Tabela 1. Valores de emissão de formol livre Formol Livre Teste 1
(Prova em Branco) Teste 2 (70%UF - 30% PVA) Teste 3 (50%UF - 50% PVA) Teste 4 (30%UF - 70% PVA) Emissão de Fomol (mg/100g) 27,2 30,2 23 23,6
Os resultados mostraram que a adição do adesivo PVA em duas condições (testes 3 e 4) conseguiram reduzir a emissão de formol para o ambientes comparados com a prova em branco – chapas com 100% resina UF (teste 1).
Em relação ao teste 2, houve um pequeno incremento na emissão formol comparado com o teste 1 (prova em branco), ou seja, o resultado mostrou que mesmo com a aplicação do adesivo PVA nesta proporção, não houve redução da emissão de formol.
6. CONCLUSÃO
Constatamos que a formulação de adesivo UF com PVA tiveram grande aceitação e compatibilidade na constituição da chapa. Outro fator que já podemos destacar como positivo está relacionado à facilidade na aplicação dos adesivos na fibra durante o processo de encolagem.
No processo de prensagem as chapas comportaram de forma estável, sem ocorrências de anormalidades. Quanto a aparência física (acabamento), não foram notadas nenhuma diferença nas chapas produzidas com UF+PVA em relação à prova em braço (100 % UF).
Quanto à emissão de formaldeído, foi observada a redução em duas condições produzidas, nos testes 3 e 4, mostrando que o adesivo PVA apresenta esta vantage em relação ao adesivo UF, embora as avaliações fisicas e mecânicas das chapas não tenham sido realizadas.
Também é valido destacar que o teste 2 não apresentou redução na emissão de formaldeído, mostrando que para esta proporção de adição do adesivo PVA, embora no desenvolvimento das chapas obtivemos êxito, o objetivo principal não foi alcançado.
7. BIBLIOGRAFIA
BAUER, T. J. (1995). Use of MDF from a global perspective. In: MDF industry update with worldwide mill directories, 6 ed.
BENADUCE, C. (1998). Fabricação de painéis de média densidade (MDF) a partir de fibrasde Eucaliptus grandis W. Hill ex Maiden e Pinus caribaea Morelet var hondurensis Barret e Golfari. Piracicaba, 133p. Dissertação (Mestrado). Escola Superior de Agronomia Luís de Queirós. Universidade de São Paulo.
CASTRO, E. M. (2000). Processo de produção mecânica de MDF. Dissertação de Mestrado. São Carlos, 2000.
CONNER, A. H.. Wood Adesives: Encyclopedia of materials : science and technology. Amsterdam: New York : Elsevier Science, 2001. 9599 p.
KOLLMANN, F. F. P.; KUENZI, E. W.; STAMM, A. J. Principles of Wood science and technology II – Wood based materials. New York: Springer-Velard, 1975. 702 p. MALONEY, T.M. (1996). The family of wood composite materials. Forest Products
Journal,v. 46, n.2, 26 p.
8. NOTA DE RESPONTABILIDADE
Os autores são os únicos responsáveis pelo que está contido neste trabalho.que está contido neste trabalho.
