MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE PRÓ-REITORIA DE PÓS-GRADUAÇÃO
UNIDADE ACADÊMICA ESPECIALIZADA EM CIÊNCIAS AGRÁRIAS - UAECIA
ESCOLA AGRÍCOLA DE JUNDIAÍ - EAJ
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS FLORESTAIS
VIABILIDADE TÉCNICA DE ESPÉCIES MADEIREIRAS DA CAATINGA PARA A PRODUÇÃO DE PAINÉIS DE MADEIRA COLADA LATERALMENTE
GABRIELA OLIVEIRA DE SOUZA
Macaíba/RN Julho de 2019
II GABRIELA OLIVEIRA DE SOUZA
VIABILIDADE TÉCNICA DE ESPÉCIES MADEIREIRAS DA CAATINGA PARA A PRODUÇÃO DE PAINÉIS DE MADEIRA COLADA LATERALMENTE
Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, como parte das exigências para obtenção do título de Mestre em Ciências Florestais (Área de Concentração em Ciências Florestais - Linha de Pesquisa: Tecnologia e utilização de produtos florestais).
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta
Coorientadora: Prof. Dra. Rosilani Trianoski
Macaíba/RN Julho de 2019
III Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN
Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial Prof. Rodolfo Helinski - Escola Agrícola de Jundiaí - EAJ
Souza, Gabriela Oliveira de.
Viabilidade técnica de espécies madeireiras da caatinga para a produção de painéis de madeira colada lateralmente / Gabriela Oliveira de Souza. - 2019.
46 f.: il.
Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Unidade Acadêmica Especializada em Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Ciências Florestais. Macaíba, RN, 2019.
Orientador: Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta. Coorientadora: Profa. Dra. Rosilani Trianoski.
1. Cisalhamento - Dissertação. 2. Teor de extrativos - Dissertação. 3. 5º percentil inferior - Dissertação. 4. EGP - Dissertação. I. Pimenta, Alexandre Santos. II. Trianoski, Rosilani. III. Título.
RN/UF/BSPRH CDU 539.386 Elaborado por Elaine Paiva de Assunção Araújo - CRB-15/492
IV
VIABILIDADE TÉCNICA DE ESPÉCIES MADEIREIRAS DA CAATINGA PARA A
PRODUÇÃO DE PAINÉIS DE MADEIRA COLADA LATERALMENTE
Gabriela Oliveira de Souza
Dissertação julgada para obtenção do título de Mestre em Ciências Florestais (Área de Concentração em Ciências Florestais - Linha de Pesquisa: Tecnologia e utilização de produtos florestais) e aprovada pela banca examinadora em 29 de julho de 2019.
Banca Examinadora
Prof. Dr. Alexandre Santos Pimenta UAECIA/UFRN
Presidente
________________________________________________ Prof. Dr. Rafael Rodolfo de Melo
Universidade Federal Rural do Semi-Árido/UFERSA Examinador interno ao programa
Prof. Dr. Neyton de Oliveira Miranda
Universidade Federal Rural do Semi-Árido/UFERSA Examinador externo à instituição
Macaíba/RN Julho de 2019
V Ao criador, com respeito e licença a Pachamama, meus familiares, professores e amigos. DEDICO
VI AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais, Ana Paula e João da Mata, aos meus irmãos Ana Leticia e Caio por todo apoio moral e financeiro durante esta jornada.
Agradeço ao meu orientador Alexandre Pimenta e à coorientadora Rosilani Trianoski, pelas orientações, paciência e oportunidades durante a realização deste trabalho.
Agradeço às professoras Tatiane Kelly e Renata Martins, por todas as contribuições diretas e indiretas e o apoio para a realização deste trabalho.
Agradeço aos meus amigos, parceiros de laboratório e desconhecidos que me proporcionaram uma palavra de apoio e boas energias em momentos primordiais durante
essa jornada.
Agradeço em especial ao Vinicius Castro por sempre ser tão prestativo, atencioso, paciente e todas as orientações diretas e indiretas primordiais na realização deste trabalho. Agradeço aos funcionários do CIFLOMA da Universidade Federal do Paraná, Letícia Zimermann e Mauro por todo auxilio prestado, apoio, paciência e amizade durante a
realizando das etapas de colagem e cisalhamento deste trabalho.
Agradeço ao programa de pós-graduação em ciências florestais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, em especial ao Professor Mauro Vasconcelos pela oportunidade de
crescimento profissional.
O presente trabalho foi realizado com apoio da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - Brasil (CAPES) - Código de Financiamento 001.
VII RESUMO GERAL
__________________________________________________________________________ VIABILIDADE TÉCNICA DE ESPÉCIES MADEIREIRAS DA CAATINGA PARA A
PRODUÇÃO DE PAINÉIS DE MADEIRA COLADA LATERALMENTE
A demanda por produtos derivados de madeira promoveu o aperfeiçoamento da técnica de madeira colada. Em meio às alternativas inovadoras desta técnica destaca-se o painel de madeira colada lateralmente ou Edge Glued Panel (EGP). As madeiras utilizadas como matéria prima para a fabricação deste tipo de painel geralmente são obtidas de árvores com pequeno diâmetro. Afim de avaliar potencialidades técnicas das espécies da Caatinga, o presente trabalho objetiva analisar as características tecnológicas das madeiras de Cordia oncocalyx Allemão (Pau Branco), Aspidosperma pyrifolium Mart (Pereiro) e Mimosa caesalpiniifolia Benth. (Sabiá), bem como avaliar as juntas coladas com os adesivos Poliacetato de vinila (PVAc) D3 e D4, Poliuretano (PU), Emulsão polimérica de isocianato (EPI) e a Melamina uréia formaldeído (MUF).Com isso, foram realizadas as análises sobre as propriedades físico-químicas da madeira, ensaio de cisalhamento das juntas coladas de acordo com a norma EN 1334:2003, bem como porcentual de falhas na madeira conforme os procedimentos descritos na norma ABNT NBR ISO 12466-1:2006. Para melhor avaliação da resistência da linha de cola os corpos de provas foram divididos e submetidos a quatro pré-tratamentos seguindo as recomendações das normas EN 13354:2008 e os pré-requisitos da EN 13353:2008. O delineamento estatístico foi inteiramente casualizado, com arranjo fatorial de 3 x 5, sendo três espécie e cinco adesivo. Os dados das análises físico-químicas das espécies foram avaliados através do teste de Tukey ao nível de 95% de probabilidade. Os resultados obtidos nas análises quanto à densidade básica madeira, teor de extrativos e pH da madeira apresentaram diferenças estatísticas entre si. Com base nas análises de resistência ao cisalhamento conclui-se que às três espécies em estudo apresentam potencial de uso como matéria prima na produção de painéis EGP de uso interno e estrutural colado com o adesivo MUF, uma vez que todas atenderam o pré-requisito do 5° percentil inferior que é de 2,5 Mpa de acordo com a norma EN 13354:2003.
Palavras-chave: cisalhamento, teor de extrativos, densidade básica, 5° percentil inferior, poliacetato de vinila.
VIII GENERAL ABSTRACT
__________________________________________________________________________ TECHNICAL FEASIBILITY OF CAATINGA WOOD SPECIES FOR THE PRODUCTION OF
EDGE GLUED PANEL
The demand for wood products promoted the improvement of the glued wood technique. Among the innovative alternatives of this technique stands out the Edge Glued Panel (EGP). The woods used as raw material for the manufacture of this type of panel are usually obtained from trees with small diameter. In order to evaluate the technical potentialities of Caatinga species, the present work aims to analyze the technological characteristics of Cordia oncocalyx Allmanha (Pau Branco), Aspidosperma pyrifolium Mart (Pereiro) and Mimosa caesalpiniifolia Benth woods. (Sabiá), as well as evaluate the joints bonded with the adhesives Vinyl Polyacetate (PVAc) D3 and D4, Polyurethane (PU), Polymeric Isocyanate Emulsion (EPI) and Melamine Urea Formaldehyde (MUF). analyzes on the physicochemical properties of wood, shear test of glued joints according to EN 1334: 2003, as well as percentage of wood failures according to the procedures described in ABNT NBR ISO 12466-1: 2006. For better evaluation of the glue line resistance, the specimens were divided and submitted to four pre-treatments following the recommendations of EN 13354: 2008 and the prerequisites of EN 13353: 2008. The statistical design was completely randomized, with a 3 x 5 factorial arrangement, being three species and five adhesive. The data of the physicochemical analyzes of the species were evaluated by Tukey test at 95% probability. The results obtained in the analyzes regarding the wood basic density, extractives content and wood pH presented statistical differences among themselves. Based on the shear strength analyzes, it is concluded that the three species under study have potential use as raw material in the production of EGP panels for internal and structural use bonded with the MUF adhesive, since all met the prerequisite of the Lower 5th percentile which is 2.5 Mpa according to EN 13354: 2003.
Keywords: shear strength, extractives content, basic density, lower 5th percentile, poliacetato de vinila.
IX SUMÁRIO __________________________________________________________________________ Página 1. INTRODUÇÃO GERAL ... 1 2. REVISÃO DE LITERATURA ... 2 2.1. Bioma Caatinga ... 2
2.2. Características das espécies estudadas ... 2
2.3. Painéis de madeira colada lateralmente (EGP) ... 4
2.4. Tipos de juntas utilizadas na fabricação e junções do painel EGP ... 5
2.5. Principais adesivos utilizados na colagem do painel EGP ... 7
2.6. Características da madeira que influenciam na qualidade de produção do painel EGP .. 8
2.7. Métodos de avaliação e controle de qualidade do painel EGP ... 10
2.8. Classes de qualidade do painel EGP comercializado... 11
2.9. Estudos sobre painéis EGP ... 12
LITERATURA CITADA ...13
3. ARTIGO 1 - Production of edge-glued panels with wood from three Brazilian dry forest tree species and five types of adhesives ... 17
3.1 Abstract ... 18
3.2 Introduction ... 19
3.3 Material and methods ... 21
3.4 Results and discussion...24
3.5 Conclusions ... 31
REFERENCES ………...……….…………32
ANEXO 1. NORMAS DA REVISTA MADERAS: CIENCIA Y TECNOLOGÍA DO ARTIGO...38
X LISTA DE TABELAS
__________________________________________________________________________ ARTIGO 1
Tabela 1. Design experimental ...23
Tabela 2. Pré-tratamentos aplicados às amostras antes da avalição mecânica ...24
Tabela 3. Meios experimentais de propriedades físico-químicas de espécies de madeira ...25
Tabela 4. 5º percentil inferior e porcentagem de falha na madeira em condição seca ...27
Tabela 5. Correlação estatística entre propriedades físico-químicas de espécies de madeira e resistência ao cisalhamento em condições secas ...29
Tabela 6. 5º percentil inferior e porcentagem de falha na madeira - condição úmida ...30
Tabela 7. 5º percentil inferior e porcentagem de falha na madeira após 6 horas de teste de fervura ...31
Tabela 8. 5º percentil inferior e porcentagem de falha na madeira após teste de ciclo de fervura...32
1 1. INTRODUÇÃOGERAL
__________________________________________________________________________ A indústria de processamento da madeira do mercado florestal no Brasil subdivide-se em três segmentos: indústria de processamento primário, indústria de processamento secundário e indústria de processamento terciário, tal classificação é embasada a partir dos diversos processos físicos e químicos que a matéria-prima é submetida (ABRAF, 2013). Dentre os três segmentos da indústria de processamento da madeira podemos destacar o mercado que envolve as indústrias de processamento primário, uma vez que são aquelas classificadas como madeira serrada, lâminas de madeira, madeira tratada, carvão vegetal, lenha e resíduos de madeira, como o cavaco, serragem, maravalha, entre outros (ABRAF, 2013). Sendo está a principal base que impulsiona o desenvolvimento econômico do mercado florestal em várias cidades do Brasil, principalmente do Nordeste.
O mercado de madeira mecanicamente processada é composto pelas indústrias de madeira sólida produtoras de madeira serrada, laminados e compensados, e demais produtos de maior valor agregado (PMVA) (ABRAF, 2013). Em meio ao desenvolvimento e às crises econômicas, há a necessidade de minimizar as perdas geradas no processamento mecânico da madeira, e de aumentar o aproveitamento desta matéria-prima. Assim surgem novas tecnologias que agregam valor aos produtos, dentre estes destacam-se os produtos de maior valor agregado (PMVA), que por sua vez se agrupam entre produtos como molduras, portas, janelas, pisos, componentes para móveis e os Edge Glued Panel (EGP), também conhecido como painel de madeira colada lateralmente (IWAKIRI, 2005; ABIMCI, 2007; FOGAÇA, 2014).
Apesar dos avanços de estudos entorno de espécies madeireiras da Caatinga, pouco se sabe sobre os potenciais desta matéria-prima tão explorada para lenha e carvão, tornando assim imprescindível o desenvolvimento de pesquisas voltadas ao apontamento de um uso adequado embasado em suas características tecnológicas e que consista em alternativas mais lucrativas. Assim, o desenvolver de estudos técnicos podem vir a incluir de forma mais sólida as áreas de Caatingas no cenário de mercado florestal dos PMVA, em especial os painéis de madeira colado lateralmente, uma vez que este tipo de produção não exige madeiras de grande porte e retilíneas.
Com a finalidade de avaliar potencialidades técnicas das espécies da Caatinga, o presente trabalho objetiva analisar as características tecnológicas das madeiras de Cordia oncocalyx Allemão (Pau Branco), Aspidosperma pyrifolium Mart (Pereiro) e Mimosa caesalpiniifolia Benth. (Sabiá), bem como avaliar as juntas coladas com os adesivos Poliacetato de vinila (PVAc) D3 e D4, Poliuretano (PU), Emulsão polimérica de isocianato (EPI) e a Melamina uréia formaldeído (MUF).
2 2. REVISÃODELITERATURA
__________________________________________________________________________
2.1. Bioma Caatinga
O bioma Caatinga, que ocupa uma área correspondente a cerca de 11% do país, tem sua formação composta por espécies adaptadas às condições de estresse hídrico, baixa umidade e solos rasos, sendo estas espécies, sobretudo, xerófitas e caducifólias, lenhosas bastante ramificadas, de alturas que variam de 3 a 12 metros e diâmetro de 15 a 45cm (ARAÚJO FILHO, 2013; MAIA et al., 2017; MMA, 2017). Os recursos naturais da Caatinga, principalmente as espécies madeireiras, são bastante explorados como biomassa (lenha e carvão) dentro de uma realidade notadamente preocupante visto que na maioria das vezes esse tipo de exploração segue sem manejo, ou um estudo prévio das suas reais potencialidades tecnológicas e sem fiscalização dos órgãos regulatórios, caracterizando um subaproveitamento de suas potencialidades de uso (NASCIMENTO et al., 2015). Dessa forma, torna-se imprescindível o desenvolvimento de pesquisas que buscam encontrar alternativas de aplicações tecnológicas que expõe suas potencialidades e estratégias que fortalezam o manejo sustentável da Caatinga (SILVA et al., 2009; ARAUJO, 2010; MAIA, 2012; NASCIMENTO et al., 2012).
2.2. Características das espécies estudadas
Maia (2012) descreveu diversas espécies da caatinga do Nordeste brasileiro e suas principais utilidades a partir de um copilado de informações extraídas de trabalhos científicos, dentre as quais as mesmas espécies escolhidas para o desenvolvimento desta pesquisa se destacaram para fabricação de móveis. As espécies escolhidas foram: a Cordia oncocalyx Allemão (Pau Branco), Aspidosperma pyrifolium Mart. (Pereiro) e Mimosa caesalpiniifolia Benth. (Sabiá).
O Sabiá (Mimosa caesalpiniifolia Benth.) é uma espécie endêmica do Brasil, arbórea com altura variando na faixa de 5 a 8 metros, com tronco de 20 a 30 cm de DAP e bastante ramificado. Apresentando ramos fortemente aculeados, com cerne e alburno bem distintos, apresenta resistência ao ataque de cupins (SILVA; DIAS; OLIVEIRA, 2015). Caracterizando-se como uma madeira pesada, densa, dura e de superfície lisa e brilhante o Sabiá possui a madeira altamente resistente à decomposição, sendo esta utilizada para mourões, postes, dormentes, lenha e carvão de boa qualidade devido ao alto poder calorífico (MAIA, 2012). Gonçalves et al. (2010) realizaram o estudo de caracterização físico-química da madeira de Mimosa caesalpiniifolia Benth encontram o percentual de 9% de extrativos totais, 0,45% de cinzas. O Sabiá conta com densidade básica da madeira que variar entre 0,76 e 1,02 g/cm³ dependendo da posição no tronco (SILVA; DIAS; OLIVEIRA, 2015).
3
Figura 1:Toretes de Mimosa caesalpiniifolia Benth. (Sabiá)
Fonte: Autoria própria (2017).
O Pereiro (Aspidosperma pyrifolium Mart.) trata-se de uma árvore com altura variando de 7 a 8 metros, fuste ereto, casca acinzentada, lisa e com lenticelas, com densidade de 0,79 g/cm³ e bastante utilizada na fabricação de móveis, portas, janelas e tacos de piso (MAIA, 2012). Em um estudo desenvolvido sobre a resistência natural ao ataque de cupins Paes et al. (2003) destacou o Pereiro com uma espécie altamente resistente. Maia (2018) obteve em seus estudo o teor de extrativos totais para o Pereiro de 2,28%.
Figura 2: Toretes de Aspidosperma pyrifolium Mart. (Pereiro).
Fonte: Autoria própria (2017).
O Pau Branco (Cordia oncocalyx Allemão), espécie endêmica do Brasil, distribuída geograficamente entre os estados do Ceará, Paraíba, Pernambuco e Rio Grande do Norte, apresenta altura que varia de 8 a 16 metros, com tronco tortuoso de 30 a 50 cm de diâmetro e casca lisa de coloração branca, madeira considerada pesada com densidade de 0,84 g/cm³. (MAIA, 2012). Paula (2018) em um estudo sobre a caracterização anatômica da madeira de três espécies do semiárido observando que partir de algumas características analisadas o
4 Pau Branco possuem potenciais para outros usos, além dos já largamente utilizados, como a geração de energia. Contemplando assim como potencial para: palete, palito de dente, lápis, palito de sorvete, palito de fosforo, brinquedos, moldura, tábua para corte de carne, piso residencial, raquete, revestimento em geral (lambri, parede interna e parede externa), taco para esportes, telha de madeira, tonel, esquadria (janela, porta maciça, caixilho, portal, escada, alisar e rodapé), cabo para ferramenta, cabo para implemento agrícola, embalagem pesada.
Figura 3: Toretes de Cordia oncocalyx Allemão (Pau Branco).
Fonte: Autoria própria (2017).
2.3. Painéis de madeira colada lateralmente (EGP)
Associação brasileira da indústria da madeira processada mecanicamente classifica os painéis colados lateralmente como um produto de maior valor agregado (PMVA), uma vez que possibilita o aproveitamento e valorização do produto primário: os sarrafos de madeira e os resíduos de madeira serrada principalmente os resíduos de Pinus sp. sendo esta responsável por grande parte da matéria prima utilizada na produção nacional. No entanto é possível encontrar painéis com madeira de Eucalyptus sp., em ambos os casos não são aplicados revestimentos ao painel EGP, visto que neste tipo de painel aprecia-se o efeito decorativo do designer formado pelo constate de cores e dos desenhos da madeira (ABIMCI, 2009).
O Painel de madeira colada lateralmente é uma tecnologia que utiliza-se da junção entre sarrafos coladas lateralmente com adesivos, podendo possuir emendas ao longo de seu comprimento, chamadas de emendas de topo que podem ser do tipo finger joint, construindo um painel sólido muito utilizado no mercado na construção civil, moveis, portas, janelas e na indústria de pisos (IWAKIRI, 2005; BILA et al., 2016). O fator mais atraente na fabricação deste tipo de painel é a possibilidade do uso de pequenas peças de madeira que seriam
5 descartadas. Ou seja, as emendas ao logo do painel possibilitam o aproveitamento como os resíduos de serrarias, ou árvores de pequenos diâmetros aproveitando material que seria descartado ou queimado como biomassa (DANAWADE et al., 2014).
Os adesivos mais utilizados na colagem do painel EGP são os Poliacetato de Vinila (PVA) e Emulsão polimérica de isocianato (EPI) (IWAKIRI et al., 2015).Na fabricação, assim como na avaliação da qualidade de um painel EGP deve-se levar em consideração um conjunto de fatores, como as características do adesivo, densidade básica da madeira, teor de extrativos, teor de cinzas. Estes podem vir a interferir nos procedimentos empregados na colagem e nas condições de uso final do material colado (IWAKIRI, et al., 2015).
De acordo com Fogaça (2014), o processo de produção do EGP inicia-se com o desdobro da tora em tábuas, que serão transformadas em sarrafos. Porém, devido estes sarrafos possuírem falhas aparentes como bolsões de resina, nós ou desvios de grã, a utilização de scanners pode tornar-se necessário. Logo, este equipamento seleciona as áreas de acordo com a presença ou não dessas falhas quando se utiliza o Pinus sp. como matéria prima por exemplo, sendo assim a melhor forma de selecionar as áreas de cortes de acordo com sua qualidade. Ainda sobre a fabricação do painel EGP, Iwakiri (2005) divide o processo de produção em três etapas. Na primeira ocorre à preparação (corte) dos sarrafos ou lamelas, em seguida realizam-se as junções laterais dos sarrafos e por último o acabamento do painel.
Contudo, durante este processo de produção, os sarrafos já colados e prensados seguem para descanso até atingirem a cura do adesivo. O período de cura do adesivo geralmente passa por no mínimo de 24 horas de descanso, dependendo das orientações dadas pelo fabricante do adesivo que será utilizado (LOPES, 2008). Em seguida o painel é esquadrejado, passando pela calibração que determina a espessura comercial do painel. Por fim, o mesmo será embalado, transportado e comercializado (DIAS, 2016).
Dias (2016) desenvolveu o estudo de avaliação da influência de variáveis na produção de batentes de painel EGP de Pinus taeda. O autor descreveu o processo de fabricação dos batentes, relatando que na primeira etapa do processo de produção ocorre o aplanamento e refilamento das tábuas. Em seguida os sarrafos são classificados a fim de se obter apenas peças isentas de defeitos como nó, medula ou bolsas de resina. Então separadas conforme os planos de cortes, obtendo assim as chamadas lamelas clear radiais e tangenciais.
2.4. Tipos de junções utilizadas na fabricação do painel EGP
Atualmente existem painéis EGP que são comercializados com três tipos diferente de junção conhecidas como junção de topo simples e biselada (Figura 4). A junção finger joints sendo está a mais comum no mercado (Figura 5).
6
Figura 4: Junção de topo simples e biselada.
Fonte: Autoria própria (2017). Figura 5: Junção de finger joints.
Fonte: Larue (2017)
Ozkaya (2011) desenvolveu um estudo sobre o módulo de elasticidade à flexão em painéis EGP com diferentes larguras de sarrafos e diferentes tipos de junção. Foram utilizadas as madeiras de Fagus orientalis, Abies bornmülleriana e Pinus brutia, sobre colagem com adesivo poliacetato de vinila. Onde a junção plana apresentou os melhores resultados, seguido pela junção tipo finger joint e pôr fim a triangular. As diferentes junções avaliadas podem ser vistas na Figura 6.
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Figura 6: Painel EGP: (a) sarrafos com junção plana, (b) junção por finger joint, (c) junção triangular.
Fonte: OZKAYA (2011).
2.5. Principais adesivos utilizados na colagem do painel EGP
De acordo com Bila (2014), o estudo acerca das propriedades específicas de cada adesivo é determinante para sua escolha, de maneira que suas propriedades podem vir a influenciar se o painel pode ser utilizado em área externa ou de uso interno. Na fabricação comercial de painéis EGP os adesivos mais utilizados são o poliacetato de vinila (PVA) e emulsão polimérica de isocianato (EPI) (IWAKIRI et al., 2015). O PVA é um adesivo a base de água, conhecido como cola branca, sendo este um dos adesivos mais empregados na indústria de painéis de madeira e na fabricação de móveis (IWAKIRI, 2005; LOPES, 2008; BILA, 2014). Os mesmos autores afirmaram que sua cura pode ser atingida em temperatura ambiente, diminuindo custos. Porém, a sua baixa resistência à umidade restringe o seu uso a ambientes internos.
A emulsão polimérica de isocianato caracteriza-se como um adesivo bicomponente, que deve ser ativado por meio de um endurecedor ou catalisador e que precisa ser misturado antes da aplicação. O tempo desse processo deve ser ajustado de acordo com a recomendação do fabricante, podendo ser empregado em equipamentos tradicionais para colagem de madeira (LOPES, 2008). Segundo Lau (2017) estes adesivos e todos os outros comercializados, são classificados de acordo com a sua resistência baseada na classe de durabilidade especificada pela Norma Europeia EN 204 (EN, 2001) e EN 205 (EN, 2002) que podem ser vistos na Tabela 1.
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Tabela 1: Descrição das classes de curabilidade dos principais adesivos utilizados na fabricação de painéis reconstituídos de madeira.
Classes de
Durabilidade Descrição das condições e orientações de aplicação
D1 Uso interno em que o teor de umidade da madeira não exceda 15%.
D2 Interior com exposição ocasional a um curto prazo em água condensada
ou umidade elevada, desde que o conteúdo de umidade da madeira não exceda 18%.
D3 Interior com exposição frequente a um curto prazo em água condensada
ou a exposição excessiva à alta umidade. Exterior não exposto ao tempo.
D4 Interior com exposição frequente a um longo prazo em água condensada
ou corrente. Exterior deve ser protegido por um revestimento de superfície adequada.
Fonte: Norma EN 204 (EN, 2001) adaptada por LAU (2017).
Outros adesivos são utilizados como a Melamina-Uréia-Formaldeído (MUF) ou a Resorcina-Formaldeído (RF) quando se produz os painéis EGP estruturais, sendo estes adesivos mais resistentes a umidade. No entanto são adesivos mais caros (FONTE, 2016).
2.6. Características da madeira que influenciam na qualidade de produção do painel EGP
Os principais parâmetros avaliados para qualidade da madeira na produção de painéis EGP são a densidade da madeira, porosidade, teor de extrativos, pH e o teor de cinzas na madeira. Estes fatores influenciam diretamente no comportamento e ações de mobilidade dos adesivos empregados na produção do painel (IWAKIRI, 2005; BILA et al., 2016).
As madeiras consideradas de baixa densidade podem produzir produtos de baixa qualidade por haver maior penetração do adesivo, resultando em uma linha de cola faminta. Estas condições possibilitam uma maior penetração do adesivo e consequentemente, irá se formar uma linha de cola fina e sem resistência (IWAKIRI, 2005). O mesmo autor afirma que as madeiras de alta densidade são difíceis de colar porque possuem paredes de células espessas e lúmens pequenos, fazendo com que a penetração do adesivo seja limitada, obtendo-se uma junta de qualidade inferior.
Juizo (2015) destacou outras propriedades inerentes na relação anatômica da madeira e a qualidade do painel EGP como a presença do lenho inicial e lenho tardio. Essas variações resultam em consideráveis diferenciação quanto a porosidade e distribuição dos elementos anatômicos que reflete na movimentação do adesivo nos diferentes lenhos, produzindo um produto de menor qualidade. Dessa forma, as distribuições das estruturas anatômicas entre o lenho inicial e tardio, podem vir a causar problemas na penetração do adesivo, resultando em uma linha de cola faminta ou espessa (IWAKIRI, 2005).
9 O teor de umidade da madeira também infere na qualidade quando se refere à estabilidade da ligação adesivo-madeira, de forma que a quantidade e o ritmo de absorção do adesivo líquido pela madeira são influenciados pelo conteúdo de umidade. Quanto menor for o teor de umidade da madeira, maior será a taxa de absorção, velocidade de cura e solidificação do adesivo (IWAKIRI, 2005).
As propriedades químicas da madeira mais importantes para a produção de painéis são o teor de extrativos e o pH da madeira que podem interferir na performance da ligação adesivo e madeira, principalmente quando há exposição de áreas com maior ou menor concentração de extrativos na superfície do material ser colado (IWAKIRI, 2005; BILA et al.., 2016).
Albino et al. (2012) realizaram um trabalho com objetivo de caracterizar anatomicamente e quantificar os extrativos totais em diferentes posições de toras de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden com 18 anos de idade. Foi avaliada a00 influência dessas características sobre a resistência ao cisalhamento, bem como observando a percentagem de falhas na madeira de juntas coladas com adesivo termoendurecedor resorcinol-formaldeído. Os autores observaram que, tanto no sentido radial quanto no sentido longitudinal das toras, houveram variação dos valores encontrados para a mensuração dos elementos anatômicos, quantidade de extrativos totais, resistência ao cisalhamento e percentagem de falhas na madeira.
Desta forma concluíram que tanto a distribuição dos elementos anatômicos quanto o teor de extrativos na madeira influíam na qualidade de colagem. Sendo que o teor de extrativos totais pode ter influenciado de maneira positiva na qualidade de colagem em relação à resistência ao cisalhamento.
Santiago et al. (2018) retratam que das constituições químicas da madeira o teor de extrativos é um dos parâmetros mais importantes para uma boa colagem. Os autores avaliaram o comportamento dos adesivos de taninos extraídos das cascas de eucalipto, em juntas coladas com madeiras de diferentes classes de densidades. Foi observado que as madeiras de alta densidade apresentaram maior teor de extrativos.
O pH de uma solução é a medida de concentração de íons de hidrogênio e na madeira essa concentração ocorre de acordo a movimentação dos extrativos presentes no lenho que migram das regiões mais internas para as mais externas (BILA, 2014). O pH da madeira pode vir a favorecer o pré-endurecimento do adesivo impedindo fluidez, umectação e penetração (IWAKIRI, 2005).
Juizo (2015) destacou que as variações entre o pH da madeira e o pH do adesivo não deve ultrapassar os limites de 2,5 no mínimo e 11 no máximo. Em relação às cinzas presentes na madeira, Iwakiri (2005) salientou que o conteúdo de cinzas pode afetar o pH da madeira e
10 os procedimentos de usinagem, visto que a presença da sílica nas cinzas promove o desgaste excessivo das ferramentas de corte.
A qualidade da superfície da madeira torna-se um parâmetro importante quando se trata das características de usinagem e trabalhabilidade da madeira. Porém atualmente não existem diretrizes práticas definitivas estabelecidas ou procedimentos de análise para avaliação desse parâmetro. A norma americana ASTM D1666-87 (1988) é a norma que padroniza a metodologia utilizada para a realização de testes de usinagem de madeira e de materiais à base de madeira com o objetivo de classificação visual da superfície. No entanto, a norma não indica métodos e procedimentos para quantificar a qualidade superficial de madeiras no que diz respeito a superfícies que serão submetidas à colagem com adesivos (ALVES, 2012).
2.7. Métodos de avaliação e controle de qualidade do painel EGP
O principal parâmetro avaliado na qualidade do painel EGP é a ligação entre o adesivo e madeira. Diante desse fator são desenvolvidos testes e avaliação referente à linha de cola, como a tensão de cisalhamento. Os métodos mais utilizados no controle da qualidade do painel EGP são ensaios nas emendas de topo em flexão estática, tração, seguindo-se dos ensaios de cisalhamento na linha de cola, tanto nas juntas laterais quanto na junção de topo ao longo do painel (IWAKIRI et al., 2015).
A avaliação da qualidade da colagem lateral dos painéis EGP pode ser realizada de acordo com a norma EN 13353(2003) que classifica os painéis como sendo de uso interno. Segundo a norma os corpos de prova do ensaio de resistência a colagem lateral devem ser submetidos previamente a imersão em água, a uma temperatura de 20ºC durante 24h. Após os ensaios é feita a classificação visual é realizada nos ensaios de cisalhamento para análise da qualidade e a eficiência de colagem na linha de cola, obtendo a porcentagem de falhas ou porcentagem de fibras arrancadas com presença visível, na superfície da ruptura nas faces coladas.
A porcentagem de falhas na madeira passa a ser obtida a partir da avaliação visual de cada corpo de prova, atribuindo-se valores que são obtidos depois da divisão de quadrantes visuais divididos de acordo com as dimensões dos corpos de prova (BILA, 2014; JUIZO, 2015). Na Tabela 2 pode-se observar as principais normas utilizadas na avaliação da qualidade de painéis de madeira.
11
Tabela 2: Principias normas utilizadas para determinar as propriedades químicas, físicas e mecânicos para painéis EGP.
Norma Ensaio
TAPPI 207/1994 Teor de extrativos em água fria e quente
TAPPI 211/1994 Teor de cinzas
TAPPI 212/1994 Teor de extrativos em NaOH 1%
TAPPI 252/1994 pH da madeira
NBR 14853/2002 Teor de extrativos em etanol-tolueno e extrativos totais
NBR 7989/2003 Teor de lignina insolúvel
EN 542/2003 Densidade
ABNT 7190 (1997) Densidade básica e aparente
EN 827/2006 Teor de sólidos
EN 12145/2001 Viscosidade
EN 323/2002 Determinação da massa específica aparente
EN 322/2003 Determinação do teor de umidade
EN 13354/2003 Ensaio de cisalhamento na linha de cola e avaliação
por meio do 5° percentil
NBR ISO 12466-2/2006 Porcentagem de falha da madeira
Fonte: BILA (2014); TRIANOSKI (2012); FONTE (2014).
2.8. Classes de qualidade do painel EGP comercializado
A qualidade do EGP está relacionada à incidência de defeitos observados nos sarrafos que compõem o painel (ABIMCI, 2009). Neste sentido, as empresas que produzem painéis de EGP no Brasil classificam os painéis quanto à presença e frequência de defeitos (Figura 7). Os painéis são classificados como: de qualidade A, isentos totalmente de defeitos naturais como nó ou medula. Esses painéis são utilizados na fabricação de móveis de luxo; os painéis de qualidade B são painéis produzidos a partir de sarrafos com poucos nós; e os painéis de qualidade C referem-se ao painel feito de madeira com muitos nós.
Figura 7. Painel qualidade A, painel de qualidade B e painel de qualidade C.
Fonte: PAINEL DE PINOS (2017)
12 2.9. Estudos sobre painéis EGP
Bila (2014) em estudo que objetivou avaliar juntas coladas com os adesivos poliacetato de vinila e emulsão polimérica de isocianato de seis espécies de madeiras tropicais da Amazônia com diferentes gramaturas, concluiu que não houve diferença estatisticamente significativa entre os valores de resistência das juntas coladas das espécies para ambos os adesivos. No caso, todas as espécies apresentaram potencial para produção do EGP.
Fonte (2014) avaliou a qualidade da colagem lateral de painéis EGP de Tectona grandis produzidos com diferentes gramaturas do adesivo poliacetato de vinila. O autor concluiu que não houve diferença estatística significativa entre diferentes gramaturas analisadas. Nenhuma das gramaturas testadas atingiu os requisitos mínimos de resistência estabelecidos pela norma EN 13354 (2003). Porém o adesivo estudado atende as necessidades do mercado brasileiro.
Almeida (2015) avaliou a qualidade da colagem utilizando os adesivos poliacetato de vinila e emulsão polimérica de isocianato em junções de topo e laterais da madeira de Cupressus lusitanica na produção de painéis EGP. No estudo os adesivos que utilizaram se destacou a emulsão polimérica de isocianato na gramatura 180 g/m² como a mais indicada para a colagem por apresentar maior resistência à umidade.
Fonte (2016) avaliou a espécie Cryptomeria japonica para a produção de painel EGP, utilizando diferentes gramaturas e os adesivos emulsão polimérica de isocianato, acetato de polivinila e melamina-uréia-formaldeído. Entre todos os tratamentos analisados os que apresentaram as maiores resistências foram a emulsão polimérica de isocianato com a gramatura de 120 g/m² e o melamina-uréia-formaldeído com a gramatura de 140 g/m². Todavia, o mesmo autor observou que as gramaturas 140, 160 e 180 g/m² não apresentaram diferenças estatísticas entre si. De maneira que a aplicação de uma gramatura acima de 120 g/m² não interferia na qualidade da linha de cola.
13 LITERATURA CITADA
AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM D 1666-87: Standard Method for conducting machining tests of wood and wood base material (reapproved 1994). Philaldelphia: 1995. p. 226 - 245.
ARAUJO, K. D.; DANTAS, R. T.; ANDRADE, A. P.; PARENTE, H. N.; ALENCAR, M. L. S. Caracterização do sistema de exploração da Caatinga em São João do Cariri – PB. Geografia. Londrina. v. 19 n. 2, 2010.
ARAÚJO FILHO, J. A. Manejo pastoril sustentável da caatinga. 1a ed. Recife: Projeto Dom Helder Câmara, 2013.
ALBINO, V.C.S.; MORI, F. A.; MENDES, L. M. Influência das características anatômicas e do teor de extrativos totais da madeira de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden na qualidade da colagem. Ciência Florestal, v. 22, n. 4, pp. 803-811, Out. Dez. 2012.
ALMEIDA, C. C. F. Avaliação da qualidade da colagem da madeira de Cupressus
lusitanica mill. para a produção de painéis colados lateralmente (edge glued panel -
EGP). 2015. Dissertação (Mestrado) – UESC, Lages, 2015.
ALVES, P. R. G. Resistência da linha de cola em superfícies lixadas da madeira de eucalipto. 2012. 109 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica na área de Materiais) - Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Projeto de estruturas de madeira NBR 7190. 107p. 1997.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 14853. Determinação do material solúvel em etanol: tolueno e em diclorometano. 2002.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7989. Determinação da lignina insolúvel em ácido. 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS – ABNT. NBR ISO 12466-2:2006. Madeira Compensada – Qualidade de colagem Parte 2: Requisitos. 2006.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DA INDÚSTRIA DA MADEIRA PROCESSADA MECANICAMENTE (ABIMCI). Estudo Setorial 2009: ano base 2008. Curitiba, 2009. 48 p. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE PRODUTORES DE FLORESTAS PLANTADAS (ABRAF). Anuário estatístico ABRAF 2013: ano base 2012. Brasília, 2013. 146p.
BILA, N. F. Avaliação da qualidade de juntas coladas de seis espécies de madeiras tropicais da Amazônia. 2014. 74 p. Dissertação (Mestrado em Ciências Florestais) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba.
BILA, N. F.; IWAKIRI, S.; TRIANOSKI, R.; PRATA, J. G. Avaliação da qualidade de juntas coladas de seis espécies de madeiras tropicais da Amazônia. Floresta, Curitiba, v. 46, n. 4, p. 455 – 464, 2016.
Casa da pedra: painel de eucaliptos. 2017. Disponível em <http://www.casapedra.com.br/produto8.html>. Acessado em: Jun. de 2017.
14 DANAWADE, B. A.; MALAGI, R. R.; PATIL, B. S.; HANAMAPURE R. S. Effect of finger joint on flexural strength of teak wood. International Journal of Engineering and Technology, v. 5, n. 6, p. 4929-4937, 2014.
DIAS, R. R. Avaliação da influência de variáveis na produção de batentes de painel EGP de Pinus taeda. 2016. 121 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica na área de Materiais) - Universidade Estadual Paulista, Guaratinguetá.
EUROPEAN STANDARD. EN 204: Classification of thermoplastic wood adhesives for non-structural applications. Bruxelas, 2001. 8 p.
EUROPEAN STANDARD. EN 322 - Determination of moisture content. Bruxelas, 2002. EUROPEAN STANDARD. EN 323 - Determination of density. Bruxelas, 2002.
EUROPEAN STANDARD. EN 542: Adhesives – Determination of density. Bruxelas. 2003. EUROPEAN STANDARD. EN 827: Adhesives – Determination of conventional solids content and mass solids. Bruxelas, 2006.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION - CEN. EN 13353. Solid wood panels (SWP) – Requirements. Bruxelas, 2008.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION - CEN. EN 13354. Solid wood panels (SWP) – bonding quality. Bruxelas, 2008
FOGAÇA, A. P. Determinação da qualidade de colagem e desempenho mecânico de painéis EGP comerciais. 2014. 68 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Engenharia Industrial Madeireira) - Universidade Estadual Paulista, Itapeva.
FONTE, A.P.N. Análise da qualidade da colagem lateral de painéis edge glued panels de
Tectona grandis produzidos com diferentes gramaturas. Trabalho de conclusão de curso
em Engenharia Industrial Madeireira, UFPR, Curitiba, 2014.
FONTE, A. P. N. Utilização da madeira de Cryptomeria japonica para a produção de painéis colados lateralmente e aplicação de acabamento superficial. 2016. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) – UFPR, Curitiba, 2016.
GONÇALVES, C. A.; LELIS, R. C. C.; ABREU, H. S. Caracterização físico-química da madeira de sabiá (Mimosa caesalpiniaefolia Benth.). Revista Caatinga, v. 23, n. 1, p. 54-62, 2010. IWAKIRI, S. Painéis de Madeira reconstituída. FUPEF. Curitiba. 2005. 247 p.
IWAKIRI, S.; TRIANOSKI, R.; NASCIMENTO, C. C.; GUMANE, C.; LENGOWSKI, E. C.; SCHARDOSIN, F. Z.; AZAMBUJA, R. Resistência das juntas coladas de madeiras de Inga alba (SW) Willd E Swartzia recurva Poepp. CERNE, v. 21, n. 3, p. 457-463. 2015.
JUÍZO, C. G. F. Aproveitamento de costaneiras em serraria de Eucalipto para produção de painéis EGP. 2015. 101 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) - Universidade Federal do Paraná, Curitiba.
LARUE: Finger Joint Maple Butcher Block Counter Top. 2017. Disponível em < https://www.laruewoodworking.com/portfolio-item/finger-joint-maple-butcher-block-counter-top/>. Acessado em: Jun. de 2017
LAU, P. C. Produção de painéis de colagem lateral – EGP com madeira de Populus
deltoides. 2017. 100 p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Florestal) - Universidade
15 LOPES, M. C. Espectroscopia no infravermelho próximo aplicada na avaliação de painéis de madeira colados lateralmente. 130 p. Tese (Doutorado em Ciências Florestais) Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2008.
MAIA, G.N. Caatinga: árvores e arbustos e suas utilidades. 2. ed. Fortaleza. Printcolor Gráfica e Editora. 2012.
MAIA, J. M.; SOUSA, V. F. O.; LIRA, E. H. A.; LUCENA, A. M. A. Motivações socioeconômicas para a conservação e exploração sustentável do bioma Caatinga. Desenvolvimento e Meio Ambiente, Curitiba, v. 41, p. 295-310, 2017.
MAIA, J.H. Efeito de produtos de acabamento na colorimétrica de madeiras da Caatinga. Monografia (Graduação em Engenharia Florestal). UFERSA. 2018.
MMA,
Ministério
do
Meio
Ambiente.
Disponível
em:
<http://www.mma.gov.br/biomas/caatinga> Acessado em: Jun. de 2017.
NASCIMENTO, M. F.; CHRISTOFORO, A. L.; BERTOLINI, M. S.; CHAHUD, E.; LAHR, F. A. R. Painéis de partículas homogêneas fabricados com espécies de manejo da região da Caatinga do Brasil. Construindo, Belo Horizonte, v. 5, n. 2, Jul/Dez. 2013.
NASCIMENTO, M. F.; BERTOLINI, M. da S.; PANZERA, T. H.; CHRISTOFORO, A. L.; ROCCO LAHR, F. A. Painéis OSB fabricados com madeiras da caatinga do nordeste do Brasil. Ambiente Construído. Porto Alegre, v. 15, n. 1, p. 41-48, jan./mar. 2015.
OZKAYA, K. Study of the bending modulus of elasticity of edge glued wooden panels with different width joinings. Technology, v. 14, p. 67-73. 2011.
PAINEL DE PINUS. 2017. Disponível em <http://paineldepinus.com/>. Acessado em: Jun. de 2017
PAULA, Y. L. Caracterização anatômica da madeira de três espécies do semiárido. Monografia (Graduação em Engenharia Florestal). UFERSA. 2018
SANTIAGO, S. B.; GONÇALVES, F. G.; LELIS, R. C. C.; SEGUNDINHO, P. G. D. A.; PAES, J. B.; ARANTES, M. D. C. Eucalypts wood glue with natural adhesives. Matéria (Rio de Janeiro), v. 23, n. 3, 2018
SILVA, L. B.; SANTOS, F. A. R.; GASSON, P.; CUTLER, D. Anatomia e densidade básica da madeira de Caesalpinia pyramidalis Tul. (Fabaceae), espécie endêmica da Caatinga do Nordeste do Brasil. Acta Botanica Brasilica, São Paulo, v.23, n.2, p.436-445, 2009.
SILVA, P. S. L.; DIAS, P. C.; OLIVEIRA, V. R. Potencial do sabiá como cultura do semiárido. Mossoró: Edufersa. 2015. 260p.
TECHNICAL ASSOCIATION OF THE PULP AND PAPER INDUSTRY. TAPPI 207 cm-99: water solubility of wood and pulp. Atlanta, 1999.
TECHNICAL ASSOCIATION OF THE PULP AND PAPER INDUSTRY. TAPPI 211 om-02: ash in wood, pulp, paper and paperboard - combustion at 525°C. Atlanta, 2002.
TECHNICAL ASSOCIATION OF THE PULP AND PAPER INDUSTRY. TAPPI 212 om-02: one percent sodium hydroxide solubility of wood and pulp. Atlanta, 2002.
TECHNICAL ASSOCIATION OF THE PULP AND PAPER INDUSTRY. TAPPI 252 om-02: pH and electrical conductivity of hot water extracts of pulp, paper, and paperboard. Atlanta, 2002.
16 TRIANOSKI, R. Avaliação da qualidade da madeira de espécies de pinus tropicais por meio de métodos convencionais e não destrutivos. 2012. Tese (Doutorado) – Universidade Federal do Paraná, Curitiba, 2012.
17 3. ARTIGO1
__________________________________________________________________________
Production of edge-glued panels with wood from three Brazilian dry forest
tree species and five types of adhesives
18
Production of edge-glued panels with wood from three Brazilian dry forest
tree species and five types of adhesives
Gabriela Oliveira de Souza
1, *Alexandre Santos Pimenta
1, Rosilani Trianoski
2,
Rafael Rodolfo de Melo
1, Tatiane Kelly Barbosa de Azevedo
1,
Renato Vinicius Oliveira Castro
31Agricultural Sciences Academic Unit, Department of Forest Engineering, Federal University of Rio Grande
do Norte – UFRN, RN 160, km 03, ZIP code 59.280-000, Natal-RN, Brazil
2Laboratory of Wood Panels, Department of Forest Engineering, Federal University of Parana – UFPR,
Curitiba-PR, Brazil
3Department of Agricultural Sciences, Federal University of São João Del Rei – UFSJ, Sete Lagoas-MG, Brazil
19
ABSTRACT: This article reports an experiment to evaluate the technical viability of producing
edge-glued panels (EGPs) with wood from three Brazilian dry forest species: Aspidosperma
pyrifolium, Cordia oncocalyx and Mimosa caesalpiniifolia. Five adhesives were used:
polyvinyl acetate D3 (PVA D3), polyvinyl acetate D4 (PVA D4), castor oil polyurethane (CP),
polymer isocyanate emulsion (PIE) and melamine-urea-formaldehyde (MUF). The
experimental design was completely randomized, involving 3 wood species, 5 adhesives and 5
replicates, totaling 75 observations. Physical-chemical properties of the wood species, basic
density, extractives content and pH, were determined. Wood joists were laterally bonded and
after conditioning were sawn to obtain the test specimens. Before evaluation of bonding quality
by mechanical testing, the specimens were separated into groups, each one submitted to a
different pretreatment: dry and moist condition and after 6-hour boil test and boil cycle test.
The glueline performance indicators were the 5
thlower percentile and the percentage of wood
failure. The three wood species showed potential for production of EGPs and at least two
adhesives (CP and MUF) resulted in bonded joists able to withstand the 6-hour boil test and the
boil cycle test. Despite the observation of a negative correlation between extractives content
and 5
thlower percentile, when the adhesive MUF was used, this detrimental effect was
overcome and all the joists reached the minimum strength required by the technical standards.
Keywords: edge-glued panels; Brazilian dry forest wood species; polyvinyl acetate; castor oil
polyurethane; polymer isocyanate emulsion; melamine-urea formaldehyde
20
1. INTRODUCTION
An edge-glued panel (EGP) is a single-layer glued board bonded parallel to the longitudinal
side of the intermediate battens from the same type of wood. In Brazil, the material usually used
to produce EGPs includes wood from trees with small diameters (e.g., trees from thinning),
rejected logs or wasted pieces from sawmills or woodworking. Pinus is the species most often
used (Revista da Madeira 2019), but teak (Tectona grandis) and eucalyptus wood are applied
as well (Prata 2010). This way, EGP production can be seen as a promising technique for reuse
of low-value trees and wood wastes, to make products with high added value (Bila and Prata
2016).
The Brazilian dry forest is a biome typical to the Northeast region of the country, characterized
by containing a significant variety of wood species tolerant to saline soils, thermal and water
stress (Santos et al. 2016). Unfortunately, wood species from Brazil are harvested mostly for
energy use as firewood for industrial and household purposes. Thus, many species are
underutilized, mainly because the technological characteristics of the wood from those species
and their correct management are not well known (Almeida et al. 2015). About 2,5 % of the
total area of Brazilian dry forest is under sustainable forest management (Carneiro et al. 2013),
aiming to preserve biodiversity and promote more rational uses for species (Nascimento et al.
2015).
Despite the limited knowledge about the dry forest tree species, it is known that most of them
have medium to high basic density values, making them interesting alternatives for production
of EGPs (Santos et al. 2013). However, as noted by Bila and Prata (2016), the first question to
be clarified for production of bonded products of any kind is to know whether the wood has
acceptable adhesion properties. Such evaluation can be accomplished by means of standardized
21
tests of bonding and glueline quality to judge the shear strength and percentage of wood failure
from bonded joists. In the manufacture of EGPs, a set of factors must be considered, the most
important being the type of adhesive, basic density of the wood and its extractives and ash
content, since they can decisively influence the bonding procedures and in the proper uses of
the final product (Iwakiri 2005).
According to Iwakiri et al. (2015), for the production of EGPs, two types of adhesive are most
often applied, polyvinyl acetate (PVA) and the polymeric isocyanate emulsion (PIE). PVA is a
water-based adhesive, currently one of the most employed adhesives in the wood panel and
woodworking industries (Iwakiri 2005; Lopes 2008; Bila 2014). The curing of PVA occurs at
room temperature, which decreases production costs although its low resistance to moisture
restricts it only to products for indoor uses. As pointed out by Endo et al. (2017), citing the
European Standard EN 204:2016 (EN 2016), the D3 class of PVA based adhesives is orientated
to indoor-use products subject to frequent and fast exposure to moisture and outdoor conditions,
but with no direct exposure to weather. In turn, the PVA D4 type is indicated for wood products
for indoor uses but subject to frequent and long-term exposures to moisture with proper
protection. PIE is a two-component adhesive composed of a base of polyvinyl acetate and a
polymeric isocyanate which acts as a catalyst for the curing reactions (Iwakiri et al. 2019).
However, new combinations wood and adhesive are desirable in order to expand the
possibilities of utilization under various weather exposure situations, including direct,
long-term exposure and possibly outdoor uses of EGPs.
Based on these observations regarding expanding the technological options for use of wood
from Brazilian dry forest tree species, and also to learn the mechanical performance of joists
bonded with adhesives not commonly used for EGP production, the objectives of the present
work were:
22
- to evaluate the technical viability of producing edge-glued panels (EGPs) with wood
from three species of Brazilian dry forest trees, Aspidosperma pyrifolium, Cordia
oncocalyx and Mimosa caesalpiniifolia by using five types of adhesives.
2. MATERIAL AND METHODS
2.1. Wood sampling and chemical characterization
Wood samples used in the present work were collected in an area of Brazilian dry forest under
to sustainable management located in the municipality of Governador Dix-Sept Rosado, Rio
Grande do Norte state, at 05º 27' 32" S and 37º 31' 15" W. The tree species were Cordia
oncocalyx, Aspidosperma pyrifolium and Mimosa caesalpiniifolia. The procedures for log
collection and wood sampling were carried out as described by Santos et al. (2013). Wood
samples consisted of logs with minimum diameter of 15 cm and 1.0 m length. Logs were sawn
to obtain battens with 310 cm length x 50 cm width and 2 cm thickness. Battens were oven
dried at 60°C + 1°C until reaching 8 % moisture content.
Wood samples from the three species were converted into chips, ground and characterized
according to procedures described in standard TAPPI T 204 (TAPPI 1997), for determination
of total extractives content and pH. Samples were extracted with hot water and acetone, and the
sum of total extractives was measured as recommended by that standard. All extractions were
carried out in three replicates. For wood basic density determination, procedures described by
the standard NBR 7190 (ABNT 1997) were followed by using specimens with the dimensions
of 2.0 cm x 3.0 cm x 5.0 cm, respectively, oriented in radial, tangential and longitudinal
anatomical planes.
2.2. Lateral bonding evaluation
The following adhesives were applied, namely, polyvinyl acetate (PVAc) D3 KL 240,
polyvinyl acetate (PVAc) D4 DL270 (Biofragane, Curitiba-PR, Brazil), castor oil polyurethane
23
(CP) UR 5151 (Imperveg Polímeros Comércio e Indústria, Itupeva-SP, Brazil), polymeric
isocyanate emulsion (PIE) and melamine-urea-formaldehyde (MUF) – (Biofragane,
Curitiba-PR, Brazil). An entirely randomized experimental design was made up involving three wood
species and five adhesives with 15 treatments and 5 replicates per treatment, totalizing 75
observations. The experimental design is showed in the Table 1. For each wood species, two
battens were laterally bonded two by two with by using 200 g.m
-2of adhesive applied on one
face.
Table 1: Experimental design.
Wood Species Experimental Treatment Adhesive
Cordia oncocalyx 1 PVAc D3 2 PVAc D4 3 PIE 4 CP 5 MUF Aspidosperma pyrifolium 6 PVAc D3 7 PVAc D4 8 PIE 9 CP 10 MUF Mimosa caesalpiniifolia 11 PVAc D3 12 PVAc D4 13 PIE 14 CP 15 MUF
The adhesives were prepared according to the manufacturers’ recommendations and after
adhesive application, the joists were pressed at 8,0 kgf.cm
-2with a torque wrench at room
temperature. For joists bonded with the adhesives PVA D3, PVA D4 and PIE, a pressing time
of 1 hour was used. For CP and MUF adhesives, the pressing times were, respectively, 10 min
24
and 5 hours. After bonding, the joists were conditioned at room temperature during 7 days to
guarantee total curing of the adhesives before specimen cutting. From each joist, 10 specimens
were obtained as recommended by the European Standard EN 13354 (EN 2008).
Before evaluation of bonding quality by mechanical testing, the specimens were separated into
groups, each of which was submitted to pretreatment as recommended by the standards
EN-13353 (EN 2008) and EN-13354 (EN 2008). These pretreatments are described in Table 2.
Table 2: Pretreatments applied to test specimens before mechanical assessment.
Pretreatment Procedures before assayDry Specimens assayed in dry condition (hygroscopic moisture content ~ 12 %) Moist Specimens assayed after immersion in water at room temperature for 24 hours Boiling Specimens assayed after 6 hours boiling at 100°C followed by 1 hour cooling in water
at room temperature
Boil Cycle Specimens assayed after 4 hours boiling at 100°C, oven drying for 16 hours at 60°C, 4 hours boiling at 100°C followed by 1 hour cooling in water at room temperature
After pretreatments, the specimens were tested following the procedures described in the
standard EN-13354 (EN 2008) and the results were compared with the requirements described
in the standard EN-13353 (EN 2008). This standard recommends that in order to comply with
the 5
thpercentile criterion, the shear strength must reach values greater than or equal to 2,5
MPa. After the mechanical assessment, the specimens’ wood failure percentage was determined
by the procedures described in the standard EN 314-1 (EN 2008). Shear strength tests were
conducted by a universal testing machine (EMIC, Brazil) with load capacity of 2 tons.
The experiment followed a completely randomized design with a 3 x 5 factorial scheme, with
3 wood species and 5 types of adhesive, totaling 15 treatments with 5 joists per treatment. First,
by evaluating the experimental data, the homogeneity of variances was assessed by the Bartlett
25
test. After this, means of treatments were submitted to analysis of variance (Anova) and
experimental means were statistically compared by the Tukey test at 5 % of significance.
3. RESULTS AND DISCUSSION
3.1. Physical-chemical properties of wood species
Table 3 reports the mean values obtained from the following analyses of the wood species:
basic density, extractives content and wood pH. There were statistical differences of basic
density among the species. Mimosa caesalpiniifolia had the highest value, 760 kg.m
-3, which is
in agreement with the value reported by Gonçalves et al. (2010), of 770 kg.m
-3. In turn, Cordia
oncocalyx and Aspidosperma pyrifolium had basic densities of 660 and 530 kg.m
-3.
Table 3: Experimental means of physical-chemical properties of wood species.
Wood species Basic density(kg.m-3) Total extractives (%) pH Aspidosperma pyrifolium 530 c 7,53 b 5,32 a Cordia oncocalyx 660 b 6,52 b 5,26 a Mimosa caesalpiniifolia 760 a 10,68 a 4,31 b
*Means followed by same letters in columns are statistically equal by the Tukey test at 5 % of significance
Typically, values of basic density for wood species from the Brazilian dry forest are higher than
500 kg.m
-3, being considered medium to high-density woods (Almeida et al. 2015), which is
the case of the species assessed in the present work. In Brazil, the wood species mostly used as
raw material for producing edge-glued panels are Eucalyptus grandis, Pinus elliottii, Pinus
taeda and Tectona grandis, considered to have low to medium densities (Lobão et al. 2011).
For the wood of Eucalyptus grandis, several values are reported, in the range of 436 to 535
kg.m
-3(Ribeiro and Zani Filho 1993). According to those authors, the range of variation is due
mainly to variety, provenance, tree spacing and age. Likewise, Oliveira et al. (2005) found basic
density for this species in the range of 460 to 530 kg.m
-3. In turn a mean value of 430 kg.m
-326
for the basic density of Eucalyptus grandis was reported by Carvalho et al. (2015). Wood of
Pinus elliottii has basic density of 470 kg.m
-3, as reported by Balloni (2009), who evaluated
22-year-old trees. For Pinus taeda wood, Vivian et al. (2015) reported basic density equal to
435 kg.m
-3. For the same species and considering specimens collected from trees with ages in
the range of 8 to 17 years, Xavier (2009) reported basic density values, respectively, in the
range of 351 to 389 kg.m
-3. For Tectona grandis, basic density is in the range of 467 to 603, as
cited by Finger et al. (2003), while Moretti et al. (2017) reported values in the range of 677 to
692 kg.m
-3. Therefore, by comparing the basic density of wood species currently used to
produce EGPs in Brazil with the same property of the wood species investigated in the present
study, both Aspidosperma pyrifolium and Cordia oncocalyx had similar values, while Mimosa
caesalpiniifolia showed higher values than all of them.
Regarding extractives content determined by chemical extraction, the highest value was found
for Mimosa caesalpiniifolia, with 10,68 %, followed by Aspidosperma pyrifolium and Cordia
oncocalyx with respective values of 7,53 and 6,52 % (Table 3). As highlighted by Santiago et
al. (2018), extractives content is one of the most important parameters for efficient wood
bonding, especially if the pH or chemical composition causes alterations in the adhesive
chemical or physical properties. As reported by those authors when evaluating bonding quality
with natural adhesives applied to eucalyptus wood, usually higher densities were accompanied
by higher extractives contents, reaching a maximum of 5,84 %. However, in that case there was
no detrimental effect of extractives on the bonding performance, so higher basic density led to
greater shear strength of the bonded joints.
There was no statistical difference in pH between Aspidosperma pyrifolium and Cordia
oncocalyx wood, respectively, with values of 5,32 and 5,26. A more acidic pH of 4,31 was
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of wood adhesives, impairing the cohesion of the glueline by acting as a buffer, hindering the
correct penetration of the adhesive into the substrate, which prejudicial for wood panel bonding
(Iwakiri et al. 2015).
3.2. Shear strength in dry condition
Table 4 presents the 5
thlower percentile and the percentage of wood failure obtained in the
evaluation of the shear strength of joists in dry condition. The highest values for the 5
thpercentile were obtained for the bonded joists of Aspidosperma pyrifolium and Cordia
oncocalyx. Except with the adhesives PIE and MUF, the species Mimosa caesalpiniifolia
showed the lowest 5
thpercentile values. Regarding the wood failure, percentage, only the joists
bonded with MUF reached the requirements of the standard ABNT NBR ISO 12466-1 (ABNT
2006), which postulates a minimum of 65 % for this parameter. For all three species, joists
bonded with MUF had the highest shear strength compared to the other adhesives.
Table 4: 5
thlower percentile and percentage of wood failure in dry condition.
Wood Species
Aspidosperma pyrifolium Cordia oncocalyx Mimosa caesalpiniifolia
Adhesive 5th lower percentile % WF 5th lower percentile % WF 5th lower percentile % WF
PVAc D3 11,81 b 13 10,00 b 13 9,51 b 10
PVAc D4 11,59 b 4 10,77 b 23 7,77 bc 14
PIE 14,99 a 60 14,03 a 66 14,94 a 35
CP 11,29 b 11 10,04 b 23 6,83 c 0
MUF 17,25 a 93 12,05 b 75 15,69 a 74
For the 5th lower percentile, means followed by different letters in columns are statistically different by the Tukey test at 5 % significance
As can be seen in the Table 4, the joists bonded with the PIE and MUF stand out with the
highest values of 5
thpercentile for the three species, indicating the good quality of the bonding
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