III ENECS – ENCONTRO NACIONAL SOBRE EDIFICAÇÕES E COMUNIDADES SUSTENTÁVEIS

PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE MDF FABRICADO A PARTIR DE RESÍDUOS DE ESPÉCIE DE REFLORESTAMENTO E ADESIVO ALTERNATIVO

Cristiane Inácio de Campos (cic@sc.usp.br) Doutoranda do Programa de Pós-Graduação em Interunidades na Área de Ciência e Engenharia de Materiais – Escola de Engenharia de São Carlos - Instituto de Física de São Carlos - Instituto de Química de São Carlos / USP Francisco Antonio Rocco Lahr (frocco@sc.usp.br) Professor Titular do Departamento de Estruturas – Engenharia Civil – Escola de Engenharia de São Carlos / USP RESUMO O presente trabalho apresenta algumas propriedades físicas e mecânicas de MDF produzido com espécie de reflorestamento e adesivo alternativo, não empregado na produção de MDF industrial. Os ensaios foram realizados segundo as recomendações das normas européias (EN). Foram determinados o módulo de elasticidade e o módulo de resistência a flexão estática, absorção de água e densidade. Os resultados obtidos para as chapas de MDF produzidas em laboratório foram comparados aos valores das propriedades do MDF comercial, mostrando a viabilidade do emprego do adesivo alternativo na fabricação de MDF visando uso comercial, tendo em vista ser um adesivo natural.

Palavras-chaves: MDF, adesivo, propriedades físicas, propriedades mecânicas. PHYSICAL-MECHANICAL PROPERTIES OF MANUFACTURED MDF BASED OF RESIDUES OF

SPECIES OF REFORESTATION AND ADHESIVE ALTERNATIVE ABSTRACT The present work presents some physical and mechanical properties of MDF produced with reforestation species and alternative binder, not used in the production of industrial MDF. Testing were accomplished according to the recommendations of the European norms (EN). Module of elasticity and the resistance module in the static flexion, absorption of water and density were obtained. The results obtained for MDF produced in laboratory were compared to the values of the properties of commercial MDF. Results showed the viability of the employment of the alternative sticker in the production of MDF seeking commercial use, tends in view to be a natural binder. Word-keys: MDF, binder, physical properties, mechanical properties.

1. INTRODUÇÃO Os produtos derivados de madeira aparecem como proposta interessante na ampliação dos materiais a serem empregados na indústria da construção civil, moveleira, embalagens e outras. O Brasil apresenta condições favoráveis para se tornar um importante produtor mundial de painéis de madeira, isto porque, possui tecnologia que possibilita o uso de resíduos de processamento e reprocessamento da madeira. A produção de painéis à base de madeira é de relevante importância para a economia brasileira, pois possibilita geração de divisas e empregos. Entretanto, para que haja desenvolvimento, é preciso investir em tecnologias voltadas a melhorar a produção de painéis derivados de madeira. Segundo GONÇALVES (2000), a classificação dos produtos à base de madeira pode ser feita em função do material lenhoso utilizado na fabricação dos painéis e peças. Os tipos de matérias-primas mais comuns são lâminas, partículas e fibras de madeira, como estão apresentados na Figura 1.

igura 1 – Classificação dos produtos à base de madeira.

s principais países produtores de painéis de madeira encontram-se na América do Norte e

produção de painéis está sendo

FFonte: GONÇALVES (2000). OEuropa. Estes países são também os principais consumidores. A única exceção é o compensado, para o qual países do sudeste asiático são destaque. O Brasil tem uma pequena participação na produção de painéis quando comparado a outros países como EUA, Alemanha, China, entre outros. O único destaque é a chapa dura de fibra e, de certa forma, o compensado de madeira tropical. Enquanto, alguns produtos de madeira estão em declínio ou crescendo a taxas bastante reduzidas, a produção mundial de painéis vem crescendo a taxas médias superiores a 3% ao ano. Em alguns países, como é caso do Brasil, projeta-se para os próximos anos taxas anuais de crescimento superiores a 6%. Uma grande parte dos novos investimentos em unidades de orientada para países emergentes. Em princípio, a disponibilidade de matéria-prima e existência de um mercado local, são fatores importantes no processo decisivo para a localização dos novos e substanciais investimentos. Para a indústria de painéis de madeira isso vem sendo feito por empresas nacionais e também por estrangeiras.

A produção total de derivados de madeira tem crescido anualmente; além disso, verifica-se que novos tipos de painéis, até então só produzidos na Europa e Estados Unidos, têm começado a ser produzidos no Brasil recentemente. O aumento na produção pode ser justificado pelo maior consumo de painéis por alguns setores, como a indústria moveleira, a construção civil, indústrias de embalagens, como já mencionado anteriormente. O Brasil nunca teve uma participação muito expressiva na produção e consumo de painéis de madeira. Entretanto, nos últimos anos este quadro tem mudado em virtude de novos investimentos em unidades para produção das chapas, principalmente para chapas de aglomerado e MDF. Tanto nacional como internacionalmente os painéis de madeira continuarão crescendo em taxas superiores aos demais produtos de madeira. A produção de painéis por muito tempo continuará pertencendo aos principais produtores atuais, mas o crescimento da produção nos países em desenvolvimento é decorrência de uma série de fatores, como a disponibilidade de matéria-prima em quantidade e qualidade adequada, a competitividade resultante de menores custos operacionais, e a abertura de novos mercados. O Brasil têm grandes perspectivas de se tornar um grande produtor de painéis. O novo perfil dos painéis reconstituídos no Brasil, representado, atualmente, principalmente pelo MDF e, recentemente pelo OSB, mudará o perfil de consumo no Brasil. A tendência é ainda a agregação de valores. Painéis revestidos de lâminas e papéis melamínicos, e ainda os pré-cortados passarão a ser obtidos diretamente nas linhas de produção das grandes fábricas de painéis. A Tabela 1 apresenta valores de consumo de painéis à base de madeira no Brasil no período de 1990 a 1998. Verifica-se o crescimento no consumo da maior parte dos painéis, ilustrando o aumento no consumo dos mesmos no decorrer dos anos. Tabela 1 – Consumo de Chapas à base de madeira (mil m3). PRODUTOS 1990 1998 % crescimento

durante período MDF 5 184 57% Chapa de fibra 320 313 -0,3% Chapa de compensado 1.048 1.000 -1% Chapa de aglomerado 486 1.322 13%

Fonte: ABIPA (2000). 2. MDF Segundo MALONEY (1996), pode-se definir MDF como sendo painéis fabricados a seco, feitos com fibras lignocelulósicas, combinadas com uma resina sintética, ou outro agente ligante, compactados a uma densidade entre 0,50 e 0,80 g/cm3, por prensagem a quente, num processo em que a totalidade da colagem entre a fibras é criada pelo adesivo adicionado. 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, usinabilidade de superfície, torneamento, furação, acabamentos e revestimentos plano, segundo BENADUCE (1998). Outra característica favorável no MDF é a maior densidade nas faces. A menor quantidade de espaços vazios permite realizar a pintura de maneira mais econômica e obter superfícies usinadas com menor rugosidade.

O MDF é um produto homogêneo, uniforme, estável, de superfície plana e lisa que oferece boa trabalhabilidade, alta usinabilidade para encaixar, entalhar, cortar, parafusar, perfurar e moldurar, economia quanto à redução no uso de tintas, tingidores, laca e vernizes, economia no consumo de adesivo por metro quadrado, além de apresentar ótima aceitação para receber revestimentos com diversos acabamentos. É amplamente utilizada pelas indústrias de móveis e gabinetes, pois a solidez e a uniformidade garantem resultados satisfatórios no uso de técnicas convencionais; suas características de resistência mecânica permitem sua utilização até em painéis estruturais, segundo CASTRO (2000). Segundo o FOREST PRODUCTS LABORATORY (1987), a tecnologia utilizada na manufatura do MDF é uma combinação dos processos produtivos a seco das chapas de partículas e das chapas duras de fibras. A determinação das propriedades físicas e mecânicas do material tem o objetivo de definir as aplicações mais adequadas do produto. Há diversas normas que estabelecem valores referenciais procurando definir um padrão de qualidade na produção do MDF. A densidade é uma característica física importante, pois permite classificar o painel à base de madeira. A densidade influencia diretamente o preço final do produto, em função do custo do material empregado na fabricação dos painéis e dos custos de transporte. 2.1. Aplicações para o MDF Dentre as várias vantagens que justificam o emprego dos painéis de MDF, pode-se destacar a boa resistência específica, elevada disponibilidade de matéria-prima, associada ao aspecto renovável da fonte, reciclabilidade e menor demanda energética para a produção, transporte e instalação. A maioria dos defeitos inerentes à anatomia da madeira, como nós, presença de medula, grã desalinhada e tensões de crescimento, podem ser eliminados durante o processo de fabricação dos painéis obtendo-se um produto final com características dependentes apenas das variáveis envolvidas no processo de fabricação. Além disso, outras propriedades desejáveis podem ser adicionadas ao material, como por exemplo, resistência ao fogo e à biodeterioração, expandindo a gama de aplicações do produto. O MDF é um material consolidado no mercado moveleiro mundial, mostrando-se adequado à diversidade de usos para os quais a chapa é exigida, incluindo a inserção gradual na construção civil. Os painéis comerciais encontrados atualmente são resistentes à umidade em ambientes internos e externos, painéis para móveis que compõem ambientes sem ação da umidade. Além das aplicações apontadas anteriormente, apresenta a vantagem de ser um produto de origem natural, cuja fonte é renovável. Os painéis de MDF podem ser classificados quanto a resistência à umidade, sendo divididos em dois grupos: standard e hidrófugo. O primeiro pode ser empregado na fabricação de mobiliário colocado em ambiente seco, tais como salas, dormitórios e escritórios. E o hidrófugo suporta bem a presença de vapor de água no ambiente, podendo ter contato ocasional com pano úmido ou água, sendo um produto adequado para uso em pisos, rodapés, vistas internas e móveis de banheiro ou saunas. Pode ser usado também em ambientes externos, apresentando alta resistência às condições ambientais, desde que seguidas as recomendações de selagem da superfície e topos, com produtos adequados. É um material ideal para uso em sacadas, móveis de jardim e outros. Existe também um painel que é resistente ao fogo, produzido com retardante de chamas, aplicado em divisórias, móveis, nos quais, por exigência legal, deva cumprir normas que determinem a característica de não desenvolver a combustão. A Figura 2 ilustra aplicações e usos para os painéis de MDF, em diferentes aplicações.

Figura 2 – Uso dos painéis na composição de salas – móvel e pisos. Fonte: Catálogo – DURATEX (2001). 2.2. Processo de produção de MDF O processo de produção de MDF inclui principalmente: desfibramento mecânico da madeira (transformação dos cavacos em fibras), refino das fibras, secagem, mistura das fibras com resina, formação de colchão de um material resinado e prensado a quente. A seguir, estão apresentadas todas essas etapas principais e outras, que também ocorrem durante a produção dos painéis de MDF. * Descascamento – operação comum do fluxo operacional das indústrias de produtos à base de madeira. Para a obtenção das fibras, o tamanho da tora não exerce influencia, podendo apresentar dimensões mais limitadas. * Fragmentação – após o descascamento, as toras passam por uma operação de fragmentação, no qual são gerados cavacos, ou partículas, a partir de picadores. * Classificação dos cavacos – a forma final do cavaco é menos importante na qualidade final do produto, uma vez que os mesmos serão transformados em fibras. No processo produtivo, não é possível obter cavacos de tamanhos uniformes. Com esta irregularidade dimensional dos cavacos, os maiores são separados por baterias de peneiras. E, em seguida, retornam ao picador. * Armazenamento de cavacos – são armazenados em silos com volume equivalente a 24 h de operação. Como na maioria das vezes os cavacos ficam expostos à atmosfera; antes do processamento é feita uma seleção por peneiras, seguida de lavagem. * Tratamento de cavacos – nesta etapa os cavacos são amolecidos para facilitar a operação do desfibrador na formação da polpa, reduzindo seu consumo energético. A lignina presente nas camadas intercelulares é amolecida, perdendo sua capacidade de retenção de fibras, o que resulta numa polpa de fibras mais resistentes e flexíveis, formando chapas mais rígidas. * Desfibramento – as fibras podem ser obtidas por desfibradores mecânicos ou por meio de técnicas de aumentos de pressão, que é um método menos utilizado. Nos desfibradores, os cavacos são introduzidos e, por força centrífuga, são lançados para a periferia dos discos. * Mistura de resina – adicionada a resina, o catalisador e, em alguns casos, certos aditivos, mistura-se a matéria-prima. As resinas mais utilizadas são à base de uréia-formaldeído, melanina-uréia-formaldeído e tanino-formaldeído. Secagem das fibras – o elevado teor de umidade das fibras acarreta uma série de problemas quando a manta é formada e prensada a quente. Os secadores aplicados na manufatura do MDF são simples, caracterizados por um duto em cujo interior flui ar seco e quente.

* Armazenamento das fibras – o silo de fibras, também chamado de tanque “pulmão”, tem a função de acumular um volume adequado de fibras para a formação das mantas (entrelaçamento), sem que ocorra uma provável interrupção em função de distúrbios na linha de fluxo das fibras. * Entrelaçamento das fibras –colchão a seco formado a partir de uma suspensão das fibras ao ar. O sistema formador da manta tem um bico de oscilação lateral que descarrega as fibras sobre uma cinta porosa de avanço contínuo, cujo fundo é dotado de um sistema de sucção que mantêm as fibras unidas. A altura do colchão é delimitada por um cilindro dentado acoplado a um tubo seccionador de fibra excedente. * Seccionamento – o sistema de seccionamento muda conforme o tipo de linha de formação, que é o conjunto de equipamentos cujas operações dão a forma final ao MDF. Quando o processo de secagem é intermitente, a manta é cortada por lâminas circulares não-dentadas e, em seguida, encaminhada às operações de pré-prensagem e prensagem a quente. * Prensagem – a pré-prensagem evita possíveis desmanchamentos e deslizamentos das fibras da manta durante a prensagem a quente. Para cada sistema de prensagem, existe um tipo de linha de formação. A injeção do vapor durante a prensagem permite um aquecimento quase instantâneo da manta, resultando numa cura mais eficiente da resina, permitindo a manufatura das chapas de elevadas espessuras. * Resfriamento – é efetuado para evitar variações dimensionais da chapa após o aquecimento. Normalmente, são resfriadas à temperatura ambiente, protegidas das intempéries, cuja duração depende do tipo de linha de formação utilizada. * Corte, lixamento e revestimento – o corte é feito procurando estabelecer a medidas dos painéis de MDF, conforme padrões estabelecidos. O lixamento está diretamente relacionado à preparação da superfície das chapas, para acabamentos finais. 3. ADESIVOS EMPREGADOS NA PRODUÇÃO DE MDF O uso de adesivos pelo homem tem registro de mais de dois mil anos antes de Cristo. Os egípcios foram um dos primeiros povos a usarem adesivos. Eles empregavam a goma arábica retirada de essências florestais e resinas de algumas árvores, bem como o ovo e a borracha. Até o início do século XX ocorreu pouca evolução no estudo dos adesivos. Até a Primeira Guerra Mundial, o predomínio acontecia por parte dos adesivos à base de proteínas animais. Após primeira guerra começaram a surgir novos tipos de adesivos para serem empregados à temperatura ambiente e com certa resistência à água. Por volta de 1930, começou a ser empregada em escala industrial a primeira resina sintética à base de fenol-formaldeído. Nesta mesma época também começou a ser empregado o adesivo à base de uréia-formaldeído, na produção de móveis e madeira compensada para uso interno. Após a Segunda Guerra Mundial, surgiu o resorcinol-formaldeído, com custo maior que os citados anteriormente, porém com cura à temperatura ambiente e maior resistência à água; surgiram também os primeiros adesivos poliuretanos. Segundo MANTILLA CARRASCO (1984), o grande desenvolvimento tecnológico e, conseqüentemente, avanço na pesquisa, o estudo de química das macromoléculas com melhores características quanto ao seu desempenho como adesivo, possibilitou grande expansão das indústrias de adesivos à base de resinas vinílicas, poliéster, poliuretanas, etc. e das aplicações dos processos de colagem com as finalidades mais variadas.

3.1. Classificação de adesivos Os adesivos podem ser classificados a partir de diferentes parâmetros como: origem dos componentes primários, temperatura de cura, resistência à umidade, composição química, entre outros. Neste trabalho a classificação será feita a partir da composição química do adesivo, podendo os mesmos ser inorgânicos ou orgânicos. Adesivos inorgânicos Dentre os adesivos inorgânicos mais comuns podem ser destacados os que são à base de silicatos, produzindo ligações com elevada resistência mecânica, sendo difícil à diferenciação entre o adesivo e o cimento. Nos adesivos inorgânicos a ligação acontece pela desidratação do solvente dos adesivos. Os cimentos são formados através de reações químicas. Adesivos orgânicos Em geral, costuma-se dividir os adesivos em dois grupos: sintéticos e naturais. Os adesivos orgânicos sintéticos são os mais empregados pela indústria madeireira devido a sua grande resistência à água e por não permitir ação de microrganismos. Os adesivos sintéticos são classificados em termofixos e termoplásticos. * Termofixos – adesivos que endurecem por meio de reações químicas ativadas pela temperatura ou catalisadores. São resistentes à umidade e ao calor. Dentre os principais adesivos pode-se destacar: fenol-formaldeído, uréia-formaldeído, resorcinol formaldeído e os poliuretanos. * Termoplásticos – apresentam como característica principal a sua cura reversível. Podem ser difundidos ou amolecidos quando é aumentada a temperatura, tornando a solidificar ao serem resfriados. São usados como solução ou em dispersão em água. Os adesivos naturais são obtidos de proteínas animais e vegetais, tanino, celulose, gomas naturais e amidos, entre outros. 3.2. Adesivos empregados na produção industrial de MDF O uso de adesivos permite a fabricação de chapas de madeira com larguras muitas vezes superior ao diâmetro da árvore, que fornece a matéria-prima. A fabricação de painéis à base de madeira, além de praticamente eliminar as limitações de tamanho, permite o aumento da resistência lateral (eixo transversal), por meio da disposição das lâminas na fabricação do compensado, ou pela da orientação das fibras e partículas na produção de chapas de fibra e chapas de madeira aglomerada, contribuindo significativamente para diminuir os efeitos da anisotropia da madeira. Para a fabricação do MDF, as resinas naturais existentes na madeira não são suficientes para agregar as fibras. Então, passa a ser necessário adicionar algum tipo de elemento de ligação à base de resina. A adesão, entre as fibras da madeira e o adesivo, depende de interação físico-química. Os adesivos atuam em três fases distintas durante o processo de ligação. Inicialmente o adesivo deve umedecer as fibras; em seguida, deve fluir de modo controlado durante a prensagem e, finalmente, adquirir forma sólida. Se ocorrerem falhas em algumas destas etapas, certamente será afetada a qualidade da colagem. Uma ótima ligação requer íntimo contato entre o adesivo e a fibra. Isto é realizado usando pressão e aquecimento, ajustando a viscosidade do adesivo, transferindo fluxo através dos pontos de ligação, enquanto ocorre a deformação da madeira para conseguir melhor contato com a sua superfície. BUTTFIELD et al. (1992) comentaram que durante a redução de espessura de um colchão de fibras, estas se orientam preferencialmente na direção horizontal ao plano do painel, resultando em uma considerável pressão das fibras, umas sobre as outras, provocando amplo contato entre as paredes destas fibras e a resina.

Os principais adesivos empregados na produção de MDF são: uréia-formaldeído e melamina-formaldeído. Os adesivos à base de uréia-formaldeído podem ser formulados para curar à temperatura ambiente (20 ºC) ou para aquecimento através de prensas quentes a temperaturas que atingem até 160 ºC. O uso de extensores à base de farinha de cereais, juntamente com a resina, permite colagens perfeitas. A farinha e o excesso de cola retardam a velocidade de cura e para compensar este fenômeno, adiciona-se à mistura um catalisador. Existem vários tipos de catalisadores adaptáveis às condições específicas do emprego. Para prensagem a frio existe um tipo, enquanto que para prensagem a quente utiliza-se outro tipo de catalisador. O adesivo uréia-formaldeído apresenta coloração clara. Possui como desvantagem a liberação de formaldeído na prensagem a quente, e vem sendo muito combatido por órgão de controle ambiental. Os adesivos à base de melamina-formaldeído são normalmente do tipo de cura à quente (115 ºC à 160 ºC), similar à uréia-formaldeído. Devido aos processos técnicos complexos e difíceis, o custo da resina melamina é bem mais elevado do que a resina de uréia. Basicamente, as reações de condensação da uréia e da melamina são iguais. Também a reação melamina-formaldeído, interrompe-se por meio de neutralização quando os produtos de condensação ainda estão suficientemente solúveis em água. As resinas melamínicas são comercializadas sob a forma de pó, porque em soluções aquosas a sua vida útil é curta. A cura, ao contrário das resinas uréia-formaldeído, pode ser efetuada sem catalisadores ácidos, mas simplesmente com auxílio do calor. Possui algumas vantagens como: maior resistência à água, possibilidade de cura sem catalisador. E como desvantagens: alto custo de produção, curta vida útil em solução aquosa e impossibilidade de prensagem a frio. 3.3. Adesivos alternativos para a produção de MDF Atualmente diferentes adesivos vem sendo adicionados às fibras para compor o MDF. Dentre estes adesivos pode-se citar o PVA e os adesivos poliuretanos. Este trabalho empregará o adesivo poliuretano em sua etapa experimental. Estudos recentes mostraram as primeiras aplicações do PVA na produção de MDF. Um dos estudos que pode ser citado é o de ONEGIN (2000), que analisou as interações entre as fibras e o adesivo polivinílico de acetato. Os resultados obtidos inicialmente mostraram-se favoráveis, pois o PVA apresenta propriedades que permitem seu uso associado às fibras de madeira. Adesivos de PVA são termoplásticos, tem grande uso e são dispersos em água. Apresentam como vantagens longa vida útil, trabalhabilidade racional, resistência a microorganismos. E como desvantagens impossibilidade para usos externos, susceptibilidade à influência de umidade e das altas temperaturas. Os adesivos poliuretanos à base de mamona, são naturais, renováveis e apresentam grande versatilidade de aplicação. É conhecido internacionalmente como “Castor Oil”. A mamona uma planta da família das Euforbiáceas, da qual é extraído o óleo, também conhecido como óleo de rícino. É muito encontrada na maioria das regiões do Brasil. Apresenta importantes aplicações industriais, como matéria-prima na produção de óleos lubrificantes de alta performance, como fluidos de freios de avião, cosméticos, tintas, entre outras. A partir deste recurso natural e renovável tornou-se possível sintetizar polióis e prepolímeros com diferentes características que, quando misturados, reagem e conduzem à formação da poliuretana, podendo-se variar a porcentagem de poliól, que definirá maior ou menor dureza, bem como o emprego de catalisador adequado a fim de se aumentar a velocidade da reação. Quanto à estabilidade térmica, as resinas poliuretanas, até 220 ºC apresentam uma pequena perda de massa, o que evidencia a estabilidade térmica desta resina em altas temperaturas.

4. PROCESSO DE PRODUÇÃO EM LABORATÓRIO 4.1. Materiais e métodos Para a fabricação das chapas de fibra de média densidade, ora em estudo, foram utilizados os equipamentos, que se encontram disponíveis no LaMEM / SET / EESC, sendo eles: Prensa Hidráulica Modelo MA 098/50 foi fabricada na MARCONI Equipamentos para Laboratório, constituída de 03 (três) placas de aço com 2000 W para cada resistência de corrente de 80 A, capacidade máxima de 50 toneladas e temperatura máxima de 200 ºC. A Figura 3 (a) ilustra a prensa hidráulica citada. Estufa Modelo – MA 037 / MA 035, com circulação e renovação de ar é composta de caixa em chapa de aço com tratamento anticorrosivo, pintura eletrostática em epóxi, controlador de temperatura digital, display superior e temperatura de 0 oC a 300 oC. A utilização da estufa se faz necessário quando a espécie picada apresentar umidade acima de 12% e após a fabricação da chapa de fibra, na avaliação do ensaio de inchamento. A estufa é ilustrada na Figura 3 (b). Balança Balança digital é constituída de tecnologia avançada, apresenta vários recursos técnicos e alta precisão de leitura. Esta balança também é fabricada na MARCONI Equipamentos para Laboratório. A Figura 3 (c) ilustra o equipamento citado. Encoladeira Equipamento composto de tambor circular com diâmetro de aproximadamente 80 cm, abertura na parte superior, composta por três pás para homogeneizar o material. Possui um motor com cerca de 120 rpm. A Figura 3 (d) ilustra o equipamento citado.

(d)

(c)

(a) (b)

Figura 3-(a) Prensa Hidráulica, (b) Estufa, (c) Balança, (d) Encoladeira.

Fibras Foram utilizadas fibras de Eucalipto na produção das chapas, cedidas gentilmente pela Indústria DURATEX - Unidade Jundiaí. Segundo informações dadas pela indústria os cavacos foram picados e, em seguida, o material foi mantido cerca de 72 h em estufa a 60 ºC. Os cavacos foram desfibrados, após tratamento com vapor saturado à pressão entre 0,6 e 0,8 MPa, em um desfibrador industrial Andritz Sprout Bauer, os cavacos foram secos em estufa de laboratório até atingirem o teor de umidade desejado. A Figura 4 apresenta o tipo de fibras usadas. Figura 4 – Fibras de Eucalyptus, fornecidas pela indústria DURATEX. Adesivo Para a produção dessas chapas foi utilizada a resina poliuretana à base de mamona, fabricada e fornecida para esta pesquisa pela Indústria Química KHEL, situada na cidade de São Carlos/SP. 4.2. Produção dos painéis Na produção experimental, foram considerados para os cálculos 1700 g de fibras de madeira secas com teor de umidade em torno de 5%, visando o preparo de fibras encoladas com teores de resina de 8% e 10%. Estes teores foram escolhidos em razão de as empresas do setor, em geral, trabalharem com teor em torno de 10%. Os lotes após serem pesados, foram depositados em uma encoladeira de laboratório e, então, adicionava à cola pronta. Após a encolagem, as fibras foram transferidas para um outro recipiente, onde se efetuava a desagregação dos grumos. Em seguida, o material era depositado em uma caixa formadora. Esta era apoiada sobre uma chapa metálica e as fibras eram distribuídas manualmente. Após a deposição das fibras, o colchão era compactado, aplicando-se uma força de aproximadamente 800 N, correspondendo à etapa de pré-prensagem, na qual não ocorria transferência de calor. O objetivo da pré-prensagem era o de reduzir o volume do colchão que seria colocado na prensa. Após a pré-prensagem, iniciava a prensagem propriamente dita, em uma prensa hidráulica, dotada de aquecimento elétrico com temperatura em torno de 160 ºC. A pressão aplicada atendia ao ciclo de prensagem apresentado na Figura 5, variando a pressão de 0 a 3 MPa. A espessura da chapa era determinada pela colocação de limitadores de espessura de 1 cm, para este trabalho. Este ciclo de prensagem foi baseado em dados apresentados por NEVES (1995).

Ciclo de Prensagem

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 50 100 150 200 250 300

Tempos (s)

Pres

são

Apl

icad

a (M

Pa)

Figura 5 – Ciclo de prensagem para a fabricação do MDF.

Terminada a prensagem, as chapas eram resfriadas em temperatura ambiente e, posteriormente, eram retirados corpos-de-prova para os diferentes ensaios propostos. Os corpos-de-prova eram condicionados em câmara climatizada à temperatura de 20 ºC e umidade relativa de 65% até atingirem peso constante. Em seguida, eram destinados à realização dos ensaios previstos. A figura 6 ilustra algumas etapas na preparação das chapas, representadas por (a) fibras após secagem em estufa, (b) fibras sendo depositadas na encoladeira, (c) fibras já encoladas sendo colocadas na caixa formadora, (d) colchão após pré-prensagem colocado na prensa, (e) início do processo de prensagem e (f) chapa retirada da prensa sem ainda serem retiradas as bordas.

fed

cba

Figura 6 – Etapas da produção do painel de MDF.

4.3. Ensaios físicos e mecânicos A seguir estão descritos os ensaios físicos e mecânicos realizados nas chapas produzidas em laboratório. 4.3.1 Ensaio para a determinação da densidade A determinação de densidades dos painéis foi realizada a partir da norma EN 323-1993, com corpos-de-prova de seção quadradas (50 ± 1 mm). Os corpos-de-prova foram acondicionados até atingirem peso constante,em câmara climatizada a 20 ºC e 65% de umidade relativa. Posteriormente, determinou-se a espessura no ponto de interseção das diagonais (precisão de 0,05 mm) e massa, juntamente com duas medidas paralelas às bordas, ortogonais, que passem por seu centro (precisão de 0,1 mm). A densidade foi determinada a partir da Equação 1 apresentada a seguir:

6

21

10∗∗∗

=tbb

mρ (1)

Onde: ρ = densidade (kg/m3) m = massa (g) b1 e b2 = medidas ortogonais dos lados (mm)

t = espessura (mm)

4.3.2. Ensaio para determinação do teor de umidade O ensaio de umidade tem o objetivo de definir a quantidade de água contida num corpo-de-prova. A eliminação ocorre por secagem à temperatura de 105 ºC ± 2 ºC, até atingir massa constante. O ensaio foi realizado a partir das especificações contidas na EN 322-1993. Os corpos-de-prova apresentavam dimensões de 50 ± 1 mm de aresta. A Equação 2 o cálculo do teor de umidade.

100∗−

=s

si

mmm

U (2)

Onde: U= teor de umidade da chapa (%) mi= massa inicial (mm) ms= massa final [seca] (mm) 4.3.3. Ensaio para determinação da porcentagem de absorção

O ensaio de absorção de água acontece por imersão em água destilada por 24 h. Foram realizados conforme a norma EN 317-1993. Os corpos-de-prova utilizados tinham as dimensões de 50 ± 1 mm de aresta. Para este ensaio, foi medida a massa dos mesmos corpos-de-prova, antes e após imersão em água. A absorção foi determinada pela Equação 3.

1001

12 ∗−

=m

mmAm (3)

Onde: Am = absorção (%) m1 = massa inicial (g)

m2 = massa final (g)

4.3.4. Ensaio para determinação do MOE e MOR Os ensaios do módulo de elasticidade e de ruptura foram baseados na norma EN 310-1993. Esta norma prescreve corpos-de-prova com comprimento 20 vezes a sua espessura nominal adicionado de 50 mm sendo, para este caso, 250 mm de comprimento e 50 ± 1 mm de largura, utilizando dois cutelos. O módulo de elasticidade (MOE) foi calculado, utilizando-se a região linear da curva de leituras de carga c deformação, por meio da Equação 4.

)(**4)(*

123

1231

aatbFFl

MOE−∗

−= (4)

Onde: MOE = módulo de elasticidade (MPa) a1 e a2 = deflexão na metade do vão (m) l1 = distância entre os suportes (m) b = largura do corpo-de-prova (m) t = espessura do corpo-de-prova (m) F1 e F2 = incremento de carga (N) Para a obtenção do módulo de ruptura (MOR), utilizou-se o mesmo teste de flexão estática usado para o MOE, porém, para este ensaio é considerada a carga máxima obtida no ensaio. O módulo de ruptura foi calculado a partir da Equação 5.

2

1max

*2**3tblFMOR

∗=

(5)

Onde: MOR = módulo de ruptura (MPa) l1 = distância entre os suportes (m) b = largura do corpo-de-prova (m) t = espessura do corpo-de-prova (m) Fmáx = carga de ruptura (N) 5. ANÁLISE DE RESULTADOS Na Tabela 2 estão apresentados os resultados de ensaios físicos e mecânicos contidos nas normas européias EN para ambientes úmidos e das chapas fabricadas em laboratório, para chapas com espessura entre 9 e 12 mm. Posteriormente, constam comentários e discussões a respeito dos resultados obtidos nestes ensaios. Tabela 2 – Média de valores obtidos para cada teor de resina e valores da norma européia.

Eucalipto MDF Norma EN

MDF Norma EN

Ensaios

Realizados 8% 10% Condições secas Condições úmidas Densidade (g/cm3) 700 750 500 a 800 500 a 800 Absorção (%) 18 13,5 16 14 Umidade (%) 5,5 6,3 4 a 11 4 a 11 MOE (MPa) 2380 2640 2200 2500 MOR (MPa) 23,2 26,3 22,0 26,0

Fonte: EuroMDFBoard – Part II: Requeriments for general purpose boards (1995).

Comparando-se os resultados entre as chapas fabricadas em laboratório com diferentes teores de resina e as chapas comerciais, pode-se afirmar: • Densidade – a norma européia classifica a chapa sendo MDF quando apresenta densidade

entre 500 a 800 kg/m3; sendo assim, para as duas densidades de chapas produzidas estão dentro dos limites especificados;

• Absorção – o teor de absorção da chapa produzida com 10% de adesivo apresentou teor abaixo do limite máximo estabelecido pela norma; entretanto, para 8% de adesivo, a absorção foi superior ao limite normativo, tanto para o MDF empregado em condições secas como em condições úmidas;

• Umidade – o teor de umidade das chapas produzidas com 8% e 10% apresentaram valores dentro dos limites normativos, tanto para a condição seca como para a condição úmida;

• MOE – o módulo de elasticidade para a chapa com 10% de adesivo apresentou valor acima do mínimo apresentado na norma para as duas situações apresentadas, mas a chapa com 8% de adesivo apresentou valor superior ao da norma somente para a condição seca;

• MOR – o módulo de ruptura para a chapa com 10% de adesivo apresentou valor acima do mínimo apresentado na norma para as duas situações apresentadas, mas a chapa com 8% de adesivo apresentou valor superior ao da norma somente para a condição seca.

6. CONCLUSÕES Os resultados apresentados foram positivos, incentivando a realização de novos ensaios. Nesta experimentação verificou-se a possibilidade da realização de novas fabricações de MDF, empregando diferentes adesivos e em teores variados, dependendo a aplicação que se deseja dar ao MDF além de mostrar a viabilidade de uso de diferentes espécies de madeira na composição do material. A partir destes primeiros resultados experimentais da fabricação de MDF em laboratório, observa-se a grande viabilidade da produção laboratorial antes mesmo do seu emprego em escala industrial. A chapa de fibra de madeira de média densidade (MDF), apesar de ser um produto de recente produção no Brasil, está ganhando cada vez mais espaço principalmente na indústria moveleira, mas também em outros setores como a construção civil, fabricação de brinquedos, e outras áreas. Isto incentiva pesquisas que permitam sempre procurar melhorar as propriedades do material e, também, empregar novas matérias-primas em sua fabricação, enfatizando principalmente o uso de resíduos de madeira e resinas menos tóxicas do que as que vem sendo empregadas comercialmente. Neste trabalho foi possível ver que a espécie de Eucalipto mostrou muito favorável na fabricação de MDF o que não foi ainda realizado pelas indústrias, que só produzem MDF com Pinus. 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABIPA (2000) – Dados apresentados pela Associação Brasileira da Indústria de Painéis de Madeira, 2000. BAUER, T. J. (1995). Use of MDF from a global perspective. In: MDF industry update with worldwide mill directories, 6 ed.

BEM – Euro MDF Board (1995), Definitions, Test Methods and Requeriments Industry Standard, Part II: Requeriments for General Purpose Boards BEM/IS. Giessen, Alemanha. Dezembro 1995. BENADUCE, C. (1998). Fabricação de painéis de média densidade (MDF) a partir de fibras de 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. BUTTERFIELD, B.; CHAPMAN, K.; CHRISTIEL, L.; DICKSON, A. Ultra structural characteristics of failures surfaces in medium density fiberboard FPJ, v.42. n.5, p.55-60, 1992. CASTRO, E. M. (2000). Processo de produção mecânica de MDF. Dissertação de Mestrado. São Carlos, 2000. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. European Standard EN 319- Particleboards and Fiberboards – Determination of swelling in thickness after immersion in water. Bruxelas: 1993. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. European Standard EN 310- Particleboards and Fiberboards – Determination of modulus of elasticity in bending and bending strength. Bruxelas: 1993. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. European Standard EN 317- Particleboards and Fiberboards – Determination of swelling in thickness after immersion in water. Bruxelas: 1993. EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION. European Standard EN 323- Particleboards and Fiberboards – Determination of density. Bruxelas: 1993. FOREST PRODUCT LABORATORY (1987). Wood handbook: wood as an engineering product. Washington DC, U.S. Dept. of Agriculture, 466p. GONÇALVES, M.T.T. (2000). Processamento da Madeira. Editora Xerox Center - USC – Bauru, 2000. MALONEY, T.M. (1996). The family of wood composite materials. Forest Products Journal, v. 46, n.2, p. 19-26. MANTILLA CARRASCO, E.V. (1984) Ligações estruturais de madeira por adesivos. São Carlos, 2v. Dissertação (Mestrado). Escola de Engenharia de São Carlos. Universidade de São Paulo. NEVES, J.M.(1988); Celulose e papel – Tecnologia de fabricação da pasta celulósica. Volume 1. Cap. VII – Polpação de alto rendimento e semiquímica. SENAI / IPT – São Paulo, 1988.