Dissertação rogerio quinhones

Dissertação rogerio quinhones

(Parte 1 de 6)

Universidade de São Paulo Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz"

Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico reciclável

Rogério Quinhones

Dissertação apresentada para obtenção do título de Mestre em Recursos Florestais. Área de concentração: Tecnologia de Produtos Florestais

Piracicaba 2007

Rogério Quinhones Engenheiro Florestal

Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico reciclável

ORIENTADOR: Prof. Dr. JOSÉ NIVALDO GARCIA

Dissertação apresentada para obtenção do título de Mestre em Recursos Florestais. Área de concentração: Tecnologia de Produtos Florestais

Piracicaba 2007

DEDICATÓRIA Dedico a minha família

Ao Prof. Dr. José Nivaldo Garcia pela oportunidade oferecida e pelos conselhos e orientações dados ao longo do trabalho.

Ao Prof. Dr. Geraldo Bortoletto Jr. pelo apoio, e auxílio na realização dos experimentos e ensaios.

Aos técnicos Luís Eduardo e Bruno pelo desempenho de suas funções com eficiência e presteza.

A toda a equipe técnica e administrativa do Departamento de Ciências Florestais da ESALQ.

Aos demais professores do Departamento de Ciências Florestais.

A minha esposa Geni pela paciência e compreensão.

Aos amigos e colegas do Programa de Pós-graduação em Recursos Florestais da ESALQ. Ao aluno de graduação Ricardo Sixel, pelo apoio na execução dos experimentos.

"Entrai pela porta estreita; porque larga é a porta, e espaçoso o caminho que conduz à perdição, e muitos são os que entram por ela; e porque estreita é a porta, e apertado o caminho que conduz à vida, e poucos são os que a encontram"

Mateus 7: 13,14

RESUMO7
ABSTRACT8
1 INTRODUÇÃO9
2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA10
3 MATERIAL E MÉTODOS18
3.1 Matéria-prima18
3.2 Etapas do processo de produção das placas20
3.3 Propriedades físico-mecânicas das placas23
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO27
5 CONCLUSÕES4

REFERÊNCIAS ........................................................................................................................ 45

Fabricação e qualificação de placas compostas de serragem e plástico reciclável

A utilização de polímeros ligno-celulósicos combinados com polímeros artificiais na forma de materiais compostos é fruto do desenvolvimento de uma linha de pesquisa que tinha como objetivo inicial a utilização dos primeiros como enchimento de uma matriz termofixa ou termoplástica aglutinante. Com o advento da necessidade do reaproveitamento de resíduos de processos industriais, as pesquisas e a utilização de resíduos fibrosos e partículas de madeira cresceram em importância e passaram a contribuir ainda mais decisivamente no desenvolvimento de novas técnicas, processos, equipamentos e insumos que possibilitam ampla gama de aplicações dos produtos obtidos. O presente trabalho objetivou a fabricação de placas compostas de serragem de duas espécies amplamente utilizadas em serrarias combinada com polietileno de baixa densidade reciclável (PEBD). Serragem e farinha de madeira de Pinus elliottii e Eucalyptus grandis, provenientes de lenho e de casca, foram separadas, beneficiadas e misturadas com partículas de PEBD também classificadas por tamanho, na proporção de 40% de madeira e 60% de plástico. A mistura foi prensada a 150 o C por 30 minutos à pressão de 3 MPa. Foram fabricadas 4 placas de 6 m de espessura nominal e 40 x 50 cm de lados, em 4 repetições de 1 tratamentos. Foram produzidos corpos-de-prova de todas as placas para os ensaios físicomecânicos segundo a norma ASTM D-1037, determinando-se a massa específica, o teor de umidade, a variação da massa e da espessura ocorridas em 2 e 24 horas de imersão em água, o módulo de elasticidade e o módulo de ruptura na flexão estática, a resistência à compressão e a força máxima de arrancamento de prego e de parafuso de fenda. O lenho de Pinus de granulometria fina combinado com PEBD fino apresentou as melhores propriedades físicomecânicas. Os tratamentos com lenho de Eucalyptus obtiveram o melhor desempenho geral e naqueles em que se utilizou a casca de Pinus os resultados não foram satisfatórios. Dentre os tratamentos que utilizaram cascas, a de Eucalyptus de granulometria grossa foi superior. O lenho de Pinus, principalmente em granulometrias mais finas e homogêneas revelaram-se promissores na utilização externa e as placas obtidas de casca de Pinus revelaram um grande potencial de utilização em usos internos não estruturais, como material alternativo.

Palavras-chave: Composto madeira-plástico, resíduos de madeira, propriedades físico-mecânicas, serragem, plástico reciclável; polietileno, PEBD

ABSTRACT Manufacture and qualification of sawdust and recyclable plastic based panel

Using ligno-celullose polymers combined with artificial polymers in form of composite material is result of a developing research line which had as initial objective the use of the firsts as just filling material in an agglutinant thermoplastic matrix. Due to the necessity of reusing industrial processing residues, the research and utilization of fiber and woody particles had grown in importance and started to contribute on the development of new techniques, processes, equipment and materials that make possible creating a huge variety of products and applications. The present work had the objective of manufacturing composite boards using sawdust from two different species widely used in sawmill combined with recyclable low density polyethylene. Pinus elliotii and Eucalyptus grandis sawdust and wood flour, produced from lumber and bark had been separated, treated and mixed with PEBD particles also classified by size, in the proportion of 40% wood and 60% plastic. The mixture was pressed at 150 °C during 30 minutes under 3 MPa pressure. It were manufactured 4 boards 6 m nominal thickness and 40 x 50 cm sides in 4 replications of 1 treatments. Samples were obtained from all boards for physicmechanical tests according to ASTM D – 1037 standard, determining specific gravity, moisture content, mass and thickness variation occurred in 2 and 24 hours in water, modulus of elasticity and modulus of rupture in the static bending, compression strength and the withdrawal load of nail and screw. The Pinus wood of thin granulosity combined with thin LDPE had presented better physic-mechanical properties. The treatments in which was used Eucalyptus wood had shown better general performance and those in which was utilized Pinus bark had not presented satisfactory performance. Amongst the treatments in which bark was used, the Eucalyptus of thick granulosity had showed better performance. Boards made of Pinus wood specially in thinner and homogeneous granulosities seems to be excellent for exterior application and those in which was used Pinus bark had shown great potential as an alternative material for non structural purposes for interior applications.

Key words: Wood-plastic composite; Woody residues; Physic-mechanical properties; Sawdust; Recyclable plastic; Polyethylene; LDPE

1 INTRODUÇÃO

A importância das fibras vegetais para uso construtivo sempre acompanhou a espécie humana. Nas primeiras habitações construídas foram utilizados materiais de origem vegetal (JOHNSON, 1996), mas devido às características intrínsecas desses materiais, sempre houve uma preocupação permanente: a necessidade de uma constante manutenção do material empregado devido à rápida deterioração por parte dos agentes naturais físicos ou biológicos.

Vários trabalhos foram realizados para se testar diferentes materiais com a finalidade de se aumentar à durabilidade das peças empregadas externamente, sujeitas ao efeito da água, do vento, dos raios solares e de organismos decompositores (WEDDING, 1956). Além disso, novas espécies de alta resistência às intempéries foram sendo descobertas e exploradas intensamente dependendo da cultura local (SOUZA, 1998). A madeira, fibras de palmeiras ou cipós, entre outras, eram utilizadas intensivamente em coberturas, pisos e paredes de construções, bem como na construção de outros equipamentos (SAVASTANO JUNIOR e DEVITO, 2000).

Com o surgimento dos produtos engenheirados provocado pelo desenvolvimento da indústria madeireira, surgiram inúmeras possibilidades de utilização de produtos para construção obtidos de madeira. Isso ocorreu principalmente nos países de temperatura mais amena, onde o uso de construções em madeira possui maior tradição (KLUBER, 1980).

Apesar do sucesso em se aplicar materiais celulósicos em processos termoplásticos ter sido comprovado em trabalhos científicos, existe no Brasil falta de informações técnicas sobre materiais e processos, quanto ao fornecimento de matéria-prima certificada, equipamentos adequados e questões mercadológicas; ocasionando um desinteresse por parte dos fabricantes de termoplásticos em empregar a nova tecnologia (CORREA et al, 2003).

O presente trabalho consistiu em se produzir material construtivo que resista razoavelmente bem à aplicação como telha; para isso foram feitos painéis engenheirados através de moldagem por compressão, a partir de resíduos de madeira e plástico.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Existem no Brasil inúmeros trabalhos relativos à aplicação de madeira em estruturas de coberturas (IPT, 1988; Barros Júnior, 1992; Pinheiro e Lahr, 1998), mas quanto ao uso da madeira propriamente dita como cobertura existe uma grande lacuna.

Quanto ao uso de madeira engenheirada, existem estudos com o fibrocimento vegetal, ou compósitos de madeira e cimento; em substituição ao amianto das atuais telhas de cimentoamianto, que atualmente possuem restrições legais devido aos problemas de insalubridade causados aos operários (Savastano Júnior, 2002).

Nakamura e Calixto (1989) realizaram um estudo de padronização de telhas de madeira utilizadas em habitações populares no estado do Acre. Nesse estudo também foi avaliado o desempenho da cobertura quanto ao conforto térmico, peso, durabilidade e custo, comparando-se com telhas de fibrocimento e barro. A telha de madeira se mostrou mais leve, mais barata e ofereceu um maior conforto térmico.

Sobre a durabilidade natural, Cuevas D. (1988) elaborou algumas recomendações gerais para o uso de madeiras em construções, bem como das suas restrições. No entanto, Lopes (1993) considerou diversos materiais construtivos, inclusive a madeira, na cidade de Belém.

O telhado é o elemento mais complexo na construção de uma casa, por exigir mão-deobra experiente, segurança e durabilidade.

Entre as características desejáveis de uma boa telha, de maneira geral estão: poder ser industrializado, ou seja, as telhas podem fazer parte de um processo produtivo em série; poder ser padronizado, isso significa que haverá uma garantia de qualidade do material produzido; poder ser comercializado (atender as necessidades do consumidor), ou seja, ter valor como produto e ser viável comercialmente; ser compatível com as técnicas construtivas, e apresentar um custo aceitável em relação a outros métodos de construção (Crowley et al, 1993).

A água na madeira degrada a lignina hidrofóbica e, além disso, reduz o efeito de repelência dos extrativos. A celulose fica mais abundante na superfície, atraindo os organismos deterioradores (Kalnins e Feist, 1993).

Em se tratando de painéis, a resistência à água é definida através de normas, com termos semelhantes para diferentes graus de integridade (interior e exterior). Para compensados utilizados na construção, a norma ASTM subdivide a durabilidade em 3 níveis, sendo que o nível

3 é do tipo "exterior type". Para "hardboard", a norma é a ASTM D 1554 – Medium Density Hardboard (Kubler, 1980).

Em relação ao ataque de organismos deterioradores, a durabilidade da madeira depende principalmente de suas dimensões, pois os invasores precisam de tempo para penetrar. Em alguns casos a deficiência de oxigênio retarda a penetração. As principais degradações são devidas aos fungos e condições climáticas, seguidas por insetos e, por último, organismos marinhos. A durabilidade é definida pelos tecnólogos e construtores como a integridade física aliada à resistência (Kubler, 1980).

Nas espécies que possuem resina em quantidades significativas, a presença desta dificulta a penetração de organismos funcionando como barreira física; além de retardar a penetração da água (Kubler, 1980).

A casca é muito mais complexa estruturalmente do que a madeira, no entanto, podem ser aplicados tratamentos que conferem à chapa de casca "barkboard" propriedades semelhantes às da chapa de fibra "fiberboard"; um dos tratamentos é a polimerização, que oferece boa resistência mecânica e durabilidade à água. Essa característica é obtida aquecendo-se a chapa entre 250 e 300 oC por aproximadamente 5 min apresentando pequena degradação. Obtém-se um material 4 a 5 vezes mais resistente que a chapa de partículas (13 Kgf/cm2), com módulo de ruptura em 120 Kgf/cm2. Quanto à durabilidade, a chapa de casca polimerizada é similar à da chapa de casca tratada, com 4 a 5% de resina fenólica ou 5 a 7% de uréia (Chow et al, 1976). Abaixo de 180oC, a transformação é mais física do que química, e acima de 180oC ocorre à desidratação, despolimerização e formação de levoglucosana na casca. Pode-se tratá-la também aplicando ozônio com a chapa úmida, ou ainda oxidada. Entretanto, esses dois tratamentos provocam perda de resistência e estabilidade dimensional. Como alternativa pode-se utilizar a "plastificação" ("plasticizing") ou aplicação de amônia anidra (NH3).

A casca possui comprovadamente maior teor de extrativos do que a madeira, além de fração holocelulose superior. Uma outra característica que a difere da madeira comercial é o teor de celulose e hemicelulose muito menor (Chow et al, 1976). Essas composições já indicam a maior resistência ao ataque de organismos de maneira geral e a durabilidade de algumas espécies em relação ao intemperismo. Uma outra característica da casca é a grande fração de polímeros fenólicos (flavonóides e lignina). A semelhança entre os flavonóides e os fenóis possibilita a utilização da casca em adesivos do tipo fenol-formaldeídeo no caso dos compensados.

Wiedman (2002) pesquisou o uso de fibra de coco misturada a resinas de origem vegetal para uso em construções. Essa mistura se revelou excelente na substituição de materiais como aglomerados e compensados de madeira. Kluber (1980) destaca que o uso de compensados como material construtivo depende essencialmente da escolha do adesivo mais adequado para a construção do painel.

A substituição da madeira convencional por compósitos termoplásticos, utilizando resíduos de fibras celulósicas ou farinha de madeira (WWF - Wood Waste Flour) como carga e reforço, se revelaram, nos Estados Unidos e Comunidade Econômica Européia ser uma alternativa viável ao reaproveitamento desses resíduos. Entre as vantagens, estão: a resistência à umidade e deterioração ambiental (maior durabilidade), resistência fungos e insetos, possibilidade de obtenção de inúmeros perfis, melhor estabilidade dimensional e boa resistência ao empenamento e trincas se comparado à madeira maciça; menor custo de manutenção, bom aspecto estético, dispensando tratamento superficial, além da possibilidade do reaproveitamento. O uso de resíduos de madeira no Brasil pode ser relacionado a inúmeras aplicações (ZANIN et al, 2002). Nos EUA e CEE, restrições quanto à queima de resíduos lignocelulósicos e a escassez de madeira também influenciaram no desenvolvimento de pesquisas sobre o uso em painéis.

Entre as aplicações dos "Wood-plastic Composites - WPC" ou Compósitos madeiraplástico, pode-se citar o uso em perfis para a construção civil, e em componentes automobilísticos; entre as características dos WPC, pode-se citar sua leveza, versatilidade e baixo custo quando comparados com a madeira ou outros compósitos poliméricos reforçados com cargas minerais.

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