Evaluation of three adhesives in the manufacture of Aspidosperma quebracho blanco wood blockboards stabilized with polyethylene glycol

Ernesto Osvaldo Sanabria; María Elisa Cayré; Walter Adrián Frank

Universidad Nacional del Chaco Austral UNCAUS, Comandante Fernández 755, 3700– Presidencia Roque Sáenz Peña — Chaco – Argentina Correo–e: sanabria@uncaus.edu.ar, sanabria@fai.unne.edu.ar.

Recibido: 15 de mayo, 2010 ]]> Aceptado: 31 de agosto 2010

RESUMEN

En este trabajo se evaluó que tipo de adhesivo es factible de utilizar en la fabricación de tableros enlistonados de madera de Aspidosperma quebracho–blanco impregnada con polietilengliol (PEG). Se analizaron tres tipos de adhesivos: polivinil acetato (PVAc), urea–formaldehído (UF) y fenol–formaldehído (PF) para conformar los tableros. La calidad adhesiva se determinó mediante la resistencia de la línea de adhesivo en tableros fabricados con madera impregnada y sin impregnar. El uso de PEG como estabilizante de la madera de Aspidosperma quebracho–blanco no interfirió en el proceso de adhesión cuando se utilizaron adhesivos UF y PF. Con el adhesivo PVAc provocó una disminución (< 15 %) de la resistencia en la línea de adhesivo respecto de la madera sin impregnar. El adhesivo que mejor se comportó de acuerdo a la Norma Española UNE 56–777–92. Determinación de la resistencia en la línea de adhesivo, fue el UF. Los adhesivos PVAc y PF no lograron pasar las especificaciones mínimas de 10 Nmm^–2 aún en los tableros fabricados con madera sin impregnar.

Palabras clave: PEG, PVac, PF, UF.

ABSTRACT

This study analyzed what type of adhesive is most suitable for use in the manufacture of Aspidosperma quebracho–blanco wood blockboards impregnated with polyethylene glycol (PEG). Three types of adhesives that could potentially be used to form the boards were analyzed: polyvinyl acetate (PVAc), urea–formaldehyde (UF) and phenol–formaldehyde (PF). Bond quality was determined by the glue–line strength in boards made with impregnated and non–impregnated wood. The use of PEG as a stabilizer of Aspidosperma quebracho–blanco wood did not interfere in the adhesion process when UF and PF adhesives were tested. The PVAc adhesive decreased (<15%) the resistance of the glue line in comparison with the non–impregnated wood. The adhesive that performed the best according to the Spanish standard UNE 56–777–92, pertaining to the determination of glue–line strength, was the UF one. The PVAc and PF adhesives failed to reach the minimum specifications of 10 Nmm^–2 even in those boards manufactured with non–impregnated wood.

Key words: PEG, PVac, PF, UF.

La industrialización de la madera se divide en productos de aserraje o primera transformación (durmientes, madera dimensionada, tarimas, etc.) de menor valor agregado y productos de carpintería o de segunda transformación (muebles, aberturas, tirantes, entre otros productos.) de mayor valor agregado. Para estos últimos productos, el algarrobo (Prosopis nigra) es la especie más utilizada (70 %) en la provincia del Chaco, Argentina.

De acuerdo con un documento publicado por el Consejo Económico y Social (CONES) la industria del mueble de madera en el Chaco está detenida en un círculo vicioso de baja rentabilidad debido al aumento del precio de la materia prima (Prosopis nigra), la falta de inversiones y, principalmente, a la mala inserción en los mercados. En función de este diagnóstico, se propusieron políticas tendientes a favorecer la comercialización en los grandes centros urbanos de la Argentina, eliminando la intermediación. Sin embargo, dado el problema de las existencias de algarrobo el documento resalta que la política de cambio en la inserción debe acompañarse indefectiblemente del desarrollo comercial de maderas alternativas. Al ritmo actual de explotación de Prosopis nigra, la especie que tiene mayor horizonte de existencia es Aspidosperma quebracho–blanco (207 años) seguida por Caesalpinia paraguariensis (7.5 años) y por Bumelia obtusifolia (7.3 años).

La inestabilidad dimensional es uno de los mayores problemas en el procesado y uso de la madera de quebracho blanco en la producción de bienes de alto valor agregado, y expresa la tendencia que tiene la misma a contraerse o hincharse acompañando las variaciones del contenido de humedad de la misma por debajo del punto de saturación de las Abras (PSF) (Vignote y Martínez, 2006). Sin embargo, la estabilidad dimensional puede ser mejorada por diferentes métodos y uno de los más importantes es el engrosado de la pared celular con sustancias químicas depositadas dentro de la misma, reemplazando parte del agua. De esta manera, la contracción puede ser total o parcialmente eliminada (Sugiyama y Norimoto, 2003).

Estudios realizados sobre Aspidosperma quebracho–blanco han demostrado que el uso de mezclas de polietilenglicol (PEG) disminuyen significativamente los valores de contracción e hinchamiento (Sanabria y Paz, 2000; Sanabria et al., 2007) sin afectar los valores de resistencia a la flexión. Por lo tanto, una alternativa para el uso de Aspidosperma quebracho–blanco en la elaboración de productos de mayor valor agregado es la fabricación de tableros por medio de listones de madera estabilizada unidos entre sí por medio de un adhesivo.

La adhesión es un proceso complejo que está influenciado por las propiedades físicas y químicas tanto de la madera como del adhesivo (Lee et al., 2006; Pizzi, 2000; Kamke y Lee, 2007). La resistencia de la línea de adhesivo en el material es crucial en la determinación del desempeño de la estructura del tablero.

Por lo anterior, el objetivo de este estudio fue evaluar la calidad de tres diferentes tipos de adhesivos en tableros enlistonados de madera de Aspidosperma quebracho–blanco impregnada con PEG mediante la determinación de la resistencia de la línea de adhesivo.

MATERIALES Y MÉTODOS

Muestras

Las dimensiones de las muestras fueron de 650 mm x 75 mm x 25 mm (largo; ancho y espesor) de acuerdo con la Norma IRAM 9511 (Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, 1994).

Tratamiento de estabilización

Los listones se impregnaron con una mezcla predeterminada de PEG de diferentes pesos moleculares (Sanabria y Paz, 2000) en planta piloto que posee la Cátedra de Tecnología Industrial I, en la UNCAus, en Presidencia Roque Sáenz Peña, Chaco, Argentina, utilizando el proceso Bethel según norma IRAM 9511 (Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, 1994).

Las muestras impregnadas se secaron hasta un 10 % de contenido de humedad (CH) con pautas adecuadas de secado y posteriormente se estabilizaron en cámaras de equilibrio higroscópico constante de 16 %, a una temperatura de 25 °C y una humedad relativa del 78 %, generada por solución salina saturada de NaCl, permanentemente agitada y con una circulación forzada de aire sobre la solución de 2.5 ms^–1.

La determinación del contenido de humedad se realizó según la Norma IRAM 9532 (Instituto Argentino de Racionalización de Materiales, 1994).

Fabricación de tableros

Para la conformación de los tableros los listones estabilizados se garlopearon y cepillaron en las cuatro caras y se encolaron utilizando entre 150 y 200 g de adhesivo por metro cuadrado de tablero. Los adhesivos utilizados y sus respectivos contenidos de sólidos se muestran en el Cuadro 1.

Presión, con un plato superior y otro inferior, perpendicular al plano del tablero para producir el fraguado de la resina por temperatura.

Presión neumática y paralela al plano del tablero, esto es perpendicular a las uniones de cola, de hasta 15 kg·cm^–2, de tal manera que mientras se produjo el fraguado de la resina se mantuvo la máxima presión sobre los cantos laterales que estuvieron embebidos con el adhesivo.

Por Norma UNE 56–777–92/1,1992, cada tablero debe tener como mínimo 5 (cinco) uniones de cola, esto es 6 (seis) tablas adheridas por cola a ensayar. Se fabricaron cinco tableros con madera impregnada y cinco tableros con madera sin impregnar para los respectivos testigos. Esto se realizó para cada uno de los adhesivos a analizar conformándose un total de 30 tableros.

Determinación de la resistencia en línea de adhesivo

Los tableros se pasaron por una lijadora de contacto para uniformar el espesor de los mismos y, se extrajeron 10 probetas aleatoriamente de cada uno, perpendiculares a la línea del adhesivo y se realizaron los ensayos de cortadura de cola de acuerdo a la Norma Española UNE 56–777–92/1, 1992.

Se realizaron 300 ensayos de cortadura de cola entre muestras testigos y muestras impregnadas. Las probetas fueron extraídas y analizadas de acuerdo al detalle de la Figura 1 exigidas por la Norma Española UNE 56–777–92/1, 1992. En la Figura 2 se observan las probetas a ensayar.

Los ensayos se realizaron en la Máquina Universal de Ensayos Marca CIFIC, Rosario, N° 830.805 con capacidad de 10 toneladas, medición de alargamientos por comparador de 0.01 mm, medición de cargas, lectura directa sobre dial y con distintas escalas de 0 a 10,000 kg, con sensores analógicos de carga y alargamiento electrónicos y registro en PC, de la Facultad de Ciencias Forestales de Eldorado, dependiente de la Universidad Nacional de Misiones (UNAM), Argentina.

Análisis Estadístico

Los estadísticos descriptivos utilizados para la expresión de los resultados fueron media aritmética, desviación estándar y coeficiente de variación.

La comparación estadística entre los valores de resistencia a la línea de adhesivo para muestras impregnadas y sin impregnar correspondientes a cada adhesivo se realizó con la prueba de Student.

Se utilizó análisis de varianza (ANOVA) de una vía para comparar los valores de resistencia de los distintos adhesivos. Cuando el F–test fue significativo (pv≤0.05) se aplicó la prueba de Tukey para examinar las diferencias entre las medias.

Todos los análisis estadísticos descritos anteriormente se realizaron con STATGRAPHICS Plus Versión 4.0 ( Statistical Graphics Corp., MD 20852, USA).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En el Cuadro 2 se listan las resistencias al corte de los adhesivos probados utilizando madera impregnada y sin impregnar.

Los valores medios de resistencia de los distintos adhesivos usados en este estudio en muestras impregnadas fueron comparados estadísticamente. El análisis de varianza realizado indicó que existen diferencias estadísticamente significativas (pv<0,05) entre los valores medios de resistencia en la línea de adhesivo. La prueba de Tukey permitió determinar que los valores de resistencia en la línea de adhesivo para los tableros fabricados con el adhesivo UF fueron significativamente más altos que los obtenidos con los adhesivos PF y PVAc entre los cuales no se detectaron diferencias significativas al 95 % de confianza.

La norma UNE 56–777–92/1, 1992, específica que las uniones encoladas deben superar una resistencia mínima de 10 N·mm^–2 para que el tablero se pueda utilizar en el mercado internacional. El adhesivo UF produjo los valores más altos de resistencia en la línea de adhesivo tanto para las muestras estabilizadas con PEG como para las no tratadas, superando en 50 % el límite impuesto por la norma. Estudios realizados con otras especies de madera tratada con PEG también reportan la formación de uniones fuertes utilizando adhesivos UF (Unger et al., 2001).

Para los adhesivos PF y PVAc, los valores de resistencia en la línea de adhesivo fueron inferiores a los especificados por la norma UNE 56–777–92/1, 1992. Muchos factores pueden contribuir al desarrollo de una insuficiente resistencia en la línea de adhesivo. La presencia de preservantes y estabilizantes pueden interferir en la adhesión interfacial entre la madera y el adhesivo (Lee et al., 2006; Örs et al., 2004; Özçifçi, 2008). Se ha reportado que para lograr uniones estables con adhesivos del tipo PF en maderas tratadas con PEG fue necesario remover el PEG de las capas superficiales (Unger et al., 2001). Sin embargo, los resultados obtenidos en el presente estudio demuestran que los bajos valores de resistencia en la línea de adhesivo obtenidos para los adhesivos PF y PVAc no pueden atribuirse exclusivamente a la presencia de PEG dado que, las muestras testigos (no impregnadas) tampoco superan los valores mínimos impuestos por la norma antes citada.

Un factor con alta incidencia en la encolabilidad es la densidad de la madera. En maderas con densidades básicas altas se pueden producir uniones débiles debido fundamentalmente a la mala transferencia de adhesivo o a un excesivo escurrimiento lateral al momento de aplicar la presión (Carmona et al., 2000). Si bien Aspidosperma quebracho–blanco es un madera densa (> 700 kg·m ³) y de porosidad difusa esta propiedad por sí misma no permitiría explicar los resultados obtenidos en este estudio. En efecto, Lee et al. (2006) trabajaron con madera de pino (Pinus korainensis) y alerce (Larix leptolepis) de densidades semejantes y bajo las mismas condiciones de operación y determinaron que los valores de resistencia en la línea de adhesivo eran dependientes de la especie. Las uniones más débiles se obtuvieron con adhesivos PF para madera de pino y UF para madera de alerce.

Las diferencias entre los valores de resistencia en la línea de adhesivo obtenidos en este estudio pueden ser atribuidas a interacciones específicas entre la madera de la especie Aspidosperma quebracho–blanco y los diferentes adhesivos usados y también estar asociadas al proceso de fabricación, ya que los tiempos de curado, la cantidad de adhesivo y el prensado aplicado son fundamentales para lograr una óptima adhesión entre las superficies (López y Correal, 2009).

CONCLUSIONES

El uso de PEG como estabilizante de la madera de Aspidosperma quebracho–blanco no interfiere en el proceso de adhesión cuando se utilizan adhesivos UF y PF. Con adhesivos PVAc provoca una disminución (< 15 %) de la resistencia en la línea de adhesivo respecto de la madera sin tratar.

El uso de adhesivos UF es recomendado para la fabricación de tableros enlistonados de Aspidosperma quebracho–blanco estabilizado con PEG puesto que produce uniones fuertes cuya resistencia supera aproximadamente en un 50 % las especificaciones mínimas impuesta por norma UNE 56–777–92/1, 1992.

LITERATURA CITADA

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