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Revista Árvore

Print version ISSN 0100-6762

Rev. Árvore vol.38 no.2 Viçosa Mar./Apr. 2014

http://dx.doi.org/10.1590/S0100-67622014000200014 

Painéis de partículas provenientes de rejeitos de Pinus sp. tratado com preservante cca e resina derivada de biomassa

 

Particleboards using wastes from cca-treated Pinus sp. and resin from biomass

 

 

Marília Silva BertoliniI; Maria Fátima NascimentoII; André Luis ChristoforoIII; Francisco Antonio Rocco LahrII

IPrograma de Pós-graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de São Paulo, USP, Brasil. E-mail: <marilia.bertolini@usp.br>
IILaboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira, Departamento de Engenharia de Estruturas, Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, USP, Brasil. E-mail: <fati@sc.usp.br> e <frocco@sc.usp.br>
IIIDepartamento de Engenharia Civil, Universidade Federal de São Carlos, UFSCar, Brasil. E-mail: <alchristoforo@yahoo.com.br>

 

 


RESUMO

A utilização do preservante CCA (sais de cromo, cobre e arsênio) tem sido questionada devido ao impacto relacionado à dispersão, principalmente, do cobre e do arsênio para o ambiente, antes de sua completa fixação na madeira. Outra questão se relaciona à disposição indevida dos resíduos provenientes da madeira tratada, viabilizando a lixiviação devido à maior área passível desses rejeitos sujeita a tal fenômeno. Este trabalho teve como objetivo a produção de painéis de partículas, avaliando o efeito da adição de resíduos de Pinus sp. tratado com sais de cromo, cobre e arsênio (CCA), em associação com material da mesma espécie sem preservantes, além de alterações no teor de adesivo poliuretano à base de mamona empregado na produção. As propriedades dos painéis produzidos foram determinadas conforme recomendações da NBR 14810-3: 2006. Por meio de análise estatística, observou-se que a adição da madeira tratada proporcionou desempenho superior no inchamento em espessura (2 h), ao passo que esse insumo utilizado na mesma proporção que a madeira sem preservantes foi significante, obtendo os melhores resultados na adesão interna. Os módulos de ruptura e de elasticidade na flexão não sofreram influência das variações nos insumos utilizados nos painéis. Os painéis, em grande parte, apresentaram-se em conformidade com os principais requisitos nesse âmbito, mostrando a possibilidade da utilização dos referidos insumos na produção, além da obtenção de um produto com considerável apelo ambiental.

Palavras-chave: Pinus sp.; Painéis aglomerados; Tratamento CCA.


ABSTRACT

The use of preservative CCA (Chromated Copper Arsenate) has been questioned due to the impact mainly related to the dispersion of copper and arsenic to the environment prior to its complete fixation in timber. Another issue is related to the inappropriate disposal of wastes from treated wood, which may cause leaching due to the increased area susceptible to these wastes. This study aimed the particleboard production, evaluating the effect of adding waste from CCA-treated Pinus sp., in association with the same specie without preservative, in addition to variations in content of castor oil-based polyurethane resin. Particleboards properties were determined according to NBR 14810-3: 2006. By statistical analysis, it was observed that the addition of treated wood resulted in better performance in the thickness swelling (2 hours), whereas this treated wood used the same proportion as the timber without preservatives was significant in internal bond, showing the better values. The modulus of rupture and modulus of elasticity were not influenced by variations in raw-materials used in particleboards production. Most of the panels were in accordance to the main requirements, showing feasibility of using these materials in their production, as well as obtaining a product with considerable environmental appeal.

Keywords: Pinus sp.; Particleboards; Treatment with CCA.


 

 

1. INTRODUÇÃO

O setor da construção civil vem apresentando crescente interesse por produtos obtidos a partir da madeira tratada, devido à sua maior resistência em serviço, embora as técnicas de aplicação careçam de normatização. Estimativas da Associação Paranaense de Empresas de Base Florestal - APRE (2011) têm apontado uma produção anual brasileira de madeira tratada de 1,2 milhão de m³, na qual o CCA (sais de cromo, cobre e arsênio) representa 80% do volume de preservativo utilizado, enquanto o CCB (sais ou óxidos de cromo, cobre e boro), o lindane, o tribromofenato e o creosoto somados se referem a apenas 20% (SILVA, 2006).

Questões ambientais referentes à utilização do CCA têm sido levantadas devido à dispersão do cobre e do arsênio para o ambiente antes de sua completa fixação na madeira. Com isso, existe a possibilidade de contaminação do solo e do lençol freático, principalmente quando na forma de resíduos, pois sua pequena espessura aumenta a área passível de viabilizar a perda de substâncias por lixiviação (BERTOLINI, 2011).

Solo-Gabriele et al. (2004) citaram que estudos na Flórida, EUA, enfocando os impactos ambientais ocasionados pelo CCA foram efetuados a partir dos níveis elevados de arsênio e cromo encontrados nas cinzas de usinas de cogeração de energia. Durante 1996, constatou-se que essa contaminação foi gerada pela queima da madeira tratada proveniente de rejeitos para obtenção de energia. Kamdem (2002) destacou que o volume de resíduos de madeira tratada com CCA nos Estados Unidos, em 2002, foram da ordem de oito milhões de m³ e estimou que, no ano 2020, esse volume será de 19 a 20 milhões de m³, sendo estes oriundos, principalmente, da construção civil. Estudos de Murphy et al. (2004), considerando o cenário do Reino Unido, indicaram um montante de 62.000 m³ de resíduos pós-consumo de madeira tratada com CCA em 2004 e, considerando a vida útil em serviço de 50 anos de madeiras com esse tratamento, estimaram um volume de 870.000 m³ de rejeitos em 2061.

Nesse sentido, órgãos governamentais têm aconselhado o descarte adequado desses rejeitos em aterros controlados, para incineração da madeira tratada e captação dos gases eliminados. Além disso, não se devem reutilizar sobras/resíduos da madeira tratada na fabricação de produtos destinados à queima (carvão, briquetes) ou combustíveis, nem descartá-los a céu aberto. Isso se deve ao fato de a substância preservante CCA ser considerada pelo Instituto Brasileiro do Meio Ambiente (IBAMA, 2007) como de classe toxicológica e de risco ambiental tipo I, ou seja, extremamente tóxico.

Considerando-se que o reaproveitamento ambientalmente correto é também aquele que possa gerar produtos úteis e comercializáveis para a sociedade, é possível admitir esse material como potencial insumo para manufatura de derivados da madeira, levando-se em conta não somente as características de resistência à degradação biológica, mas propriedades mecânicas superiores, como no caso de algumas espécies quando impregnadas com preservantes, conforme apontado por Pinheiro (2001) e Rocco Lahr et al. (2010). Lepage (2010) citou alternativas de reciclagem, como produção de chapas de fibras, chapas de partículas, madeira laminada, compósitos de madeira-cimento e compósitos plástico-madeira.

Painéis de partículas aglomeradas destacam-se como produtos que permitem a utilização de rejeitos em sua obtenção, possibilitando considerável apelo sustentável (FIORELLI et al.,  2012). Além disso, a aplicação de matérias-primas como adesivos de origem renovável e oriundos de biomassa também são fatores que contribuem nesse aspecto.

Os adesivos sintéticos à base de formaldeído utilizados na indústria de painéis apresentam inconvenientes como emissão de gases tóxicos, limitada reciclagem de seus produtos finais, custo dependente de suas matérias-primas e origem não renovável (GONZÁLEZ-GARCIA et al., 2011). O adesivo obtido a partir da mamona teve origem em 1940 (DIAS, 2008). Sua formulação bicomponente, constituída de poliol (óleo-de-mamona) e pré-polímero (isocianato), foi desenvolvida recentemente, contribuindo com excelente desempenho em produtos derivados da madeira e de resíduos lignocelulósicos, conforme pesquisas de Nascimento (2003), Campos (2005), Dias (2008), Battistelle et al. (2010), Fiorelli et al. (2012), entre outros. A resina à base de óleo-de-mamona apresenta, além das vantagens relacionadas à sua origem a partir de biomassa, benefícios no que diz respeito a menores temperaturas de prensagem, a partir de 60 °C, conforme Dias (2008), quando comparadas com aquelas contendo formaldeído (por volta de 160 °C), possibilitando menores custos com energia.

Nesse sentido, o objetivo deste trabalho foi analisar a viabilidade da produção de painéis de partículas aglomeradas com emprego de rejeitos abundantes no setor madeireiro do Brasil, provenientes de Pinus sp. tratado com CCA (sais de cromo, cobre e arsênio) e resina poliuretana à base de mamona, adotando-se diferentes proporções de madeira tratada em relação à mesma espécie sem preservante, além de modificações quanto ao teor de adesivo.

 

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1. Material

Foram utilizados neste estudo resíduos de Pinus sp. ao natural, obtidos a partir de rejeitos da serraria do Laboratório de Madeiras e de Estruturas de Madeira da Universidade de São Paulo e rejeitos de Pinus sp. tratado com CCA com retenção do preservante de 6,5 kg/m³, provenientes de rejeitos de vigas roliças empregadas na construção civil (Figura 1a), posteriormente reduzidos em desengrossadeira e, em seguida, processados em moinho de facas para obtenção das partículas. Para adesão das partículas, foi utilizada a resina poliuretana à base de óleo-de-mamona, bicomponente, sendo o componente A um poliol derivado do óleo vegetal, com densidade de 1,2 g/cm³, e o componente B o isocianato polifuncional, densidade de 1,24 g/cm³. Trata-se de um adesivo de cura a frio, podendo ser acelerada com temperatura a partir de 60 °C (DIAS, 2008).

2.2 Produção e caracterização dos painéis particulados

Adotaram-se algumas variações na produção dos painéis em termos de proporções da madeira tratada, da mesma espécie ao natural e quanto ao teor de resina. Desse modo, foram obtidas oito combinações, conforme mostrado na Tabela 1. Determinou-se a densidade nominal das chapas de 0,91 g/cm³, partindo da densidade do Pinus sp. tratado de 0,70 g/cm³, citada por Rocco Lahr et al. (2010), e da razão de compactação de 1,3, aconselhada por Maloney (1977).

A produção dos painéis consistiu na homogeneização da resina de mamona às partículas de madeira por meio de encoladeira. O material obtido foi previamente prensado em dispositivo mecânico para formação do colchão com as dimensões preestabelecidas pela caixa formadora, e em seguida houve a conformação dos painéis em prensa semiautomática sob pressão de 4 MPa, na temperatura de 100 °C e tempo de prensagem de 10 min. As chapas foram produzidas nas dimensões de 35 x 35 mm e espessura nominal de 10 mm. Após o acondicionamento dos painéis por um período de 72 h, eles foram esquadrejados para obtenção dos corpos de prova. Os painéis produzidos são apresentados na Figura 1b.

 A caracterização dos painéis foi realizada conforme a norma brasileira NBR 14810-3: (ABNT, 2006b), com ensaios para determinação das propriedades físicas de densidade e inchamento em espessura (IE), em 2 e 24 h, e das propriedade mecânicas, de módulo de resistência (MOR) e do módulo de elasticidade (MOE) na flexão estática e da resistência à adesão interna (AI), obtida pela tração perpendicular às faces dos painéis.

Os valores encontrados das propriedades foram comparados estatisticamente entre si, para cada combinação mediante a análise de variância e teste de Tukey a 5% de significância, empregando-se o software Minitab 16. Os resultados das propriedades estudadas foram comparados com os requisitos das principais normas de painéis de partículas, citadas na Tabela 2.

 

3. RESULTADOS

3.1. Propriedades físicas  Densidade e inchamento em espessura

A Tabela 3 apresenta os valores médios das propriedades físicas de densidade e inchamento em espessura (IE), obtidas para as oito combinações.

Em relação à densidade dos painéis, as combinações C2, C3 e C5 apresentaram-se estatisticamente diferentes em relação a C4, demonstrando que tanto a adoção de maior teor de adesivo quanto o emprego de 100% de partículas de madeira tratada podem influenciar a densidade dos painéis.

Quanto à propriedade de inchamento em espessura (IE) em ambos os períodos (Tabela 3), observa-se que a combinação C4 apresenta diferença estatística em relação a C1, demonstrando que tanto o teor de adesivo quanto o tipo de madeira empregada podem ser caracterizados como fatores influentes nessa propriedade. Valores médios absolutos superiores de IE em 2 e 24 h foram obtidos nas combinações em que se empregaram Pinus sp. tratado com CCA e teor de adesivo de 10%, conforme observado em C4, C6 e C8. Ficou demonstrado que tais insumos podem interferir no desempenho dos painéis quando expostos à imersão em água.

3.2. Propriedades mecânicas - Módulos de ruptura, módulo de elasticidade e adesão interna

Os valores obtidos nas propriedades mecânicas módulo de ruptura (MOR) e módulo de elasticidade (MOE) na flexão estática e adesão interna (AI) encontram-se na Tabela 4.

No módulo de ruptura (MOR), notou-se que os valores obtidos nas combinações em geral não diferiram estatisticamente entre si. Todavia, nota-se que nas combinações as quais se utilizaram Pinus sp. tratado com CCA, o teor de adesivo é fator determinante para valores médios absolutos superiores, se observadas as combinações com 10% de adesivo, nos casos de C4, C6 e C8 e, para 8%, em relação à C3 e C5, independente da proporção de madeira tratada.

Quanto ao módulo de elasticidade (MOE), os valores médios mostraram-se estatisticamente equivalentes entre si, embora valores absolutos superiores dessa propriedade tenham sido alcançados com maiores teores de adesivo, comparando traços de mesma quantidade e tipo de madeira (C1 e C2 e C3 e C4).

Em relação à adesão interna dos painéis (Tabela 4), notou-se que, para amostras com o menor teor de adesivo (8%), torna-se interessante o emprego do pinus tratado na proporção de 50%, fato observado pela diferença estatística entre as combinações C3 e C5. Observou-se que, fixando as combinações com mesmas quantidades e mesmo tipo do insumo "madeira", o teor de adesivo não se caracterizou como fator influente para essa propriedade, conforme equivalência estatística entre as combinações C1 e C2; C3 e C4; C5 e C6; e C7 e C8. Apesar disso, autores como Maloney (1977) e Moslemi (1974) mencionaram relações diretas da adesão interna e teor de adesivo.

 

4. DISCUSSÕES

Neste estudo, considerando-se a densidade dos painéis produzidos, as amostras referentes às combinações C1, C4, C6 e C7 classificam-se como de alta densidade (>0,80 g/cm³), segundo a Norma ANSI A208.1: 1999. Conforme os valores médios de densidade apresentados na Tabela 3, os painéis referentes às oito combinações resultaram em densidades entre 0,76 e 0,88 g/cm³, ou seja, menores que a predeterminada na produção (0,91 g/cm³). Tendência semelhante foi observada em estudos de Brito et al. (2006), que obtiveram densidades de chapas de Pinus elliottii Engelm de 0,63 a 0,65 g/cm³, diferindo-se da preestabelecida de 0,70 g/cm³. Em estudos de Iwakiri et al. (2008), foram notadas características semelhantes, com massas específicas até 13% menores em relação aos valores estimados na produção dos painéis.

Confrontando os valores de inchamento em espessura (IE) com os requisitos normativos, notou-se que as combinações C4, C6 e C8 levaram a resultados coerentes com o valor máximo estipulado pela NBR 14810-2: (ABNT, 2006a) de 8%, para IE em 2 h. Apenas a combinação C1, na qual se empregaram madeira sem preservantes e menor teor de adesivo, não esteve de acordo com o máximo de 16% permitido pela norma EN 312: 2003, para IE em 24 h.

Observou-se também desempenho superior no IE para C5 e C7, em ambos os períodos, de aproximadamente 8 e 14%, respectivamente, comparando-se tais resultados com estudos de Naumann et al. (2008), envolvendo quantidade semelhante de adesivo ureia-formaldeído e adoção de mesmas proporções de mistura com outras espécies. Isso pode estar relacionado tanto às características de maior resistência à água da resina derivada da mamona quanto ao desempenho da madeira tratada nessa propriedade, em comparação com os gêneros Eucalyptus e Schizolobium utilizados pelos citados autores.

Em relação ao MOR, considerando os requisitos normativos, observou-se que apenas a combinação C1 não atingiu o valor estipulado pela Norma Brasileira (18 MPa), embora esteja de acordo com as demais normas estabelecidas como referência (Tabela 2).

Para o MOE, os painéis classificados como de média densidade (combinações C2, C3, C5, C7 e C8) resultaram em valores superiores ao estabelecido pelas normas ANSI A208.1: (ANS, 1999) e CS 236-66: 1968, de aproximadamente 1725 MPa (Tabela 2).

Comparando os painéis referentes às combinações contendo 8% de adesivo PU derivado da mamona e Pinus sp. tratado com CCA (C3, C5 e C7), observou-se que os valores de resistência à ruptura e ao módulo de elasticidade estiveram 10% superiores aos de produtos semelhantes, produzidos por Oliveira et al. (2010). Esses autores produziram painéis particulados contendo mistura de madeira de Eucalyptus e polietileno ou mesma madeira e rejeitos de embalagens cartonadas contendo 8% de resina fenol-formaldeído. Dsiante disso, notou-se que painéis produzidos com a resina poliuretana de mamona podem resultar em considerável desempenho mecânico, sendo promissor o uso desse adesivo para tais produtos provenientes de espécies impregnadas com substâncias preservantes, principalmente com o CCA. Segundo Kamdem et al. (2004), a qualidade de compósitos fabricados com a madeira tratada com CCA depende das propriedades de superfície desse material (presença do CCA) e do tipo de adesivo. Há estudos que comprovam adesão ineficiente quando empregado o fenol-formaldeído, resultando em produtos com reduzidas propriedades mecânicas e físicas.

Quanto à propriedade de adesão interna (AI) (Tabela 4), observou-se, por meio dos valores médios absolutos, que as chapas contendo o Pinus sp. tratado com CCA empregado, juntamente com a mesma espécie ao natural, apresentaram melhores desempenhos, comparando com aquelas contendo somente um tipo desses insumos.

No caso da combinação C3, que resultou em menor resistência na AI, esse comportamento pode estar relacionado ao fato de os componentes do CCA - o cobre, cromo e arsênio - se ligarem quimicamente às paredes celulares da madeira, possibilitando o bloqueio de parte das forças moleculares de atração que, normalmente, poderiam atuar entre a madeira e o adesivo (VICK; KUSTER, 1992). Desse modo, a adesão entre madeira e resina poliuretana de mamona podem ter ocorrido em grande parte por uma interação física. Para C4, também com 100% de madeira tratada, o maior teor de adesivo pode ter contribuído com o desempenho superior a C3 dessa propriedade.

Comparando os valores obtidos para AI com os requisitos normativos, todas as combinações superaram com larga vantagem os valores citados na Tabela 2, até mesmo em relação a CS 236-66: 1968, que preconiza 1,4 MPa para essa propriedade. Bertolini (2011), em estudos com painéis aglomerados empregando Pinus sp. tratado com CCB (óxidos de cobre, cromo e boro) e teor de 12% do adesivo poliuretano de mamona, obteve valores próximos a 1,5 MPa para adesão interna, enquanto neste trabalho, utilizando a mesma espécie tratada com CCA e menor teor de adesivo (10%), o desempenho na adesão interna foi superior (2,37 MPa).

 

5. CONCLUSÕES

Verificou-se, por meio dos resultados obtidos, a viabilidade na obtenção de painéis de partículas com rejeitos de Pinus sp. tratado com o preservante CCA (sais de cobre, cromo e arsênio), empregando resina poliuretana à base de mamona. Os painéis resultaram em propriedades físicas e mecânicas satisfatórias, com a ressalva de que:

- Ambos os insumos foram fatores determinantes na propriedade de inchamento em espessura, segundo verificado nos tratamentos contendo maior teor de adesivo (10%) e com adição de Pinus sp. tratado com CCA, em todas as proporções adotadas (25, 50 e 100%).

- Para a adesão interna, fixando o teor de adesivo, torna-se mais interessante a utilização do Pinus sp. com CCA na proporção de 50% da mesma espécie sem preservante, conforme comprovado pelo desempenho superior das combinações contendo 8 ou 10% da resina PU de mamona.

Além do desempenho superior aos requisitos normativos, esses painéis produzidos com rejeitos também podem se destacar no mercado, devido às características de apelo ambiental.

 

6. AGRADECIMENTOS

À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP), pela concessão da bolsa.

 

7. REFERÊNCIAS

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Recebido em 08.05.2013 aceito para publicação em 11.03.2014.

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