Scientia Forestalis, volume 43, n. 107
p.713-720, setembro de 2015

Qualidade de painéis aglomerados produzidos com Eucalyptus urophylla e resíduos da desrama de Acacia mangium Willd

Quality of particleboard produced with Eucalyptus urophylla  and pruning waste of Acacia mangium Willd

Karla Nayara Santos de Almeida1
Kaíse Barbosa de Souza1
Rafael Farinassi Mendes2
José Benedito Guimarães Jr.3
Lourival Marin Mendes4

1UFPI – Universidade Federal do Piauí – 64049-550 - Bom Jesus – Piauí. E-mail: karlanayara02@yahoo.com.br.
2Professor Doutor do Departamento de Engenharia. UFLA – Universidade Federal de Lavras - Caixa Postal 3037 – 37200-000 - Lavras, MG. Email: rafaelfarinassi@gmail.com.
3Professor do Departamento de Ciência e Tecnologia da Madeira. UFG – Universidade Federal de Goiás - Campus de Jataí - BR 364, km 192, n. 3800 - Parque Industrial – 75801-615 - Jataí, GO. E-mail: jbguimaraesjr@hotmail.com.
4Professor Doutor do Departamento de Ciências Florestais UFLA – Universidade Federal de Lavras - Caixa Postal 3037 – 37200-000 - Lavras, MG. E-mail: lourival@dcf.ufla.br.

Recebido em 14/08/2014 - Aceito para publicação em 04/05/2015

Resumo

O objetivo do trabalho foi avaliar a qualidade de painéis aglomerados produzidos com a madeira de desrama de Acacia mangium Willd. Os painéis foram produzidos com proporções de 0, 10, 20, 30 e 40 % do resíduo de desrama, com 8% de adesivo uréia-formaldeído, densidade nominal de 0,70 g/cm³ e com ciclo de prensagem com pressão de 4,0 MPa, temperatura de 150°C por período de 8 minutos. A inclusão da madeira de desrama de Acacia mangium Willd proporcionou aumento do inchamento em espessura e diminuição dos valores de ligação interna dos painéis aglomerados. Apenas os painéis produzidos com a madeira de Eucalyptus urophylla, pura ou em mistura com 10 ou 40% de madeira de desrama de Acacia mangium Willd atenderam aos requisitos da norma EN 312 (ENS, 2003), podendo ser utilizado para produção de móveis para ambientes secos.
Palavras-chave: Particulados, aproveitamento de resíduos, propriedades físico-mecânicas.

Abstract

The objective was to evaluate the potential use of pruning waste of Acacia mangium Willd for particleboard manufacturing. The panels were produced with a percentage of 0, 10, 20, 30 and 40% of the pruning residues, with 8% urea-formaldehyde adhesive, nominal density of 0.70 g/cm³ and a pressing cycle at a pressure of 4.0 Mpa; temperature of 150°C for 8 min. The inclusion of pruning waste of Acacia mangium Willd provided an increase of thickness swelling and a decrease of internal bond of the panels. Only the panels produced with Eucalyptus urophylla, pure or mixed with 10 or 40% pruning waste of Acacia mangium Willd achieved the requirements of EN312 (ENS, 2003), can be used to produce furniture for dry environments.
Keywords: particleboard, waste recovery, physic-mechanical properties.


INTRODUÇÃO

Atualmente, as perspectivas são bastante positivas para o setor de painéis de madeira de forma geral, sendo que os segmentos de MDP (Medium Density Particleboard) e MDF (Medium Density Fiberboard) os que apresentam um cenário mais positivo (MENDES et al., 2014). De acordo com dados da Associação Brasileira da Indústria dos Painéis de Madeira - ABIPA (2014), a produção brasileira de painéis aglomerados, no período de 2005 a 2012, evoluiu de 2,048 milhões m³ para 3,261 milhões m³, o que representa um crescimento médio anual de 8,46%.

Com o crescimento da indústria de painéis de madeira, aumenta também a demanda por matéria-prima, tornando-se necessário não apenas o aumento de áreas de plantios com espécies atualmente utilizadas do gênero pinus e eucalipto, mas também a busca de novas opções (FARRAPO et al., 2014; MENDES et. al., 2014).

A Acacia mangium Willd é uma espécie que vem despertando o interesse para produção de diversos tipos de produtos a base de madeira. Haja visto que em plantios silviculturais de excelente manejo, pode apresentar incremento médio anual de 45m³/ha/ano (VEIGA et al., 2000; SOUZA et al., 2004). De acordo com relatório da Associação Brasileira de produtores de florestas plantadas - ABRAF (2013) o Brasil apresenta uma área de plantio com o gênero Acácia de aproximadamente 150 mil hectares.

Recentemente, têm sido realizados alguns estudos para utilização da madeira de Acacia mangium Willd para produção de painéis, puros ou através de mistura com outras espécies, sendo obtidos painéis aglomerados de boa qualidade (SILVA, 2008; GONÇALVES, 2012). No entanto, sua madeira é utilizada principalmente para polpa de celulose, produção de carvão e outros produtos como MDF e compensados (GALIANA et al., 2002; SCHIAVO; MARTINS, 2003; SILVA, 2008). A espécie se destaca também por possuir um bom desenvolvimento em várias regiões do país e por apresentar em sua casca uma excelente fonte de tanino para produção de adesivos para madeira.

Uma das etapas dos tratos silviculturais no cultivo da Acacia mangiun Willd é a realização da desrama artificial para atingir a melhoria da qualidade da madeira, retirando galhos que possam, no futuro, desvalorizar a madeira para fins tecnológicos mais nobres, devido a presença dos nós, que podem ser fontes de redução de resistência mecânica, dificultar a trabalhabilidade, impedir uma adesividade adequada, dentre outros problemas. Essa prática acaba gerando um resíduo no meio florestal, que muitas vezes é descartado no ambiente ou queimado, causando prejuízo econômico e ambiental (TUOMELA et al., 1996).

Esse resíduo florestal apresenta pequeno diâmetro, não sendo possível seu aproveitamento pelas indústrias de base tecnológica de madeira, tais como serraria e laminadoras. Uma das possíveis aplicações seria utilizá-lo como matéria-prima para produção de aglomerados (GUIMARÃES JR. et al, 2013a). Nesse contexto, o objetivo do trabalho foi avaliar o potencial de utilização da madeira de desrama de Acacia mangium Willd para a produção de painéis aglomerados.


MATERIAL E MÉTODOS


Matéria-prima

Os resíduos da desrama de Acacia mangium Willd foram obtidos de árvores aos 4 anos de idade, localizadas na cidade de Curimatá, sul do estado do Piauí, enquanto que a madeira de Eucalyptus urophylla foi proveniente de testes clonais com 7 anos de idade, instalados na propriedade da Companhia Mineira de Metais no município de Paracatu – MG. A madeira de Eucalyptus urophylla foi retirada do fuste das árvores, não sendo proveniente de desrama.

Para a determinação da densidade básica da madeira de desrama de Acacia mangium Willd e de Eucalyptus urophylla foram utilizadas as especificações da norma NBR 11941 (ABNT, 2003a).


Análise química da madeira

Para a análise dos constituintes químicos da madeira foram utilizadas as partículas obtidas pelo processamento da madeira em um moinho Willy. O material utilizado foi aquele que passou pela peneira de 40 mesh e ficou retido na de 60 mesh. Após o material ser acondicionado na temperatura de 20±2 °C e umidade relativa de 65±5% até a obtenção de massa constante, foram determinados os seus teores de lignina ABNT 7989 (ABNT, 2010a), extrativos totais ABNT 14853 (ABNT, 2010b), cinzas ABNT 13999 (ABNT, 2003b) e holocelulose (obtida pela diferença H (%) = 100 - % lignina - %Extrativos totais -% cinzas).


Delineamento experimental

A variação da percentagem de resíduo de desrama de Acacia mangium Willd associada a madeira de Eucalyptus urophylla estão apresentadas na Tabela 1. Para cada tratamento foram produzidos três painéis, com densidade nominal de 0,70 g/cm³.

Tabela 1. Delineamento experimental utilizado na confecção dos painéis.
Table 1. Experimental design used in the manufacture of the panels.
Tratamentos Associação de material
Desrama de Acacia mangium Willd (%) Eucalyptus urophylla (%)
T1 0 100
T2 10 90
T3 20 80
T4 30 70
T5 40 60


Preparação da matéria-prima e produção dos painéis

As toras de Eucalyptus urophylla foram processadas em torno laminador para a obtenção de lâminas com a espessura média de 2,5 mm, sendo posteriormente trituradas em moinho martelo com peneira de abertura de 6,1 mm. Enquanto que o resíduo de desrama da Acacia mangium Willd foi picado diretamente com o moinho martelo.

As partículas geradas foram classificadas em uma peneira vibratória, sendo utilizada para produção dos painéis aquelas que ficaram retidas entre as peneiras de 10 e 30 mesh. Antes da sua utilização, as partículas foram secas em uma estufa com circulação forçada de ar até atingirem umidade de 3%.

O adesivo foi aplicado em uma encoladeira do tipo tambor giratório. Foram utilizados 8% do adesivo uréia-formaldeído (base massa seca das partículas). O adesivo apresentou pH 7,5; viscosidade de 1340,45 cP e teor de sólidos de 56,27%.

As partículas ao saírem do tambor foram conduzidas para uma caixa formadora de colchão e posteriormente pré-prensadas a frio na pressão de 0,4 MPa. O colchão formado foi submetido a prensagem a quente, com temperatura de 150°C, pressão de 4 MPa e período de 8 minutos. A dimensão final do painel foi de 480 x 480 x 15 mm (Comprimento x largura e espessura respectivamente).


Avaliação das propriedades e análise estatística

As dimensões dos corpos de prova e os procedimentos adotados para a realização dos testes de absorção de água após duas e vinte e quatro horas de imersão (AA2h e AA24h), inchamento em espessura após duas e vinte e quatro horas de imersão (IE2h e IE24h), compressão paralela e ligação interna foram realizados conforme a norma ASTM D-1037 (ASTM, 2006). Para as propriedades Módulo de ruptura (MOR) e Módulo de elasticidade (MOE) obtidos à flexão estática, foi utilizada a norma DIN 52362 (NHS, 1982). Antes da realização dos ensaios as amostras foram acondicionadas em uma câmara de aclimatização a temperatura de 22 ± 2°C e umidade relativa de 65 ± 5 %.

A análise dos resultados foi feita através de um delineamento inteiramente casualizado. De forma preliminar às análises de variância foi realizado o teste de homogeneidade de variâncias (teste de Bartlett, a 5% de significância) e de normalidade (teste Shapiro-Wilk, a 5% de significância). Para a avaliação da densidade dos painéis e da razão de compactação, os resultados foram submetidos à análise de variância e teste de média Scott-Knott, ambos a 5% de significância. Enquanto que para a avaliação das demais propriedades, os resultados foram submetidos à análise de variância e análise de regressão, ambos a 5% de significância.


RESULTADOS E DISCUSSÃO


Densidade e análise química da matéria-prima

Os valores médios obtidos para a densidade básica da madeira de desrama de Acacia mangium Willd e de Eucalyptus urophylla foram de 0,414 (±0,04) g/cm³ e 0,560 (±0,03) g/cm³, respectivamente. Os valores médios obtidos para os constituintes químicos da madeira de desrama de Acacia mangium Willd e de Eucalyptus urophylla estão apresentados na Tabela 2.

Tabela 2. Análise química da madeira.
Table 2. Wood chemical analysis.
Tipo de madeira Holocelulose lignina extrativos cinzas
Acacia mangium Willd 55,82 (6,20) 30,96 (14,92) 12,60 (20,77) 0,62 (4,83)
Eucalyptus urophylla 64,53 (7,11) 26,47 (14,69) 8,52 (32,50) 0,48 (10,41)
* Valores dentro dos parênteses correspondem ao coeficiente de variação.

Observa-se que a madeira de desrama de Acacia mangium Willd apresentou maiores valores médios de lignina, extrativos e cinzas que a madeira de Eucalyptus urophylla, proporcionando consequentemente menores valores médios de holocelulose. O aumento da quantidade da lignina pode vir a favorecer uma melhor ligação entre as partículas, no entanto o aumento dos extrativos pode vir a afetar a colagem e prejudicar a ligação interna do painel e consequentemente promover aumento do inchamento em espessura.

Queiroz et al. (2004) avaliando a madeira do híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla obtiveram valores médios de 26,7 a 27,2% para lignina e de 2,73 a 3,45 % para os extrativos. Mendes et al. (2014) ao avaliarem diferentes clones de Eucalyptus urophylla aos 7,8 anos de idade, observaram valores médios para holocelulose entre 62,14 a 70,89%, para lignina entre 22,76 a 29,21%  e para extrativos entre 6,35 a 8,91%.

Antunes (2009) ao avaliar a composição química da madeira de Acacia mangium aos 6 anos de idade observou valores médios de 66,55% de holocelulose, 28,06% de lignina e 5,14% de extrativos. Lombardi (2013) ao verificar a composição químicas da madeira de Acacia mangium aos 6 anos de idade observou valores médios de 66,18% para holocelulose, de 28,29% para lignina, de 5,30% para extrativos e de 0,23% para cinzas.

De forma geral, observa-se que os valores obtidos para a composição química da madeira de Eucalyptus urophylla estão coerentes com os observados em literatura. Em relação a madeira de desrama de Acacia mangium, observa-se que os valores para holocelulose foram inferiores aos encontrados em literatura, enquanto que os de extrativos e lignina se mostraram superiores. Uma das possíveis causas para esse menor valor de holocelulose é devido a esse material ser proveniente da desrama, o que o caracteriza como sendo uma madeira com forte influência de lenho juvenil (GUIMARÃES JR. et. al., 2014), e consequentemente com menor porcentagem de celulose em relação à madeira adulta (KLOCK et. al., 2005).

Densidade aparente e razão de compactação dos painéis

Os valores médios da densidade aparente e da razão de compactação, de cada tratamento, estão apresentados na Tabela 3.

Tabela 3. Valores médios da densidade aparente e da razão de compactação dos painéis.
Table 3. Average values of density and the compression ratio of the panels.
% de Acacia mangium Densidade dos painéis (g/cm³) Razão de compactação
0 0,652 (2,91) A 1,16 (2,59) B
10 0,642 (2,33) A 1,18 (2,54) B
20 0,633 (4,10) A 1,20 (0,83) B
30 0,624 (2,08) A 1,21 (2,48) B
40 0,658 (4,71) A 1,32 (4,55) A
Médias seguidas por mesma letra, na coluna, não diferem estatisticamente pelo teste de média Scott Knott, a 5% de significância. Dentro dos parênteses encontram-se o coeficiente de variação.

Sendo assim, todos os painéis são classificados como painéis de média Os valores médios da densidade aparente variaram de 0,605 a 0,662 g/cm³.  densidade, que se referem a painéis com densidade aparente entre 0,60 e 0,80 g/cm3 (ABNT, 2006). Não foram observadas diferenças estatísticas entre as densidades médias dos painéis.

Houve efeito significativo dos tratamentos sobre a razão de compactação dos painéis. Os painéis produzidos com 40% de madeira de Acacia mangium apresentou o maior valor médio e diferenciou estatisticamente dos demais tratamentos. Apenas a razão de compactação do tratamento com 40% de madeira de Acacia mangium apresentou valor dentro da faixa ideal de 1,3 a 1,6 (MALONEY, 1993).


Propriedades físicas

Os modelos de regressão ajustados em função do aumento da porcentagem de Acacia mangium para os valores de absorção de água após duas e vinte e quatro horas de imersão (AA2h e AA24h) estão apresentados na Figura 1. Não houve efeito significativo da porcentagem de madeira de desrama de Acacia mangium para ambas as propriedades. Os valores médios de AA2h e AA24h, obtidos para os diferentes tratamentos, variaram entre 67,5 a 76,6% e entre 85,0 a 90,2%, respectivamente.


Figura 1. Valores médios de absorção de água dos painéis aglomerados.
Figure 1. Mean values of water absorption of the particleboards.
NS – Não significativo a 5% de significância.

Os modelos de regressão ajustados em função do aumento da porcentagem de Acacia mangium para os valores de inchamento em espessura após duas e vinte e quatro horas de imersão (IE2h e IE24h) estão apresentados na Figura 2. Houve efeito significativo da porcentagem de madeira de desrama de Acacia mangium para ambas as propriedades, sendo observado uma tendência de aumento dos valores a medida que se aumentou a porcentagem de madeira de Acacia mangium. Os valores médios de IE2h e IE24h, obtidos para os diferentes tratamentos, variaram entre 15,4 a 23,1% e entre 18,7 a 28,2%, respectivamente.


Figura 2. Valores médios de inchamento em espessura dos painéis aglomerados.
Figure 2. Mean values of thickness swelling of the particleboards.
** Significativo a 1% de significância.

O aumento do inchamento em espessura em função da adição de madeira de desrama de Acacia mangium pode estar associado a maior quantidade de extrativos dessa madeira (Tabela 2) e a menor densidade do material. No caso do aumento de extrativos, esse pode ter afetado a polimerização e/ou a penetração do adesivo, promovendo assim a diminuição da ligação entre as partículas (Fato comprovado na Figura 5) e consequentemente proporcionado um maior inchamento em espessura dos painéis (Figura 2). Enquanto que no caso da menor densidade do material de desrama, isso fez com que fosse necessário o aumento da quantidade de partículas para produção de um painel com densidade pré definida, promovendo assim o aumento da razão de compactação (Tabela 3) e consequentemente proporcionando o aumento das tensões de prensagem, ocasionando assim o aumento dos valores de inchamento em espessura em função da liberação das tensões de prensagem quando o painel entra em contato com a água (MENDES et al., 2013).

Farrapo et al. (2014) ao avaliarem a substituição de 0, 10, 20, 30 e 40% da madeira de Pinus oocarpa pela madeira de Pterocarpus violaceus para a produção de painéis aglomerados também não observaram efeito significativo sobre as propriedades absorção de água e inchamento em espessura. Os autores observaram valores entre 70,1 a 73,4% para AA2h, entre 81,2 a 85,0% para AA24h, entre 17,5 a 19,9% para IE2h e entre 21,4 a 24,4% para IE24h. Enquanto que Gonçalves (2012) ao avaliar a produção de painéis aglomerados com a madeira de Acacia mangium com 10% de adesivo uréia-formaldeído observaram valores de AA2h entre 66,78 a 98,09%, de AA24h entre 106,84 a 133,58%, de IE2h entre 21,99 a 33,14% e de IE24h entre 27,62 a 51,48%.

De forma geral, em comparação com a literatura, os dados obtidos para as propriedades físicas dos painéis produzidos apenas com a madeira de Eucalytptus urophylla e com a madeira de Eucalyptus urophylla em associação com a madeira de desrama de Acacia mangium se mostraram coerentes. No entanto, em comparação com a norma de comercialização EN 312 (ENS, 2003), a qual estabelece o valor máximo de 15% para a propriedade IE24h, nenhum dos tratamentos conseguiu atender aos requisitos estipulado pela norma. Fazendo com que a aplicação desses painéis seja limitada ao uso em ambientes secos, conforme previsto na própria norma.

A melhoria da propriedade poderia ser realizada com a produção de painéis multicamadas, utilizando-se partículas de menor granulometria na superfície (CUNHA et al., 2014), assim como também com a inserção de parafina no processo produtivo (GUIMARÃES JR. et al, 2013b).


Propriedades mecânicas

Os modelos de regressão ajustados em função do aumento da porcentagem de Acacia mangium para os valores de Módulo de ruptura (MOR) e Módulo de elasticidade (MOE) à flexão estática estão apresentados nas Figuras 3 e 4, respectivamente. Não houve efeito significativo da porcentagem de madeira de desrama de Acacia mangium para ambas as propriedades. Os valores médios de MOR e MOE, obtidos para os diferentes tratamentos, variaram entre 11,8 a 14,5 MPa e entre 1825 a 2400 MPa, respectivamente.


Figura 3. Valores médios de módulo de ruptura dos painéis aglomerados.
Figure 3. Mean values of modulus of rupture of the particleboards.
NS – Não significativo a 5% de significância.


Figura 4. Valores médios de módulo de elasticidade dos painéis aglomerados.
Figure 4. Mean values of modulus of elasticity of the particleboards.
NS – Não significativo a 5% de significância.

Os modelos de regressão ajustados em função do aumento da porcentagem de Acacia mangium para os valores de ligação interna e compressão estão apresentados nas Figuras 5 e 6, respectivamente. Houve efeito significativo da porcentagem de madeira de desrama de Acacia mangium apenas para a propriedade ligação interna. Os valores médios de ligação interna e compressão, obtidos para os diferentes tratamentos, variaram entre 0,35 a 0,54 MPa e entre 5,9 a 12,3 MPa, respectivamente.


Figura 5. Valores médios de ligação interna dos painéis aglomerados.
Figure 5. Mean values of internal bond of the particleboards.
* significativo a 5% de significância.


Figura 6. Valores médios de compressão dos painéis aglomerados.
Figure 6. Mean values of compression of the particleboards.
NS – Não significativo a 5% de significância.

Os valores de ligação interna apresentaram relação linear e inversa com a porcentagem de utilização de madeira de desrama de Acacia mangium. Essa diminuição dos valores pode estar associada a maior quantidade de extrativos dessa madeira (Tabela 2), conforme discutido anterior, assim como também a menor densidade do material, o que faz com que seja necessário o aumento do número de partículas para compor o painel em uma densidade pré-estabelecida e cause a diminuição da quantidade de adesivo por porcentagem de madeira, promovendo assim a diminuição da ligação interna (MENDES et al., 2010).

Farrapo et al. (2014) ao avaliarem a substituição de 0, 10, 20, 30 e 40% da madeira de Pinus oocarpa pela madeira de Pterocarpus violaceus para a produção de painéis aglomerados também não observaram efeito significativo sobre as propriedades de MOR e MOE à flexão estática, ligação interna e compressão. Sendo observado, assim como nesse estudo, uma tendência de diminuição dos valores de ligação interna a medida que se aumentou a quantidade de substituição por outra espécie de madeira. Mendes et al. (2009) avaliando o efeito da idade das árvores de Eucalyptus urophylla (7 e 12 anos) sobre a qualidade de painéis aglomerados produzidos com 8% de adesivo uréia-formaldeído e 1% de parafina, obtiveram valores médios entre 1548 a 1550 MPa para MOE, entre 7,32 a 8,00 MPa para MOR, entre 3,0 a 4,8 MPa para ligação interna e entre 4,9 a 7,9 MPa para compressão. Sendo os menores valores, de todas as propriedades mecânicas, obtidos para os painéis produzidos com a madeira de 12 anos, fato que, de acordo com os autores, está relacionado ao aumento de extrativos e consequentemente diminuição da penetração do adesivo e da ligação interna dos painéis, assim como o observado nesse estudo.

A norma EN 312 (ENS, 2003) estabelece os valores mínimos de 13 MPa para o MOR, de 1600 MPa para o MOE e de 0,35 MPa para a ligação interna para a utilização em móveis de ambiente interno.

De forma geral, em comparação com a literatura, os dados obtidos para as propriedades mecânicas dos painéis produzidos apenas com a madeira de Eucalytptus urophylla e com a madeira de Eucalyptus urophylla em associação com a madeira de desrama de Acacia mangium se mostraram coerentes. Enquanto que em comparação com a norma EN 312 (ENS, 2003), apenas os painéis produzidos com a madeira de Eucalyptus urophylla, pura ou em mistura com 10 ou 40% de madeira de desrama de Acacia mangium atenderam a todos os requisitos. Os painéis produzidos com 20 e 30% de madeira de desrama de Acacia mangium não atenderam aos requisitos mínimos de MOR à flexão determinados pela norma.


CONCLUSÕES

A inclusão da madeira de desrama de Acacia mangium Willd proporcionou aumento do inchamento em espessura e diminuição dos valores de ligação interna dos painéis aglomerados.

Apenas os painéis produzidos com a madeira de Eucalyptus urophylla, pura ou em mistura com 10 ou 40% de madeira de desrama de Acacia mangium Willd atenderam aos requisitos da norma EN 312 (ENS, 2003), podendo ser utilizado para produção de móveis para ambientes secos.


AGRADECIMENTOS

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), a Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado do Piauí (FAPEPI), ao SI Group Crios Resinas S.A. e ao Programa de Pós-graduação em Engenharia de Biomateriais da Universidade Federal de Lavras/UFLA.


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