ADESÃO E ADESIVOS
Prof. Setsuo Iwakiri
UFPR - DETF
HISTÓRICO
 Primeiras substâncias com propriedades adesivas: lama e
argila, albumina (sangue), caseína (leite), glutina (couro, pele,
ossos)
 1690: Holanda – primeira fábrica de adesivos utilizando
substâncias de origem animal
 Aumento no uso de adesivos: surgimento de máqunas beneficiamento da madeira, torno, faqueadeira, prensa…
 1929: fenol-formaldeído
 1931: uréia-formaldeído
 1939: melamina-formaldeído
 1943: resorcina-formaldeído
 Década de 40: adesivos termoplásticos (PVAc, epóxi,…)
A MADEIRA E SEUS PRODUTOS
DERIVADOS
 Madeira sólida - estrutura heterogênea / natureza
anisotrópica – limitações de uso:
 Dimensões peças:
• Largura máxima – diâmetro árvore
• Comprimento - altura da árvore / equipamento
 Anisotropia: diferentes propriedades – direções
tangencial, radial e longitudinal (fator de anisotropia –
CT:CR)
 Defeitos naturais: nós, inclinação grã, lenhos de reação,
lenho juvenil e adulto, …
A MADEIRA E SEUS PRODUTOS
DERIVADOS
 Colagem – elementos de madeira > tábuas, sarrafos, lâminas,
partículas, fibras > Produtos reconstituídos de madeira:
 Madeira laminada colada
 Painel colado lateral – EGP
 Painéis laminados - compensado multilaminado / sarrafeado
 Painéis particulados – aglomerados / OSB
 Painéis de fibras – chapas duras / MDF
 Benefícios:
 Painéis: largura, estabilidade dimensional, resistência mecânica –
L/T
 Madeira laminada colada: comprimento, seção transversal,
estabilidade dimensional
CONCEITOS
 ADESÃO:
 Fenômeno físico-químico que provê um mecanismo de
transferência de tensões entre duas peças sólidas, através de
processos moleculares
 ADESIVOS:
 Substância aderente capaz de manter unidos outros materiais
em suas superfícies
 ADERENTE / SUBSTRATO:
 Termo empregado para sólidos (madeira) unidos por adesivos
CONCEITOS
 Mecanismos envolvidos no processo de adesão >
teorias:
 Teoria mecânica: fluidez / penetração do adesivo líquido >
substratos porosos (madeira) > solidificação > formação
“ganchos” > união entre superfícies dos substratos
 Teoria da difusão de polímeros: adesão ocorre através da
difusão de segmentos de cadeias de polímeros, a nível
molecular
 Teoria da adesão química: ocorre através de ligações
primárias (iônicas / covalentes) e/ou, através de forças
secundárias intermoleculares
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE
MADEIRAS
 Processo de colagem: adesivo líquido > superfície
madeira > ações de movimento > solidificação do
adesivo > formação da ligação entre duas peças
 Elos de conexão adesivo – madeira (Figura)
 Ângulo de contato e umectação (Figura)
 Funções de mobilidade do adesivo (Figura)





Fluidez – escoamento adesivo s/ superfície
Transferência – movimento adesivo > outra face
Penetração – movimento penetração > poros madeira
Umedecimento – recobrimento estrutura submicroscópica madeira
Solidificação – mudança estado físico (líquido > sólido)
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE
MADEIRAS

1: filme do adesivo; 2 e 3: camada de ligação intra-adesivo; 4 e 5: interface adesivo / aderente; 6
e 7: sub-superfície da madeira; 8 e 9: madeira
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE
MADEIRAS

Ângulo de contato e umectação
180º
sem umectação
(coesão máxima)
>90º
<90º
umectação incompleta
0º
umectação completa
(tensão sup. máxima)
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE
MADEIRAS

Figura – Sequência de movimentos do adesivo na formação da linha de cola
APLICAÇÃO DA COLA - ESPALHAMENTO
FLUIDEZ - TRANSFERÊNCIA
PENETRAÇÃO - UMEDECIMENTO
SOLIDIFICAÇÃO – LINHA DE COLA
PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE
MADEIRAS
 De acordo com a composição do adesivo e condições de colagem,
a linha de cola formada pode ser:




Faminta – penetração excessiva adesivo
Normal – todos os movimentos do adesivo de forma satisfatória
Não ancorada – umectação insuficiente
Pré-endurecida – cura parcial do adesivo durante a aplicação da pressão
 Formação da ligação adesiva e sua performance depende das
propriedades reológicas do adesivo:





Sua fluidez (viscosidade)
Como solidificam (física / quimicamente)
Velocidade solidificação / cura – reatividade
Quantidade de sólidos (resistência linha de cola)
Como mantém seu estado sólido (durabilidade)
FATORES QUE INFLUENCIAM NA
COLAGEM DE MADEIRAS
Características físico-químicas do adesivo
Composição e características da madeira
Procedimentos empregados na colagem
Condições de uso do produto colado
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Características físico-químicas do adesivo <
 VISCOSIDADE
 Conceito - grandeza que caracteriza a existência de atrito entre as
moléculas de um fluido e que se manifesta através do escoamento
 Viscosímetro “Brookfield” – mede a força necessária para girar um
disco submerso no líquido, à velocidade constante
 Diferenças na viscosidade > diferentes interações c/madeira
 Espalhamento adesivo
 Condições de umectação
 Penetração do adesivo na estrutura capilar da madeira > linha cola espessa
/ faminta
 Tempo armazenamento do adesivo – “idade da cola”
 Efeito da temperatura ambiente
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Características físico-químicas do adesivo <
 TEMPO DE GELATINIZAÇÃO – GEL TIME
 Conceito – tempo transcorrido do início do processo de cura até atingir
a fase de “gel” – máxima elasticidade
 Medição do gel time:
 Aparelho - resistência ao movimento vertical da haste metálica c/disco
submerso no adesivo líquido;
 tubo de ensaio c/ arame
 Gel time – relacionado à reatividade do adesivo
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Características físico-químicas do adesivo <
 TEOR DE SÓLIDOS
 Conceito – quantidade de sólidos contidos no adesivo líquido
 Adesivo > sólido + líquido > evaporação / solidificação > formação > linha
cola > ligação madeira - adesivo)
 Procedimentos p/ determinação do TS:




Pesar +/- 1,0g de resina (P1)
Secar na estufa à temperatura de 105°C por 3 horas
Resfriar e pesar (P2)
TS = (P2 : P1) x 100 (%)
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Características físico-químicas do adesivo <
 pH
 Conceito: concentração de íons dissociados de H+ e OH- numa
solução aquosa
 Determinação: aparelho > pHmetro
 Colagem de madeiras – interações entre pH da madeira e da resina >




Resina UF > pH neutro > cura no meio ácido (catalisador)
Resina FF > pH alcalino > cura no meio alcalino (calor)
pH madeira > 3 a 6
Madeiras com baixo pH >
• pré-cura colagem UF
• dificulta colagem FF
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Composição e características da madeira <
 Principais propriedades da madeira que influenciam no processo de
formação e performance da ligação adesiva:




Propriedades anatômicas
Propriedades químicas
Propriedades físicas
Propriedades mecânicas
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Composição e características da madeira <
 PROPRIEDADES ANATÔMICAS
 Dimensões dos elementos celulares – fibras / parênquimas
 Dimensões, disposições e frequência - cavidades celulares
 Interações – densidade / porosidade / permeabilidade da madeira
 Anéis de crescimento – lenho inicial e tardio
 Diferenças na densidade / porosidade / permeabilidade
 Cerne e alburno
 Diferenças na densidade / porosidade / permeabilidade
 Cerne – maior teor extrativos
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Composição e características da madeira <
 Idade da árvore – lenho juvenil e adulto
 Lenho juvenil > anéis de crescimento largos, menor densidade,
baixa resistência mecânica, alta instabilidade dimensional
 Lenho adulto > características opostas – lenho juvenil
 Lenhos de reação
 Lenho de compressão (coníferas), Lenho de tração (folhosas)
 Alta instabilidade dimensional – gera tensões difusas na linha de
cola
 Grã
 Porosidade da madeira > diferentes planos de corte / superfície de
colagem
 Grã revessa > alterações dimensionais difusas > tensões LC
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Composição e características da madeira <
 PROPRIEDADES FÍSICAS
 Afetam as funções de mobilidade do adesivo e tensões na linha de cola
 Densidade da madeira
 Relação inversa com a porosidade
 Penetração do adesivo na estrutura lenhosa
 Alterações dimensionais da madeira / mudanças no conteúdo de umidade >
maior densidade > maiores tensões linha cola
 Conteúdo de umidade
 + C. umidade > menos espaços vazios > impede penetração adesivo líquido
 + C. umidade > processo prensagem a quente > maior pressão interna
vapor > bolhas / delaminações.
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Composição e características da madeira <
 PROPRIEDADES QUÍMICAS
 Componentes majoritários: celulose (40-47%), hemicelulose (2030%), lignina (16-30%)
 Componentes minoritários: extrativos (1-10%), substâncias
inorgânicas (0,1-0,5%)
 Propriedades mais importantes > extrativos, pH
 Extrativos
• Espécies > condições secagem > migração / concentração extrativos >
superfície madeira > superfície inativa / contaminada > prejudica
cura resina
• Bloqueio / barreira física > movimento água / adesivo
 pH
• pH madeira varia de 3 – 6%
• pH dos extrativos podem inibir as reações de cura do adesivo
• Madeira com baixo pH > pré-cura resina UF / prejudica cura FF
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Composição e características da madeira <
 PROPRIEDADES MECÂNICAS
 Importante > balanço das tensões na interface madeira – linha de
cola
 Tensões na linha de cola – cisalhamento, tração perpendicular
 Maior resistência da linha de cola – maior percentagem de rupturas
ou falhas na madeira
 Tensões internas:
• geradas em função dos efeitos da temperatura e umidade do ambiente
• Magnitude > depende > densidade, grã, coeficiente retratibilidade
 Tensões externas:
• Geradas em função da aplicação de cargas em uso
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Procedimentos empregados na colagem <
 PREPARAÇÃO DA MADEIRA PARA COLAGEM
 Topografia da superfície > aspereza, imperfeições superficiais >
grau de aproximação de duas peças a serem coladas
 Processos de obtenção do material > serras, torno, faqueadeira,
plainas
 Sub-superfície da madeira > danificada > corte / pressão excessiva
 PROCESSO DE COLAGEM
 Formulação / quantidade de adesivo > função > espécie, espessura
lâmina, área superficial partículas
 Parâmetros do ciclo de prensagem – temperatura, pressão
específica, tempo de prensagem
FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRAS
> Condições de uso <
 CONDIÇÕES AMBIENTAIS DO LOCAL DE UTILIZAÇÃO
 Temperatura / umidade relativa do ambiente
 Condições ambientais > escolha resina adequada >
• Uso interno – resina UF
• Uso intermediário – resina MUF, PMUF
• Uso externo – FF, RF
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Classificação dos adesivos <
 Origem dos componentes primários >
 Natural
 Sintético
 Termoplásticos
 Termoendurecedores ou termofixos
 Temperatura de cura >
 Cura à alta temperatura > acima de 90 graus
 Cura à média temperatura > entre 30 a 90 graus
 Cura à baixa temperatura > inferior a 30 graus
 Resistência à umidade >
 À prova d’água
 Resistente a umidade
 Não resistente à umidade
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Classificação dos adesivos <
 Terminologias – classificação
 INT: uso interior
 MR: resistente a umidade (Moisture resistant)
 BR: resistente a fervura (boil resistant)
 WBP: resistente a fervura e intempéries (water and boil proof)
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Classificação dos adesivos <
 Adesivos naturais
 Origem animal – glutina (couro, pele, ossos), caseína (leite), albumina
(sangue)
 Origem vegetal – soja
 Amido – batatas, trigo
 Éter celulósico, borracha natural
 Adesivos sintéticos termoplásticos




Poliacetato de vinila (PVAc)
“Hot-melt”
Polietileno, polistirol
Borracha sintética
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Classificação dos adesivos <
 Adesivos sintéticos termoendurecedores










Uréia-formaldeído (UF)
Melamina-formaldeído (MF)
Fenol-formaldeído (FF)
Resorcina-formaldeído (RF)
Melamina-uréia-formaldeído (MUF)
Fenol-melamina-uréia-formaldeído (FMUF)
Resorcina-fenol formaldeído (RFF)
Tanino-formaldeído (TF)
Licor sulfito
Isocianato (MDI)
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos principais tipos de adesivos <
 Poliacetato de vinila – PVAc
 Desenvolvido no início da década de 50 > uso interior / não resistente a
umidade (cola branca)
 Aplicações: “finger-joints”, painéis colado lateral, móveis e carpintaria
em geral
 Cura: prensagem a frio, a quente, alta frequencia
 Vantagens: baixo custo, facilidade e segurança no manuseio, inodoro,
não inflamável, secagem rápida, alta estabilidade
 Coloração branco-amarelado
 Teor de sólidos: 51 – 55%
 Visocosidade: 6.000 – 8.000 cp
 pH: 4,0 – 5,0
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Hot-melt
 Adesivo na forma sólida > fundido à alta temperatura na superfície da
madeira
 Composto – copolímero de etileno com acetato de vinila, polietileno e
poliamida
 Aplicações: junção de lâminas e sarrafos
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Uréia-formaldeído








Resina mais utilizada nas indústrias de painéis de madeira
Uso interno (INT); coloração branco leitoso
Viscosidade Brookfield (25°C): 300 – 1.000 cp
Teor de sólidos (1g/3h/105°C): 64 – 66%
pH (25°C): 7,4 – 9,0
Densidade (25°C): 1,25 – 1,30 g/cm³
Temperatura prensagem: 95 – 115°C
Cura com catalisador > sulfato de amônia (cura quente) / ácido
orgânicos – cítrico / fórmico (cura frio)
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Melamina-formaldeído








Uso intermediário (MR – BR); coloração – branco leitoso
Alto custo > utilizado em mistura com resina UF > MUF
Viscosidade Brookfield (25°C): 150 – 210cp
Teor de sólidos (0,5g/3h/105°C): 65 – 67%
pH (25°C): 7,5 – 9,0
Densidade (25°C): 1,28 – 1,29 g/cm³
Durabilidade: um mês (25°C)
Temperatura prensagem: 115 – 130°C
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Fenol-formaldeído








Uso exterior (BR – WBP); coloração marrom-avermelhado
Viscosidade Brookfield (25°C): 400 – 800 cp
Teor de sólidos (0,5g/3h/105°C): 48 – 51%
pH (25°C): 11,5 – 13,0
Densidade (25°C): 1,19 – 1,25 g/cm³
Durabilidade: um mês (25°C)
Gel time: 6 – 11 min.
Temperatura prensagem: 130 - 150°C
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Resorcina-formaldeído








Uso exterior (BR – WBP), coloração marrom
Aplicações especiais > vigas laminadas, construções navais, ...
Viscosidade Brookfield (25°C): 500 – 800 cP
Teor de sólidos (0,5g/3h/105°C): 53 – 55%
pH (25°C): 6,9 – 7,5
Durabilidade: um ano (20°C)
Gel time (21°C): 4 – 6 h
Prensagem a frio com uso de endurecedor > tempo prensagem muito
variável em função da temperatura ambiente
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Tanino formaldeído
 Fenol > obtido de polifenol natural > casca / madeira de espécies como
> Acácia melissima, Acácia nigra, quebracho, ...
 Muito utilizado > África do Sul, Austrália
 Desenvolvido a partir da década de 70 (crise petróleo)
 Algumas limitações > baixa resistência coesiva e à umidade >
minimizado com adição de resinas RF, FF, UF
 Produto em forma de pó; vida útil longa
CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOS
> Características dos adesivos <
 Isocianato – MDI




Base MDI > difenil metano di-isocianato
Desenvolvido na Alemanha (1930) e utilizadas a partir década 40
Utilização principal > camada interna de painéis OSB
Vantagens >
 Partículas maior teor umidade
 Menor tempo prensagem
 Ausência de emissão de formaldeído livre
EXTENSORES
 Extensores:
 Substâncias à base de amido ou proteína, com alguma ação
adesiva, adicionadas na composição do adesivo para produção
de compensados – Farinha de trigo
 Finalidades de uso:
 Redução do custo do adesivo
 Prolongar tempo de panela / tolerância no tempo montagem
 Aumentar a viscosidade do adesivo > melhorar espalhamento /
evitar penetração excessiva na madeira
 Evitar a redução acentuada da viscosidade da resina na fase
inicial de aquecimento
 Limitações > base amido – aumenta absorção de água e
susceptibilidade ao ataque de insetos
EXTENSORES
 Formulação adesivo > maior proporção extensor >




Menor custo
Maior viscosidade
Maior vida útil em panela
Menor resistência a água
 Materiais alternativos – extensor > farinha soja e milho (boas
propriedades);
 Características básicas – extensor:






Partículas finas (150 – 200 mesh) – facilitar espalhamento
Fácil dispersão na resina líquida – mistura homogênea
Melhorar capacidade de ligamento / coesividade do adesivo
Manter viscosidade do adesivo na faixa de 4000 – 6500 cp
pH neutro – não interferir na cura adesivo
Baixo teor de cinzas – não prejudicar ferramentas de corte
MATERIAIS DE ENCHIMENTO
 Materiais de enchimento:
 Substâncias sem propriedades de adesão, adicionados na composição
do adesivo para compensados
 Objetivo > reduzir custos
 Função física > controle penetração do adesivo na madeira
 Uso excessivo > enfraquecimento da ligação adesiva
 Vantagens > reduz absorção de água / susceptibilidade ao ataque de
insetos
 Produtos: minerais – caolina; farinha de casca de coco; substâncias
sintéticas pulverizadas