Giri Zine, C. L. et al., 2002
69
COMPÓSITO DE PARTÍCULAS DE MADEIRA, RESINA MELAMINA–FORMOL E
POLIETILENO: COMPORTAMENTO DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DO NOVO
AGLOMERADO
CARMEM LANE GIRI ZINE1
KARLA ISABEL REDIGHIERI1
MARCUS MILSON MARINHO DE CARVALHO2
MARLÚCIO BIGATTI PEREIRA2
ANA LÚCIA DOS SANTOS BARBOSA3
LEONARDO DE GIL TORRES3
EDVÁ DE OLIVEIRA BRITO4
DILMA ALVES COSTA3
ABSTRACT: GIRI ZINE, C. L.; REDIGHIERI, K. I.; CARVALHO, M. M. M. de; PEREIRA,
M. B.; BARBOSA, A. L. dos S.; TORRES, L. de G.; BRITO, E. de O.; COSTA, D. A.
Composites of the wood particles, melamine-phormol resin and polyethylene:
behaviour of the physical properties of the new agglomerate. Revista Universidade
Rural, Série Ciências Exatas e da Terra, v. 21, n. 2, 2002, p. 69-76. This work describes
the production of a new polymeric composite made with wood pinus flakes, melamine
resin and polyethylene (PE) particles. Due to its properties polyethylene will act as load as
well as an adhesive. In this work one can observe that the presence of the PE affects the
physical properties of the new composite. The increase on the percentage of PE in the
blend will decrease the absorption of water, but will also affect the mechanical properties.
This can be explained by the poor interfacial adhesion between the materials.
KEY WORDS: Composites, Polymeric blends, Thermorigid resin, Interfacial adhesion,
Mechanical properties.
INTRODUÇÃO
Os compósitos poliméricos são obtidos
geralmente pela utilização de fibras
contínuas impregnadas com um adesivo
que se constitui de uma matriz termorrígida
ou termoplástica (MANO, 1998; COSTA et
al., 1999). Várias resinas termorrígidas têm
sido utilizadas como matrizes adesivas em
compósitos poliméricos, pois exibem
excelente resistência a temperatura e a
solventes. Como material de reforço podem
ser utilizados materiais de origem orgânica
ou inorgânica, natural ou sintética. As
1
Bolsistas de Iniciação Científica PIBIC/CNPq/UFRuralRJ,
Discentes do curso de Engenharia Química/IT/UFRuralRJ;
Estagiários do curso de Engenharia Química/IT/UFRuralRJ;
3
Professores do DEQ/IT/UFRuralRJ;
4
Professor do DPF/IF/UFRuralRJ.
2
propriedades destes materiais compósitos
dependem da morfologia do sistema, de
seus componentes, da proporção de cada
um e, principalmente, da interface entre
eles, a qual tem influência predominante
sobre as características do novo material
resultante (MANO, 1998; ARAÚJO et al.,
1997). O polietileno (PE) é o polímero mais
utilizado no mundo e, conseqüentemente,
é o mais encontrado nos rejeitos urbanos
e/ou industriais. O desenvolvimento de
novas tecnologias na área de aplicação de
plásticos reciclados visa atender a alta
demanda desses materiais e tem sido
objeto de estudo de diferentes centros de
pesquisa (STAEL et al., 1999). Além disso,
a utilização de matéria-prima proveniente
de fontes renováveis tem motivado
diferentes centros de pesquisa a estudar a
utilização de fibras de madeira na produção
de compósitos, buscando desenvolver
tecnologia voltada para a preservação
70
Compósito de partículas de madeira...
ambiental (STAEL et al., 1999; SILVA &
BRITO, 1999). A produção de compósitos
poliméricos reforçados com fibras vegetais
tem sido bastante pesquisada no mundo e
o Brasil, por ser um dos maiores produtores
mundiais de várias fibras vegetais, desponta
como um líder potencial no desenvolvimento
desta tecnologia (MATTOSO &
FRAGALLE, 1996; MATTOSO, 1999).
MATERIAL E MÉTODOS
Neste estudo foram utilizados: resina
de melamina-formol, RESIMEL MA-80,
fornecida pela RESINAC – IND. QUÍMICAS
LTDA; PE, fornecido pela PLASMAR IND.
E COM. e madeira de “pinus” em partículas,
cedida pelo Departamento de Produtos
Florestais/IF/UFRRJ. O PE utilizado no
projeto foi moído em moinho de facas
atingindo uma faixa granulométrica
adequada ao trabalho. A mistura da resina
às partículas de madeira, foi obtida por
aspersão ou borrifo da resina na
concentração de 52%. O tempo de mistura
destes dois componentes dependeu da
proporção de resina presente na mistura.
Utilizou-se PE puro para que as
características a serem determinadas não
sofressem interferência de outros materiais
componentes dos objetos plásticos
reciclados e, também, foi utilizada uma
única granulometria de partículas de PE
para diminuir o número de variáveis e de
amostras do estudo. O tempo de mistura
das partículas de PE com a madeira préimpregnada oscilou em torno de 10
minutos. Este tempo levou em consideração
a diferença do tamanho das partículas de
polietileno e de madeira e a densidade
destes dois materiais. Os compósitos
foram moldados por compressão na forma
de placas de 400X400X12,7 mm, utilizando
uma pressão de 100 kgf/cm2, à 1400C,
durante 10 minutos. As composições das
placas de compósito (madeira – M, resina
– R e polietileno – PE) foram: M/R/PE –
100/4/0%; 100/8/0%; 80/0/20%; 80/4/20%;
80/8/20%; 60/0/40%; 60/4/40%; 60/8/40%.
© Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro
Os ensaios realizados nas placas de
compósitos foram: flexão estática, ligação
interna e absorção de água e inchamento
em espessura.Os ensaios mecânicos
(flexão estática e ligação interna) foram
realizados em uma máquina universal de
ensaios hidráulica, baseados na norma
ASTM D-1037-78. Os corpos de prova para
avaliar as propriedades dos compósitos
foram confeccionados e acondicionados de
acordo com a norma ASTM, com exceção
dos corpos de prova para o ensaio de flexão
estática, o qual utilizou a norma alemã DIN.
Com o objetivo de comparar as
propriedades dos compósitos produzidos
foi feita uma análise de variância em todos
os ensaios, utilizando-se a densidade da
placa como covariável. Este procedimento
foi adotado devido à dificuldade de serem
produzidas placas com a mesma
densidade, existindo variações de
densidade dentro de uma mesma placa,
quer no sentido paralelo à superfície, quer
no sentido perpendicular à superfície. A
análise estatística realizada ajusta os
resultados das observações às respectivas
densidades das placas, permitindo-se
assim uma comparação mais realista.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A Figura 1 apresenta as estruturas
químicas dos monômeros e dos polímeros
utilizados neste trabalho.
Os resultados obtidos foram discutidos
levando-se em consideração as estruturas
químicas dos polímeros e o desvio padrão,
como apresentado nos gráficos.
1 - Comportamento Mecânico das Placas
de Aglomerado
O Teste de absorção de água e
inchamento na espessura leva em
consideração a média dos resultados
(Figuras 2 e 3). Pode ser observado na
Figura 2 que as placas contendo somente
resina absorvem uma alta percentagem de
água (em torno de 100% ou mais, em
peso). Este resultado já era esperado,
devido a forte interação que as moléculas
Revista Universidade Rural, Série Ciências Exatas e da Terra
Vol. 21, n.2, p. 69-76, 2002
Giri Zine, C. L. et al., 2002
71
Figura 1a. Estrutura química do monômero de celulose e do polímero, o qual está presente
nas partículas de madeira.
Figura 1b. Estrutura química dos monômeros e da unidade repetida da resina melaminaformol.
Figura 1c. Estrutura química do monômero e da unidade repetida do polietileno.
72
Compósito de partículas de madeira...
© Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro
160
sem resina
4% resina
8% resina
Absorção de água em 2 horas (%)
140
120
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
Porcentagem PE (%)
Figura 2. Variação da massa das placas de
aglomerado, de acordo com a percentagem
de PE na mistura, pela absorção de água
após 2 horas de imersão.
160
sem resina
4% resina
8% resina
140
Absorção de água em 24 horas (%)
de água podem ter com as partículas de
madeira e com as moléculas de resina
melamina-formol, através de ligações de
hidrogênio. O aumento da proporção da
resina nas misturas (de 4 para 8% em
peso), na ausência de PE, diminui a
absorção de água. Esse fato provavelmente
está relacionado com o maior
encapsulamento das partículas de madeira
pela resina de melamina-formol, a partir do
aquecimento. Este comportamento
termorrígido da resina faz com que as
partículas de madeira fiquem de algum
modo, “protegidas” e não ocorra o
inchamento das mesmas pela água. As
placas contendo madeira/PE apresentam
menor variação em suas massas. Essa
diminuição na variação das massas pode
ser explicada pela baixa interação que o
PE tem com a água, fazendo com que o
PE exerça uma “barreira protetora” para a
absorção de água pela madeira,
principalmente quando o PE está em maior
proporção. A Figura 3 apresenta o mesmo
comportamento de variação da massa das
placas de compósito após 24 horas de
absorção de água. As misturas de
partículas de madeira/PE também
apresentam diminuição na absorção de
umidade. Este fato provavelmente devido a
barreira protetora exercida pelo PE para as
partículas de madeira, devido a um maior
recobrimento das mesmas, ainda auxiliado
pela baixa interação do PE, que é um
polímero apolar, pelas moléculas de água.
Para as placas contendo madeira/resina,
o aumento na proporção de resina também
acarreta na diminuição da absorção de
água, devido a proteção exercida à madeira
por uma maior quantidade de resina
termorrígida, como já mencionado.
As placas com partículas de madeira/
resina/PE mostram que a presença do PE
e da resina nestas misturas ternárias
mantém a barreira protetora do PE e da
resina termorrígida à madeira. Este
resultado provavelmente está ligado a baixa
polaridade do PE e a reticulação por parte
da resina melamina-formol, que irá dificultar
120
100
80
60
40
20
0
0
10
20
30
40
Porcentagem PE (%)
Figura 3. Variação da massa das placas de
aglomerado, de acordo com a percentagem
de PE na mistura, pela absorção de água
após 24 horas de imersão.
a absorção de água pela madeira. Mesmo
com a variação do tempo de exposição
desses aglomerado à água, não se verifica
uma variação significativa na absorção de
umidade, mesmo variando-se a proporção
de resina nas misturas (4 ou 8% em peso).
Pode-se concluir que há um equilíbrio na
absorção de água. Esses resultados podem
Revista Universidade Rural, Série Ciências Exatas e da Terra
Vol. 21, n.2, p. 69-76, 2002
Giri Zine, C. L. et al., 2002
somente 4 ou 8% de resina melaminaformol, são iguais. Este comportamento é
causado pela resistência da resina
termorrígida
na
mistura
que,
conseqüentemente, aumenta a resistência
do material e diminui a elasticidade. As
misturas contendo apenas madeira/PE
apresentam menores valores para módulo
de elasticidade, devido à diminuição da
resistência que, conseqüentemente,
diminui o MOE. Por outro lado, quando
produzimos placas de aglomerado a partir
das misturas ternárias (madeira/resina/PE)
com maiores proporções de resina e de
PE, o comportamento do módulo de
elasticidade indica que aglomerados
apresentam um comportamento de caráter
ligeiramente mais plástico, quase sem
alteração nos valores do módulo.
15
Módulo na ruptura (MPa)
estar relacionados com o recobrimento das
partículas de madeira pelo PE e pela resina
termorrígida nessas composições.
Trabalhando-se com a média dos
resultados obtidos no Teste de Flexão
Estática, construímos a Figura 4. Nesta
Figura pode-se observar que a placa
contendo 8% de resina e sem PE apresenta
a maior resistência e que as misturas
contendo de PE apresentam menor
resistência. Estes resultados sugerem o
aumento da característica plástica obtido
pelos novos aglomerados devido a presença
do PE causando, consequentemente, a
diminuição da resistência quando este
material é obtido através da mistura de
partículas de madeira/PE. Quando as
placas de aglomerado são obtidas pela
mistura dos três componentes, há um
ligeiro aumento da resistência quando os
três componentes são misturados na
presença de maiores proporções de resina
e PE. Este aumento da resistência está
relacionado com a presença da resina
reticulada, que diminui o caráter plástico
do novo aglomerado, além do aumento do
recobrimento das partículas de madeira
pelo PE. As placas de aglomerado
contendo somente partículas de madeira/
PE (80/20 e 60/40%) apresentam os
menores valores de Módulo na Ruptura
(MOR) demonstrando que a presença do
PE aumenta a plasticidade do material e,
conseqüentemente, diminui os valores do
módulo. Por outro lado, as placas obtidas
de partículas de madeira/resina/PE
apresentam um aumento dos valores de
MOR, comprovando a influência da maior
resistência da resina reticulada nas
misturas. O Teste de Flexão Estática
também fornece os dados de módulo de
elasticidade, apresentados na Figura 5. O
módulo de elasticidade ou Módulo de
Young, como é chamado, é a razão entre
a tensão e a deformação do material dentro
do limite elástico, em que a deformação é
totalmente reversível e proporcional à
tensão. Na Figura 5, os módulos de
elasticidade das misturas contendo
73
sem resina
4% resina
8% resina
10
5
0
0
10
20
30
40
Porcentagem PE (%)
Figura 4. Variação do módulo na ruptura das
placas de aglomerado, de acordo com a
percentagem de PE na mistura.
No Teste de Ligação Interna (capacidade
do material em suportar esforços
mecânicos ou choques) a mistura de
madeira/resina (100/8%) apresenta um
ligeiro aumento do valor, como pode ser
observado na Figura 6. A adesão entre as
partículas de madeira e resina melaminaformol está relacionada com o tipo de
interação existente entre estes materiais
74
Compósito de partículas de madeira...
e com a quantidade do material na mistura.
As misturas contendo apenas madeira/PE
apresentam baixos valores de ligação
interna devido à fraca interação existente
entre a madeira e as moléculas de PE. No
entanto, quando as misturas apresentam
os três componentes, ocorreu uma
mudança de comportamento para misturas
contendo madeira/PE (60/40%) e proporção
sem resina
4% resina
8% resina
Módulo de elasticidade (MPa)
40000
30000
20000
10000
0
0
10
20
30
40
Porcentagem PE (%)
Figura 5 - Variação do módulo na elasticidade
das placas de aglomerado, de acordo com a
percentagem de PE na mistura.
70
sem resina
4% resina
8% resina
60
Ligação Interna (N)
50
40
30
20
10
0
0
10
20
30
40
Porcentagem PE (%)
Figura 6 – variação da ligação interna das
placas de aglomerado com a percentagem
de PE na mistura
© Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro
de resina variável. Estas misturas também
apresentaram alguma adesão, que pode
estar relacionada com as características
adesivas do PE e da resina melaminaformol, juntas, não dependendo da
proporção de resina.
2 - Análise Estatística dos Resultados
Obtidos
Devido à alta variação da densidade
entre as placas de aglomerado e sendo os
dados de densidade de extrema importância
para tecer conclusões mais realistas sobre
o novo material obtido, houve a necessidade
de se fazer um estudo estatístico,
utilizando os dados de densidade como
uma co-variável na análise de variância dos
resultados
obtidos.
Analisando
estatisticamente os dados obtidos no teste
de absorção de água e inchamento na
espessura após 2 e 24 horas de imersão,
produzimos as Tabelas 1 e 2. Nestas
tabelas as médias seguidas pela mesma
letra indicam que, estatisticamente, estas
misturas apresentam o mesmo
comportamento. A partir das Tabelas podese concluir que a mistura de madeira/resina
(100/4%) é a que absorve mais umidade,
tanto após 2 ou 24 horas. Essa mistura
apresenta um comportamento diferenciado.
A mistura de composição (100/8%)
apresenta comportamento semelhante à
mistura contendo madeira/PE (80/20%).
As outras misturas apresentam
comportamento semelhante, quando são
submetidas à imersão durante o período
de 2 horas. Após 24 horas de imersão há
mudança de comportamento nessas
placas de aglomerado. Para as misturas
contendo 20% de PE, a presença da resina,
nas misturas, diminuiu a absorção de água
pelo aglomerado. No caso das misturas
contendo menor proporção de madeira
(madeira/PE – 60/40%), a adição de resina,
em 4 ou 8%, não alterou significativamente
as características de absorção de água do
aglomerado.
Revista Universidade Rural, Série Ciências Exatas e da Terra
Vol. 21, n.2, p. 69-76, 2002
Giri Zine, C. L. et al., 2002
75
Tabela 1. Variação de massa após 2 horas
de absorção de H 2 O, nas placas de
aglomerado.
0% Res.
Madeira
PE 20%
PE 40%
85,13 b
42,86e
4% Res. 8% Res.
142,30 a 91,77 b
67,97c
63,02 c,d
51,93d,e 51,03 e
Tabela 2 - Variação de massa após 24 horas
de absorção de H 2O, nas placas de
aglomerado.
0% Res.
Madeira
PE 20%
PE 40%
95,25 b
52,03d
4% Res. 8% Res.
149,03a 102,89 b
80,97c
76,62c
59,85d
59,01d
Os resultados da análise estatística dos
dados obtidos no Teste de Flexão Estática
estão apresentados nas Tabelas 3 e 4.
também permitiu elaborar a Tabela 4. Nesta
tabela podemos observar que a mistura de
madeira/resina (100/4%) é a única que
apresenta comportamento diferenciado,
com valor de MOE mais alto. As demais
misturas apresentam aproximadamente o
mesmo comportamento, não importando a
proporção de PE e resina empregados.
A análise estatística dos resultados de
Ligação Interna permitiu a elaboração da
Tabela 5. Nesta tabela podemos observar
que a mistura de madeira/resina de
composição 100/8% é a que oferece maior
ligação interna. As outras misturas
apresentam comportamento semelhante,
em termos de ligação interna, não
influenciando muito a composição da
mistura.
Tabela 5. Variação da Ligação Interna com a
composição da mistura, nas placas de
aglomerado.
Tabela 3. Variação do MOR com a
composição da mistura, nas placas de
aglomerado.
0% Res.
4% Res.
8% Res.
Madeira
62,12 b,c
130,63 a
PE 20% 21,70 e
38,19 d,e
42,28 c,d,e
PE 40% 37,51 d,e 53,94 b,c,d 71,73 b
0% Res.
4% Res.
8% Res.
Madeira
62,12 b,c
130,63 a
PE 20% 21,70 e
38,19 d,e 42,28 c,d,e
PE 40% 37,51d,e 53,94 b,c,d 71,73 b
CONCLUSÕES
Tabela 4. Variação do MOE com a
composição da mistura, nas placas de
aglomerado.
0% Res.
Madeira
PE 20% 9467,6 b,c
PE 40% 10458,6 b,c
4% Res.
20121,2 a
14413,9 b
13756,6 b
8% Res.
13416,1 b
14436,3 b
6339,4c
A partir da Tabela 3 podemos concluir
que a mistura de madeira/resina (100/8%)
apresenta maior valor de módulo na ruptura
e é a composição que apresenta
comportamento diferenciado. No caso das
misturas ternárias contendo (madeira/PE
– 60/40% - com variação na proporção de
resina) a presença da resina termorrígida
influencia no módulo na ruptura, mas
estatisticamente elas apresentam o
mesmo comportamento. A análise
estatística dos Testes de Flexão Estática
Apesar da presença de PE diminuir o
módulo na ruptura e o módulo de
elasticidade das placas de aglomerado, a
diminuição da absorção de água e o
aumento da ligação interna, fazem com que
estes compósitos sejam viáveis, sendo,
entretanto necessário avaliar outras
composições e/ou variáveis do processo.
AGRADECIMENTOS E AUXÍLIOS
Agradecimento ao CNPq pelas bolsas
de iniciação científica, concedidas às
alunas Carmen Lane Giri Zine e Karla Isabel
Redighieri e ao DPF/IF pela utilização dos
equipamentos para o levantamento das
propriedades mecânicas.
76
Compósito de partículas de madeira...
LITERATURA CITADA
ARAÚJO, E.M.; CARVALHO, L.H.; FOOK,
M.V.L.;
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MATTOSO, L.H.C. & FRAGALLE, E.P. Uso
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© Univ. Fed. Rural do Rio de Janeiro
Revista Universidade Rural, Série Ciências Exatas e da Terra
Vol. 21, n.2, p. 69-76, 2002