ADES

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ADESÃO E ADESIVOS

• Prof. Setsuo Iwakiri
• UFPR - DETF

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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,)

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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 CTCR)
• Defeitos naturais nós, inclinação grã, lenhos de
  reação, lenho juvenil e adulto,

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A MADEIRA E SEUS PRODUTOS DERIVADOS

• Colagem elementos de madeira gt tábuas,
  sarrafos, lâminas, partículas, fibras gt 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

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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

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CONCEITOS

• Mecanismos envolvidos no processo de adesão gt
  teorias
• Teoria mecânica fluidez / penetração do adesivo
  líquido gt substratos porosos (madeira) gt
  solidificação gt formação ganchos gt 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

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PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE MADEIRAS

• Processo de colagem adesivo líquido gt superfície
  madeira gt ações de movimento gt solidificação do
  adesivo gt 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 gt outra face
• Penetração movimento penetração gt poros madeira
• Umedecimento recobrimento estrutura
  submicroscópica madeira
• Solidificação mudança estado físico (líquido gt
  sólido)

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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

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PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE MADEIRAS

• Ângulo de contato e umectação

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PRINCÍPIOS BÁSICOS DA COLAGEM DE MADEIRAS

• Figura Sequência de movimentos do adesivo na
  formação da linha de cola

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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)

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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

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Características físico-químicas do adesivo lt

• 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 gt diferentes interações
  c/madeira
• Espalhamento adesivo
• Condições de umectação
• Penetração do adesivo na estrutura capilar da
  madeira gt linha cola espessa / faminta
• Tempo armazenamento do adesivo idade da cola
• Efeito da temperatura ambiente
•  

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Características físico-químicas do adesivo lt

• 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

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Características físico-químicas do adesivo lt

• TEOR DE SÓLIDOS
• Conceito quantidade de sólidos contidos no
  adesivo líquido
• Adesivo gt sólido líquido gt evaporação /
  solidificação gt formação gt linha cola gt ligação
  madeira - adesivo)
• Procedimentos p/ determinação do TS
• Pesar /- 1,0g de resina (P1)
• Secar na estufa à temperatura de 105C por 3
  horas
• Resfriar e pesar (P2)
• TS (P2 P1) x 100 ()

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Características físico-químicas do adesivo lt

• pH
• Conceito concentração de íons dissociados de H
  e OH- numa solução aquosa
• Determinação aparelho gt pHmetro
• Colagem de madeiras interações entre pH da
  madeira e da resina gt
• Resina UF gt pH neutro gt cura no meio ácido
  (catalisador)
• Resina FF gt pH alcalino gt cura no meio alcalino
  (calor)
• pH madeira gt 3 a 6
• Madeiras com baixo pH gt
• pré-cura colagem UF
• dificulta colagem FF

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Composição e características da madeira lt

• Principais propriedades da madeira que
  influenciam no processo de formação e performance
  da ligação adesiva
• Propriedades anatômicas
• Propriedades químicas
• Propriedades físicas
• Propriedades mecânicas

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Composição e características da madeira lt

• 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

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Composição e características da madeira lt

• Idade da árvore lenho juvenil e adulto
• Lenho juvenil gt anéis de crescimento largos,
  menor densidade, baixa resistência mecânica, alta
  instabilidade dimensional
• Lenho adulto gt 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 gt diferentes planos de
  corte / superfície de colagem
• Grã revessa gt alterações dimensionais difusas gt
  tensões LC

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Composição e características da madeira lt

• 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 gt maior densidade gt maiores
  tensões linha cola
• Conteúdo de umidade
• C. umidade gt menos espaços vazios gt impede
  penetração adesivo líquido
• C. umidade gt processo prensagem a quente gt
  maior pressão interna vapor gt bolhas /
  delaminações.

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Composição e características da madeira lt

• PROPRIEDADES QUÍMICAS
• Componentes majoritários celulose (40-47),
  hemicelulose (20-30), lignina (16-30)
• Componentes minoritários extrativos (1-10),
  substâncias inorgânicas (0,1-0,5)
• Propriedades mais importantes gt extrativos, pH
• Extrativos
• Espécies gt condições secagem gt migração /
  concentração extrativos gt superfície madeira gt
  superfície inativa / contaminada gt prejudica cura
  resina
• Bloqueio / barreira física gt 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 gt pré-cura resina UF /
  prejudica cura FF

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Composição e características da madeira lt

• PROPRIEDADES MECÂNICAS
• Importante gt 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 gt depende gt densidade, grã, coeficiente
  retratibilidade
• Tensões externas
• Geradas em função da aplicação de cargas em uso

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Procedimentos empregados na colagem lt

• PREPARAÇÃO DA MADEIRA PARA COLAGEM
• Topografia da superfície gt aspereza, imperfeições
  superficiais gt grau de aproximação de duas peças
  a serem coladas
• Processos de obtenção do material gt serras,
  torno, faqueadeira, plainas
• Sub-superfície da madeira gt danificada gt corte /
  pressão excessiva
• PROCESSO DE COLAGEM
• Formulação / quantidade de adesivo gt função gt
  espécie, espessura lâmina, área superficial
  partículas
• Parâmetros do ciclo de prensagem temperatura,
  pressão específica, tempo de prensagem

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FATORES QUE INFLUENCIAM NA COLAGEM DE MADEIRASgt
Condições de uso lt

• CONDIÇÕES AMBIENTAIS DO LOCAL DE UTILIZAÇÃO
• Temperatura / umidade relativa do ambiente
• Condições ambientais gt escolha resina adequada gt
• Uso interno resina UF
• Uso intermediário resina MUF, PMUF
• Uso externo FF, RF

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Classificação dos adesivos lt

• Origem dos componentes primários gt
• Natural
• Sintético
• Termoplásticos
• Termoendurecedores ou termofixos
• Temperatura de cura gt
• Cura à alta temperatura gt acima de 90 graus
• Cura à média temperatura gt entre 30 a 90 graus
• Cura à baixa temperatura gt inferior a 30 graus
• Resistência à umidade gt
• À prova dágua
• Resistente a umidade
• Não resistente à umidade

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Classificação dos adesivos lt

• 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)

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Classificação dos adesivos lt

• 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

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Classificação dos adesivos lt

• 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)

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos principais tipos de adesivos lt

• Poliacetato de vinila PVAc
• Desenvolvido no início da década de 50 gt 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

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Hot-melt
• Adesivo na forma sólida gt 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

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Uréia-formaldeído
• Resina mais utilizada nas indústrias de painéis
  de madeira
• Uso interno (INT) coloração branco leitoso
• Viscosidade Brookfield (25C) 300 1.000 cp
• Teor de sólidos (1g/3h/105C) 64 66
• pH (25C) 7,4 9,0
• Densidade (25C) 1,25 1,30 g/cm³
• Temperatura prensagem 95 115C
• Cura com catalisador gt sulfato de amônia (cura
  quente) / ácido orgânicos cítrico / fórmico
  (cura frio)

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Melamina-formaldeído
• Uso intermediário (MR BR) coloração branco
  leitoso
• Alto custo gt utilizado em mistura com resina UF gt
  MUF
• Viscosidade Brookfield (25C) 150 210cp
• Teor de sólidos (0,5g/3h/105C) 65 67
• pH (25C) 7,5 9,0
• Densidade (25C) 1,28 1,29 g/cm³
• Durabilidade um mês (25C)
• Temperatura prensagem 115 130C

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Fenol-formaldeído
• Uso exterior (BR WBP) coloração
  marrom-avermelhado
• Viscosidade Brookfield (25C) 400 800 cp
• Teor de sólidos (0,5g/3h/105C) 48 51
• pH (25C) 11,5 13,0
• Densidade (25C) 1,19 1,25 g/cm³
• Durabilidade um mês (25C)
• Gel time 6 11 min.
• Temperatura prensagem 130 - 150C

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Resorcina-formaldeído
• Uso exterior (BR WBP), coloração marrom
• Aplicações especiais gt vigas laminadas,
  construções navais, ...
• Viscosidade Brookfield (25C) 500 800 cP
• Teor de sólidos (0,5g/3h/105C) 53 55
• pH (25C) 6,9 7,5
• Durabilidade um ano (20C)
• Gel time (21C) 4 6 h
• Prensagem a frio com uso de endurecedor gt tempo
  prensagem muito variável em função da temperatura
  ambiente

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Tanino formaldeído
• Fenol gt obtido de polifenol natural gt casca /
  madeira de espécies como gt Acácia melissima,
  Acácia nigra, quebracho, ...
• Muito utilizado gt África do Sul, Austrália
• Desenvolvido a partir da década de 70 (crise
  petróleo)
• Algumas limitações gt baixa resistência coesiva e
  à umidade gt minimizado com adição de resinas RF,
  FF, UF
• Produto em forma de pó vida útil longa

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CARACTERÍSTICAS E PROPRIEDADES DOS ADESIVOSgt
Características dos adesivos lt

• Isocianato MDI
• Base MDI gt difenil metano di-isocianato
• Desenvolvido na Alemanha (1930) e utilizadas a
  partir década 40
• Utilização principal gt camada interna de painéis
  OSB
• Vantagens gt
• Partículas maior teor umidade
• Menor tempo prensagem
• Ausência de emissão de formaldeído livre

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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 gt melhorar
  espalhamento / evitar penetração excessiva na
  madeira
• Evitar a redução acentuada da viscosidade da
  resina na fase inicial de aquecimento
• Limitações gt base amido aumenta absorção de
  água e susceptibilidade ao ataque de insetos

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EXTENSORES

• Formulação adesivo gt maior proporção extensor gt
• Menor custo
• Maior viscosidade
• Maior vida útil em panela
• Menor resistência a água
• Materiais alternativos extensor gt 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

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MATERIAIS DE ENCHIMENTO

• Materiais de enchimento
• Substâncias sem propriedades de adesão,
  adicionados na composição do adesivo para
  compensados
• Objetivo gt reduzir custos
• Função física gt controle penetração do adesivo na
  madeira
• Uso excessivo gt enfraquecimento da ligação
  adesiva
• Vantagens gt reduz absorção de água /
  susceptibilidade ao ataque de insetos
• Produtos minerais caolina farinha de casca de
  coco substâncias sintéticas pulverizadas