Tese de doutoramento. Engenharia Química e Biológica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2010

A cadeia produtiva da madeira gera uma grande quantidade de resíduos sólidos em todos os seus níveis, desde o plantio até as subsequentes etapas de produção. Esses resíduos recebem destinos diferentes de acordo com fatores ligados à regionalidades, existência de mercado para absorvê-los, quantidade gerada, porte da empresa ou estabelecimento que os gera, e outras variáveis; existem no cenário nacional, duas tendências observadas na pesquisa para lidar com os resíduos de madeira: uma delas é o descarte ao ar livre ou a queima sem fins energéticos; e outra tendência é a queima para produção de energia. Apesar de se tratar de uma alternativa bastante usual, a queima desse material libera o carbono de volta para a atmosfera e não se adequa a ordem de prioridade de gestão de resíduos sólidos estabelecida por lei (12.305/2010), além de encerrar o ciclo econômico da madeira, que poderia ainda ser reciclada e comercializada sob a forma de novos produtos. Com isso, decidiu-se utilizar a maravalha, que é um dos resíduos mais comuns do processamento da madeira, como base para a produção de painéis de partículas. Além disso, suprimiu-se a etapa de homogeneização das mesmas, ou seja, elas foram utilizadas de forma integral, conforme recolhidas do chão da serraria, sem passar por um moinho e peneira. Foram utilizadas duas resinas poliuretanas de baixo impacto ambiental, e uma resina de ureia-formaladeído, e os painéis foram produzidos em alta e média densidade, com maravalhas provenientes da madeira de Pinus Elliottii, Pinus Taeda, e também de Eucalyptus urograndis. Além dos ensaios exigidos por norma, foram realizados ensaios de colorimetria, rugosidade, condutividade térmica, porosimetria por intrusão de mercúrio e microscopia eletrônica de varredura. Os resultados comprovaram a viabilidade técnica dos painéis, e mostraram que com alguns ajustes é possível melhorar as propriedades dos mesmos para que eles fiquem de acordo com as exigências de sua aplicação final. / Wood processing generates huge amounts of solid residues throughout its commercial cycle from silviculture to sawn-wood production, and the destination given to such residues is influenced by: the existence of a local market capable of absorbing it; existence of a recycling culture; technology available to transform the material into other products or energy to be imputed back to the production process; and other factors. The main trend in Brazil follows two distinct lines, in which the residues are sometimes discarded in natura or even burned without any regards to energy that is being wasted, or the residues are used to energy production. Besides being a good alternative, incinerating the residues to produce energy may not be the best way to deal with them since the carbon stored in the wood is released back to the atmosphere, and this action doesn\'t conform to the national policy on solid residues which prioritizes recycling of the material. Raw wood shavings from Pinus taeda, Pinus elliottii and Eucalyptus urograndis were used to produce the particleboards, they were collected from the sawmill floor and used without any processing to regulate the particle dimension, they were only divided into Pinusand Eucalyptus; two polyurethane and one urea-formaldehyde resin were chosen to be part of the experiment. Besides the usual tests suggested by the standards, this research also evaluated the particleboards on surface roughness, spectrophotometry, heat conduction, percentage of pores and electronic microscopy. Technical viability of the particleboards was confirmed by the tests applied, with a few refinements to be considered in order to adequate the particleboard to the final application.

Um dos painéis derivados de madeira que tem se destacado é o OSB (Oriented Strand Board). Cada vez mais se evidencia a necessidade de novas tecnologias relacionadas à avaliação das propriedades mecânicas desse tipo de derivado de madeira, atualmente realizada através de ensaios destrutivos, efetuados horas ou dias após a respectiva produção. A utilização de métodos não-destrutivos tem se mostrado eficiente na caracterização mecânica e na avaliação da qualidade da madeira, e promissora em relação aos derivados de madeira. O objetivo geral deste trabalho foi investigar a eficiência de técnicas não-destrutivas de ensaio, de ultra-som e de stress wave, na estimativa de parâmetros físicos e mecânicos de painéis OSB fabricados no país. Foram considerados dois grupos, com 10 painéis de espessuras nominais de 15mm cada, que possuíam valores de resistência e de módulos de elasticidade na flexão estática, na direção longitudinal, distintos entre si. Primeiramente foram conduzidos os ensaios não-destrutivos, de ultra-som e de stress wave, nos painéis OSB e, em seguida, os ensaios destrutivos para a caracterização físico-mecânica e subseqüentes comparações. Os painéis estudados apresentaram valores de velocidades e constantes dinâmicas diferenciados na espessura e nas direções longitudinal e transversal. Os coeficientes de correlação obtidos entre os valores de velocidades e de constantes dinâmicas e os das propriedades físico-mecânicas, dos dois grupos de painéis, na espessura e direção transversal, não atingiram 0,70 e, na direção longitudinal superaram 0,90. Mostrou-se que é equivalente a estimativa de parâmetros mecânicos na flexão estática, ou até mesmo o estudo de painéis OSB, com a utilização dos métodos não-destrutivos de ultra-som e de stress wave. Com os resultados obtidos são gerados importantes subsídios para possibilitar a avaliação da produção de painéis OSB, viabilizando eventuais correções e ajustes até no decorrer do próprio processo produtivo. / Wood based materials production has grown in the national market, as it is the current international trend. Such products have been an interesting alternative to the sawn wood. Among them, OSB (Oriented Strand Board) has been of an outstanding importance. Its potential of production in the national context is expressive when supplying civil construction, furniture industry, and others. However, this fact also makes clear the need of innovative technologies for mechanical properties evaluation of this wood based material, since until the present day it has been conducted with destructive tests which are only made hours or days after production. Nondestructive methods utilization has been proven to be efficient for mechanical characterization and quality evaluation of sawn wood, and quite promising for wood based materials. The main goal of this research has been to investigate the efficiency of nondestructive testing (ultrasound and stress wave) when estimating physical and mechanical parameters of OSB panels made in Brazil. Two groups of ten 15mm thick panels have been used, having each one of them strength and modulus of elasticity in static bending values distinct from each other in longitudinal direction. First the two types of nondestructive testing have been conducted on all OSB panels and then destructive tests have also been conducted for physical-mechanical characterization and following comparisons. Values of velocities and dynamic constants both in thickness and longitudinal and transversal directions have been different in the two groups of studied panels. Correlation coefficients between values of velocity and dynamic constants and values of physical-mechanical properties of the two groups of panels have not reached 0,70 in thickness and transversal direction, but they have exceeded 0,90 in longitudinal direction. It has been shown that ultrasound is analogous to stress wave either when estimating static bending mechanical parameters or studying OSB panels by nondestructive testing. Such results generate some important subsidies to the evaluation of OSB production, making feasible eventual corrections and adjustments even in the course of its process.

Um dos painéis derivados de madeira que tem se destacado é o OSB (Oriented Strand Board). Cada vez mais se evidencia a necessidade de novas tecnologias relacionadas à avaliação das propriedades mecânicas desse tipo de derivado de madeira, atualmente realizada através de ensaios destrutivos, efetuados horas ou dias após a respectiva produção. A utilização de métodos não-destrutivos tem se mostrado eficiente na caracterização mecânica e na avaliação da qualidade da madeira, e promissora em relação aos derivados de madeira. O objetivo geral deste trabalho foi investigar a eficiência de técnicas não-destrutivas de ensaio, de ultra-som e de stress wave, na estimativa de parâmetros físicos e mecânicos de painéis OSB fabricados no país. Foram considerados dois grupos, com 10 painéis de espessuras nominais de 15mm cada, que possuíam valores de resistência e de módulos de elasticidade na flexão estática, na direção longitudinal, distintos entre si. Primeiramente foram conduzidos os ensaios não-destrutivos, de ultra-som e de stress wave, nos painéis OSB e, em seguida, os ensaios destrutivos para a caracterização físico-mecânica e subseqüentes comparações. Os painéis estudados apresentaram valores de velocidades e constantes dinâmicas diferenciados na espessura e nas direções longitudinal e transversal. Os coeficientes de correlação obtidos entre os valores de velocidades e de constantes dinâmicas e os das propriedades físico-mecânicas, dos dois grupos de painéis, na espessura e direção transversal, não atingiram 0,70 e, na direção longitudinal superaram 0,90. Mostrou-se que é equivalente a estimativa de parâmetros mecânicos na flexão estática, ou até mesmo o estudo de painéis OSB, com a utilização dos métodos não-destrutivos de ultra-som e de stress wave. Com os resultados obtidos são gerados importantes subsídios para possibilitar a avaliação da produção de painéis OSB, viabilizando eventuais correções e ajustes até no decorrer do próprio processo produtivo. / Wood based materials production has grown in the national market, as it is the current international trend. Such products have been an interesting alternative to the sawn wood. Among them, OSB (Oriented Strand Board) has been of an outstanding importance. Its potential of production in the national context is expressive when supplying civil construction, furniture industry, and others. However, this fact also makes clear the need of innovative technologies for mechanical properties evaluation of this wood based material, since until the present day it has been conducted with destructive tests which are only made hours or days after production. Nondestructive methods utilization has been proven to be efficient for mechanical characterization and quality evaluation of sawn wood, and quite promising for wood based materials. The main goal of this research has been to investigate the efficiency of nondestructive testing (ultrasound and stress wave) when estimating physical and mechanical parameters of OSB panels made in Brazil. Two groups of ten 15mm thick panels have been used, having each one of them strength and modulus of elasticity in static bending values distinct from each other in longitudinal direction. First the two types of nondestructive testing have been conducted on all OSB panels and then destructive tests have also been conducted for physical-mechanical characterization and following comparisons. Values of velocities and dynamic constants both in thickness and longitudinal and transversal directions have been different in the two groups of studied panels. Correlation coefficients between values of velocity and dynamic constants and values of physical-mechanical properties of the two groups of panels have not reached 0,70 in thickness and transversal direction, but they have exceeded 0,90 in longitudinal direction. It has been shown that ultrasound is analogous to stress wave either when estimating static bending mechanical parameters or studying OSB panels by nondestructive testing. Such results generate some important subsidies to the evaluation of OSB production, making feasible eventual corrections and adjustments even in the course of its process.

O objetivo principal do presente estudo foi avaliar o efeito do tratamento térmico das partículas strand (pré-tratamento) e dos painéis (pós-tratamento) sobre as propriedades físicomecânicas dos painéis, visando principalmente à melhoria de sua estabilidade dimensional. O delineamento experimental se constituiu de sete tratamentos, com a avaliação de: Duas temperaturas de tratamento das partículas (200 e 240°C) por um período de 60 minutos; do póstratamento térmico dos painéis produzidos com e sem a aplicação de parafina na temperatura de 220°C e por um período de 12 minutos; e do aumento do teor de adesivo e a aplicação de parafina em painéis sem tratamento térmico. Para cada tratamento foram produzidos três painéis com densidade nominal de 0,65 g/cm³, colados com adesivo à base de fenol-formaldeído. O ciclo de prensagem dos painéis foi o seguinte: pressão de 35 kgf/cm², temperatura de 160ºC e tempo de 8 minutos. A partir dos painéis produzidos, corpos-de-prova foram obtidos para a realização de ensaios físicos (Teor de umidade, densidade aparente, absorção de água e inchamento em espessura) e mecânicos (Módulo de ruptura, Módulo de elasticidade e Ligação interna), conduzidos conforme as normas ASTM D 1037 (2006) e DIN 52362 (1982). Mediante à análise dos resultados dos ensaios foi possível extrair as seguintes conclusões: Os painéis produzidos com as partículas tratadas termicamente a 240°C apresentaram-se superiores aos outros tratamentos em todas as propriedades físicas avaliadas, sendo portanto o tratamento com a melhor estabilidade dimensional. O pós-tratamento térmico promoveu melhora significativa das propriedades físicas dos painéis sem comprometer as propriedades mecânicas. O pré-tratamento térmico teve efeito mais pronunciado sobre as propriedades dos painéis do que o pós-tratamento térmico, proporcionando a melhoria das propriedades físicas e a diminuição das propriedades mecânicas. O aumento do teor de adesivo e a aplicação de parafina não se mostraram tão eficientes na estabilidade dimensional dos painéis OSB quanto o tratamento térmico aplicado nas partículas na temperatura de 240°C. / The main objective of this study was to evaluate the effect of thermal treatment of strand particles (pre treatment) and panels (post-treatment) on the physical and mechanical properties of the panels, aiming primarily to improve the dimensional stability. The experimental design was consisted of seven treatments, with the evaluation of: two temperatures of particle treatment (200 and 240 °C) during 60 minutes; thermal post-treatment of the panels produced with and without the application of paraffin at 220 ° C during 12 minutes; and the increase in adhesive content and application of paraffin on the panels without thermal treatment. Three panels were produced for each treatment with nominal density of 0.65 g/cm ³, bonded with phenol-formaldehyde adhesive. The pressing cycle of the panels was as follows: 8- minute press time, pressure of 35 kgf/cm ², and temperature of 160 °C. From the panels produced, specimens were obtained to conduct physical tests (moisture content, bulk density, water absorption and thickness swelling) and mechanical (Modulus of Rupture, Modulus of elasticity and internal bonding), tests according to ASTM D 1037 (2006) and DIN 52 362 (1982) standard. Through the analysis of test results it was possible to conclude: The panels produced with the particles thermally treated at 240°C were superior to the others for all physical properties evaluated, and therefore it was treatment with better dimensional stability. The post-thermal treatment caused a significant improvement of the physical properties of the panels without compromising the mechanical properties. The prethermal treatment had an effect on the properties of the panels that was more pronounced than the post-heat treatment, providing improved physical properties and lower mechanical properties. The increase in adhesive content and the application of paraffin were not as efficient in the dimensional stability of OSB as the thermal treatment applied on the particles at 240 ° C.

O objetivo principal do presente estudo foi avaliar o efeito do tratamento térmico das partículas strand (pré-tratamento) e dos painéis (pós-tratamento) sobre as propriedades físicomecânicas dos painéis, visando principalmente à melhoria de sua estabilidade dimensional. O delineamento experimental se constituiu de sete tratamentos, com a avaliação de: Duas temperaturas de tratamento das partículas (200 e 240°C) por um período de 60 minutos; do póstratamento térmico dos painéis produzidos com e sem a aplicação de parafina na temperatura de 220°C e por um período de 12 minutos; e do aumento do teor de adesivo e a aplicação de parafina em painéis sem tratamento térmico. Para cada tratamento foram produzidos três painéis com densidade nominal de 0,65 g/cm³, colados com adesivo à base de fenol-formaldeído. O ciclo de prensagem dos painéis foi o seguinte: pressão de 35 kgf/cm², temperatura de 160ºC e tempo de 8 minutos. A partir dos painéis produzidos, corpos-de-prova foram obtidos para a realização de ensaios físicos (Teor de umidade, densidade aparente, absorção de água e inchamento em espessura) e mecânicos (Módulo de ruptura, Módulo de elasticidade e Ligação interna), conduzidos conforme as normas ASTM D 1037 (2006) e DIN 52362 (1982). Mediante à análise dos resultados dos ensaios foi possível extrair as seguintes conclusões: Os painéis produzidos com as partículas tratadas termicamente a 240°C apresentaram-se superiores aos outros tratamentos em todas as propriedades físicas avaliadas, sendo portanto o tratamento com a melhor estabilidade dimensional. O pós-tratamento térmico promoveu melhora significativa das propriedades físicas dos painéis sem comprometer as propriedades mecânicas. O pré-tratamento térmico teve efeito mais pronunciado sobre as propriedades dos painéis do que o pós-tratamento térmico, proporcionando a melhoria das propriedades físicas e a diminuição das propriedades mecânicas. O aumento do teor de adesivo e a aplicação de parafina não se mostraram tão eficientes na estabilidade dimensional dos painéis OSB quanto o tratamento térmico aplicado nas partículas na temperatura de 240°C. / The main objective of this study was to evaluate the effect of thermal treatment of strand particles (pre treatment) and panels (post-treatment) on the physical and mechanical properties of the panels, aiming primarily to improve the dimensional stability. The experimental design was consisted of seven treatments, with the evaluation of: two temperatures of particle treatment (200 and 240 °C) during 60 minutes; thermal post-treatment of the panels produced with and without the application of paraffin at 220 ° C during 12 minutes; and the increase in adhesive content and application of paraffin on the panels without thermal treatment. Three panels were produced for each treatment with nominal density of 0.65 g/cm ³, bonded with phenol-formaldehyde adhesive. The pressing cycle of the panels was as follows: 8- minute press time, pressure of 35 kgf/cm ², and temperature of 160 °C. From the panels produced, specimens were obtained to conduct physical tests (moisture content, bulk density, water absorption and thickness swelling) and mechanical (Modulus of Rupture, Modulus of elasticity and internal bonding), tests according to ASTM D 1037 (2006) and DIN 52 362 (1982) standard. Through the analysis of test results it was possible to conclude: The panels produced with the particles thermally treated at 240°C were superior to the others for all physical properties evaluated, and therefore it was treatment with better dimensional stability. The post-thermal treatment caused a significant improvement of the physical properties of the panels without compromising the mechanical properties. The prethermal treatment had an effect on the properties of the panels that was more pronounced than the post-heat treatment, providing improved physical properties and lower mechanical properties. The increase in adhesive content and the application of paraffin were not as efficient in the dimensional stability of OSB as the thermal treatment applied on the particles at 240 ° C.