Por  Mario Solís Jara y Justo Lisperguer Muñoz

 

INTRODUCCION

La elaboración de productos manufacturados a base de madera y polímero (composites de WPC) está siendo investigada a nivel internacional y existen numerosas publicaciones científicas y técnicas en los últimos años. El objetivo central de estas investigaciones está focalizado en mejorar la interacción polímero madera a fin de obtener productos de alta resistencia y duración, utilizando desechos como aserrín, harina de madera, astillas, polietileno y polipropileno de reciclaje, etc.OLYMPUS DIGITAL CAMERA

A nivel internacional existen antecedentes de investigaciones en este campo, y en el área industrial sólo pequeñas y medianas empresas se dedican al procesamiento de plásticos para envases y manufacturas de diversa naturaleza. Trabajos preliminares han comprobado la factibilidad técnica de la elaboración de paneles a base de aserrín y polietileno reciclado, cuya densidad y resistencia a la tracción son satisfactorias, pero las propiedades de flexión y comportamiento de exteriores son bajas.

La homogenización y fundido de materias primas han sido realizadas en varios laboratorios europeos. La necesidad de profundizar en las investigaciones en búsqueda de parámetros que mejoren la interacción polímero-madera esta en marcha.

Ha habido avances importantes en el sentido de mejorar la cohesión de los materiales compuestos y en el de aumentar la rigidez del polímero al agregarle polvo de madera, diversas modalidades de paneles a base de residuos forestales y plásticos variados, obtenidos de materiales de desecho.

En un futuro no muy lejano este producto ira sustituyendo en parte a la madera maciza para su uso en el exterior, empleando diferentes tipos de moldes y sistemas de inyección. Algunas evidencias señalan que estos composites de polímero-madera se emplearan en artículos tan variados como manillas de puertas y ventanas, mangos de cuchillería, herramientas, partes de escritorios, paneles para equipos eléctricos, moldes en la industria automotriz, rodillos, parques de alta densidad y otra gran cantidad de aplicaciones específicas

La tendencia cada vez mayor a disminuir el tamaño de la fibra de las maderas usadas en la ingeniería ha contribuido a aumentar su utilización y la velocidad de corte, mejorando el rendimiento de los productos y minimizando las irregulares características de este biomaterial natural. Sin embargo, si el tamaño de la fibra es muy pequeño, conduce a menor resistencia al agua de los productos resultantes. Por lo tanto, es importante para las necesidades industriales actuales, mejorar la resistencia al agua de maderas

reconstituidas, especialmente tableros, preparados de fibras pequeñas, tales como harina de madera o fibra de madera. En este contexto, compuestos plásticos polímero-madera muestran un gran potencial

Esta línea de investigación, existente a nivel internacional, permitirá en el corto y mediano plazo generar impactos de diversa índole como:

  • Investigación básica y de desarrollo de nuevos productos en base a polímeros madera.
  • Utilización de materiales contaminantes del medio como plásticos y residuos forestales en artículos de consumo de bajo costo, con un impacto ambiental positivo.
  • Servicios y asesorías a la pequeña y mediana empresa en la manufactura de materiales poliméricos de reciclaje y los respectivos controles de calidad.

 MATERIALES Y METODOS

Los compuestos mixtos de polietileno con madera de pino y raulí, y con cloruro de polivinilo y madera de eucaliptus nitens, fueron elaborados en el Laboratorio de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad del Bío-Bío. Se procedió de la siguiente manera: Se tamizó aserrín de pino radiata proveniente de la fábrica de muebles de la Universidad del Bío-Bío, utilizando un tamiz de 250 micrones; el aserrín de madera de eucaliptus nitens se hizo pasar por un tamiz de 150 micrones. En ambos casos se obtuvo un polvo fino, que posteriormente se ocupó para combinarlo con los polímeros anteriormente indicados, en porcentajes especificados.

Para las determinaciones de resistencia a la tracción y resistencia al impacto de compuestos mixtos polietileno/pino o raulí, se trabajó con una muestra para cada porcentaje de reemplazo de polímero por madera. Se utilizó solamente una muestra a modo de experimentación a escala de laboratorio.

En la serie de compuestos mixtos PVC./eucaliptus nitens se prepararon 4 muestras por cada reemplazo de PVC por madera (0%,10% y 20%) y los valores experimentales de resistencia al impacto se analizaron mediante un análisis de varianza. (Tablas 1 y 2)

Tabla 1

 

Tabla 2

 

A todas las mezclas se les agregó cera poliolefínica como fundente, la cual además le da mayor fluidez a las mezclas para moldearlas. Todos los componentes de las mezclas se depositaron en una cápsula de porcelana a una temperatura de aproximadamente 100°C.

Una vez que los compuestos estaban reblandecidos y mezclados homogéneamente se retiraron de la cápsula y se introdujeron en un molde de acero inoxidable para dimensionar las diversas probetas necesarias para los ensayos de calidad de estos materiales.

Resina (cloruro de polivinilo) (g) CaCO (endurecedor) (g) Madera de eucaliptus nitens (g)

Estos compuestos mixtos cloruro de polivinilo/madera de eucaliptus nitens se prepararon de la siguiente manera: Se pesan todos los componentes por separado y luego se introduce sobre una cápsula de porcelana cera poliolefínica en polvo y se empieza a aplicar temperatura. Cuando la cera está líquida se agrega la resina de cloruro de polivinilo y se mezcla permanentemente para evitar que se queme la resina.

Una vez bien homogenizada esta mezcla, se le agrega el CaCO3  que actúa como aditivo endurecedor. Siempre agitando, se agrega finalmente el polvo de madera para evitar que se queme y pierda sus propiedades. Luego se vacían las mezclas rápidamente a los distintos moldes, a los que previamente se les ha aplicado desmoldeante (silicona spray), y se debe esperar que se enfríen para desmoldar.

RESULTADOS

Los ensayos de resistencia al impacto y de resistencia a la tracción fueron realizadas de acuerdo a normas establecidas (Norma ASTM D 256 ). Después de haber elaborado las distintas probetas se obtuvieron los siguientes resultados de resistencia al impacto y resistencia a la tracción (tablas III, IV, V y VI).

 

Tabla 3           Tabla 4

Tabla 5            Tabla 6

Las probetas de compuestos mixtos(cloruro de polivinilo/madera de eucaliptus) elaboradas para pruebas de resistencia a la tracción se ensayaron tanto en estado seco como después de haber sido sometidas a ata que por agua fría (Tabla VI).

Para las determinaciones de resistencia a la tracción se elaboraron las muestras como se especifica en la Fig. 1.

 

Además, a los compuestos mixtos (Polietileno/madera de pino o raulí), a partir de determinaciones de resistencia a la tracción, se les calcularon los respectivos módulos de elasticidad de young (Fig. 2).

Figura 1       Figura 2

A partir de la información dada por la Fig. 2, se muestra que el porcentaje al 20% pino o raulí combinado con un 80% de plástico, el módulo de elasticidad es mayor en comparación a la combinación de 10% de

pino o raulí con 90% plástico, correspondiendo el menor valor del módulo elástico al plástico al 100%.

DISCUSION

Al describir los resultados obtenidos se puede señalar lo siguiente: La resistencia al impacto para los compuestos mixtos(PE/pino oraulí)con10-20% de reemplazo (pino o raulí) dio valores mayores para las mezclas con raulí (3,15 y 2,15 kg-cm, respectivamente) en relación al valor dado por el pino (1,95 kg-cm), lo que indica que hay una mejor interacción entre las dos fases.

Para todas las mezclas, los valores de resistencia al impacto son menores en relación al valor dado por el polietileno puro (10,75 kg-cm2). La resistencia a la tracción de compuestos mixtos (PE/pino o raulí) con 10 y 20% de reemplazo de madera, dio valores mayores para el pino (152,5-115,6 kgf/cm2  respectivamente), lo que indica una mayor cohesión del material. Los valores de resistencia a la tracción para mezclas con 20% de reemplazo, para pino es mayor que el valor dado por el polímero puro (115,6 kgf/cm2) y para el raulí dio un resultado menor (101,1kgf/cm2).

El valor para el polímero puro fue de 111,9 kgf/cm2. En relación al módulo de elasticidad de Young, en todo los casos fue mayor para las mezclasen relación al polímero puro (7788- 6233 kgf/cm2), esto indica claramente que se aumentó la rigidez del material al agregarle polvo de madera.

Para la resistencia al impacto decompuestos mixtos (PVC/eucaliptus nitens) se observó que para reemplazos de 20% de madera, dio los más altos valores (1,37 kg-cm) pero con 10% de reemplazo, se obtuvo una leve disminución (1.04 kg-cm).

El valor de referencia del polímero fue de 1,2 kg-cm. Estos valores vendrían a indicar la influencia que tiene la adición del polvo de madera en la formulación pura de PVC, para aumentar o disminuir la interacción entre las fases (polímero-madera). La resistencia al impacto promedio de estos compuestos mixtos difiere significativamente (valor p = 0,001) del valor de referencia y 10% de reemplazo.

Además, a las muestras anteriores, se les realizó el ensayo de resistencia al impacto, pero después de haber sido sometidas al ataque por agua fría. Los valores de resistencia al impacto con reemplazo de 10% disminuyeron levemente a 1,0 kg-cm y los con 20% de reemplazo bajaron a 1,2 kg-cm. Esto se debe a que la mezcla con 20% de madera, al tener mayor cantidad de madera absorbe más agua y, por consiguiente, debilita la resistencia.

Compuestos mixtos a base de polietileno lineal de baja densidad y harina de madera (Pinus silvestris), usando distintos compatibilizadores fueron preparados con la finalidad de mejorar la adhesión interfacial entre la matriz polimérica y la madera de relleno. Las mediciones realizadas fueron resistencia a la tracción y resistencia al impacto.uno

Una buena adhesión entre la superficie de madera y polímero puede mejorar las propiedades mecánicas y la resistencia al impacto. Los compatibilizadores pueden reducir la energía interfacial entre las partículas de madera y la matriz de polietileno y, por lo tanto, la dispersión del relleno se espera que también sea mejorada.

De los resultados de estas investigaciones se desprende lo siguiente:

En general, la resistencia al impacto y resistencia a la tracción aumentaron, lo que sugiere una mayor interacción entre las fases. Todos los polímero-madera, con o sin compatibilizadores, demostraron buena resistencia al ataque por agua. Después de 65 horas de inmersión en agua, las propiedades mecánicas de las probetas no fueron cambiadas

Estos últimos resultados están en total concordancia con los encontrados en los

Compuestos mixtos PVC/eucalipton itens preparados en nuestro trabajo. Al observar nuestras probetas quebradas, después de los respectivos ensayos, se deduce en primer lugar una falta de homogeneidad en las mezclas, que podría deberse al tiempo de mezclado y en particular para los

compuestos mixtos (pvc/eucaliptus nitens) indicaría la falta de aditivos, sobre todo para darle una menor porosidad.

Además, nuestros resultados indican que el tipo de proceso mediante moldeo manual no es suficiente para obtener mezclas bien homogéneas, lo que claramente mejoraría usando una máquina extrusora-inyectora para plásticos.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

BIEDSKI, A.K., REIHMANE, S. and GASSAN, J.

CARVALHO, L.H., BATISTA,W.W.

HEDENBERG, P. GATENHOLM, P.

OKSMAN, K.

KUMAR,S.

TAKATANI, N., ITO, H., OHSUGI, S.,

KITAYAMA, T., SAEGUSA, M., KAWAI, S.,

OKAMOTO, T.