LOS ADHESIVOS Y EL ENCOLADO DE LA MADERA

ENCOLADO DE LA MADERA El empleo de adhesivos para unir piezas o elementos de madera es muy antiguo. Los primeros testimonios que lo demuestran son los jeroglíficos de los egipcios y los sarcófagos de sus faraones que incluían chapas de madera encolada. Al principio los adhesivos o colas se obtenían de productos naturales (pieles de animales, huesos, etc.). El paso siguiente fue la utilización de los colas de caseína, que aparecieron en 1895 y que se empleaban en las estructuras encoladas de la primera Gran Guerra. Y el paso definitivo se produce con la aparición de las colas de resinas sintéticas de resorcina y urea en 1930. El encolado nos permite decorar la madera con chapas de madera o recubrimientos plásticos (aplicaciones decorativas) u obtener otros productos de mayores dimensiones partiendo de elementos más pequeños como partículas o láminas de madera (aplicaciones de carpintería y estructurales). La tecnología del encolado engloba en primer lugar las condiciones necesarias para obtener con una determinada cola una junta resistente, y en segundo lugar la maquinaria que se emplea para obtener esa junta resistente. El encolado de la madera conlleva diferentes fases cuya información se expone en los siguientes bloques informativos: - Adhesivos / colas - Propiedades de la madera - Encolado de elementos de madera - Uniones madera - metal

ENCOLADO DE ELEMENTOS DE MADERA Las cuestiones a tener en cuenta para conseguir una buena unión encolada son encolar las dos superficies de las piezas a unir con un adhesivo que tenga liquidez (una buena movilidad) y empezar a prensar cuando el adhesivo empiece a fraguar (a perder movilidad o liquidez). Estas condiciones aseguran la mejor penetración del adhesivo en la madera, ya que henos empapado con adhesivo las caras de las dos piezas a unir y hemos optimizado la capacidad de adhesión. Nunca debemos olvidar un principio básico, “cualquier aspecto o parámetro puede cambiar durante el proceso de encolado”, por ejemplo la maquinaria, los operarios, la condiciones ambientales, la estructura de la madera (incluso utilizando la misma especie de madera), las propiedades del adhesivo, etc. Por este motivo la operación de encolado de la madera requiere una supervisión estricta por parte del operario, que es el único capaz de detectar los cambios e identificar las correcciones a realizar para cada situación. El encolado de elementos de madera engloba las siguientes operaciones: - Control y preparación de los adhesivos - Extendido y puesta en presión - Control de los productos encolados

Control y preparación de los adhesivos Antes de realizar la operación de encolado se debe conocer con total seguridad el adhesivo que se va a utilizar y las propiedades que se especifican a continuación: a.- preparación - dosificación La preparación comprende todas las operaciones para dejar el adhesivo en condiciones de empleo (peso de los distintos elementos, mezcla, adición y batido, calentamiento o enfriamiento cuando sea necesario). En los adhesivos de varios componentes o que haya que incorporar endurecedores se realizará la mezclando con la dosis definida a la temperatura especificada en el momento de su utilización. b.- vida de trabajo Es el tiempo que pude transcurrir entre la preparación del adhesivo y su aplicación sobre las piezas a unir. c.- viscosidad La viscosidad indica la movilidad del adhesivo durante su aplicación y al mismo tiempo nos indica los límites para la aplicación del mismo. Existen diferentes equipos o instrumentos utilizados para medir la viscosidad, el más habitual es el viscosímetro Brookshield que se basa en las fuerzas generadas por la torsión de un rotor sumergido en el líquido en cuestión. Debido a que la temperatura influye sobre la viscosidad, todas la medidas deben realizarse a la misma temperatura. La viscosidad de la mezcla de adhesivo tiene una gran influencia en la penetración de la cola o del adhesivo en la madera y en su fraguado. La medida de la viscosidad nos permite saber si estamos trabajando adecuadamente. d.- aplicación de la cola Se extenderá la cantidad de adhesivo especificada por unidad de superficie (m 2). Como regla general se puede decir que, en idénticas condiciones, los mejores resultados de encolado se consiguen cuando la cola se extiende sobre ambas superficies, cuando la película de cola crea una pequeña depresión después de su aplicación, cuando sigue permaneciendo pegajosa cuando se toca con el dedo antes de aplicar presión y cuando su densidad/dureza permite que se deforme fácilmente al aplicar presión. e.- tiempo para ejecutar la unión o de tiempo de reunión Tiempo transcurrido entre la aplicación del adhesivo y la puesta en presión de los elementos a encolar. f.- almacenamiento Las colas tienen unos márgenes de almacenamiento (vida de almacenaje) muy cortos que dependen de su formulación. Las condiciones ambientales del lugar de almacenamiento, y en particular la temperatura, son decisivas para la vida útil de cualquier tipo de cola. Algunos adhesivos se pueden almacenar sin problemas hasta un año, mientras que otos no superan los 6 meses. El parámetro de control que se utiliza durante el periodo de almacenamiento es la viscosidad, que como se mencionó anteriormente puede influir en la aplicación y en la calidad del encolado.

Extendido y puesta en presión La operación de extendido consiste en aplicar sobre una o sobre las dos superficies a unir la cantidad establecida de adhesivo. Se puede realizar a mano (carpintería de armar y trabajos de pequeña artesanía) o mediante encoladoras mecánicas (carpinterías

industriales y fábricas de tableros). Dentro de las encoladoras mecánicas y en función del producto final, se pueden emplear las de rodillo, las de pistolas y las especiales para adhesivos espumosos, para partículas de madera, para fibras de madera, etc. La cantidad de adhesivo depositado se puede evaluar por el consumo de adhesivo (en peso) por la superficie o volumen de madera encolada, generalmente se determina mediante diferencia de pesada. La puesta en presión y en su caso la aplicación de calor se puede realizar por varios procedimientos. Abarcan los que se realizan a mano mediante sargentos (carpintería de armar) o mediante prensas de pistón o bancos de presión (madera laminada encolada, perfiles laminados, tableros alistonados, ventanas de madera), prensas de platos fríos (rechapado y fabricación de puertas planas), prensas de platos calientes (rechapado, fabricación de puertas carpinteras, fabricación de tableros contrachapados y tableros laminados), prensas continuas (fabricación de tableros de partículas y de fibras), prensas de hormas o prensas de camisas (para piezas curvas). En algunos métodos la aplicación de calor se realiza mediante técnicas de radio frecuencia.

Control de los productos encolados El proceso de adhesión finaliza cuando los productos encolados salen de la prensa, aunque se siguen produciendo pequeños ajustes moleculares que comunican la resistencia y la durabilidad final de la unión encolada. Se pueden realizar inspecciones visuales con diferentes fuentes de luz y con diferentes ángulos de incidencia que nos permiten controlar la ejecución del encolado. La aparición de juntas abiertas, burbujas y zonas sin adhesivo nos aportarán información sobre la calidad del encolado El ensayo normalizado para la comprobación del encolado de las chapas es la separación de las chapas utilizando un útil cortante y la evaluación posterior de la cantidad de fibras adheridas a la chapas.

Para asegurar de forma fehaciente que un producto está bien encolado es necesario realizar ensayos físicos y mecánicos de acuerdo con las normas definidas. Normalmente las probetas de los materiales encolados se someten a unos ciclos de envejecimiento artificial (humedad - calor), que están normalizados para cada producto. Posteriormente se evalúa según el tipo de producto: la aparición de delaminaciones, su resistencia al esfuerzo cortante o a la tracción junto con el porcentaje de zona de madera o de adhesivo.

ADHESIVOS PARA LA MADERA DEFINICIÓN Todo material que mantiene unidas dos piezas de madera o una pieza de madera con otra metálica, de tal forma que la piezas unidas resistan las solicitaciones físicas y mecánicas especificadas. La unión se realiza de una forma muy compleja (teoría de la adhesión) que incluye aspectos mecánicos y aspectos físico y químicos. Muchas veces se utiliza la palabra “colas” para denominar a los adhesivos de la madera, pero está acepción es un poco más restrictiva, ya que sólo hace referencia a los adhesivos en fase acuosa. COMPOSICIÓN DE LOS ADHESIVOS - Componente principal: material que actúa de ligante, actualmente se corresponden con productos orgánicos de síntesis. - Endurecedores: sustancias que se añaden para acelerar su fraguado. - Cargas: sustancias que se añaden para mejorar las características del adhesivo. Pueden ser productos insecticidas, fungicidas, ignifugantes, etc. - Complementos: sustancias que se añaden para rebajar su precio. - Solventes: vehículo en que va disuelto el adhesivo, pueden ser acuosos, orgánicos, hidrodispersables, espumas, etc. TIPOS En función del material utilizado para realizar la unión se distinguen los siguientes tipos de colas o adhesivos algunos de los cuales sólo se mencionan por su valor histórico. - Adhesivos o colas inorgánicos (de silicato sódico) - Adhesivos orgánicos adhesivos o colas naturales: animales (pieles, huesos, pescado, albúmina, caseína) y vegetales (almidón, semilla de soja) adhesivos sintéticos. Dentro de los adhesivos sintéticos, que son las que más se utilizan actualmente, se distinguen: 1.- Adhesivos termoplásticos Una vez fraguados recobran su plasticidad por la acción del calor. - Emulsiones vinílicas: acetato de polivinilo (PVAC), policloruro de vinilo (PVC), Acetato de vinilo y etileno (EVA), etc

- de un solo componente - de dos componenes - Adhesivos termofusibles (hot - melt) El término termofusible define su forma de aplicación. Se suministran en forma de resina sólida, que se vuelven líquidas con la aplicación del calor y que se vuelven a endurecer cuando se enfrían. - Adhesivos de caucho natural o sintético - Adhesivos de poliuretano - Adhesivos epoxídicos - de un solo componente - de varios componentes - Adhesivos mixtos de epxi y poliuretano 2.- Adhesivos termoestables Una vez fraguadas no recobran su plasticidad por la acción del calor. - Urea formaldehído (UF) - Melamina urea formaldehído (MUF) - Melamina fenol formaldehído (MPF) - Fenol formaldehído (PF) - Resorcina formaldehído (RF) y de resorcina - fenol formaldehído (RPF) - Isocianato CLASIFICACIÓN DE LOS ADHESIVOS - DURABILIDAD Actualmente se está trabajando en las normas que definan la clases de durabilidad, hasta el momento sólo se han definido las clases para los adhesivos termoendurecibles. Clase

Condiciones climáticas y campos de aplicación

C1

Interior, contenido de humedad de la madera < 15%.

C2

Interior, con exposiciones cortas y ocasionales al agua líquida o a condensaciones de vapor de agua y/o a altas humedades relativas del aire. Contenido de humedad de la madera < 18%.

C3

Interior, con exposiciones cortas y frecuentes al agua líquida o a condensaciones de vapor de agua y/o a altas humedades relativas del aire. Exterior no expuesto a las condiciones atmosféricas

C4

Interior, con exposiciones largas y frecuentes al agua líquida o a condensaciones de vapor de agua. Exterior expuesto a las condiciones atmosféricas

Adhesivos termoplásticos - Emulsiones vinílicas: acetato de polivinilo (PVAC), policloruro de vinilo (PVC), Acetato de vinilo y etileno (EVA), etc - de un solo componente - de dos componenes - Adhesivos termofusibles (hot - melt) - Adhesivos de caucho natural o sintético

- Adhesivos de poliuretano - Adhesivos epoxídicos - de un solo componente - de varios componentes - Adhesivos mixtos de epxi y poliuretano Adhesivos termoestables - Urea formaldehído (UF) - Melamina urea formaldehído (MUF) - Melamina fenol formaldehído (MPF) - Fenol formaldehído (PF) - Resorcina formaldehído (RF) y de resorcina - fenol formaldehído (RPF) - Isocianato

UNIÓN MADERA - METAL Esta tecnología es totalmente diferente a la de la unión de la madera con la madera. La obtención de una unión metal - madera con adhesivos o colas presenta dificultades. Es necesario estudiar las características de los dos elementos a unir para hacerse una idea de los problemas que pueden suceder y que hay que resolver, entre los que se citan los siguientes: -

-

La madera es un material con acusada polaridad en sus moléculas. Por el contrario, el metal es de naturaleza no polar. Con los cambios de humedad, la madera se hincha o se contrae; en cambio, el metal no sufre variación. Al aplicar calor a la pieza que tratamos de encolar, la lámina metálica se dilata en un porcentaje más o menos elevado. En cambio la madera generalmente se contrae, no porque ella no tenga dilatación, sino porque ésta, la mayoría de las veces, viene enmascarada por la contracción que se produce al desecarse con la elevación de la temperatura. Los adhesivos empleados habitualmente para encolar piezas de madera, generalmente son poco elásticas para absorber las tensiones que se producirán, según se deduce de las consideraciones anteriormente efectuadas.

CLASIFICACIÓN DE LOS ADHESIVOS Es muy difícil efectuar una clasificación de los adhesivos de metal y madera desde un punto de vista de composición química de los adhesivos empleados, ya que en la mayoría de los casos son mezclas. Desde el punto de vista industrial se clasifican con arreglo a sus formas de empleo y características de fraguado, distinguiéndose los tres grupos siguientes: -

Unión directa, fraguado a alta temperatura Unión directa, fraguado a temperatura ambiente Unión en dos tiempos, utilizando dos adhesivos

a.- Grupo I = unión directa a alta temperatura. Estos adhesivos están formados por mezclas de formol-polivinilo, butiral polivinilo, acetato

de polivinilo, por un lado, y de fenol-formaldehído, por otro; disueltas en solventes apropiados. Al producirse el fraguado a alta temperatura, las tensiones producidas por el desigual comportamiento de la madera y el metal ponen en peligro la unión. La producción de burbujas es muy frecuente, pudiendo producir la ruptura de la unión o junta, por lo que han de controlarse todos los factores que intervienen en el encolado. b.- Grupo II - Unión directa fraguado a temperatura ambiente. Se incluyen en este grupo los adhesivos que son capaces de unir madera y metal directamente a la temperatura ambiente. Están constituidos por mezclas del tipo caseína latex , adhesivos de caucho, adhesivos epoxídicos, adhesivos de poliuretano o adhesivos acrílicos. Otros tipos empleados son los mastics, que están formados por mezclas de caucho natural o sintético y asfaltos o resinas económicas. Los adhesivos de este grupo II dan, en general, juntas muy débiles y su resistencia a temperaturas algo elevadas o a la inmersión de agua u otros disolventes, es muy pequeña. Estos hechos que se hayan desechado en este estudio para el encolado de madera y metal. c.- Grupo III - Unión en dos tiempos con dos adhesivos. Soslayando los inconvenientes del grupo I anteriormente tratado, este grupo engloba a adhesivos que se aplican con una técnica diferente. Un adhesivo preparado de la misma forma que el grupo I, se aplica sobre la superficie metálica que se introduce en un horno a alta temperatura o en los platos de una prensa caliente, donde el adhesivo extendido fragua. Y luego este metal, con su cara con el adhesivo fraguado, se encola a la pieza de madera por medio de colas de urea, resorcina o fenol de fraguado a temperatura ambiente o intermedia.

CONDICIONES DE EMPLEO Las superficies de la madera deben estar perfectamente limpias, recién preparadas y completamente lisas y niveladas para obtener un presión lo más homogénea posible. La humedad para los procedimientos y colas empleadas en el Grupo III, puede estar comprendida entre un 5 y un 15%; para las Grupo I deberá ser lo más pequeña posible, inferior al 5%, siempre que ello sea factible para la manipulación de las piezas metálicas. La superficie metálica, igualmente, debe estar desprovista de grasas, ceras, aceites, óxidos, etc., debiendo seguirse en su limpieza las instrucciones que suministre el fabricante. La

utilización de un material exento de óxido es una necesidad. Si el metal no está limpio es conveniente limpiarlo mediante su lijado, pulido o chorro de arena. Se deben eliminar las materias grasas con tricloroetileno o con otro solvente clorado menos tóxico.