Compósitos de partículas de madeiras e borracha natural vulcanizada visando obtenção de painéis estruturados

O uso de madeiras provenientes de reflorestamento, como o eucalipto (Eucalyptus – EUC) e o pinus (Pinus – PIN), aliado à aplicação de biopolímeros, tem se destacado como uma alternativa promissora e sustentável para o setor da construção civil e industrial. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo desenvolver e caracterizar painéis compósitos obtidos a partir da combinação de partículas de madeira com borracha natural vulcanizada (BNV), empregada como matriz ligante, e resina poliuretano derivada do óleo de mamona (PUR), utilizada como aditivo estrutural na proporção fixa de 20 phr. O delineamento experimental envolveu diferentes proporções mássicas entre madeira e matriz polimérica (100/100, 200/100, 300/100 e 400/100), considerando as formulações EUC/BNV, EUC/BNV-PUR e EUC-PIN/BNV-PUR. Os compósitos foram processados por termocompressão a 150 °C, sob pressão de 3 MPa. A caracterização dos materiais incluiu ensaios reométricos, determinação da densidade de ligações cruzadas, análise termogravimétrica (TG/DTG) e microscopia eletrônica de varredura (MEV), além de ensaios físicos (densidade, teor de umidade, absorção de água e inchamento em espessura) e mecânicos (resistência à tração, dureza Shore A e abrasão). Os resultados físicos evidenciaram a eficiência da matriz elastomérica na redução da interação com a umidade, com valores de inchamento e absorção de água inferiores a 2,00% e 2,50%, respectivamente, após 24 horas. No âmbito mecânico, os compósitos apresentaram resistência à tração de até 15,01 MPa e dureza de 92 Shore A, indicando que o aumento da fração lignocelulósica contribui para o incremento da rigidez do material. De modo geral, as formulações contendo PUR, em especial EUC/BNV-PUR e EUC-PIN/BNV-PUR, apresentaram o melhor desempenho global, com resultados consistentes tanto nas propriedades físicas e mecânicas quanto nas análises térmicas e morfológicas. Esses resultados indicam que a incorporação do poliuretano favorece a interação interfacial entre a matriz e as partículas de madeira. Conclui-se que a utilização combinada de borracha natural, poliuretano de origem vegetal e resíduos lignocelulósicos de reflorestamento é tecnicamente viável, resultando em compósitos com potencial para aplicação em painéis aglomerados, com desempenho compatível às exigências de normas técnicas como ABNT e ASTM, além de contribuir para o desenvolvimento de materiais com menor impacto ambiental.

Resumo (inglês)

The use of reforestation wood species such as eucalyptus (Eucalyptus – EUC) and pine (Pinus – PIN), combined with biopolymers, has emerged as a promising and sustainable alternative for civil and industrial applications. In this context, this study aimed to develop and characterize composite panels produced from wood particles and vulcanized natural rubber (BNV), used as a binder matrix, with castor oil-based polyurethane (PUR) as a structural additive at a fixed content of 20 phr. The experimental design considered different mass ratios between wood and polymer matrix (100/100, 200/100, 300/100, and 400/100), including EUC/BNV, EUC/BNVPUR, and EUC-PIN/BNV-PUR formulations. The composites were processed by thermocompression at 150 °C under a pressure of 3 MPa. Material characterization included rheological analysis, crosslink density determination, thermogravimetric analysis (TG/DTG), and scanning electron microscopy (SEM), as well as physical tests (density, moisture content, water absorption, and thickness swelling) and mechanical tests (tensile strength, Shore A hardness, and abrasion resistance). The physical results demonstrated the effectiveness of the elastomeric matrix, with low thickness swelling and water absorption values (below 2.00% and 2.50%, respectively, after 24 h). Mechanically, the composites reached tensile strength values of up to 15.01 MPa and hardness of 92 Shore A, indicating that increasing the lignocellulosic fraction enhances material stiffness. Overall, PUR-containing formulations, particularly EUC/BNV-PUR and EUC-PIN/BNV-PUR, exhibited the best overall performance, with consistent results across physical, mechanical, thermal, and morphological analyses. These findings suggest that polyurethane improves interfacial adhesion between the rubber matrix and wood particles. It can be concluded that the combined use of natural rubber, bio-based polyurethane, and reforestation wood residues is technically feasible, resulting in composite materials with potential application in particleboard panels, meeting technical requirements such as ABNT and ASTM standards, while contributing to more sustainable material solutions.

Palavras-chave

Painéis compósitos, Borracha natural vulcanizada, Poliuretano de mamona, Madeira de reflorestamento, Caracterização de materiais, Composite panels, Vulcanized natural rubbe, Castor oil-based polyurethane, Reforestation wood residue

Idioma

Português

Citação

RODRIGUES, Felipe Reis. Compósitos de partículas de madeiras e borracha natural vulcanizada visando obtenção de painéis estruturados. 2026. 163 f. Tese (Doutorado em Ciências dos Materiais) - Faculdade de Engenharia, Universidade Estadual Paulista - UNESP, Ilha Solteira, 2026.