Desempenho de painéis osb produzidos com madeira de pinus e adesivo à base de lignina e boro

Abstract

A substituição do fenol por lignina em resinas fenol-formaldeído é uma alternativa sustentável para a indústria de painéis, reduzindo o uso de recursos petroquímicos e incorporando biomassa. Este estudo avaliou a aplicação de resina fenólica modificada com lignina e ácido bórico na produção de painéis OSB. Foram formuladas resinas com 10%, 20%, 30% e 50% de lignina (LPF) e 1%, 2% e 3% de ácido bórico (LPF+B), comparadas a uma resina controle (PF). As propriedades foram avaliadas por meio de análises de DSC, TGA, FTIR, tempo de gel, pH, viscosidade e teor de sólidos. Os painéis OSB foram testados quanto às suas propriedades físicas (densidade aparente, teor de umidade, inchamento e absorção de água) e mecânicas (módulo de elasticidade à flexão, resistência à flexão, adesão interna e resistência ao arrancamento de parafuso). Além disso, foram realizados ensaios de desempenho ao fogo utilizando o túnel de Vandersall e análise de microestrutura com microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados indicaram que as resinas LPF curaram em temperaturas mais baixas e a uma taxa mais rápida, tornando-as mais eficientes em termos de consumo energético para a fabricação de painéis. A substituição de até 50% do fenol por lignina kraft é viável, sendo que a formulação ideal foi alcançada com 30% de substituição. A adição de ácido bórico à resina LPF, quando mantida em 1%, melhorou a estabilidade dimensional dos painéis, e a resina LPF+B superou os requisitos técnicos para a classificação OSB/3, que é destinada a painéis para uso estrutural em ambientes úmidos. Por outro lado, os painéis fabricados com resina LPF foram classificados como OSB/2, pois apresentaram um inchamento de 15,34%, apenas 0,34% acima do limite recomendado de 15% para categorias superiores. Apesar disso, os resultados demonstraram a viabilidade da resina LPF como uma alternativa eficiente para a substituição da resina PF em sistemas construtivos Light frame, pois ela não apenas mantém, mas em alguns casos aprimora as propriedades mecânicas dos painéis. Além disso, a resina LPF atua como um eficiente dissipador de calor, melhorando a retardância à chama e funcionando como um retardante de fogo.

The substitution of phenol with lignin in phenol-formaldehyde resins is a sustainable alternative for the panel industry, reducing the use of petrochemical resources and incorporating biomass. This study evaluated the application of phenolic resin modified with lignin and boric acid in the production of OSB panels. Resins with 10%, 20%, 30%, and 50% lignin (LPF) and 1%, 2%, and 3% boric acid (LPF+B) were formulated and compared to a control resin (PF). The properties were evaluated through DSC, TGA, FTIR analyses, gel time, pH, viscosity, and solid content. The OSB panels were tested for their physical properties (apparent density, moisture content, thickness swelling, and water absorption) and mechanical properties (modulus of elasticity in bending, bending strength, internal bond strength, and screw withdrawal resistance). Additionally, fire performance tests using the Vandersall tunnel and microstructure analysis with scanning electron microscopy (SEM) were conducted. The results showed that the LPF resins cured at lower temperatures and at a faster rate, making them more energy-efficient for panel manufacturing. Replacing up to 50% of phenol with kraft lignin is feasible, with the ideal formulation being 30% substitution. The addition of boric acid to LPF resin, when maintained at 1%, improved the dimensional stability of the panels, and the LPF+B resin exceeded the technical requirements for OSB/3 classification, intended for structural use in humid environments. On the other hand, panels made with LPF resin were classified as OSB/2, as they showed a thickness swelling of 15.34%, only 0.34% above the recommended limit for higher categories. Despite this, the results demonstrated the viability of LPF resin as an efficient alternative to PF resin in Light frame construction systems, as it not only maintains but in some cases enhances the mechanical properties of the panels. Additionally, LPF resin acts as an efficient heat dissipator, improving flame retardancy and functioning as a fire retardant.