sábado 29 de marzo de 2008

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LOS ADHESIVOS Y EL ENCOLADO DE LA MADERA

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 las 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).


ENCOLADO DE ELEMENTOS DE MADERA
La madera se puede unir mediante cola debido a que es higroscópica, es decir que absorbe y entrega humedad según las condiciones ambientales a las que se la expone. El adhesivo es húmedo y por ende penetra en la madera antes de fraguar y unir una pieza.
Usando la imaginación: Supón que en vez de adhesivo usamos agua para unir, empapamos las piezas de madera las prensamos y las introducimos en el congelador del refrigerador.
El agua penetra en la madera a través de los poros introduciéndose también entre las fibras de la madera, ésta penetración es lenta y termina cuando el agua se congela (fragua)
El agua ocupa los espacios en los poros como se muestra en la figura y una vez que se congela genera unos verdaderos tapones que impiden que las piezas se suelten, imagina que esto sucede en los cientos o miles de poros que se encuentran en la superficie de la pieza, lamentablemente para el caso del agua al descongelarse se suelta la unión, así mas o menos funciona el adhesivo en la madera.
Para conseguir una buena unión encolada se debe encolar las superficies de las piezas a unir con un adhesivo que tenga fluidez -una buena movilidad para penetrar en los poros- y empezar a prensar cuando el adhesivo empiece a fraguar es decir a perder movilidad o fluidez para que haga los tapones.
Estas condiciones aseguran la mejor penetración del adhesivo en la madera, ya que hemos empapado con adhesivo las caras de las dos piezas a unir y hemos optimizado la capacidad de adhesión.


ASPECTOS A CONSIDERAR
La densidad de la madera influye en la encolabilidad, las maderas densas producen uniones de menor resistencia que las maderas poco densas como la del pino radiata.


Esto se debe a la baja penetrabilidad que tiene el adhesivo en la madera densa, en las figuras puedes hacer una comparación entre una y otra y te darás cuenta de estas diferencias.


El tipo de unión que hemos visto se llama unión mecánica por que se produce por el fraguado del adhesivo formando estos tapones, una definición mas exacta es "…la unión mecánica…. se basa en que la cola, más o menos fluida, se introduce en los poros de las dos superficies a unir de madera, y después por fraguado, la cola se convierte en un sólido de gran cohesión, anclado fuertemente en ambas piezas, que quedan perfectamente unidas."
Según este principio, la calidad del encolado, depende de la rugosidad de la superficies de madera, del número de poros que contenga y estén abiertos (limpios) y de lo que profundice la cola (permeabilidad de la madera).
Existe otro tipo de unión que resulta de la atracción química entre los grupos activos de naturaleza polar de la madera y los grupos activos polares de la cola.
Este tipo de unión se denomina unión química, en general las colas tienen las dos características, unir química y mecánicamente la madera
Usando la imaginación: Supongamos que la polaridad son garfios como los que aparecen en la figura, supongamos también que la polaridad de la madera es el garfio hacia abajo y la polaridad del adhesivo es el que está hacia abajo, al momento de acercarse se unen fácilmente, es como se dice que los polos opuestos se atraen- como los imanes- esto explica la unión química.
Influye en la unión química la denominada edad de la pieza- tiempo transcurrido desde que se realizó la superficie a encolar-, dado que con el tiempo, el número de grupos polares activos disminuye.
Se ha demostrado que la rugosidad de superficie perjudica la calidad del encolado en la unión química.
COMPOSICION GENERAL DE LOS ADHESIVOS
La composición general de los adhesivos para madera es:
1. Resina: Es la que proporciona la unión pretendida.
2. Endurecedor: Es un producto que se añade para activar el fraguado de la resina.
3. Cargas: Son productos, normalmente harinas, que se añaden para proporcionar elasticidad a la resina, y bajar el precio de éstas.
4. Disolventes: Son productos que facilitan la penetración de la resina en la madera.
5. Viscosantes y diluyentes: Son productos que se añaden para dar a la cola la viscosidad más adecuada.
6. Características de la Madera densidad y contenido de humedad

Las colas sintéticas más utilizables son las siguientes:
1. Pegamentos termoplásticos
Colas de acetato de polivinilo (PVAC,Popularmente llamada Cola Fría)
Son colas de una vida muy elevada lo que permite que se comercialicen ya preparadas (listas para usar), a base de una dispersión de la resina, junto con cargas, en agua.

Su color es lechoso, por lo que comercialmente se le denomina cola blanca, sin embargo, cuando fragua la cola se vuelve transparente, no produciendo ningún tipo de mancha en la madera.
El fraguado de la cola se produce al evaporarse el disolvente, que hace que las partículas de cola se aglomeren entre sí, formando una película muy resistente mecánicamente, aunque muy rígida y poco resistente a la humedad.
Para hacer elástica la cola es necesario añadir cargas tales como las de harina de cereal (que el fabricante de cola ya suministra en la preparación).
Se puede aumentar la resistencia a la humedad mezclando la cola con colas resistentes a la humedad (como puede ser mezclando con cola de urea-formaldehido al 10%).
El gramaje a emplear oscila entre 140 y 200 gr/m2 de superficie a encolar. Aplicada la cola, el tiempo al descubierto puede llegar hasta los 30 min.
Para que el fraguado se desarrolle normalmente, es necesario que la temperatura ambiente supere los 18°C, la humedad relativa sea inferior al 65%, que la madera tenga una humedad inferior al 12%, y que la presión de prensado esté comprendida entre 2 y 4 kg/cm2. En estas condiciones la unión se completa entre los 30 min. y 2 horas, dependiendo de las condiciones de encolado (cuanto más próximo al límite fijado más tiempo necesita) y de la cantidad de cola (cuanto mayor sea la cantidad de cola más tiempo se necesita). Después del tiempo de prensado, conviene dejar que complete el fraguado durante al menos 3 horas.
Se puede utilizar esta cola en la unión de maderas con mayor contenido en humedad, añadiendo a la cola productos tales como alcoholes.
Se puede reducir los tiempos de prensado añadiendo a la cola cargas tales como cáscara de nuez molida, pero sobre todo aumentando la temperatura (así, mientras que a 20°C, el tiempo de prensado es de alrededor de 2 horas, al aumentar a 50 0c, el tiempo es sólo de 30 mm., y si se aumenta a 80°C el tiempo de secado es de apenas 8 mm., todo ello, influido por la cantidad de cola aplicada, por la humedad de la madera y la humedad ambiental).
La sencillez de utilización de estas colas (ya están preparadas, no necesitan temperatura especial de fraguado, ni presiones elevadas), unidas a la resistencia mecánica y elasticidad (que se consigue con la adición de cargas), hace que sean las típicas colas de carpintero, utilizables para la unión y ensambles de piezas.




2. Pegamentos termoendurecibles
Colas de Urea-formaldehido
Melamina-formaldehido
Resorcina-formaldehido
Fenol-formaldehido
Son colas de tiempo de vida muy limitado -alrededor de 4horas-, por lo que deben formularse un momento antes de utilizarlas, mezclando la resina con el endurecedor, cargas y disolventes necesarios.
El fraguado se produce por la policondensación de la resina, al reaccionar con el endurecedor en un tiempo que depende de la temperatura ambiente y de la cola de que se trate. Salvo en las colas de resorcina, en que el fraguado se puede realizar a partir de los 15°C, las demás necesitan temperaturas de más de 20°C, pero su tiempo de fraguado es tan alto, que lo normal es aplicar temperaturas de 90 a 140°C, reduciendo su tiempo de fraguado a apenas unos segundos.
Fraguada la cola, la unión es extraordinariamente resistente a esfuerzos mecánicos, y de mediana resistencia (caso de la cola de urea) a muy resistente a la humedad (caso de cola de resorcina y fenol). La línea de cola es trasparente, no produciendo mancha en la madera (salvo la cola de resorcina). La elasticidad de la cola no es muy buena, pero es mejorable con cargas. Por último, la necesidad de que exista un exceso de formaldehido para que se produzca la policondensación, hace que fraguada la cola se produzca una emisión continua de este producto que no ha reaccionado, provocando molestias e incluso daños a los usuarios.
El gramaje aplicable a estas colas es de entre 120 a 150 gr/m2, siendo el tiempo descubierto variable, pero alrededor de los 15 mm.
Las condiciones de fraguado son en general muy exigentes, pues además de la elevada temperatura (salvo la cola de resorcina), requiere presiones elevadas, de entre 5 (caso de cola de urea) hasta 10kg/cm2 (caso de las colas de fenol), pero tienen la ventaja de la rapidez del fraguado.
La complicación de uso de estas colas (deben prepararse, darse mucho calor y presión), unida a su rapidez, hace que sean colas de aplicación en empresas industrializadas, sobre todo el recubrimiento de tableros.
3. Pegamentos de contacto
Neopreno y derivados (PC)
Son colas que se suministran totalmente preparadas, que fraguan por evaporación del disolvente.
Estos pegamentos tienen como característica especial, que deben aplicarse a las dos panes a unir, dejar un tiempo abierto para que el disolvente se evapore (alrededor de 15 mm. de aplicarse, quedando seco al taco), a continuación y a temperatura ambiente se ponen las dos partes en contacto, se presiona con una fuerza elevada (5 kg/cm2) quedando instantáneamente las dos partes unidas por cohesión entre la propia cola.
La unión que se consigue es muy poco resistente en todos los aspectos, mecánico, a la humedad y al calor.
Su empleo, se reduce a trabajos en obra y pequeñas fábricas.
Pegamentos termofusibles o de fusión
Etileno acetato de vinilo EVAC
Poliamida
Son pegamentos que se suministran en forma de gránulos o barras totalmente preparadas.
Estos pegamentos se aplican, después de fundirlos a una temperatura de entre 160 a 220°C, a una de las dos partes a unir, debiendo de aplicar la otra parte a unir, antes de que el pegamento fundido rebase el punto de denominado de reblandecimiento (70 a 120°C) fenómeno que ocurre a los 1 a 4 segundos después de la aplicación del pegamento. La aplicación de esta segunda parte se debe realizar con presión de 2 a 5 kg/cm2 durante 3 a 12 segundos, tiempo que tarde en enfriarse y fraguar el pegamento.
La unión obtenida tiene mediana resistencia mecánica, resistencia alta a la humedad y en cambio tienen poca resistencia al calor, dado que a partir de los 70 a 120 °C, vuelve a reblandecerse el pegamento y con ello a desaparecer su resistencia.
Al igual que las demás colas, la resistencia de la unión aumenta a lo largo del tiempo tal como indica el Gráfico.
Por ser la rapidez una exigencia y una propiedad, se utiliza industrialmente, en operaciones de revestimiento, fundamentalmente de cantos y molduras, aunque también se utilizan para revestimiento de superficies.
Pegamentos de poliuretano
Son pegamentos de escasa aplicación industrial hoy día, pero por sus características son pegamentos de futuro, dado que son pegamentos que fraguan muy rápidamente, proporcionando elevada resistencia mecánica y a la humedad, mientras que su resistencia al calor, es relativamente baja.
Tienen la propiedad de encolar madera con metal, vidrio, etc. Esta propiedad es la que dificulta su utilización actual, al quedarse adherido a la prensa.

Pegamentos epoxídicos
Son pegamentos formados por 2 componentes, que deben mezclarse perfectamente unos momentos antes de su aplicación. Su fraguado se produce al cabo de unas horas (1 a 4 con temperaturas elevadas y hasta 24 horas a temperatura ambiente) como consecuencia de las reacciones químicas existentes en los 2 componentes.
Este pegamento requiere presiones muy pequeñas para conseguir la unión. Aún así, la unión que se obtiene es extraordinariamente resistente tanto mecánicamente como a la humedad o al calor.
Su fuerza de unión es tan elevada que se puede utilizar para unir madera con madera como madera con vidrio, metal, plástico y cerámica.