Adezivi pentru construcții din lemn

Adezivi pentru construcții din lemn

Cererea pentru construcțiile de lemn a crescut în ultimii ani. Două motive principale sunt responsabile pentru această evoluție: pe de o parte, conștientizarea crescândă a problemelor de mediu și schimbările climatice și, pe de altă parte, sprijinul tehnologiilor adezivilor, care permit utilizarea lemnului pentru sarcini de construcție noi și solicitante.

De aici, interesul direct pentru studierea rolului adezivilor pentru cănstrucțiile din lemn. Tema a făcut obiectul lucrării cu titlul ”Life cycle assessment of adhesives used in wood constructions”, semnată de Prof. Dr. Stefanie Hellweg, de la Institute of Ecological System Design ETH, din Zürich.

Poliuretanul, adezivul prietenos cu mediul

O aplicație foarte promițătoare și nouă a lemnului în construcții este lemnul laminat încrucișat-compozit (CLT). Cu toate acestea, performanța ecologică a lemnului este singura energie regenerabilă cunoscută iar materialul de construcție durabil este afectat de utilizarea adezivilor sintetici.

Studii recente au evidențiat deja adezivii ca punct fierbinte al performanței de mediu a produselor din lemn compozit. Adezivi tradiționali pe bază de formaldehidă, precum melamina ureică formaldehidă (MUF), fenol formaldehidă (PF) și fenol resorcinol formaldehidă (PRF), au fost utilizate pentru construcțiile din lemn.

Astăzi, adezivii din formaldehidă, precum poliuretanul (PUR), sunt disponibili pentru producția de construcții din lemn. Poliuretanul are două beneficii. În primul rând, există performanța de mediu, adică înlocuirea formaldehidei, despre care se suspectează că are un impact negativ asupra sănătății umane umane, și în al doilea rând, este necesară o cantitate mai mică de adeziv PUR, pentru producția din CLT.

Prin urmare, se suspectează că adezivul PUR are un impact mai mic asupra mediului, comparativ cu adezivii tradiționali. În prezent, însă, nu există niciun studiu care să compare impactul asupra mediului al adezivilor pentru lemn.

Impactul toxic asupra oamenilor

În producția de CLT, PUR are cel mai mic impact asupra mediului. Aceasta, deoarece, este necesară o cantitate redusă de adeziv și nu este nevoie de întăritor suplimentar. Însă rezultatul final al metodei ReCiPe, folosită în producție, include o cântărire subiectivă care are un nivel ridicat de influență asupra rezultatului. În plus, nu a fost efectuată nicio analiză de incertitudine, iar diferențele dintre majoritatea adezivilor sunt prea mici pentru a fi semnificative.

Pentru toți adezivii, producția de materie primă are cel mai mare impact pentru rezultatul final al metodei ReCiPe. În timpul aplicării, nu există emisii mari și niciuna dintre substanțe nu a depășit pragul maximului de concentrare la locul de muncă (MAK). Dar, totuși, impactul calculat asupra toxicității umane cu metoda Usetox a determinat impacturi mai mari pentru aplicație, decât pentru producție.

Pentru toți adezivii, au fost observate impacturi mai mari asupra toxicității umane la utilizarea pe fază de producție. În conformitate cu evaluările, pentru a reduce impactul adezivilor utilizați în construcțiile din lemn, există mai multe opțiuni diferite: una ar fi înlocuirea materiile prime sintetice cu materiale regenerabile precum lignina, taninul, caju lichid de coajă și ulei de ricin. Aceste materiale au fost deja testate pentru materialele compozite din lemn, dar nu au fost încă încercate pentru construcțiile din lemn.

Producția de adezivi a crescut

Construcțiile din lemn a fost în curs de revigorare în ultimii ani.  Industria construcțiilor are un impact mare asupra mediului, datorită utilizării extinse a resurselor naturale și cererea uriașă de energie. Astăzi sectorul construcțiilor reprezintă aproximativ 42% din consumul de energie și produce 35% din totalul emisiilor de gaze cu efect de seră din Europa (CE, 2017).

Conștientizarea crescândă a factorilor de decizie politică și a societății, cu privire la epuizarea resurselor și schimbările climatice au influențat puternic sectorul construcțiilor în ultimele două decenii, iar cererea de materiale de construcție durabile și regenerabile a avut-o crescut (Glos et al., 2008). Lemnul, singurul material de construcție regenerabil cunoscut, are prin urmare de câștigat importanță și a continuat dezvoltarea de noi tehnologii pentru adezivi.

În trecut, proprietățile lemnului depindeau puternic de speciile de arbori, de zona climatică de origine și de copacii individuali. Astăzi este posibil să se producă produse din lemn prelucrate cu performanțe mai previzibile și omogenitate mărită, datorită noilor tehnologii adezive. Prin urmare, lemnul poate fi utilizat pentru aplicații complet noi și construcții mai solicitante (Pacheco-Torgal și colab., 2014).

În mod tradițional, adezivii termorezistenți pe bază de formaldehidă, cum ar fi amino-formaldehida (melamină-uree-formaldehidă (MUF) și adezivul fenolic (fenol formaldehidă (PF) sau fenol resorcinol formaldehidă (PRF)), sunt utilizate în construcția lemnului.

Acești adezivi sintetici au avantajul că oferă rezistență, durabilitate și îmbunătățesc utilizarea lemnului pentru construcții (Pacheco-Torgal și colab., 2014). Însă, emisiile de formaldehidă provenite de la produsele din lemn proiectate în stadiul incipient și impactul asupra sănătății asupra persoanelor expuse la formaldehidă au discreditat adezivii tradiționali în anii 1960. Ca urmare, industria a fost nevoită să scadă conținutul de formaldehidă din adezivii tradiționali, dezvoltându-se noi adezivi fără formaldehidă (Marutzky, 2013).

Cota de piață va crește

Poliuretanul (PUR) este un adeziv fără formaldehidă, aprobat în UE pentru aplicarea pe construcțiile din lemn. Poliuretanul folosește în schimb metil-difenil-diizocianatul, ca agent de legare (Gabriel, 2015). Comparativ cu adezivii tradiționali, cantitatea de adeziv necesară pentru a fi aplicată în construcțiile din lemn pentru PUR este mai mică și nu este necesar un întăritor. Datorită cantității mai mici de adeziv și eliminării de formaldehidă, adezivul PUR este de așteptat să provoace mai puține daune mediului, decât adezivii tradiționali (Gabriel, 2015).

Dar nu există astăzi încă studii disponibile despre o comparație directă a performanței de mediu a mai multor adezivi utilizați în constructii din lemn. Relevanța performanței de mediu a adezivului pentru lemn este asigurată și de faptul că, potrivit Pizzi & Mittal (2011), mai mult de două treimi din toate produsele din lemn utilizate în întreaga lume sunt astăzi lipite total sau parțial,  folosind o varietate de adezivi.

O dovadă este și consumul global de adezivi utilizați pentru prelucrarea generală a lemnului, care a fost aproape 2 milioane de tone în 2019 (inclusiv mobilier, produse pentru construcții și alte aplicații), iar consumul este de așteptat să crească în viitor. Cota de piață globală actuală a PUR este încă mică. Dar, produsele din lemn nou proiectate, precum lemnul laminat încrucișat (CLT), sunt fabricate în principal cu adeziv PUR. Prin urmare, cota de piață a PUR este de așteptat să crească, datorită creșterii cererii de produse din lemn prelucrat.

Categorii de adezivi pentru lemn

Adezivii pentru lemn pot fi clasificați, în linii mari, fie pe bază sintetică, fie pe bază de material natural.

Adezivii naturali: Adezivii naturali au fost singurii cunoscuți pentru lipirea lemnului. Ei au fost fabricați din polimeri naturali proveniți din plante și animale, din sânge de animale, piele, cazeină, amidon, soia, dextrină și celuloză etc.

Introducerea adezivilor sintetici, în anii 1930, a înlocuit adezivii pe bază naturală, deoarece nu pot oferi rezistența și durabilitatea necesare pentru structură produselor din lemn prelucrate. Cu toate acestea, pentru aplicații nestructurale, cum ar fi mobilierul de interior etc., adezivi naturali sunt încă utilizați și produși în cantități mici.

Adezivii sintetici: Ureea formaldehida a fost primul adeziv sintetic introdus în anii 1930. Acesta a fost începutul unei industrii globale de succes și în creștere rapidă (Keimel, 2013). În câțiva ani, au fost dezvoltați noi adezivi sintetici pentru aplicații specifice (nu numai lipirea lemnului). Astăzi mai mulți adezivi diferiți sunt disponibili pe piață pentru o serie de aplicații foarte specifice.

La rândul lor, adezivii sintetici pot fi clasificați în două tipuri: termoplastici și termorezistenți. Cele două tipuri diferă prin structura lor chimică și răspunsul la căldură (Nitthiyah, 2013).

Adezivii termoplastici sunt adezivi a căror stare agregată depinde de temperatură. Procesul de întărire și topire este reversibil, ceea ce înseamnă poate fi reîncălzit pentru a forma un lichid (Plastics Europe, 2015). Domeniul de aplicare pentru adezivii termoplastici este limitat din cauza substanței chimice a acestora. Ei pot fi utilizați numai pentru aplicații nestructurale, la temperaturi scăzute climatice, și nu sunt rezistente la căldură sau foc.

Adezivii termorezistenți, în schimb, sunt curați și ireversibili. Procesul de întărire poate fi indusă de căldură (peste 200 de grade), prin reacție chimică sau iradiere adecvată. Adăugarea de energie sau un catalizator determină reacția lanțurilor moleculare la activitatea chimică în sine. Acest proces este numit un proces de reticulare, care are ca rezultat o moleculă cu greutate moleculară mai mare și cu un punct de topire mai mare. Adezivii termorezistenți sunt în general mai puternici decât adezivii termoplastici și mai potriviți pentru aplicații la temperaturi ridicate (Zeppenfeld & Grunwald, 2015).

Uree Formaldehidă (UF)

Ureea-formaldehida este un adeziv care poate fi fabricat la prețuri scăzute. Este utilizat în principal pentru aplicații de interior. Caracteristicile adezivului UF sunt: întărire rapidă, rezistență mare la aderență și la uscare și îmbinări incolore. Adezivii UF pot fi întăriți la cald sau la rece, dar pentru întărirea rapidă trebuie întăriți suplimentar.

Îmbinările adezivului UF sunt rezistente, dar  inelastice. Prin urmare, tensiunea din lemn, cauzată de modificările de umiditate și temperatură, dăunează îmbinărilor adezive și scad performanța adezivului. Raportul dintre formaldehidă și uree influențează rezistența articulațiilor și trebuie să fie între 0,9: 1 și 1,3: 1. Cu cât conține mai multă formaldehidă, cu atât este mai mare conținutul grupurilor reactive și cu atât performanța este mai bună.

Melamina Uree Formaldehidă (MUF)

Melamina uree formaldehidă este similară în compoziție cu adezivul UF, dar oferă grupuri aminoadezive suplimentare. Adezivul MUF poate fi întărit la cald sau rece, iar îmbinările sunt incolore și rezistente la lumină. Melamina suplimentară produce îmbinările MUF care sunt mai elastice decât cele ale UF. Prin urmare, îmbinările MUF au o rezistență mai mare la umiditate.

Dar, deoarece melamina este scumpă, rația de melamină este menținută cât mai scăzută posibil. Îmbinările  MUF sunt complet inofensive pentru oameni. Procesul de întărire la rece poate fi accelerat cu un întăritor care conține amoniu. Adezivii MUF se aplică în cantități mari în industria produselor prelucrate din lemn prelucrate (Zeppenfeld & Grunwald, 2015).

Fenol formaldehida (PF)

Fenol-formaldehida se aplică într-un spectru larg de produse din lemn prelucrate. Aceasta este foarte puternică și extrem de durabilă, în condiții uscate și umede, și prezintă un nivel foarte ridicat aderență la lemn. Întărirea poate apărea atât în ​​aplicații la cald, cât și la rece. Adezivi PF se aplică în principal pe plăci de particule sau fibre umede și rezistente la climat, placaj, lemn laminat presat și cherestea laminată lipită.

PF nu este utilizat în mod tradițional pentru producția de cherestea laminată, dar caracteristicile sunt similare celorlalți adezivi pentru lemn.  PF poate fi întărit la cald fără întăritor suplimentar. Pentru procesul de întărire la rece este necesar un întăritor acid suplimentar, cum ar fi acid p-toluen sulfonic, acid aralchil fosforic, acid aralchil-sulfonic, maleic anhidridă, acid sulfuric sau acid fosforic. În funcție de modul de producție, se pot produce două tipuri de adezivi PF: rezol sau adeziv novolac.

Pentru producția de cherestea laminată lipită cherestea, PF este utilizată în cea mai mare parte. Dar adezivii  fenolici sunt toxici și trebuie evitat contactul cu pielea. Muncitorii expuși adezivului trebuie să poarte mănuși de protecție a pielii.

Fenol Resorcinol Formaldehidă (PRF)

Fenol resorcinol formaldehida este similară cu adezivul PF, dar conține un supliment compus din resorcinol. Resorcinolul crește rezistența și rezistența articulațiilor lipite la condiții umede. Prin urmare, PRF se aplică în principal în construcțiile din lemn în aer liber și în lipirea de suprafață necesară pentru îmbinările rezistente la climă.

Pentru a realiza o întărire rapidă, trebuie utilizat un agent de întărire suplimentar (paraformaldehidă). PRF este toxic pentru piele iar dermatoza nu poate fi evitată după contactele multiple. Prin urmare, muncitorii au expuși adezivului trebuie să poarte îmbrăcăminte de protecție. Cu toate acestea, adezivul întărit este inofensiv (Zeppenfeld & Grunwald, 2005).

Poliuretan (PUR)

PUR este un adeziv fără formaldehidă utilizat în produsele din lemn prelucrat, în principal în produse laminate încrucișate, precum cheresteaua laminată. Procesul de întărire a PUR este indus de umiditatea din lemn. Îmbinările adezive întărite sunt rezistente la umiditate și hidroliză. În timpul procesului de întărire se creează și se emite o cantitate mică de CO2. În loc de formaldehidă, conține izocianat. Teoretic, izocianatul poate fi emis în mediul interior în timpul fazei de producție și utilizare a CLT.

infoconstruct