ES2390853B2 - Procedimiento de fabricación de tableros de partículas de material lignocelulósico - Google Patents

Abstract

La invención consiste en un procedimiento de fabricación de tableros de partículas, de iguales propiedades a los fabricados a base de partículas de madera u otro material lignocelulósico que emplean adhesivos de cualquier tipo, los cuales están libres de formaldehído u otros adhesivos químicos o naturales, siendo además necesario para su fabricación la aplicación de niveles medios de presión y calor de modo que no se encarece la fabricación del producto. El procedimiento está principalmente caracterizado porque se realizan una multiplicidad de ciclos de aplicación conjunta de presión y calor, alcanzando una temperatura entre 90ºC y 130ºC y una presión de entre 25 y 35 kg/cm{sup,2}, y posteriormente se deja enfriar el tablero conformado al finalizar cada ciclo, humedeciendo con agua una cara de dicho tablero antes de la aplicación del siguiente ciclo, alternando la cara humedecida en cada uno de los ciclos.

Description

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, según se indica en el título de esta memoria, se refiere a un procedimiento de fabricación de tableros de partículas, entendiendo éstos como aquellos tableros fabricados a base de partículas de madera u otro material lignocelulósico, las cuales son prensadas y moldeadas. Los diversos procedimientos de fabricación existentes de este tipo de elementos en el actual estado de la técnica tienen en común la aplicación de presión y calor con, en la mayoría de los casos, una adición de adhesivo químico para llevarlos a cabo.

Más concretamente, el procedimiento que se preconiza consiste en una serie de etapas de aplicación simultanea de calor y presión, con adiciones posteriores de agua pulverizada, realizadas de modo tal que se hace innecesario el empleo de material adhesivo, siendo además los parámetros de presión y calor a aplicar notablemente inferiores a los empleados en procedimientos tradicionales presentes en el estado de la técnica. El presente procedimiento es aplicable a diversos tipos de material lignocelulósico, tales como residuos del tronco de la palmera canaria, rizomas de caña común, tallo de algodón, o podas de morera sin hojas, entre otros.

Así, la presente invención se configura como un novedoso procedimiento el cual permite minimizar el gasto energético para la fabricación de paneles de partículas así como para reducir las exigencias de la maquinaria para implementar un proceso de fabricación a nivel industrial, al mismo tiempo que resuelve un importante problema presente en estos elementos que se deriva de la evaporación a lo largo de la vida del tablero del material adhesivo que cohesiona las partículas, resultando que los vapores emitidos suelen presentar una alta toxicidad al tiempo que permite el aprovechamiento

de diversos materiales que hasta la fecha son tratados como residuo o empleados

únicamente como combustible de baja eficiencia.

CAMPO DE APLICACIÓN

Tendrá la presente invención su campo de aplicación dentro de la industria de fabricación de tableros de partículas de madera u otros materiales 1ignocelu1ósicos, con independencia de qué material en concreto se trate. De igual manera, el presente procedimiento es apto para su empleo con diferentes granu1ometrías, pudiendo obtener diferentes calidades en función del material base empleado y el tamaño de partícula, entre otros parámetros significativos.

ANTECEDENTES

Los tableros de partículas son un elemento de uso ampliamente extendido en muy diversas industrias, siendo habitualmente empleado en carpintería para la ejecución de muebles, puertas, zócalos, etc. y en construcción como elemento estructural, para formación de vigas cajón, para tabiquería, encofrados o revestimientos entre otras muchas aplicaciones. También es habitual su uso, convenientemente tratado, para protección contra incendios, aislamiento térmico-acústico o incluso como elemento decorativo.

La norma UNE-EN 309:2006 define el tablero de partículas como el tablero fabricado mediante aplicación de presión y calor sobre partículas de madera (serrín, virutas y similares) y/u otros materiales 1ignocelu1ósicos en forma de partículas (fibras de cáñamo, bagazo y similares) con adición de adhesivo.

Aunque las primeras referencias bibliográficas sobre este tipo de tableros aparecen a finales del siglo XIX, no es hasta 1910 que dichos tableros son fabricados, aunque con resultados poco satisfactorios ya que hacía necesario el empleo de gran cantidad de adhesivo y se obtenía un producto denso y difícil de mecanizar. Una de las más importantes mejoras que se implementaron para la fabricación fue la sustitución de las colas naturales por adhesivos químicos, a partir de 1950. Se logra reducir la cantidad de adhesivo necesario, así como la densidad del tablero final, aumentando la resistencia de éste y obteniendo una importante reducción en costes.

Entre dichos adhesivos, los más empleados en la actualidad son los de urea-formaldehído, fenol-formaldehído, melamina-formaldehído y resorcinol-formaldehído. Sin embargo, dichos compuestos resultan muy volátiles, resultando sus vapores de gran toxicidad para las personas (concentraciones de 6 ppm provocan irritaciones en ojos y mucosas, y se ha demostrado la relación entre la presencia de vapores de formaldehído y cáncer en animales). La volatilidad de estos compuestos hace que se vayan liberando gradualmente en los ambientes donde los tableros son dispuestos, por lo que se llevan a cabo en la actualidad diversas investigaciones con el fin de reducir o eliminar el impacto sobre la salud de las personas derivado del empleo de las citadas sustancias, como por ejemplo tratamientos químicos sobre las virutas que impidan o disminuyan la liberación del formaldehído; o el empleo de adhesivos de origen natural.

Otra línea de investigación trata sobre la fabricación de tableros de partículas sin adición de adhesivos mediante la modificación de los compuestos naturalmente presentes en las fibras (lignina, hemicelulosa, etc.) por medio de la aplicación de altas presiones y temperaturas o mediante inyección de vapor de agua a presión. Sin embargo, los elevados requerimientos de presión y calor necesarios para llevar a cabo dichos procedimientos aumentan en gran medida el coste final del producto.

Se haría deseable, por tanto, la aparición de un procedimiento de fabricación de tableros que pudiera ofrecer un producto final con las propiedades de los actuales tableros de partículas pero que se vieran libres de formaldehído, siendo necesario para su fabricación la aplicación de niveles medios de presión y calor de modo que no se encareciera el producto final.

Son conocidos por parte de los titulares de la presente memoria la existencia de diversa documentación referente a procesos de fabricación de tableros de partículas:

ES2006106. Procedimiento parafabricar productos de materiallignocelulósico.

(Oy Kekuslaboratorio, ). Describe un procedimiento para fabricación de material lignocelulósico en el cual primeramente se ha de obtener una solución de lignina la cual posteriormente se adiciona al material lignocelulósico para mejorar sus propiedades sin necesidad de añadir adhesivos. Este procedimiento difiere en el que se preconiza en la presente memoria tanto en los pasos a realizar para la obtención del producto final como en los materiales empleados, por lo que no se puede considerar que anticipe en aspecto alguno lo descrito en la presente memoria.

ES20070000588. Procedimiento de fabricación de tableros de aglomerados a partir de caña común y tableros obtenidos según dicho procedimiento. (Universidad Miguel Hemández, ). Trata de un procedimiento en particular para el empleo en exclusiva del material mencionado en el título, no siendo apto para otros tipos de materiallignocelulósico. Además, también requiere de la adición de adhesivo y no se hace referencia a los pasos citados en la presente memoria.

ES0331211. Procedimiento de fabricación de tableros de lignocelulosa prensada. (Beloit Corporation, ). Se refiere a un procedimiento en el que se aplica primeramente unas altas presión y temperatura a una plasta húmeda de material lignoceluloso, para posteriormente reducir la presión para permitir la salida del agua en forma de vapor, terminando el proceso cuando deja de salir vapor. Este procedimiento difiere tanto en los parámetros de presión y temperatura necesarios para llevarlo a cabo como en los pasos a ejecutar, además de necesitar de cierta cantidad de material aglomerante para obtener el producto deseado.

ES0331564. Procedimiento de fabricación de tableros de madera prensada de gran densidad (Beloit Corporation, ). Describe un procedimiento con similitudes al anterior, tal que introduciendo determinados cambios en la aplicación de presión y vapor de agua se obtienen tableros de alta densidad a partir de material lignocelulósico. Difiere en igual medida que el anterior del procedimiento descrito en la presente memoria.

ES2339832. Tablero de virutas. (Fritz Egger GmbH & Co, ). Describe un tablero de partículas de madera con las propiedades de un tablero de MDF el cual está compuesto de diferentes láminas superpuestas de virutas de diferentes espesores las cuales trabajando todas conjuntas ofrecen altas prestaciones mecánicas con un procedimiento de fabricación simplificado con respecto al del MDF. No hace referencia al empleo de diferentes etapas de aplicación de calor, además de que el producto final obtenido no es semejante al obtenido con el procedimiento de la presente memoria.

También se conocen otros documentos donde se realizan diversos procedimientos, teniendo todos en común la necesidad de emplear un elemento aglomerante como adhesivo o resina, como son los descritos en ES21770 19, ES8703103, ES8301764 ó ES0400810.

Por todo lo anteriormente indicado, se puede indicar que no es conocida por parte de los titulares de la presente memoria ningún tipo de procedimiento que resuelva los problemas citados de la manera que la hace la invención que se preconiza en esta memoria, con los medios que en ella se disponen y con un conjunto de pasos tal y como se reflejan en los apartados siguientes, lo que evidencia la novedad del presente procedimiento y en base a lo cual se solicita la protección otorgada a este tipo de

. .

mvenCIOnes.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

El procedimiento que se preconiza en la siguiente memoria parte de la obtención del materiallignoceluloso en cualquier forma y su secado hasta reducir su humedad por debajo del 13%. El secado puede realizarse bien al aire libre o empleando cualquier método para acelerar este proceso, siempre y cuando no altere la configuración química

o mecánica del material.

Una vez obtenido el grado de humedad deseado, se procederá a realizar el corte y desfibrado del material, para lo cual se empleará un equipo de molienda adecuado al tamaño de partícula que se desee obtener, tal como una desfibradora, siendo dicho tamaño a su vez función del material a tratar y de las características finales buscadas para el tablero. El tamaño de partícula empleado, en función de las propiedades finales buscadas en el tablero a conformar habrá de tener un tamaño máximo (por ejemplo de lmm en la palmera canaria), por lo que en el presente proceso también se hará empleo de una tamizadora que clasifique las partículas obtenidas en función del tamaño. Gracias al secado previo del material esta acción se realiza sin dificultad. El tamaño de partícula adecuado para la ejecución del procedimiento que se describe oscila entre valores inferiores a 0,25 mm e inferior a 2 mm.

El siguiente paso consiste en la disposición de la masa de virutas en un molde de las dimensiones adecuadas al tablero que se desee conformar y con un espesor que irá en función del material a emplear y del tamaño de partícula dispuesto. A modo indicativo, para partículas de palmera canaria con tamaño inferior a 0,25 mm se dispone una espesor de 60 mm, quedando en 7mm la primera vez que se prensa, y 6,8 mm en el segundo ciclo. El rizoma se dispone con espesor de 15 mm y queda en 7mm tras un primer prensado.

A continuación se procede al prensado mediante prensa caliente, a una temperatura entre 90 y 130 oC y unos valores de presión entre entre 25 y 35 kg/cm2• Dentro de los márgenes especificados, el valor de presión y temperatura óptimo irá en función del tamaño y composición de las partículas.

Una vez realizado el primer proceso de aplicación de presión y calor, el tablero ya conformado se dejará enfriar tras sacarlo del molde hasta alcanzar temperatura ambiente, almacenándolo durante este proceso en posición horizontal y con cara que en el molde estaba en la parte superior hacia abajo, pues hasta que no van cogiendo resistencia tienden a curvarse hacia la cara superior en la prensa. En el tercer y cuarto ciclo ya se disponen verticales para acelerar el enfriamiento, pues ya no sucede el fenómeno de curvado citado.

A continuación se humedecerá el tablero únicamente por la cara superior,

rociándolo con agua y volviéndolo a introducir en el molde, aplicando de nuevo otro ciclo de presión y calor con los mismos valores que en el primer ciclo. Este segundo ciclo mejora las propiedades físicas del tablero de resistencia a esfuerzos e hinchamiento en ambientes húmedos. Es importante resaltar el hecho de que en cada ciclo deberá alternarse la cara del tablero que quede en la parte superior.

Conforme a los resultados obtenidos en la investigación realizada, se observa que el tiempo de aplicación simultanea de calor y presión no produce cambios significativos en las propiedades de resistencia del tablero, siendo en realidad el factor determinante el número de ciclos aplicados.

Así pues, en función de las propiedades finales que se deseen obtener será necesaria la aplicación de mayor o menor cantidad de los ciclos de presión-calor descritos, aplicados mediante prensa caliente.

Es también posible la adición al conjunto de partículas sin prensar de algún aditivo hidrófugo que mejore las propiedades finales del tablero en cuanto a la absorción de humedad, como por ejemplo parafinas.

Los tableros obtenidos mediante el proceso descrito en la presente memoria podrán tener funciones estructurales, aislantes o simplemente decorativas, en función del material vegetal empleado como materia prima y el número de ciclos de presióncalor a los que se hayan visto sometidos.

DESCRIPCIÓN DE EJEMPLOS DE REALIZACIÓN.

La presente invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos, siendo estos realizados a modo ilustrativo y no pretendiendo en absoluto limitar su alcance.

A continuación se muestran los resultados de ensayos realizados con el presente procedimiento con diversos tipos de materiallignocelulósico, así como con variaciones en los parámetros de aplicación de los ciclos presión-calor, donde es posible observar las propiedades finales que se obtienen en los diferentes tableros obtenidos.

Para las tablas adjuntas a los ejemplos, donde se indican resultados de los ensayos obtenidos, se ha empleado la siguiente leyenda:

MOR: resistencia a flexión, según norma EN-310.

MOE: módulo de elasticidad, según norma EN-310.

lB: cohesión interna, según norma EN-319

% Hinchamiento: aumento en grosor tras 24 horas sumergido en agua, según norma EN-317.

Todos los tableros descritos en los siguientes ejemplos presentan un grosor de entre 6 y 13 mm.

Ejemplo 1: Tableros conformados a partir de partículas de palmera canaria, con tamaño de partícula inferior a 0,25 mm.

Se obtiene la madera residual del tronco de palmera canaria, la cual se deja secar hasta alcanzar un grado de humedad del 12 al 15%. Una vez secada la madera se introduce en una desfibradora y posteriormente en un molino de engranajes que reducen la madera a partículas de tamaño medio inferior a 0,25 mm.

Tal y como se ha indicado, las partículas se introducen en molde y a continuación son sometidas a diversos ciclos de presión-calor, empleando diferentes tiempos de aplicación en dichos ciclos para observar la variación en las propiedades finales del tablero. Tras cada ciclo de aplicación conjunta de presión y calor, los paneles serán dejados enfriar, almacenándolos en posición horizontal, y antes de ser sometidos al siguiente ciclo, se humedece la cara superior del tablero (la que en el molde se ha dispuesto en la parte superior) con agua.

A continuación se presenta una tabla con los resultados obtenidos para este material, con el tamaño indicado:

TABLA 1

%

Tiempo (min) MOR (N/mm2) MOE(N/mm2) lB (N/mm2)

Hinchamiento

15 9,0350 1178,7650 0,3250 18,6650 15+15 11,5700 1481,7767 0,6100 26,1000 15+ 15+15 13,7450 1808,6400 0,5900 27,9883 15+15+15+15 18,5133 2162,1567 0,7367 19,4200 30 7,4250 784,1000 0,4900 25,0917 30+30 13,3850 1890,7950 0,4300 20,1142 30+30+30 13,1100 1548,2900 0,3550 19,3975

30+30+30+30 20,0400 2151,6450 0,6925 8,4679 60 10,9500 1242,1850 0,6200 9,6234 60+60 15,4150 2357,660 0,7100 16,7784 60+60+60 20,4975 2998,1275 0,9525 9,4967 60+60+60+60 19,1400 2783,8000 0,7350 7,1700

Dados los resultados, se obtiene tableros aptos para su uso en zonas secas,

5 válidos para fabricación de muebles, ejecución de tabiquerías y falsos techos, confección de puertas, mamparas, suelos, etc. únicamente con tres aplicaciones del ciclo calor-presión de 15 ó 30 minutos.

Aumentando dicho tiempo de aplicación del ciclo hasta 60 minutos se llegan a 10 obtener tableros válidos para funciones estructurales como vigas cajón, bases de cubiertas, bases de suelos o paneles sándwich.

Ejemplo 2: Tableros conformados a partir de partículas de palmera canaria, con tamaño de partícula entre 0,25 y 1 mm. 15

En este ejemplo se realiza el procedimiento de manera idéntica al ejemplo 1, con la salvedad de que el tamaño de partícula es superior, englobado entre los márgenes indicados. Así, los resultados obtenidos quedan reflejados en la tabla 2.

TABLA 2 % Hinchamiento

Tiempo (min) MOR (N/mm2) MOE (N/mm2) lB (N/mm2)

(24 h inmerso

en agua) 15 8,3550 1045,0900 0,4000 15,7167 15+15 12,7900 1647,2825 0,4850 16,9192 15+15+15 14,2340 2003,5180 0,6320 20,1113 15+ 15+ 15+ 15 15,6420 2195,7460 0,5860 18,7307 30 7,3950 934,8000 0,5550 13,8959 30+30 15,1350 1874,1225 0,8975 10,2146 30+30+30 16,7000 2455,9700 0,8780 10,2290 30+30+30+30 15,5267 2385,0000 0,6817 15,5156 60 8,8475 1491,4975 0,6700 10,7904 60+60 14,3157 2178,7971 0,6914 13,2374 60+60+60 13,4100 1867,3033 0,6233 16,4022 60+60+60+60 16,1275 2356,9300 0,9350 10,9579

Así, con la aplicación de dos ciclos de calor-presión, con independencia de los tiempos de éstos, obtenemos tableros aptos para su uso en zonas secas, válidos para

5 fabricación de muebles, ejecución de tabiquerías y falsos techos, mientras que empleando cuatro ciclos llegamos a obtener tableros para aplicaciones estructurales ligeras.

En los ejemplos siguientes se realizan estudios de un menor número de ciclos en 10 los que se modifica el material de donde se obtienen las partículas, empleando diferentes residuos vegetales.

Ejemplo 3: Tableros conformados a partir de podas de morera, con tamaño de partícula inferior a 0,25 mm.

Para este ejemplo se emplearon partículas obtenidas a partir de la poda de morera, excluyendo las hojas, moliendo los residuos vegetales hasta obtener partículas que pasan por el tamiz de 0,25 mm. El resto del procedimiento se realiza de modo análogo a 10 indicado en los anteriores ejemplos. Los resultados obtenidos fueron:

TABLA 3

%

Hinchamiento Tiempo (min) MOR (N/mm2) MOE (N/mm2) lB (N/mm2) (24 h inmerso

en agua) 30+30 13,8700 2049,2650 0,4900 74,8900 30+30+30 13,0800 1548,6900 0,3400 62,3233 30+30+30+30 16,4050 2627,5800 0,4150 76,0759 60+60 15,1700 1991,5150 0,5050 70,5859 60+60+60 19,1767 3034,4167 0,9833 71,7174

Ejemplo 4: Tableros conformados a partir de tallos de algodón, con tamaño de partícula inferior a 0,25 mm.

10 TABLA 4

%

Hinchamiento Tiempo (min) MOR (N/mm2) MOE (N/mm2) lB (N/mm2)

(24 h inmerso en agua) 15

12,2333 1396,9200 0,3233 65,7656 15+15 18,8800 2208,6300 0,2900

85,7900 15+15+15 17,7250 2048,2400 0,3000

49,9234

Como puede observarse, un tercer ciclo de presión y calor en este tipo de material y para el tamaño de partícula indicado resulta en una ligera disminución de la resistencia a flexión y el modulo de elasticidad del tablero obtenido, sin embargo,

15 aumenta notablemente su resistencia a la humedad, disminuyendo casi en un 40% el hinchamiento tras 24 horas inmerso en agua.

Ejemplo 5: Tableros conformados a partir de tallos de rizoma de caña común, con

tamaño de partícula entre 0,25 y 1 mm.

TABLA 5

%

Hinchamiento Tiempo (min) MOR (N/mm2) MOE (N/mm2) IB (N/mm2)

(24 h inmerso en agua)

7,8033 1112,7933 0,4400 56,8667 7+7

13,5700 1636,9567 0,7500 52,7267 7+7+7

15,7767 2002,0467 0,7800 62,5433 7+7+7+7

14,9167 1885,2267 0,6400 74,0900 15

11,3533 1537,1267 1,0867 47,1867 15+15

11,5980 1542,2240 0,7380 49,5540 15+15+15

13,6650 1910,3500 0,6900 56,7620 15+15+15+15

17,4900 2513,0400 0,9733 43,0967 30

10,0100 1522,5950 0,5300 50,7175 30+30

11,6214 1520,7957 0,6543 58,9357 30+30+30

14,3333 1840,6433 0,9100 45,9167 30+30+30+30

14,2550 2479,7900 0,7000 37,1335 60

6,1433 802,0300 0,4233 66,2333 60+60

8,3067 1064,2567 0,4100 71,1700 60+60+60

12,8067 1670,0600 0,6167 58,7500 60+60+60+60

12,5400 1471,6267 0,7733 46,2367 5

Como puede observarse en varios de los ensayos realizados, la aplicación de un mayor número de ciclos no implica en todos los casos un aumento de la resistencia, pudiendo darse que haya características que mejoran y otras que empeoran, siendo necesario elegir adecuadamente el número de ciclos a emplear así como la duración de

10 éstos en función de la finalidad que se le vaya a dar al tablero.

Descrita suficientemente la naturaleza del procedimiento que se preconiza, así como la manera de ponerlo en práctica, no se considera necesario hacer más amplia su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las

15 ventajas que de él se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevado a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de las indicadas a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims (3)

1. REIVINDICACIONES

   1.

   PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE TABLEROS DE PARTÍCULAS

   DE MATERIAL LIGNOCELULÓSICO consistente en la obtención y el secado

   de la materia prima, su desfibrado y molienda, la disposición de una masa

   homogénea de partículas con humedad relativa menor de 13,5 % en molde y su

   posterior prensado con aplicación conjunta de calor y presión mediante prensa

   de platos calientes o cualquier método similar caracterizado por que se realizan

   varios ciclos de aplicación conjunta de presión y calor, alcanzando una

   temperatura entre 90 oe y 130 oc y una presión de entre 25 y 35 kglcm2 y

   dejando enfriar el tablero conformado al finalizar cada aplicación conjunta de

   presión y calor hasta temperatura ambiente y humedeciendo con agua una cara

   de dicho tablero antes de la aplicación del siguiente ciclo, alternando la cara

   humedecida en cada uno de los ciclos.

   PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE TABLEROS DE PARTÍCULAS
2. 2.

   DE MATERIAL LIGNOCELULÓSICO según reivindicación 1, caracterizado

   por que el tamaño de partícula obtenido tras la molienda del material está entre

   partículas de tamaño menor de 0,25 hasta partículas de tamaño menor a 2 mm.
3. 3. PROCEDIMIENTO DE FABRICACIÓN DE TABLEROS DE PARTÍCULAS

   DE MATERIAL LIGNOCELULÓSICO según reivindicación 1 caracterizado porque el enfriado de los tableros conformados, previo a

   la aplicación del siguiente ciclo, serealiza almacenando estos en posición horizontal al menostraslos tres primeros ciclos, pasando ser tras la

   a apilados verticalmente en aplicación de ciclos posteriores.