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DESEMPENHO DE VERNIZ PARA MADEIRA EM DIFERENTES MÉTODOS DE EXPOSIÇÃO AO INTEMPERISMO
Jackson Marcelo Vidal, Mariluz Fernandez Natale, Anderson Constantino de Almeida, Julio Schilling Filho, Dulcidio Ramires Macedo
Montana Química S.A.
RESUMO Os ensaios de intemperismo estudam a degradação de acabamentos ocasionada pela exposição do material à ação da radiação ultravioleta, ventos, calor e umidade. A utilização de corpos de prova em diferentes formatos e ângulos de exposição às intempéries tem o intuito de reproduzir variadas condições em que um produto pode ser utilizado. O presente trabalho teve como objetivo demostrar os resultados do ensaio de um verniz a base de solvente, sobre madeira tratada com diferentes produtos, submetido à ação do intemperismo sob quatro diferentes situações de exposição após dezoito meses. As formas de exposição foram baseadas em normas internacionais utilizadas para a avaliação de produtos preservativos para madeira que simulam as diferentes utilizações finais do produto: Fachada (painéis de madeira a 90º alinhados paralelamente); L-Joint (exposição em formato de “L” simulando batentes de porta e molduras de janelas com inclinação de 10º para criar um ambiente mais agressivo pelo acúmulo de água na junta); Deque (painéis horizontais de madeira alinhados paralelamente); e Lap-Joint (exposição horizontal de duas peças de madeira), permanecendo a madeira, nestas duas últimas configurações, com uma de suas faces sem incidência de luz solar direta. Para cada metodologia foi utilizada madeira de Pinus Elliotti com quatro diferentes tipos de tratamento preservativo e um conjunto de corpos de prova sem tratamento como testemunha com a aplicação do verniz em teste. Foram avaliados conforme os principais requisitos encontrados nas normas internacionais para classificar o desempenho de tintas e vernizes em intemperismo: lixiviação (erosão), calcinação, formação de bolhas, fissuramento, craqueamento, desplacamento, alterações de cor, alterações de brilho e presença de micro-organismos. Nenhum dos corpos de prova avaliados, independente das formas de exposição ou tratamento da madeira, apresentou: calcinação, formação de bolhas e craqueamento e apenas três sofreram desplacamento. Todos os corpos de prova apresentam queda de brilho acentuada em relação às suas características originais, o que já era esperado devido à agressividade do ambiente. A exposição em Fachada apresentou melhores resultados, com discreta alteração de cor, pequena lixiviação e ausência de fissuramento e presença de fungos manchadores, defeitos que se apresentaram em quase todas as outras aplicações.
INTRODUÇÃO
REVESTIMENTOS PARA MADEIRA
Atualmente a madeira é um material de construção amplamente utilizado
(FURIATI M., 1981). Entretanto, encontram-se disponíveis inúmeras espécies de madeirutilizadas comercialmente; entre estas, determinadas espécies podem sofrer considerável degradação em apenas algumas semanas após expostas à radiação UV (ultravioleta), se não lhes for aplicado nenhum tipo de proteção. O Pinus elliotti, por exemplo, adquire aspecto acinzentado e escurece em menos de um mês de exposição (Daniel T., et al., 2004); em seguida a fotodecomposição provoca desgaste e desprendimento de suas fibras causando o efeito de lixiviação.
Diante da necessidade de se preservar os recursos naturais, a madeira é um material renovável e seu suprimento pode ser planejado por meio de reflorestamentos, tornando-se um material ambientalmente sustentável. Quando comparada aos outros materiais como o aço, cimento, plástico e alumínio, a extração e beneficiamento da madeira consomem menos energia. As árvores absorvem e armazenam gás carbônico (CO2) enquanto vivas, e, consequentemente este permanece retido quando da fabricação de produtos florestais ou quando usadas na construção civil. Entretanto, por se tratar de um material orgânico, a madeira está sujeita à ação de organismos biodeterioradores (fungos e insetos) (BRAZOLIN, 2003). O uso de tratamentos químicos aumenta a durabilidade das madeiras, garantindo sua vida útil em condições muito agressivas de exposição (BRAZOLIN, 2003). O tratamento com esses produtos protege a madeira da degradação biológica por fungos e insetos; porém a madeira tratada quimicamente ainda pode ser suscetível à degradação pelo intemperismo (radiação UV e umidade); o que provoca mudanças em seu aspecto original. Esses impactos negativos de desgaste podem ser reduzidos mediante a aplicação de um revestimento.
Entre os principais revestimentos utilizados em madeiras expostas ao ambiente externo estão os stains, as tintas e os vernizes.
A madeira é um material biológico que cria desafios para que os fabricantes de tintas estendam sua durabilidade, principalmente em ambientes externos. Por isso, as váriaveis anatômicas devem ser consideradas, buscando-se pelo menos estimar o desempenho dos acabamentos aplicados sobre a madeira. (Forest Products Laboratory, 1999; Williams, Jourdain, et al., 2000).
A instabilidade dimensional da madeira promove defeitos nas tintas, tais como o craqueamento e desplacamento, que ocorrem em revestimentos rígidos e incapazes de acompanhar a movimentação das madeiras (Kocaefe, D. et al., 2008). Resinas e extrativos tem a capacidade de migrar para as superfícies, provocando manchamentos e diminuição da resistência nos filmes.
Cuidados são necessários na seleção de um acabamento adequado, por exemplo, acabamentos transparentes que não contêm absorvedores de UV, têm menor durabilidade e normalmente não são recomendados para uso exterior, onde se deseja a manutenção da cor, brilho, e resistência à calcinação.
Revestimentos de menor viscosidade penetram na madeira, enquanto que os revestimentos de mais alta viscosidade tendem a formar filme sobre as superfícies (Grelier, S., A. Castellan and D. P. Kamdem, 2000). Estas características fazem diferença relevante na questão do desgaste de uma tinta. Nussbaum et al., estudaram a penetração de revestimentos à base de solvente em relação à base de água e descobriram que revestimentos com viscosidades semelhantes tiveram profundidade de penetração na madeira semelhante (Nejad, M. and P. Cooper, 2013). Além disso, revestimentos de mais elevada viscosidade com maior espessura de película e Tg (transição vítrea) inferior, apresentam melhor desempenho ao envelhecimento natural na madeira (Nejad, M. and P. Cooper, 2011).
No meio ambiente estão presentes diferentes fatores desgastantes para os acabamentos. Porém, em ambientes externos há grande influência do ângulo de exposição, determinante ao fator deterioração. Portas, janelas, deques, cercas, portões, fachadas, móveis de jardim, lambris e esquadrias, apresentam diferentes ângulos de exposição em função de seus formatos e, cada um deles sofrerá diferentes intensidades de desgaste ao longo do tempo. Um deque exposto a 0º está sujeito à radiação solar e acúmulo de água superficial por períodos mais longos que uma fachada a 90º, o que certamente influenciará no desgaste dos acabamentos. DESEMPENHO DE REVESTIMENTOS SOBRE MADEIRA TRATADA
Os tratamentos preservativos melhoram substancialmente o desempenho dos
revestimentos sobre os substratos. A combinação entre a madeira tratada com preservativos contendo cromo, (ex.: arseniato de cobre cromatado (CCA)) e acabamentos altera positivamente as propriedades superficiais da madeira. Estudos relatam melhor desempenho de revestimentos em madeiras tratadas com preservativos que contém o elemento cromo (Feist e Ross 1989, Feist e Williams, 1991). O tratamento da madeira melhora a estabilidade à radiação UV, tornando-a menos suscetível ao desgaste, incluindo-se o próprio revestimento (Ross A., et al., 2000). AVALIAÇÕES DA DURABILIDADE DE REVESTIMENTOS
Ensaio de intemperismo natural é a melhor maneira de avaliar o desempenho
dos revestimentos; no entanto, é um processo dispendioso e moroso. Os resultados dependem fortemente do clima (Garci, A. A.; Tadeo, J. L., 2006) e condições do local de teste (Dawson, B. S. W., et. al., 2005; Groves, C. K., et. al, 2002; Cassens, D. L. e Feist, W. C., 1991).
Para realização dos ensaios, a norma ASTM D 1006-01 determina a exposição em ângulos de 90º, enquanto que a ASTM G7/G7M-11 preconiza ângulos de 45° e 90° graus.
Segundo trabalho proposto por Fazano (1998) para determinados tipos de exposição de materiais, deve-se utilizar ângulos específicos para prática dos ensaios de desempenho. Estes são apresentados em quatro graus: ângulos 0°, 5°, 45° e 90°. DEFEITOS DE TINTAS E VERNIZES EM INTEMPERISMO
Os principais requisitos encontrados na norma ASTM D1006–01 para classificar o desempenho de tintas e vernizes em intemperismo são a lixiviação (erosão), calcinação, formação de bolhas, fissuramento, craqueamento e desplacamento. Além destes deve também ser observado quaisquer outros fatores geradores de degradação.
MATERIAIS E MÉTODOS
Ensaios de campo
A análise de madeira fora de contato com o solo é utilizada para avaliar a
eficiência de produtos preservativos de madeira e se baseia pelo menos em seis
diferentes Standards American Wood Protection Association – AWPA (Preston et al,
2011). Dentre eles, é necessário buscar a forma mais aproximada da configuração e
exposição da madeira, verificando se a indicação do verniz também é adequada.
Produtos e Tratamentos Foram utilizados corpos de prova de madeiras de baixa resistência natural (Pinus
sp.), selecionadas a partir da proximidade de suas densidades, um total de 11
amostras por tratamento.
Neste trabalho foram ensaiados produtos da Montana Química S.A. (Osmose TI
20® base solvente), juntamente com três formulações em desenvolvimento
(Quaternário amoniacal e uma formulação fungicida/inseticida aquosa) tratados em
dois diferentes métodos. Foi utilizado o preservativo óxido MOQ-OX 50® (cromo, cobre
e boro - CCB-O) como referência, além de peças sem tratamento como testemunhas,
todas com e sem o acabamento verniz. O verniz Solare® é um produto desenvolvido
de acordo com a norma ABNT NBR 11702:2010, caracterizado como brilhante, base
solvente, contendo filtro solar, sendo indicado como acabamento para proteção e
decoração de superfícies de madeira em ambientes externos. Composição básica:
resina alquídica, pigmentos inorgânicos, solventes alifáticos, e aditivos.
Os corpos de prova receberam a aplicação de três demãos do verniz feitas a pincel (trincha) sobre todas as suas faces. Foram utilizados 11 corpos de prova para cada forma de exposição. Foi mantido um painel preservado como padrão de referência (controle sem exposição ao intemperismo) e 10 réguas foram submetidas à exposição (Tabela 1). Tabela 1: Especificação dos produtos
Produto Componentes Base Tratamento Retenção Acabamento
MOQ® OX 50 CCB-óxido Água Vácuo-pressão
4.0kg/m³
Verniz Solare®
Sem acabamento
Produto experimental 1
DOT¹/Quaternário amoniacal
Água Vácuo-pressão
2.8 kg/m³
Verniz Solare®
Sem acabamento
Produto experimental 2
IPBC²/ Cipermetrina
Água Imersão 2, 3
e 4 min.
Verniz Solare®
Sem acabamento
Osmose TI 20® IPBC²/
Cipermetrina Solvente
Imersão 2, 3 e 4 min.
Verniz Solare®
Sem acabamento
Testemunha Pinus sp. Sem
tratamento
Verniz Solare®
Sem acabamento
¹DOT: Octaborato Dissódico Tetrahidratado
²IPBC: Iodopropinil Butilcarbamato
Após tratamento, os corpos de prova cumpriram um período de sete dias de secagem a temperatura ambiente. Passado este período aplicou-se acabamento Verniz Solare® nos conjuntos dos corpos de prova, por meio pincelamento com trincha. O período de cura do acabamento também ocorreu em igual período, em condições de temperatura ambiente.
Instalação Este trabalho foi implantado em setembro de 2013 e, os quatro ensaios foram conduzidos, priorizando a utilização da madeira fora de contato com o solo, em situações capazes de simular deques, esquadrias e fachadas.
Campo de ensaio Os ensaios estão localizados no campo experimental mantido pelo Instituto
Florestal (Estação Ecológica Jataí) no município de Luiz Antônio, cerca de 280 km ao
norte da cidade de São Paulo, nas coordenadas 21º 32’ 57.44” S e 47º 42’ 24.39” W. A
região reúne condições de clima e temperatura ideais para a realização de testes em
produtos para proteção e acabamento para madeiras.
O clima local é dividido em duas condições bem definidas: um período chuvoso,
com temperatura e precipitação elevadas durante os meses de novembro a abril e um
período seco com temperatura e precipitação inferiores de maio a outubro (TOPPA,
2004; FERREIRA-PERUQUETTI; FONSECA-GESSNER, 2003), característico da
classificação Aw, desenvolvida por Koppen (ROLIM et al, 2007). Essas condições
climáticas são excelentes para ensaios de eficiência de revestimentos de madeira,
pois se podem obter respostas mais rápidas. Nenhum herbicida foi empregado para
controlar o crescimento da vegetação antes ou durante o uso da área de teste. A
vegetação daninha foi removida mecanicamente sob a supervisão direta dos
responsáveis pela implantação do estudo.
Normas Para a realização deste projeto foram utilizadas adaptações de normas
reconhecidas internacionalmente para avaliar os novos produtos sob condições
climáticas brasileiras, conforme descrito abaixo.
L-joint O método L-joint é um dos mais utilizados e difundidos mundialmente para
avaliação de tratamentos e acabamentos de madeira fora de contato com o solo
(PRESTON, 2011; SCHAUWECKER; ZAHORA; PRESTON, 2010).
Baseado no Standard AWPA E9-09 – Standard Field Test for evaluation of Wood
preservatives to be used in non-soil contact (UC3A and UC3B), este ensaio teve como
objetivo avaliar a eficácia de produtos preservativos em madeiras sem resistência
natural (Pinus sp.) que simulam um ambiente mais agressivo do que o normal para
estruturas de madeira utilizadas em ambientes exteriores, como batentes de portas e
molduras de janelas, já que estes vêm geralmente acompanhados de um acabamento
protetor (SCHAUWECKER; ZAHORA; PRESTON, 2010).
Os corpos de prova foram encaixados de modo a formar um ângulo próximo a
90°, conforme mostrado na Figura 1. As estruturas foram posicionadas aleatoriamente
com um leve grau de inclinação para proporcionar maior acumulo de água nas juntas
(SCHAUWECKER; ZAHORA; PRESTON, 2010) e direcionados ao norte para que
houvesse a maior exposição ao sol.
Figura 1: Unidade L-joint
Figura 2: Exposição dos L-joints em campo
NOTA: metade dos corpos de prova recebeu acabamento com verniz Solare® e, os
outros 50% por fazerem parte da condução de outro ensaio realizado em paralelo, não
recebeu aplicação do verniz.
Lap-joint Baseada no Standard AWPA E16-09 – Standard field test for evaluation of wood
preservatives to be used out of ground contact: horizontal lap-joint method, este ensaio
avalia a efetividade de produtos preservativos de madeira, contra a gama de micro-
organismos existentes em condições naturais. O método também considera os efeitos
físico-químicos do weathering para avaliar o desempenho da madeira tratada.
Consiste em duas placas unidas mecanicamente (Fig. 3) e dispostas
horizontalmente fora de contato com o solo e exposta às intempéries (Fig. 4), de modo
a simular a exposição que ocorre em deques ou construções similares. Com o objetivo
de manter a mesma metodologia dos demais ensaios realizados neste estudo, foi
aplicado acabamento em metade dos 20 corpos de prova. Estes foram distribuídos
aleatoriamente no campo de ensaio.
Fig. 3: Unidade de teste Lap-joint, formado por dois corpos de prova.
Figura 4: Exposição dos Lap-joints em campo
Deque Este ensaio foi adaptado do Standard AWPA E25-08 – Standard filed test for
evaluation of wood preservatives to be used above ground (UC3B): Decking method e
do trabalho realizado por Kutnik (2008). Consiste na exposição de módulos de deques
fora de contato com o solo de modo a simular deques residenciais expostos às
condições ambientais externas. Os corpos de prova foram dispostos aleatoriamente
sobre as estruturas de concreto e madeira tratada (Fig. 5), conforme trabalho realizado
por Magdalena KUTNIK, e afastados da vegetação.
Figura 5: Disposição de teste para deck
Fachada Magdalena KUTNIK apresentou em abril de 2008, no COST Action E37, uma nova
proposta de metodologia para ensaios de campo com produtos preservativos
destinados ao uso fora do contato com o solo. Nesta proposta são avaliados diferentes
corpos de prova e tipos de encaixe (Fig. 6). No Brasil não existe nenhuma norma ou
metodologia descrita para este tipo de ensaio. Diante disso, uma das formas de
exposição utilizada para o desenvolvimento deste trabalho foi uma adaptação da
proposta de metodologia apresentada por KUTNIK. A autora dispôs as fachadas
juntamente com os deques, porém, neste projeto optamos por colocá-los separados
para evitar o sombreamento dos deques pelas fachadas. As fachadas foram dispostas
na diagonal e com um distanciamento que evitasse que a sombra de uma interferisse
na outra (Fig. 7), permanecendo todas com a mesma intensidade de insolação.
Figura 6: Corpo de prova individual (vista lateral)
Figura 7: Forma de exposição dos corpos de prova para fachada
AVALIAÇÕES
Ao final do ensaio foram executadas avaliações quanto a Lixiviação (erosão)
(norma ASTM D662 – 93, 2011); Calcinação (norma ASTM D4214 – 07); Presença de organismos xilófagos (AWPA E16-09; AWPA E25-08); Formação de bolhas (norma ASTM D714 – 02, 2009); Fissuramento (norma ASTM D660 – 93, 2011); Craqueamento (norma ASTM D661 – 93, 2011); Desplacamento (norma ASTM D772 – 86, 2011); Alterações de cor (analise visual); Alterações de brilho (norma ASTM D523 – 89, 1999).
RESULTADOS
Ocorrências comuns a todos os corpos de prova do ensaio
Nenhum dos corpos de prova avaliados, independente da forma de exposição ou tratamento da madeira, apresentou calcinação, formação de bolhas ou craqueamento.
De todos os corpos de prova avaliados no ensaio houve leve desplacamento em apenas três deles, no formato de exposição L-joint.
Todos os corpos de prova (sem exceção), contendo acabamento apresentaram queda de brilho acentuada (superior a 90%, referente ao percentual de variação em unidades de brilho) em relação a sua característica original.
NOTA: para o verniz avaliado, devido sua composição química, considera-se normal uma acentuada perda de brilho após dezoito meses de intensa exposição ao sol.
Aspectos que diferenciaram o ensaio
Dois aspectos foram diferenciais na análise do ensaio: um relativo ao formato de exposição e outro ao tratamento utilizado para a madeira; os quais são:
Diferentemente de todos os outros formatos de exposições, a Fachada apresentou boas condições gerais, devido à discreta alteração de cor, pequena lixiviação e ausência de fissuramento e desenvolvimento de fungos manchadores e emboloradores.
As madeiras tratadas com MOQ® OX 50 demonstraram melhor desempenho em relação aos demais tratamentos químicos.
Referente aos diferentes tratamentos da madeira
Todos os corpos de prova tratados com MOQ® OX 50 não apresentaram infestação pelos tipos de fungos já citados, em relação aos demais tratamentos preservativos (Produto experimental 1, Produto experimental 2, Osmose TI 20® solvente e Testemunha). As madeiras com tratamentos diferentes do MOQ® OX 50 somente não apresentaram a incidência de fungos na exposição em fachada.
Entre as madeiras tratadas com Produto experimental 1, Produto experimental 2, Osmose TI 20® solvente, independente da forma de exposição, apresentaram condições muito parecidas quanto a infestação por fungos (presença de manchas escurecidas nos corpos de prova).
Os corpos de prova testemunha apresentaram um nível nitidamente superior de manchamento, em função do ataque por fungos manchadores. Referente às diferentes condições de exposição Formato Fachada
Todas as aplicações em fachada, independente do tratamento utilizado (e também a testemunha) apresentam um bom aspecto de conservação em geral, diferentemente de todos os demais formatos de exposição avaliados que
apresentaram deterioração muito mais acentuada. Observou-se pouca alteração de cor e apenas pequenos traços iniciais de desgaste por erosão em algumas réguas. Não há fissuramento das réguas nem a presença de fungos manchadores. O único aspecto avaliado onde há alteração significativa é o brilho; assim como em todos os demais formatos avaliados também houve queda acentuada em relação ao brilho original.
Formato Deque
Todas as aplicações em Deques apresentaram acentuado estado de degradação por erosão e infestação por fungos manchadores (exceto no tratamento com MOQ® OX 50), assim como fissuramento em todos os corpos de prova expostos. Formato L-Joint
As aplicações em L-Joint apresentaram mediano estado de degradação por erosão em todos os tipos de tratamentos e também mediana infestação por fungos (exceto no tratamento por MOQ® OX 50), assim como fissuramento em todos os corpos de prova expostos.
Nas áreas de encaixe (protegidas da incidência de luz solar) não houve qualquer degradação, apenas perda reduzida de brilho. Formato Lap-Joint
A maior parte das aplicações de verniz em Lap-Joint apresentou acentuado estado de degradação por erosão e infestação por fungos (exceto no tratamento com MOQ® OX 50), assim como fissuramento em todos os corpos de prova expostos.
Nas áreas de encaixe (protegidas da luz solar) também não ocorreu qualquer degradação, verificou-se apenas pouca perda de brilho.
Tabela - Resultados das avaliações
Formato Tratamento Grau de
Lixiviação (Erosão)
Presença de
Fungos
Fissuramento Grau de Alteração
de cor Grau Tipo
Fachada
Testemunha 1 não - - 1
MOQ®
OX 50 1 não - - 1
Produto exp 1 1 não - - 1
TI 20® solvente 1 não - - 1
Produto exp 2 1 não - - 1
Deque
Testemunha 3 sim ASTM 2 M 3
MOQ®
OX 50 3 não ASTM 2 M 3
Produto exp 1 3 sim ASTM 2 M 3
TI 20® solvente 3 sim ASTM 2 M 3
Produto exp 2 3 sim ASTM 2 M 3
L-Joint
Testemunha 2 sim ASTM 4 M 2
MOQ®
OX 50 2 não ASTM 6 M 2
Produto exp 1 2 sim ASTM 2 e 4 M 2
TI 20® solvente 2 sim ASTM 2, 4 e
6 M 2
Produto exp 2 2 sim ASTM 2, 4 e
6 M 2
Lap-Joint
Testemunha 3 sim ASTM 2 M 3
MOQ®
OX 50 3 não ASTM 2, ASTM 8
LL, M 3
Produto exp 1 3 sim ASTM 2 M 3
TI 20® solvente 3 sim ASTM 2 M 3
Produto exp 2 3 sim ASTM 2 M 3
Legendas
Fissuramento (grau)
ASTM D660/93
Fissuramento (tipo)
ASTM D660/93
Grau de lixiviação e alteração de cor
Nenhum (M) Mosaico: trinca do verniz na forma de linhas levemente curvadas, que se cruzam pela superfície da película
ASTM 8: Muito pequeno 3 Acentuado
ASTM 6: Pequeno 2 Mediano
ASTM 4: Mediano (LL) Linha longa: trinca do verniz no formato de linhas paralelas
1 Pequeno
ASTM 2: Acentuado 0 Nenhum
CONCLUSÕES
O tratamento da madeira pode influenciar na preservação do acabamento, sendo o
produto preservativo MOQ® OX 50, aquele que manteve as características do verniz
mais próximas das iniciais.
Foi possível perceber que o campo favorece o desenvolvimento de ensaios de
vernizes devido a suas condições climáticas e de biodiversidade.
Evidenciou-se que o acabamento Verniz Solare®, nos formatos de exposição
Deque e Lap-joint sofreram níveis mais intensos de degradação quando comparados
aos L-Joints. O formato de exposição fachada foi aquele que sofreu o menor desgaste,
demonstrando a influencia direta que o ângulo de exposição determina sobre a
resistência do acabamento.
Portanto, torna-se importante que os revestimentos de madeira sejam testados
nas condições mais realísticas em que serão expostos quando comercializados. Pois
isto permite melhor estimar seu desempenho nas condições mais aproximadas da
realidade de uso, a fim de que se potencialize a vida útil da madeira.
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