Tableros aglomerados. Nueva alternativa para valorizar las virutas del cuero

Palabras claves: Virutas de cuero – Péptidos – Adhesivo – Tableros aglomerados de madera

INTRODUCCIÓN:

Las curtiembres son industrias de alto impacto, tanto en los aspectos económicos, como sociales y ambientales, por la cantidad de recursos que movilizan, la mano de obra que ocupan, y los desechos sólidos, líquidos y gaseosos que generan. Solo el 50% de las 300.000 toneladas de pieles procesadas anualmente en el país es transformado en cuero, siendo el resto residuos de las distintas etapas del proceso.

El 20% de los desechos sólidos corresponde a las virutas de cuero, producidas por las máquinas “rebajadoras”, que igualan el espesor del material. Están compuestas principalmente por el complejo colágeno – cromo, y la legislación vigente en el país determina su disposición final en reservorios especiales, con un costo importante.

Ante la generación de un residuo, es preferible tomar actitudes preventivas que adoptar medidas correctivas globales. Por ello, acciones como evitar, minimizar, recircular y valorizar, deben ser tenidas en cuenta en la selección de las denominadas “tecnologías más limpias”.

Primero se analiza la factibilidad de corregir el proceso para eliminar o reducir su cantidad, de no ser posible, se analiza la posibilidad de valorizarlo, transformándolo en materias primas y/o productos para mercados existentes o nuevos; y en última instancia, acondicionarlo para su disposición final en rellenos sanitarios de acuerdo con la legislación vigente.

Con el propósito de darle valor a este residuo, se propone aprovecharlo como materia prima para elaborar material adhesivo, que puede ser utilizado en diferentes aplicaciones.

En el presente trabajo se analiza su aplicación como sustituto total o parcialmente del adhesivo utilizado para obtener aglomerado de madera (aserrín o virutas). Es decir que, propone como idea principal, utilizar el hidrolizado de la viruta de cuero para su aplicación como adhesivo para la producción de un material aglomerado con demanda creciente en el mercado (aglomerado de madera).

Es importante considerar la tendencia creciente que tiene la producción de tableros de aglomerado de madera, y en especial en el mercado sudamericano.

Los adhesivos utilizados en la actualidad son sintéticos, importados y durante su curado desprenden compuestos orgánicos volátiles (VOC´s) provenientes de los solventes utilizados, lo que genera un problema ambiental considerable.

La propuesta del presente trabajo rescata antiguas tecnologías para la elaboración de adhesivos (colas de carpintería), producidas a través de la hidrólisis de huesos y pieles, proponiéndose su obtención a partir de la hidrólisis de las virutas del cuero.

La fortaleza de la propuesta radica en que no sólo se valoriza un residuo como las virutas de cuero, sino se sustituye total o parcialmente los adhesivos sintéticos utilizados en la producción de tableros de madera por otro obtenido a partir de un material renovable, no contaminante y de origen nacional que permita sustituir exportaciones.

OBJETIVOS:

• Explorar la posibilidad de utilizar como adhesivo productos de hidrólisis de virutas de cuero en la elaboración de tableros aglomerados de madera y evaluar sus propiedades físicas: resistencia mecánica y estabilidad dimensional

METODOLOGÍA:
a) Materias Primas:

• Virutas de cuero: originadas en máquinas igualadoras, etapas de acabado de la curtición de cuero al cromo.
  Granulometría: 1 a 3 mm
  Composición: Cromo (4,3 a 4,5% Cr2O3), Nitrógeno total Kejdahl (14%), Humedad (50 a 60%)
• Aserrín de madera de pino: originado en sierras sinfín en talleres de carpintería.
  Granulometría: 0,5 a 1 mm (posterior a molienda).
  Composición: Humedad: 30% , Celulosa: 43,10 – 45,61., Lignina: 28,41 – 31,27, Cenizas: 0,48 – 0,68

b) Marco Teórico:
El proceso de elaboración propuesto seguirá los lineamientos generales de los utilizados actualmente en la producción de materiales aglomerados producidos a partir de las fibras de madera.

Los mismos consisten en un proceso termo-mecánico, donde se mezclan con adhesivos que se polimerizan mediante presión y temperatura.

La madera descortezada primero se reduce a viruta de 0.2 y 0.4 mm de tamaño; éstas se impregnan con resinas esparcidas sobre una plancha metálica.

La fabricación de tableros de aglomerado de madera puede realizarse a través de un proceso de prensado o de extrusión. El primero se lleva a cabo a presión de 20 kg/cm2 y a una temperatura de 140° C. En el segundo, se utiliza un cilindro hidráulico que empuja las partículas a través de placas metálicas y en caliente.

Adhesivo:

Son conocidas las propiedades adhesivas de los productos de hidrólisis de pieles y huesos. Aquellos de pesos moleculares del orden de 10.000 a 20.000 dan colas de buena adherencia y rigidez adecuada, propiedades deseables en este proceso.

Para analizar la hidrólisis del cuero, se tomará como modelo la hidrólisis del colágeno de la piel. En la misma, se hidrolizan primero los enlaces covalentes no peptídicos, despolimerizándose las unidades de multicadenas de la piel; luego algunos enlaces peptídicos y, finalmente, se desorganizan los enlaces que forman la triple hélice.

La reacción puede representarse con la siguiente ecuación:

A diferencia de la piel, la matriz cuero contiene Cr³⁺ formando un complejo muy estable con la estructura helicoidal del colágeno, por lo que las condiciones de hidrólisis deben ser más rigurosas. Por ello, se trabajó en medio alcalino (NaOH), y con temperaturas cercanas a la de ebullición.

Los enlaces colágeno-cromo, de la matriz cuero, son los últimos en romperse y dan origen a cadenas de mayor peso molecular, por lo que se presumen con capacidad de ser utilizado como material adhesivo.

Posteriormente se efectúa la neutralización, con ácido sulfúrico (H₂SO₄) hasta pH igual a 8. Durante el proceso se prestó especial a atención a que la reacción secundaria de oxidación (no deseada) de Cr³⁺ (insoluble) a Cr⁶⁺ (soluble) no se produzca o en caso de efectuarse, sea en una proporción mínima.

El poder adhesivo de este tipo de colas disminuye sensiblemente con al aumento del contenido de humedad del material a pegar, por lo que el material aglomerado, será sometido a un proceso de secado.

Tanto la humedad del material, como la presión ejercida durante el moldeo son determinantes de las propiedades físicas y comportamiento del mismo.

Las exigencias de uso del material requieren que el mismo posea buenas propiedades mecánicas (tensión de ruptura a la tracción, tensión de ruptura a esfuerzos de compresión, estabilidad dimensional, y bajo nivel de rehidratación, etc.). Tienen una importancia menor el valor de las propiedades térmicas (conductividad térmica, etc.).

El material es sometido a condiciones de presión para el moldeo durante su manufactura, ello posibilita el uso de una solución de adhesivo de mayor concentración; lo que facilita la etapa de secado y mejora la estabilidad dimensional de las mismas durante dicho proceso.

Procedimiento de fabricación:

Se lleva a cabo de la siguiente forma:

a) Molienda de virutas de cuero: se reduce el tamaño en un molino de cuchillas, y se selecciona un corte con tamaño de partículas de 1 a 3 mm.
b) Hidrólisis: se lleva a cabo en medio acuoso con NaOH, concentración 1 N, calentando hasta ebullición durante 40 minutos, en un reactor de laboratorio de acero inoxidable, con agitador.
c) Neutralización: con H₂SO₄ para detener la reacción y seguir con las otras etapas del proceso.
d) Acondicionamiento del aserrín: se tamiza para llevar su granulometría al rango de trabajo y luego se estandariza la humedad en una estufa.
e) Mezclado: se homogeneiza la mezcla (cola con aserrín), en forma mecánica en una relación 1 : 1, expresada en base seca.
f) Moldeo: se lleva a cabo ejerciendo una presión uniforme, utilizando un molde con forma de paralelepípedo regular.
g) Secado: en estufa, a temperatura controlada, colocando el material para que el proceso se lleve a cabo en las dos caras.
h) Ensayos físicos: para caracterizar el material y evaluar su aptitud para el fin propuesto. Consisten en ensayos de tensión a la ruptura a la tracción y de estabilidad dimensional.

El procedimiento explicado se detalla en la Figura N° 1:

ENSAYOS EXPLORATORIOS:
Se llevaron a cabo ensayos exploratorios, obteniéndose los siguientes resultados:
Ensayo: Tensión de Ruptura a la Tracción.
2.647.835 N/m2
Ensayo: Estabilidad Dimensional.
Contracción al secado (valores promedio)
Largo: 4,5%; ancho: 7%; espesor: 5,5%
Inspección visual: Sin deformación

CONCLUSIONES

• Las experiencias exploratorias realizadas pueden considerarse satisfactorias, ya que confirma la factibilidad del proceso. Deberán explorarse otras condiciones de trabajo, como presión y humedad de moldeo, cantidad de adhesivo, etc., que permita determinar la influencia de las mismas en las propiedades del aglomerado.

BIBLIOGRAFÍA

• Hoinacki, E.; Vergilio Moreira, M.; Kiefer, C.; “Manual Básico de Processamento do Couro”; Centro Tecnológico do Couro SENAI/RS – Porto Alegre – 1994.
• Hoinacki, E..; “Peles e Couros – Origens, Defectos, Industrializacao”; Servicio Nacional de Aprendizagem Industrial – Departamento Regional Do Rio Grande Do Sul – Porto Alegre – 1989.
• Morrison, R.; Boyd, N.; “Química Orgánica”; Fondo Educativo Interamericano – Méjico – 1985.
• Schneider, A.; Flores, H.; Rodi, E.; Sian, L.; Elizalde, E.; “Péptidos Exentos de Cromo + 6 por Hidrólisis Parcial de Virutas de Cuero”; Trabajo presentado en el XXVII Congreso Argentino de Química; San Miguel de Tucumán – 2008
• Wards, A. G.; Courts, A.; “The Science and Technology of Gelatine”; Ed. Academic Press – 1977.
• Landrock, A.; “Adhesives technology handbook”, Ed. Noyes, New Jersey – 1985.
• Mujunmdar, A.;; “Principles and Fundamentals of Drying”; Editorial Hemisphere Publishing Company. Londres – 1998.
• Schneider, A.; Flores, H.; Rodi, E.; Gunst, E.; “Aglomerado de Virutas de Cuero – Propiedades Térmicas y Mecánicas” – Trabajo expuesto en el II Congreso Interamericano de Residuos Sólidos AIDIS – Viña de Mar – Chile – 2007.

Por: Schneider, Alfredo; Flores, Hugo; Retamar, Juan Carlos; Orué, Silvio; Belis, Eliana; Lacoste, Albano
Facultad de Ingeniería Química – Universidad Nacional del Litoral
E – mail: [email protected]

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