Los compuestos de madera y plástico (WPC) son materiales compuestos hechos de fibra de madera / harina de madera y termoplásticos como polietileno (PE), polipropileno (PP), cloruro de polivinilo (PVC) o ácido poliláctico (PLA).
Además de la fibra de madera y el plástico, los WPC también pueden contener otros materiales de relleno lignocelulósicos o inorgánicos. Los WPC son un subconjunto de una categoría más amplia de materiales llamados compuestos plásticos de fibra natural (NFPC), que pueden contener rellenos de fibra sin celulosa , como fibras de pulpa, cáscaras de maní , cáscara de café, bambú , paja , digestato , etc.
Los aditivos químicos permiten la integración de polímero y harina de madera (polvo) facilitando al mismo tiempo unas condiciones de procesamiento óptimas.
La empresa que inventó y patentó el proceso para crear WPC fue Covema de Milán en 1960, fundada por los hermanos Terragni ( Dino y Marco ). Covema fabricó WPC bajo el nombre comercial Plastic-Wood. [1] [2] Después de algunos años desde la invención de Plastic-Wood, la empresa Icma San Giorgio patentó el primer proceso para agregar fibra de madera / harina de madera a los termoplásticos (WPC). [3]
También conocidos a veces como madera compuesta, los WPC son todavía materiales nuevos en relación con la larga historia de la madera natural como material de construcción. El uso más extendido de WPC en América del Norte es en pisos de terrazas al aire libre , pero también se utiliza para barandillas, cercas, maderas de jardinería, revestimientos y revestimientos, bancos de parque , molduras y adornos , casas prefabricadas bajo el nombre comercial Woodpecker WPC., [4] marcos de ventanas y puertas y muebles de interior . [5] Los WPC se introdujeron por primera vez en el mercado de tarimas a principios de la década de 1990. Los fabricantes [6] [7] [8] [9] [10] afirman que el WPC es más respetuoso con el medio ambiente y requiere menos mantenimiento que las alternativas de madera maciza tratada con conservantes o madera maciza de especies resistentes a la putrefacción. Estos materiales se pueden moldear con o sin detalles de vetas de madera simuladas. [11]
Los WPC se producen mezclando a fondo partículas de madera molida y resina termoplástica calentada . El método de producción más común es extruir el material en la forma deseada, aunque también se utiliza el moldeo por inyección . Los WPC se pueden producir a partir de termoplásticos vírgenes o reciclados, incluidos polietileno de alta densidad (HDPE), polietileno de baja densidad (LDPE), cloruro de polivinilo (PVC), polipropileno (PP), acrilonitrilo butadieno estireno (ABS), poliestireno (PS) y ácido poliláctico (PLA). Los WPC basados en PE son, con mucho, los más comunes. Los aditivos como colorantes , agentes de acoplamiento , estabilizadores UV , agentes de soplado , agentes espumantes y lubricantes ayudan a adaptar el producto final al área de aplicación objetivo. Los WPC extruidos se forman en perfiles sólidos y huecos. También se produce una gran variedad de piezas moldeadas por inyección, desde paneles de puertas de automóviles hasta cubiertas de teléfonos celulares.
En algunas plantas de fabricación, los componentes se combinan y procesan en una extrusora de granulado, que produce gránulos del nuevo material. A continuación, los gránulos se vuelven a fundir y se les da la forma final. Otros fabricantes completan la pieza terminada en un solo paso de mezcla y extrusión. [12]
Debido a la adición de material orgánico, los WPC suelen procesarse a temperaturas mucho más bajas que los plásticos tradicionales durante la extrusión y el moldeo por inyección. Los WPC tienden a procesarse a temperaturas de aproximadamente 28 °C (50 °F) más bajas que el mismo material sin relleno, por ejemplo. La mayoría comenzará a arder a temperaturas de alrededor de 204 °C (400 °F). [13] Procesar WPC a temperaturas excesivamente altas aumenta el riesgo de cizallamiento, o quemadura y decoloración como resultado de empujar un material que está demasiado caliente a través de una compuerta que es demasiado pequeña, durante el moldeo por inyección. La relación de madera a plástico en el compuesto determinará en última instancia el índice de flujo de fusión (MFI) del WPC, y cantidades mayores de madera generalmente conducen a un MFI más bajo.
Los WPC no se corroen y son muy resistentes a la putrefacción, la descomposición y el ataque de los barrenadores marinos , aunque absorben agua en las fibras de madera incrustadas dentro del material. [14] La absorción de agua es más pronunciada en los WFC con una matriz hidrófila como el PLA y también conduce a una disminución de la rigidez y la resistencia mecánicas. [15] El rendimiento mecánico en un entorno húmedo se puede mejorar con un tratamiento de acetilación . [16] Los WPC tienen buena trabajabilidad y se pueden moldear utilizando herramientas de carpintería convencionales. Los WPC a menudo se consideran un material sostenible porque se pueden fabricar utilizando plásticos reciclados y productos de desecho de la industria de la madera . Aunque estos materiales continúan la vida útil de los materiales usados y descartados, tienen su propia vida media considerable; los polímeros y adhesivos agregados hacen que el WPC sea difícil de reciclar nuevamente después de su uso. [17] Sin embargo, se pueden reciclar fácilmente en un nuevo WPC, al igual que el hormigón. Una ventaja sobre la madera es la capacidad del material de moldearse para cumplir con casi cualquier forma deseada. Un miembro de WPC se puede doblar y fijar para formar fuertes curvas arqueadas. Otro punto a favor de estos materiales es que no necesitan pintura. Se fabrican en una variedad de colores, pero están ampliamente disponibles en grises y tonos tierra. A pesar de tener un contenido de celulosa de hasta el 70 por ciento (aunque el 50/50 es más común), el comportamiento mecánico de los WPC es más similar al de los polímeros puros. Los polímeros puros se polimerizan sin disolventes añadidos. [18] [19] Esto significa que los WPC tienen una resistencia y rigidez menores que la madera, y experimentan un comportamiento dependiente del tiempo y la temperatura. [20] Las partículas de madera son susceptibles al ataque de hongos, aunque no tanto como la madera maciza, y el componente de polímero es vulnerable a la degradación por rayos UV. [21] Es posible que la resistencia y la rigidez se reduzcan mediante ciclos de congelación y descongelación, aunque todavía se están realizando pruebas en esta área. Algunas formulaciones de WPC son sensibles a las manchas de una variedad de agentes.
Los tableros WPC muestran un buen desempeño, pero las láminas compuestas monolíticas son relativamente pesadas (generalmente más pesadas que los plásticos puros), lo que limita su uso a aplicaciones donde el peso bajo no es esencial. El WPC en forma de compuesto con estructura tipo sándwich permite una combinación de los beneficios de los compuestos tradicionales de polímero de madera con la ligereza de una tecnología de panel sándwich. Los tableros sándwich WPC consisten en capas compuestas de polímero de madera y, por lo general, un núcleo de polímero de baja densidad que conduce a un aumento muy efectivo de la rigidez del panel. Los tableros sándwich WPC se utilizan principalmente en aplicaciones de automoción, transporte y construcción, pero también se están desarrollando aplicaciones para muebles. [22] Los nuevos procesos de producción integrados, eficientes y a menudo en línea, permiten producir tableros sándwich WPC más fuertes y rígidos a costos más bajos en comparación con las láminas de plástico tradicionales o los paneles WPC monolíticos. [23]
El impacto ambiental de los WPC se ve afectado directamente por la proporción de materiales renovables y no renovables . Los polímeros derivados del petróleo que se utilizan habitualmente tienen un impacto ambiental negativo porque dependen de materias primas no renovables y de la no biodegradabilidad de los plásticos. [24]
Los tipos de plástico que se utilizan normalmente en las formulaciones de WPC tienen mayores propiedades de riesgo de incendio que la madera sola, ya que el plástico tiene un mayor contenido de calor químico y puede fundirse. La inclusión de plástico como parte del compuesto da como resultado un mayor riesgo de incendio en los WPC en comparación con la madera. Algunos funcionarios de los códigos están cada vez más preocupados por el rendimiento de los WPC frente al fuego. [25] [26]