El pegamento para madera es un adhesivo que se utiliza para unir firmemente piezas de madera . Se han utilizado muchas sustancias como pegamentos. Tradicionalmente, las proteínas animales, como la caseína de la leche o el colágeno de las pieles y los huesos de los animales, se hervían para fabricar los primeros pegamentos. Funcionaban solidificándose al secarse. Más tarde, los pegamentos se fabricaron a partir de almidones vegetales como la harina o el almidón de patata. Cuando se combina con agua y se calienta, el almidón se gelatiniza y forma una pasta pegajosa al secarse. Los pegamentos de origen vegetal eran comunes para libros y productos de papel, aunque pueden descomponerse más fácilmente con el tiempo en comparación con los pegamentos de origen animal. [1] [2] [3] Algunos ejemplos de pegamentos para madera modernos son el acetato de polivinilo (PVA) y las resinas epoxi . Algunas resinas (es decir, pegamentos) que se utilizan para producir productos de madera compuesta pueden contener formaldehído. [4] A partir de 2021, "la industria de los paneles de madera utiliza casi el 95% de adhesivos termoendurecibles sintéticos derivados del petróleo, principalmente a base de urea, fenol y melamina, entre otros". [5] [6]
El pegamento animal , especialmente el pegamento para pezuñas y el pegamento de piel , fue el adhesivo principal de elección para muchos tipos de carpintería, incluidos los muebles y la lutería, durante muchos siglos. Se fabrica a partir de colágeno extraído de las pieles (cueros) o pezuñas de animales. Es químicamente similar a la gelatina comestible y no es tóxico si se ingiere. El pegamento de piel todavía se usa hoy en día en aplicaciones especializadas: instrumentos musicales ( lutería ), para réplicas de muebles y para reparaciones de conservación de carpintería antigua. El pegamento de piel se mide en función de su fuerza de gel, una medida de cuántos gramos de fuerza se requieren para presionar un émbolo de 1 ⁄ 2 pulgada (13 mm) 4 mm (0,16 pulgadas) en una solución de proteína al 12,5% del pegamento a 10 °C (50 °F). El pegamento se fabrica en grados estándar de 32 a 512 gramos (1,1 a 18,1 oz). La fuerza de 192 gramos (6,8 oz) es la más comúnmente utilizada para trabajar la madera; La mayor cantidad que se utiliza normalmente para la construcción de instrumentos es de 251 gramos (8,9 oz); la menor cantidad que se utiliza para trabajos de carpintería en general es de 135 gramos (4,8 oz). El pegamento con una concentración superior a 250 gramos (8,8 oz) requiere una dilución excesiva y, por lo tanto, deja muy poco pegamento en las uniones para una adhesión eficaz, por lo que no se utiliza comúnmente. Ahora hay versiones líquidas de cola de piel disponibles; por lo general, se les agrega urea para mantener el pegamento líquido a temperatura ambiente y extender el tiempo de secado. Algunos ejemplos de cola de piel líquida son Old Brown Glue o Titebond Liquid Hide. La cola de piel no se desliza. Las uniones de cola de piel son fáciles de reparar, simplemente calentando y agregando más cola de piel. [7] [8] [9]
Los adhesivos de resina de urea-formaldehído se caracterizan por un bajo costo efectivo, bajas temperaturas de curado, resistencia a microorganismos y abrasión y color claro. No se desliza y se puede reparar con epoxi. Puede deteriorarse rápidamente en ambientes cálidos y húmedos , liberando formaldehído (un carcinógeno ). [10] [11] [12] Se suministra como un polvo blanco fino que se mezcla con la mitad de su peso de agua fría para su uso. El adhesivo mezclado permanece utilizable durante aproximadamente tres horas, dependiendo de la temperatura. Siempre que se mantenga seco, el polvo sin usar tiene una vida útil de hasta un año. El adhesivo tiene la capacidad de rellenar huecos entre componentes mal ajustados. Se produce desde la década de 1930 como Aerolite para unir madera contrachapada para su uso en la construcción de aeronaves.
Las emisiones de gases de efecto invernadero son 2,04 kg de CO2-eq./kg de adhesivo de urea-formaldehído . [13]
El pegamento de resina de resorcinol-formaldehído es muy fuerte y duradero (resiste la inmersión en agua hirviendo, ácidos suaves, agua salada, disolventes, moho, hongos, rayos ultravioleta, etc.). Históricamente, fue el pegamento dominante en la fabricación de madera contrachapada para exteriores y la producción de aeronaves de madera. Debe mezclarse antes de su uso (resina líquida y catalizador en polvo), es tóxico [14] y tiene un color púrpura oscuro curado, que puede no ser aceptable en algunos usos. Durante muchos años, la Administración Federal de Aviación (FAA) ha declarado que "el resorcinol es el único adhesivo conocido recomendado y aprobado para su uso en la estructura de aeronaves de madera y cumple plenamente los requisitos necesarios de resistencia y durabilidad" [10] para aeronaves certificadas. Sin embargo, de hecho, la gran mayoría de aeronaves de madera construidas en las últimas décadas (en su mayoría aeronaves construidas por aficionados) utilizan en cambio otros tipos de adhesivos [ cita requerida ] (principalmente sistemas de resina epoxi ), que ofrecen mayor resistencia y, lo que es más importante, mucha menos criticidad en la técnica de aplicación perfecta. La mayoría de los adhesivos más nuevos son mucho más tolerantes a los errores típicos de construcción (como pequeños huecos o desalineaciones entre piezas) que el resorcinol, que prácticamente no ofrece tolerancia para este tipo de situaciones de construcción cotidianas. Esto puede plantear grandes dificultades, especialmente en conjuntos complejos. Sin embargo, algunos constructores y restauradores aún utilizan el resorcinol y es habitual verlo en aviones antiguos.
La resina de fenol formaldehído se utiliza habitualmente para fabricar madera contrachapada resistente al agua . Se cura a temperatura y presión elevadas [10] y también está disponible como una película seca para colocar entre capas de chapa ( película Tego ). Las emisiones de gases de efecto invernadero son de 2,88 kg de CO2-eq./kg de adhesivo PF. [13]
El consumo de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero asociadas con la producción de urea-formaldehído son menores que las de los adhesivos de fenol-formaldehído . Sin embargo, se considera que el impacto en el ciclo de vida del adhesivo de urea-formaldehído es casi un 50 % mayor que el del fenol-formaldehído, principalmente debido a las emisiones de base ácida durante su proceso de producción. [15] [13]
Los adhesivos de resina de lignina-fenol-formaldehído generalmente se sintetizan mediante la reacción de una mezcla de lignina aislada (por ejemplo, lignina kraft, de soda o de biorrefinería) y fenol con formaldehído en condiciones alcalinas. [16] Los adhesivos de resina de lignina-fenol-formaldehído tienen una mayor viscosidad, están coloreados más profundamente y requieren condiciones de curado más severas que los adhesivos de resina de urea-formaldehído y fenol-formaldehído. [17]
En la biomasa lignocelulósica, la lignina actúa como un pegamento que proporciona resistencia a las paredes celulares al unir eficazmente la celulosa y las hemicelulosas. [18] Los adhesivos de lignina de madera molida (MWL), lignina protegida con formaldehído (FPL) y lignina protegida con acetona que se prepararon con ligninas separadas en condiciones suaves o protegidas con aldehído o cetona demostraron resistencias de unión razonables después del prensado en caliente a 190 °C y 1,5 MPa durante 8 min; tanto la resistencia de adhesión seca como la húmeda cumplieron con el requisito mínimo de 0,7 MPa. A partir de los resultados, las ligninas ligeramente condensadas o protegidas de diferentes fuentes podrían usarse directamente como adhesivos para madera sin tratamientos físicos o químicos adicionales. [19] El rendimiento de adhesión de estos adhesivos mejoró con grados de condensación reducidos y aumentó con temperaturas de prensado en caliente más altas. Los productos de madera contrachapada multicapa que utilizan adhesivos de lignina cumplieron con los requisitos mecánicos para aplicaciones en varios campos. [19] [20]
Los adhesivos de lignina preparados a partir de ligninas protegidas con otros aldehídos (por ejemplo, acetaldehído, propionaldehído y furfural) mostraron rendimientos de adhesión calificados >0,7 MPa. [21] [22]
La preparación de adhesivos para madera a base de lignina a partir de biomasa lignocelulósica promueve el uso de adhesivos ecológicos y contribuye al desarrollo de esquemas de biorrefinación rentables. Es un avance significativo en el campo de la tecnología de adhesivos sostenibles y tiene el potencial de impactar positivamente en la industria de fabricación de madera contrachapada.
El pegamento de poliuretano (los nombres comerciales incluyen Gorilla Glue y Excel ) se está volviendo cada vez más popular en los EE. UU. después de haber sido utilizado durante años en otros países. Se adhiere a fibras textiles, metales, plásticos, vidrio, arena, cerámica y caucho, además de madera. Los adhesivos de madera de poliuretano normalmente son prepolímeros terminados con grupos isocianato . Cuando se exponen a la humedad, los isocianatos reaccionan con el agua y, por lo tanto, curan los adhesivos. Por lo tanto, los adhesivos de poliuretano de un componente también se denominan poliuretanos de curado por humedad. Además, las interacciones entre los poliuretanos y los polímeros de madera pueden influir significativamente en el rendimiento de la unión. [23] Los pegamentos de poliuretano se expanden cuando se curan, mejorando la adhesión donde el ajuste no es ajustado. A diferencia de los pegamentos de PVA, se pueden usar para pegar vetas de los extremos. Sin embargo, en pruebas de saturación de agua, las uniones de poliuretano "eran mucho menos duraderas que las uniones de resorcinol tanto en [el abeto Douglas como en el abedul amarillo]". [24]
La resina epoxi , generalmente como un sistema de mezcla de dos partes, cura en un rango más amplio de temperaturas y contenido de humedad que otros pegamentos, no requiere presión durante el curado y tiene buenas propiedades de relleno de huecos: las juntas casi perfectas con huecos muy pequeños en realidad producen uniones más débiles. El uso de epoxi requiere una cuidadosa atención a la proporción de mezcla de las dos partes. Se adhiere a la mayoría de los pegamentos para madera curados (excepto PVA). [25] El adhesivo epoxi de dos partes es muy resistente al agua salada, la mayoría de los epoxi son resistentes al calor hasta 177 °C (351 °F), las formulaciones que contienen metal en polvo y caucho o plastificantes son muy resistentes y resistentes a los golpes. Las resinas epoxi más comunes se basan en la reacción de epiclorhidrina (ECH) con bisfenol A , lo que da como resultado una sustancia química diferente conocida como éter diglicidílico de bisfenol A (comúnmente conocido como BADGE o DGEBA). Las resinas basadas en bisfenol A son las resinas más comercializadas, pero también otros bisfenoles reaccionan de forma análoga con la epiclorhidrina, por ejemplo, el bisfenol F. El epoxi puede provocar sensibilidad a largo plazo ( alergias ) por sobreexposición y, a menudo, es caro. [26]
El cianoacrilato ( pegamento loco , superpegamento , CA o CyA ) se utiliza principalmente para pequeñas reparaciones, especialmente por parte de torneros de madera . Se adhiere instantáneamente, incluso a la piel. El CA curado es esencialmente un material plástico. Hay versiones disponibles que pueden absorberse en juntas estrechas pero se adhieren con una resistencia reducida (porque gran parte gotea y gran parte se absorbe en la madera dejando muy poco en la superficie para la unión), o formulaciones más espesas (gel) que pueden llenar huecos muy pequeños, no fluyen fuera de la junta y no se absorben tan rápidamente en la madera. El pegamento de cianoacrilato más fino no se adhiere más rápidamente ni forma cadenas de polímeros más cortas que la versión en gel cuando se usa en madera. La naturaleza química de la madera retrasa significativamente la polimerización del cianoacrilato. Cuando finalmente se polimeriza en una junta de madera, queda suficiente gel para una mejor unión que con la versión fina. Al usar el gel, demasiado pegamento debilitará la unión resultante. Del mismo modo, si se aplica muy poco pegamento instantáneo, casi no quedará pegamento en la unión de la madera, lo que provocará una unión débil o nula. También hay versiones que son seguras para la espuma (el CA normal disuelve la mayoría de las espumas plásticas) que, por lo general, también se comercializan como de bajo olor . El cianoacrilato es rígido, pero tiene una baja resistencia al corte (es frágil), por lo que la flexión normal de la madera puede romper la unión en algunas aplicaciones. A menudo, se aplica demasiado adhesivo, lo que da como resultado una unión mucho más débil. El CA se ha convertido rápidamente en el adhesivo dominante utilizado por los constructores de modelos de madera de balsa, donde su resistencia supera con creces a los materiales base.
El pegamento de caseína se elabora a partir de proteínas de la leche. Se utilizaba para fabricar uniones fuertes y robustas en los primeros tiempos de la aviación y era muy común en forma de "pegamento blanco", como el Glue-All de Elmer , pero cayó en desuso debido a su susceptibilidad al ataque de bacterias.
El acetato de polivinilo (PVA), también conocido como "pegamento blanco", "pegamento para manualidades" o "pegamento escolar", no es tóxico, tiene un pH neutro, es económico y fácil de usar, por lo que es el tipo de pegamento para madera más utilizado. Las juntas deben ajustarse bien y sujetarse con abrazaderas durante el curado para lograr la máxima resistencia. Sin embargo, los PVA siguen siendo flexibles después de curarse y se deslizarán bajo una carga constante. Las juntas que se pegaron previamente con PVA pueden ser difíciles de reparar, ya que la mayoría de los pegamentos (incluido el propio PVA) no se adhieren bien al pegamento de PVA curado. Los pegamentos de PVA no son impermeables, sin embargo, los PVA de tipo 2 son resistentes al agua.
La resina alifática , también conocida como "cola de carpintero" y "cola amarilla", es un adhesivo sintético (en este caso, un compuesto alifático ) de color amarillo claro y textura cremosa que se utiliza con mayor frecuencia para unir piezas de madera. En comparación con otros adhesivos, tiene poco olor y es poco inflamable , buena fuerza de unión y resistencia moderada a la humedad. Es más resistente al calor y al agua que los pegamentos "blancos" de acetato de polivinilo , tiene una consistencia más pesada que da como resultado menos goteos y se endurece a temperaturas superiores a 50 °F (10 °C) y hasta 110 °F (43 °C), aunque se considera inadecuado para uso en exteriores. Su tiempo de fraguado más rápido que los pegamentos blancos puede dificultar su uso en proyectos complejos. Se cura en aproximadamente 24 horas y da como resultado una línea de pegamento que es translúcida, de color tostado pálido o ámbar. Antes de que se endurezca, se puede limpiar con agua del grifo (como el pegamento blanco). A diferencia del pegamento blanco, su resistencia al calor y dureza cuando se cura significa que se puede lijar, aunque no absorberá las tintas para madera aplicadas sobre él. El exceso de resina debe lijarse o eliminarse de otra manera antes de teñir. [27] Tiene menos tendencia a "deslizarse" (deslizarse durante la sujeción) que el pegamento blanco. [28] La resina alifática tiene un perfil de uso similar y una resistencia máxima relativa al PVA. Los dos pegamentos difieren en las características de agarre antes del fraguado inicial, ya que los PVA exhiben más deslizamiento durante el ensamblaje y el pegamento amarillo tiene más agarre inicial. Las marcas incluyen Titebond y Lepage .
Cemento de contacto para chapas de madera .
Pegamento caliente para usos temporales.
Varios pegamentos para madera tienen una capacidad deficiente para "rellenar huecos", lo que significa que se empapan en la madera y dejan el hueco vacío, o permanecen para rellenarlo pero tienen poca integridad estructural. Por lo tanto, los carpinteros suelen utilizar juntas ajustadas que necesitan sorprendentemente poco pegamento para sujetar piezas grandes de madera. La mayoría de los pegamentos para madera deben sujetarse con abrazaderas mientras el pegamento se seca. [8] Las resinas epoxi y algunos otros pegamentos se pueden espesar con rellenos estructurales (o con formulaciones más espesas de la resina) para ayudar a rellenar los huecos, sin embargo, es preferible tratar de minimizar los huecos en primer lugar para no enfrentar el problema.
La revista Fine Woodworking realizó una serie de pruebas para evaluar la resistencia mecánica de las uniones de madera con diferentes pegamentos: [29]
El pegamento PVA tipo I era Titebond III, un pegamento resistente al agua. El epoxi era de System Three. El pegamento PVA era pegamento para carpinteros de Elmer. El pegamento líquido para pieles era de Old Brown Glue. El pegamento caliente para pieles era de JE Moser. El poliuretano era de la marca Gorilla.