Adhesives and thermally modified wood

Abstract

A technological alternative for chemical impregnation of wood, is thermal modification, which improves wood durability and dimensional stability. The main advantage of thermal modification is that the wood produced is superior from the environmental point of view. It makes possible a responsible and sustainable use of this resource. However, thermal modification has negative effects on physical and chemical properties that affects certain uses of wood. Such is the case of physical resistance, which makes thermally modified wood not proper for some structural uses. The present work is focused on the study of physical and chemical properties associated to the surface of thermally modified wood. These properties have impact on the performance of adhesives applied on wood. Pinus taeda and Eucalyptus grandis wood, both produced in Uruguay, were heated at 200°C for 3 hours in a nitrogen atmosphere. Mass loss, pH changes and chemical modifications were studied. Furthermore, surface characterization of wood was realized by light microscopy, hygroscopicity and wettability studies. Finally, a comparative test was performed with non-modified and modified wood, with a polyurethane adhesive and an emulsion polymer isocyanate adhesive (EPI). Mass loss, as well as chemical changes, were more significant in E. grandis. However, for both species, important changes on hygroscopicity and wettability were observed. The polyurethane adhesive test was successful for P. taeda and it was concluded that there is potential to develop products with thermally modified wood and polyurethane. On the other hand, polyurethane did not achieve an acceptable degree of performance on thermally modified E. grandis. For the EPI adhesive, performance was considered not satisfactory for both species, after thermal modification.

La modificación térmica de la madera es una alternativa tecnológica a la impregnación química que permite mejorar la durabilidad y estabilidad dimensional de la madera. Como ventaja principal frente a la impregnación, la madera modificada es, desde el punto de vista ambiental, superior. Permite un uso responsable y sostenible del recurso. Sin embargo, la modificación térmica genera cambios en propiedades físicas y químicas que pueden ser negativas en algunos usos. Tal es el caso de la pérdida de resistencia física, lo que hace a esta madera modificada inapropiada para algunos usos estructurales. El presente trabajo se centra en el estudio de las propiedades físicas y químicas de la superficie de la madera térmicamente modificada. Estas propiedades tendrán importancia en el desempeño y aplicabilidad de adhesivos en madera modificada. Madera de Pinus taeda y Eucalyptus grandis, producidas en Uruguay, fueron sometidas a 200 °C en una atmósfera de nitrógeno por 3 horas. Se estudió la pérdida de masa, el cambio en el pH y las modificaciones química. Posteriormente, se realizó la caracterización de la superficie de la madera mediante microscopía óptica, estudios de higroscopicidad y humectabilidad. Finalmente, se llevó acabo el ensayo comparativo entre madera modificada y sin modificar con adhesivo de poliuretano y con adhesivo de emulsión de polímero de isocianato (EPI). La pérdida de masa, así como los cambios químicos, fueron más significativos en E. grandis. Sin embargo, para ambas especies se observaron cambios relevantes en la higroscopicidad, así como en la humectabilidad. El ensayo con adhesivo de poliuretano fue considerado exitoso para P. taeda y se concluye que existe potencial para el desarrollo de productos con poliuretano y P. taeda térmicamente modificado. Por otro lado, la madera de E. grandis modificada térmicamente no alcanzó un desempeño aceptable con este adhesivo y en las presentes condiciones de tratamiento. En cambio, para el adhesivo EPI, el desempeño fue considerado no satisfactorio para ambas especies.