4. SECADO Y PROCESOS DE TRATAMIENTO

En este capitulo vamos a tratar los procesos de secadoy de tratamiento con sustancias impregnantes, procesos queson previos a la utilización de la madera como elemento deconstrucción, en carpintería o en la elaboración demuebles. Dedicaremos finalmente un espacio a los adhesivosempleados para madera bien para la consolidación de lasfibras o partículas en los tableros correspondientes, comopara el pegado de la chapa a los tableros.

4.1 Secado de la madera.- La humedad de la maderarecién cortada puede variar enormemente desde un 200% hastaun 40%. Una vez cortada la madera comienza a secarse,siempre que no este en contacto con un suelo húmedo yprotegido de la lluvia, eventualmente secará hasta que suhumedad alcance un contenido tal que este en equilibrio conla humedad relativa del aire circundante; asi podrá ser deun 20% en un ambiente húmedo o del 6% en un clima árido. Encualquier caso por debajo del puno de saturación de lafibra, por lo que se puede esperar que se produzca algunacontracción. Cuando efectuamos un secado artificial de lamadera buscamos regular el secado con los siguientesobjetivos:

Secar la madera lo más rápidamente posible con lamínima degradación.

Secar al contenido deseado de humedad (en función desu uso) dentro de los límites fijados (p.e. +/- 2%CH).

Que la madera secada este relativamente libre detensiones internas, tensiones inevitablementeproducidas por la contracción de la misma y quepueden eliminarse por el debido acondicionamiento alfinal del secado.

Producir madera que este relativamente libre dedefectos (grietas, roturas, manchas).

Los elementos que controlan la velocidad de secado sonla humedad relativa del aire, la temperatura del aire, y elflujo de aire sobre la superficie de la madera. En el

secadero, dichos factores se pueden controlar y regular demejor manera, por lo que se necesitaran tiempos más cortos,menor espacio para el secado y además la madera estaráexpuesta durante menos tiempo al ataque de hongos y otrasespecies. El secado de la madera es un proceso que transcurre endos pasos:

La migración de la humedad desde el interior hasta lasuperficie.

La evaporación de la humedad de la superficie en lacorriente de aire.

En lineas generales las condiciones del secadero seajustan para asegurar que la velocidad de evaporación en lasuperficie no sea mucho mayor, que la velocidad a que dichahumedad llega a la superficie. Si la evaporaciónsuperficial fuera demasiado rápida se produciría un altogradiente de humedad en la madera lo que provocaríatensiones, que si superan la resistencia tensil transversalpodría producir grietas y roturas.

4.1.1 Elementos del Secado.- La humedad relativa del airese define como el cociente entre la presión de vapor deagua en un volumen dado de aire y la presión de saturacióndel vapor. Humedad absoluta sería el contenido en vapor deagua en un volumen de aire (expresado en gramos de vapor deagua/ m3 de aire). La diferencia entre la humedad absolutay la humedad absoluta de saturación nos da una indicaciónde la cantidad máxima de vapor de agua que puede absorberun determinado volumen de aire a una humedad relativadeterminada. También la humedad de la madera en equilibrio,depende de la humedad relativa ambiente y de latemperatura. La Temperatura influye en la velocidad de secado devarios modos. La razón principal es que incrementa lavelocidad de transferencia de la humedad desde el interiorde la madera a su superficie, ya que incrementanotablemente la velocidad de difusión del agua a través dela pared celular, ese incremento es similar al queexperimenta la presión de vapor al aumentar la temperatura. También aumenta la capacidad de absorción de la humedadpor la corriente de aire, por lo que se necesitará un menor

volumen de aire caliente para secar una determinadacantidad de madera menor que con un aire más frío aigualdad del resto de condiciones. También una mayortemperatura ambiente disminuye ligeramente la cantidad deenergía necesaria para evaporar el agua. El Flujo de Aire juega dos papeles, como medio detransporte del calor y como medio que absorbe la humedadque evapora. El tiempo de secado de la madera y la calidadde la misma depende de la velocidad del aire y de sudistribución uniforme. Si la velocidad es excesiva el airepasará a través de la pila de madera recogiendo sólo partede la humedad que es capaz de absorber. Por el contrario sila velocidad es muy lenta el aire se satura de humedad, conlo que pierde capacidad de absorción y se ralentiza elsecado de las partes de la pila, que secaran muylentamente. En maderas muy permeables, sobre todo alprincipio, la capacidad de evaporación es doble alprincipio de la pila que al final, puede ser conveniente elcambiar el sentido de la circulación cada 4 horas paramitigar el stress de secado. Con especies impermeables de lento secado velocidadesde aire de 1.5 – 2 metros/sg pueden ser suficiente para queel contenido en humedad de la superficie, caiga en pocosminutos por debajo del Punto de Saturación de Fibra (PSF),por lo que ahora el secado viene regulado por la lentadifusión de la humedad desde el centro de la madera hastala superficie, siendo menos importante la velocidad deevaporación. En el caso de especies permeables de rápido secadopueden utilizarse velocidades de 5 – 15 metros/sg atemperaturas altas (> 100ºC). De esta manera al acelerar latemperatura el coeficiente de difusión, se puedeaprovechar una alta transferencia de masa para laevaporación.

4.1.2 Temperatura Superficial.- Inicialmente la temperaturasuperficial, mientras está húmeda, permanece constanteindependientemente de la temperatura del aire y sólodepende de la humedad relativa del aire. De modo análogo altermómetro de bulbo húmedo, utilizado para medir humedadrelativa en combinación con el termómetro de bulbo seco, el

calor aportado por el aire es empleado en evaporar no encalentar. Únicamente cuando el aporte de humedad procedente delinterior no es suficiente para mantener la superficiehúmeda, es cuando esta empieza a secarse, su humedad caepor debajo del PSF y la temperatura superficial comienza aelevarse. Esto disminuye la diferencia de temperatura conel aire circundante y por tanto disminuye la velocidad detransferencia de calor y el secado procede más lentamente.Eventualmente, como el contenido en humedad de lasuperficie se aproxime al de equilibrio con la temperaturadel aire la velocidad de evaporación tiende a cero. En resumen: la temperatura superficial de la maderaesta determinada por el efecto de enfriamiento porevaporación, que hace que alcance el valor del termómetrohúmedo cuando la superficie está húmeda y evoluciona hastael valor del termómetro seco cuando se alcanza el PSF y lamadera se aproxima al valor de equilibrio de la humedad.Con maderas impermeables la temperatura sube rápidamente alvalor del termómetro seco ya que el flujo de humedad desdeel interior no es suficiente para mantener la superficiehúmeda.

4.1.3 El movimiento del agua a través de la madera.- Elproceso de secado es muy complejo, por una parte cada tipode madera es especial y tiene un comportamiento diferente,por otra parte la posición de la madera en la pila desecado también tiene influencia, como hemos citadoanteriormente. El objetivo final del secado es minimizarlas diferencias entre el contenido final de humedad de lasdiferentes maderas sin excesiva degradación y en un tiemporazonable. El movimiento de fluidos (gases o líquidos) a través dela madera esta complicado por el hecho de que un sistemacapilar está interconectado por pequeñas aberturas o poros(pits).El recorrido favorecido para el movimiento del fluidovaría de acuerdo con la naturaleza del fluido, la fuerzaimpulsora (gradiente de presión, gradiente concentración,etc.), así como de las variaciones en la estructura de lamadera.

Hemos de distinguir entre Porosidad y Permeabilidad. Laporosidad está relacionada con la proporción de espaciolibre en un material. Una madera de densidad baja o unaespuma celular es porosa en tanto en cuanto contiene ungran espacio vacío. La permeabilidad se define comofacilidad de flujo a su través. Si las células (o poros)están conectadas entonces el fluido podrá escapar cuando sele comprima (esponja). Un material poroso e impermeable,donde las células estén cerradas, entonces el fluido sólopodrá escapar por rotura de las paredes de la célula.Maderas que tengan la misma porosidad (reflejada endensidad similar) pueden tener permeabilidades muydiferentes. El tamaño de las aberturas que conectan lasdistintas células determina el grado de permeabilidad deacuerdo a la ley de Poiseuille.

donde (p1 – p2) es la caída de presión a lo largo de ladistancia L y la viscosidad. La ecuación anterior nosindica que disminuyendo a la mitad el radio resultará en unflujo 16 veces menor. En términos de permeabilidad el flujolongitudinal de los fluidos en la albura de Resinosastranscurre exclusivamente a lo largo de las traqueidas, queestán comunicadas a través de aberturas en el poro (pit). La estructura del poro de comunicación (pit) es algocompleja. En realidad está constituido por una pequeñacámara entre dos bordes que lo envuelven, en el centro dedicha cámara se encuentra la membrana. Esta está compuestapor un retículo similar a una tela de araña (margo), conuna área central de más espesor (toro). En el árbol estosporos protegen la continuidad de la corriente ascendente desavia. Allí donde la corriente de savia se interrumpe, lapresión diferencial en el menisco de la savia fuerza a lamembrana del poro hacia los bordes del poro y el toro sellala apertura del poro, aislando estas células que contienenvapor de la columna conductora de savia, este proceso seconoce como Aspiración. En la madera verde, la mayoría de los poros permaneceninaspirados (> 85-95%), pero en la madera una vez secamenos del 10% de los poros permanece inaspirados en lamadera temprana, y alrededor del 50% en la tardía o estival(la diferencia se debe a la diferente estructura en los

poros, en la tardía la membrana central esta más separadade los bordes). Una vez que el poro ha sido aspirado,continua así, por lo que la permeabilidad en la alburaesta muy reducida. El contenido en humedad del duramen es sólo ligeramentesuperior que el PSF, por lo que la mayoría de los poros enel duramen están aspirados. Además dichos poros estántambién obstruidos por extractivos en mayor o menorextensión. Como consecuencia el duramen es impermeable. Como en el caso del árbol este tiene poca necesidad dedistribución lateral de la savia es comprensible que lapermeabilidad transversal sea sólo un 0.01% de la que seproduce en la dirección de la veta, En el caso deabundantes radios leñosos, la permeabilidad radial puedeser más importante que la tangencial. En el caso de las Frondosas la resistencia al flujo sedebe a los poros intervasculares entre vasos contiguos. Enel caso de frondosas con poros difusos los vasos son delongitud limitada y el paso a través de los poros (pits)debe de ser eficiente. Así se ha encontrado que lasaberturas medias de dichos poros son de 90 nm frente a los30 nm de las resinosas. Las Tilosas, recordemos que sonintrusiones esféricas o angulares que se forman en elinterior de los vasos de algunas especies y que obturan elvaso; por tanto incrementan notablemente la resistencia alflujo entre vasos. Esto explica la baja permeabilidad delRoble blanco Quercus alba, utilizado en los barriles dewhisky. Las Tilosas se encuentran en el duramen y puedenformarse en la albura durante el secado de algunasfrondosas. Las especies que no forman Tilosas normalmente,pueden hacerlo como respuesta a algún daño. Además talesespecies pueden sellar cavidades por la secreción de gomaso resinas. La permeabilidad tangencial y radial es como enel caso anterior mucho más baja que la longitudinal. La permeabilidad entre especies puede variarnotablemente asi del orden de 10-10 m2 para el roble blanco,10-12 para el arce, pino, abeto Douglas, 10-13 para picea ocedro. Los valores anteriores son para albura, en el casodel duramen los valores caen a 10-14 – 10-16 m2. Difusión a través de la madera: Para maderas permeableshay un contenido en humedad (CH) crítico que suele

aparecer en torno del 50 – 60%, por debajo del cual ladifusión se impone sobre la permeabilidad como proceso demigración de la humedad predominante. En ese momento aunquehay numerosas células (traqueidas) conteniendo agua en suinterior, suelen estar en grupos aislados, por lo que nohay continuidad hidráulica, por lo que no es posible elflujo continuo a la superficie. En este punto el frente deevaporación o línea húmeda comienza a moverse hacia elinterior de su posición inicial cercana a la superficie. Con maderas impermeables – y en el duramen – elsuministro de humedad procedente del interior no puedecompensar adecuadamente la evaporación, por tanto lahumedad superficial cae rápidamente por debajo del PSF y elfrente de evaporación comienza a retrasarse hacia elinterior de la madera. Anteriormente hemos visto el flujo del agua a través deconducciones capilares cuando se aplicaba un gradiente depresión. Ahora bien el agua y otras moléculas pequeñaspueden migrar a través de las paredes celulares hinchadasaunque la madera sea impermeable y no haya gradiente depresión. A este proceso lo denominamos Difusión. Lavelocidad de dicho proceso es el producto de un coeficientede difusión (D) y una fuerza impulsora. Esta fuerzaimpulsora es el gradiente de concentración o másestrictamente el potencial químico. La difusión es unproceso molecular que dirige el movimiento aleatorio de lasmoléculas individuales. Los mismos recorridos están disponibles tanto para elagua líquida dirigida por gradiente de presión como para ladifusión de moléculas de agua, la razón para la mayorfacilidad de esta ultima estriba en el hecho de que lavelocidad de difusión a través de un capilar de radio R esproporcional al área, R2, mientras que para la conducciónde agua lo era a R4, por lo que ahora los capilarespequeños aportan una mayor proporción a la difusión que ala permeabilidad. Además, la difusión de las moléculas de agua a travésde las paredes celulares hinchadas es de mayor importanciaque la difusión a través de los poros (pits), simplementeporque el área total ocupada por las aberturas en lamembrana de los poros es pequeña con el área disponiblepara la difusión en la pared celular.

En la ecuación de Fick para la difusión las moléculasde agua se difunden individualmente de una región de altocontenido en humedad a otra de bajo igualando loscontenidos de humedad. En condiciones estacionarias lavelocidad de difusión (J) es:

donde M1 y M2 son los contenidos en humedad (M1 > M2) enambos lados de madera de espesor x y A el área de lasección a través de la cual se produce la difusión. El coeficiente de difusión es sensible al contenido enhumedad siendo mayor cuanto más alto es el contenido enhumedad (CH). Con contenidos bajos en humedad (< 5%) lamayoría de las moléculas de agua están enlazadas porpuentes de H con los grupos hidroxilo de la pared celular yestán retenidas muy fuertemente, por lo que requierenconsiderable energía térmica para romper los enlaces de H ytener movilidad, lo que se refleja en un coeficiente dedifusión bajo. A medida que aumenta el CH en la paredcelular la pared celular se hincha acumulándose el agua ensu interior en multicapas que están menos fuertementeadsorbidas. En el PSF la movilidad de las moléculas deagua se aproxima a la del agua libre. La temperatura tiene una influencia crucial en elsecado. La principal razón es que el coeficiente dedifusión se incrementa al hacerlo la temperatura. Ladifusión juega un papel importante en el secado de maderasimpermeables a cualquier CH, mientras que para las maderaspermeables juega el papel más importante por debajo de lcontenido de humedad crítica (50-60%). Elevar latemperatura de 25 a 100ºC incrementa 37 veces la velocidadde difusión, así un mes de secado al aire equivale a un díaen estufa a 100ºC. La velocidad de difusión se incrementacon la temperatura de modo paralelo a la subida de lapresión de saturación del vapor de agua, que pasa de 2.3 kNm-2 a 20ºC, 20 kN m-2 a 60ºC y 101 kN m-2 a 100ºC. Maderas permeables e impermeables deben de secar a lamisma velocidad por debajo del PSF, ya que entonces elmecanismo que predomina es el de difusión y no el depermeación por el sistema capilar. El comportamiento de

tableros que mezclan duramen y albura es más complejo yaque al principio hay una interfaz evaporativa cerca de lasuperficie de la albura y otra en el interior en la zonalimite entre duramen y albura. En el caso de que el duramense encuentre en una de las caras del tablón, el flujo sólose moverá en la dirección de la albura y el efecto es queel tablón parecerá tener un espesor doble. Como las células de la pared ofrecen más resistencia ala difusión que los lúmenes, es evidente que será másrápida longitudinalmente que transversalmente la difusión,esta ultima esta determinada básicamente por el coeficientede difusión de la humedad a través de la madera y por elespesor de pared celular atravesada por unidad dedistancia,es decir la densidad básica de la madera. Cuando la maderaesta verde el coeficiente de difusión del vapor de agua enel lumen es unas 10 veces superior que la de la adsorbidaen la pared celular, pero cuando la madera está seca (un5%) entonces es unas 1000 veces superior a la de la paredcelular, ya que en esta ultima el agua esta fuertementeenlazada.

4.1.4 Ambiente de Secado Externo.- Un secadero es enesencia una cámara alargada provista de un techo, conventiladores que proporcionan aire circulante, resistenciaeléctrica para calentar el aire, un baño de agua paramantener la humedad. La humedad se puede controlarrecirculando todo o parte del aire húmedo. Cuando se secan especies permeables la productividaddel secadero se incrementa linealmente con la velocidad dela corriente de aire, en tanto en cuanto las condicionesambientales controlen la velocidad de secado. El flujoóptimo está justo por debajo del valor al que lapermeabilidad es el factor limitante y que a su vez dependede la temperatura. Temperaturas más altas de secadopermiten flujos de aire más altos y por tanto mayorproductividad y costos más bajos. Consecuencias no deseadascomo la aparición de manchas marrones, fendas o grietaspueden limitar la temperatura a utilizar dependiendo de lamadera y el uso a que se destine.

Cuando se secan especies impermeables las condicionesexternas del secado son las que imponen el perfil delcontenido en humedad cerca de la superficie de la madera.Estos perfiles influencia el desarrollo de tensiones en lamadera, la severidad de los cuales restringe la severidadde los programas de secado a aplicar. Al inicio es deseableuna humedad relativamente alta, consiguiéndose menoscontracción superficial, menores tensiones diferenciales ymenos degradación. Otros factores a tener en cuenta son la adecuadadirección del flujo de aire hacia la madera a secar,evitando remolinos. Posibilidad en determinados casos deinvertir el sentido del movimiento, ya que hay que tener encuenta que el flujo de aire a medida que avanza por la pilade madera pierde temperatura y aumenta su contenido enhumedad, por lo que pierde capacidad de absorción de lahumedad. Aunque los tableros se encuentran en contactoíntimo, pueden producirse por contracción pequeñasseparaciones (del orden de un mm), en las cuales puedenproducirse vértices, turbulencias que impiden el adecuadosecado de las mismas. Como consecuencia de todo lo anterior algunos tablonesno alcanzan el punto final de secado. Extendiendo meramenteel tiempo de secado no resolvemos el problema de una maladistribución de la corriente de aire y secado no uniforme;esto es especialmente cierto secando especies permeables avelocidad de aire inferiores a 3.5 m s-1. Especial cuidado se tiene que tener para evitar odisminuir la aparición de tensiones en el interior de lamadera producidas por gradientes de humedad en el interiorde la misma, generados por una rapidez de secadoexcesivamente alta. Como las tensiones producidas dependen de lossiguientes factores se habrá de tenerlos en cuenta a lahora de proceder al secado:

Velocidad de secado, que depende de la temperaturadel aire y del gradiente de secado.

El espesor de las piezas, a mayor espesor mayor seráel gradiente entre el interior y el exterior de lamadera.

Del tipo de madera, ya hemos dicho que la difusiónera mayor en las coníferas que en las frondosas.

De la densidad de la madera, ya que es un índice dela cantidad de pared celular. Cuanto más densa, máspared celular, más lentitud de cambio de humedad ypor tanto mayor gradiente de humedad y por tanto detensiones.

El coeficiente de contracción volumétrica, ya que amayor valor de dicho coeficiente, mayor será latendencia a mermar y por tanto mayores las tensionesproducidas.

De la relación entre los coeficientes de contracciónen dirección tangencial y radial.

De la resistencia de la madera. Cuanto menosresistente sea la madera a los esfuerzos de tracciónperpendicular a la fibra, menores serán las tensionespermisibles.

Dirección del secado de la madera, se debe de evitarel secado en dirección axial, ya que al ser lasfibras longitudinales y estar comunicadas endirección axial, el secado en esa direccióntranscurre muy rápidamente, para ello se debe deprocurar que el aire circule en direccióntransversal.

Otros factores a tener en cuenta:

Cementado: Cuando el interior de la pieza de lahumedad baja su humedad del 30% comienza a contraerse,llevando consigo un cambio de la distribución de lastensiones, de forma que el exterior ya mermado essometido a compresión, al intentar el interiorcontraerse. Esta tensión de compresión de lasuperficie impide la salida del agua de la madera, porlo que resulta conveniente humedecer la superficie dela madera, evitando esa tensión de compresión. Dichohumedecimiento conviene hacerlo cuando la madera estaen torno al 20% de humedad.

Colapso: Algunas especies tales como el eucalipto, elnogal u otras que tienen paredes celularesrelativamente delgadas, poseen un alto riesgo decolapso en la primera etapa del secado. Para evitarloes conveniente no elevar en demasía la temperaturadurante esa primera fase, para posibilitar que le

vacío dejado por el agua al salir del lúmen celularsea ocupado por aire.

4.1.5 Métodos de Secado.- Los factores externos quedeterminan la velocidad de secado de la madera son: humedadrelativa y velocidad del aire temperatura y presiónatmosférica. Así de la combinación de estos factores surgenlos distintos tipos de secado.

Secado al aire libre: Se puede emplear para la maderade más baja calidad. También para piezas de exterior que norequieran un bajo grado de humedad. En algunos casos elsecado al aire puede ser un precursor del secado ensecadero para muchas especies valiosas, impermeables o contendencia al colapso. En este caso no hay control sobre los elementosexternos por lo que el tiempo de secado es muy variabledependiendo de la localización, estación del año yespecies. De un modo amplio tablones de 25 mm. de frondosasse secan en 50 – 200 dias y de coníferas en 30 – 150 días,dependiendo de la época del año. Evidentemente el secado esmás rápido en primavera y principio del verano que haciael final de verano u otoño. El proceso se basa en favorecer la circulación de aire.Pare ello la madera debe de apilarse de tal modo que losvientos dominantes la atraviesen perpendicularmente, aunquehay que tener la precaución que si estos vientos fueran muyintensos podrían, secar excesivamente las partes a favordel viento, en esos casos puede ser conveniente colocarlosde modo que el viento los atraviese de forma paralela a lasfilas, aunque en la mayoría de los casos la dirección delviento es lo suficientemente variable para evitarlo.Además deben de separarse convenientemente los diferentespisos de tablas para asegurar el movimiento vertical delaire entre las maderas, para ello se separan las capas demadera con unas cuñas de 15-25 mm de espesor y 20-50 mm deancho. La distancia a la que se colocan depende de laespecie de madera y de su espesor. Pueden estar colocadas a300 mm. en el caso de maderas con tendencia a arquearse o600 mm. en el caso de maderas con poca tendencia a arquear.Es conveniente que las cuñas sean de duramen, estén bien

curadas o tratadas con un protector. Cuñas bien alineadas yuniformes mantienen la madera plana y minimizan arqueo. A medida que el aire va recogiendo humedad de la maderase enfría. El aire frío y húmedo es más denso que el airede los alrededores por lo que tiende a ir hacia abajo, deeste modo la parte inferior de la pila seca más lentamenteque la superior. Asi es conveniente que las pilas de maderareposen sobre fundamentos firmes 0.5 metros por encima delsuelo. Las pilas suelen tener no más de dos metros de anchoy la altura no suele ser superior a tres veces la anchura. La madera debe de seleccionarse por calidad, espesor ylongitud antes del apilado. Si la madera tiene tendenciadegradarse se puede reducir el espesor de las cuñas a unos15 mm. a fin de disminuir el flujo de aire en el interior. Donde la separación (splitting) terminal sea unproblema – debido al rápido secado del grano terminal – sepuede disminuir colocando gruesas cuñas pegadas al extremode la pila y con especies valiosas de secado lento,recubriendo los extremos con un sellador. Las emulsiones decera reducen la velocidad de evaporación del grano terminaly disminuyen splitting terminal. Las capas superiores pueden experimentar unadegradación más severa ya que están expuestos al Sol y a lalluvia. La madera permeable absorbe el agua de lluvia poracción capilar con mucha mayor rapidez que aquella con laque evaporará después. Por tanto un breve periodo de lluviaretarda el secado y crea condiciones para la pudricióndurante algún tiempo. También la madera situada en la partesuperior tiene más tendencia a la deformación ya que notiene mucho peso encima. Utilizar en la parte superiormadera de menor calidad o mejor aún cubrir la partesuperior mejora notablemente la calidad del secado.

Secaderos de aire forzado (presecado): Estos requierensimplemente un techo y ventiladores para hacer circular elaire (1 – 2 m/sg). Un sistema automático apaga elventilador cuando la humedad relativa excede del 85-90%, yaque entonces el aire no absorbe humedad, o cuando lahumedad relativa cae por bajo del 40% y es probable laaparición de rotura superficial. Un sistema más eficaz consiste en precalentar el aire10 – 20ºC por encima de la temperatura ambiente esto

incrementa la capacidad de absorción del aire y aseguracondiciones de secado durante el invierno. Otras versionesalgo más complejas reciclan el aire caliente en un espaciocerrado, actuando como secaderos de baja temperatura. Estaoperación tiene su atractivo por su bajo costo, allí dondeinviernos húmedos ralentizan el secado. Ya que las condiciones de secado son suaves, comparadocon un secadero por calor, hay menos dificultad en combinarespecies o tamaños de maderas. También se pueden conseguirahorros significativos con frondosas de calidad de lentosecado, los ahorros son tanto en tiempo como en degradaciónreducida. Estas maderas pueden ser presecadas hasta el PSFsiendo posteriormente secadas con calor.

Secado por calor (kiln): Aunque maderas con tendenciaal colapso y/o impermeables pueden requerir un largo tiempode secado hay una fuerte tendencia a la inversión en secadorápido y controlado con secaderos por calor. El secado porcalor requiere habilidad técnica y una fuerte inversión,sin embargo tiene importantes ventajas. El secado es mucho más rápido. Muchas Frondosas puedensecarse en tres semanas o menos, aunque algunas especiesimpermeables deban de ser presecadas previamente. Lamayoría de las Coníferas pueden secarse en menos de unasemana, y algunas en cuestión de horas si se pueden aplicarprogramas de alta temperatura. La operación es muy flexibleya que el secado es independiente de las condicionesambientales. El secado por calor es esencial para conseguir bajoscontenidos en humedad de la madera (< 15 – 18%). Recordemosque la madera para exterior en zona templada se requiere a10 – 12% de CH y en interior de 6 – 8%. Permite un control preciso de los elementos de secadolo que minimiza la cantidad de degradación de la misma(distorsión, rotura, etc.)

Secaderos Solares: El uso de energía solar para secarmateriales es tan antiguo como la civilización, secaracteriza por ser “libre” (aunque hay costos para surecolección y uso), disponibilidad en localizacionesremotas y bajo impacto ambiental. Los inconvenientesincluyen su naturaleza intermitente, dependencia del

tiempo, estación y clima, y el relativamente bajo flujo deenergía. La insolación solar media en una superficiehorizontal es de 3.82 Kwh./m2/dia, con un flujo máximo de 1Kw. /m2. En un estudio realizado en 1979 con 35 secaderossolares distribuidos entre las latitudes 0 y 50º, parecióencontrarse que su eficacia era similar al secado aire. Seclasifican en dos grandes grupos:

Secadero Tipo Invernadero: El colector solar seencuentra en la misma cámara que la madera. Puedetener ventilación forzada o natural, lacirculación puede ser modificada manual oautomáticamente, en función de las condiciones dehumedad, temperatura y luz solar, si techos,paredes y suelos están aislados o protegidos parareducir pérdidas de calor.

Secaderos de Colector Externo: En este caso elcolector está en una estructura separada que seconecta al secadero por conductos aislados.

El modelo invernadero parece ser más popular,posiblemente por su simplicidad que permite lo use personalsin experiencia.

Secado por Radio Frecuencia Microondas: Se considerasecado por radio frecuencia cuando se trabaja confrecuencias en el rango 1 – 100 MHz, mientras que lasfrecuencias para el microondas van de 300 MHz a 300 GHz. La considerable ventaja de estos sistemas es que lapenetración y dispersión de la energía de secado evita laformación de grandes gradientes de humedad, asociados conel secado convencional. En la práctica la temperatura esmás alta en el interior de la madera que en su superficie,es decir donde la humedad es más alta. Las moléculas de agua son bipolares y en presencia deun campo magnético tiende a orientarse con respecto a él,si este campo es variable este movimiento variable setransforma en energía térmica. La energía desarrollada porunidad de volumen es proporcional a la constantedieléctrica, que en el caso del agua es de un orden demagnitud superior al del material que le rodea y porconsiguiente la constante dieléctrica media sonaproximadamente proporcionales al contenido en humedad

hasta un valor crítico en torno al 20 – 30%. Asi puesMicroondas y Radio Frecuencia calentarán y secaranpreferentemente las áreas más húmedas lo que resulta en uncontenido en humedad más uniforme. Es necesario limitar lasubida de temperatura en el núcleo húmedo de los tableros,ya que la energía se absorbe preferentemente en el centrohúmedo del mismo. Este método de secado se puede utilizar para aumentarla velocidad de secado al vacío. En este caso es difícil latransmisión de calor por convección, cuando se aplicaenergía por radiación no sólo calienta el tablero porentero sino que genera un gradiente de presión – junto conun gradiente de temperatura – desde el centro hacia lasuperficie, además al trabajar a bajas presiones el aguaevapora por debajo de 100ºC. Este es un sistema muyatractivo para el secado de frondosas valiosas, verdes y desecado lento, que tengan tendencia al colapso por encima de35 – 40ºC. Además en estos casos la energía aportada espequeña, ya que es necesario limitar la subida detemperatura en el interior del tablero. Este sistema de secado permite acortar bastante lostiempos de secado, aunque el coste de la inversión es alto.Según algunos autores, estos sistemas son económicamenterentables si el tiempo de secado se baja a la cuarta parte. Como el coste de secado por unidad de volumen empleandoun microondas viene influenciado principalmente por lahumedad inicial y la densidad, mientras que para el secadoconvencional va a depender de la duración del ciclo desecado, así pues el secado por radiofrecuencia/microondasserá interesante cuando se parta de maderas con bajahumedad inicial (40 – 50%), que tengan problemas dedegradación en un secado convencional o que sean especiesvaliosas (con lo que diferencias de secado entre tablerossean importantes), será entonces aconsejable. Una utilización diferente de microondas se ha utilizadopara cambiar la estructura de la madera. Empleandomicroondas de alta energía con madera verde o parcialmenteverde se genera una alta presión de vapor que rompe ymodifica selectivamente las células de la madera, creandocaminos para el movimiento de líquidos a través del tejidoradial en pino, y microgrietas en las interfasesradio/fibra. Resultando en una permeabilidad longitudinal y

radial se incrementa cientos de veces, lo que facilita laimpregnación posterior tanto con preservativos, resinas,etc.

Secado por Ultrasonidos: Se han hecho ensayos parasecar con esta técnica, especies difíciles como elEucalipto Australiano, para evitar el colapso durante elsecado. Los Ultrasonidos se han empleado solos o bien encombinación con vacío o secado IR. Sin embargo los altoscostos asociados con esta tecnología dificultan su empleo.

Deshumidificadores y Bombas de Calor: Están basados enla circulación sobre la madera de un aire con bajacontenido en humedad, la mayoría opera a 40 – 50ºC aunquealgunos pueden llegar a 80ºC. El aire caliente y húmedoprocedente de las pilas de madera pasa por un condensadordonde se enfría, con un líquido refrigerante, por debajodel punto de rocío, con lo que condensa el vapor de agua.El aire frío pasa entonces a una cámara donde se calientey es conducido nuevamente a las pilas de madera. Estasinstalaciones requieren mejor aislamiento para evitarpérdida de calor y aire seco. Como ventajas: es un sistema que produce menos daño ala madera produciendo tableros de más calidad; es másfavorable energéticamente, evita emisiones volátiles,recuperación de agua. Entre sus inconvenientes: operan máseficientemente a altas humedades, por lo que se alargan lostiempos de secado, a humedades bajas el secado es muy lentoy además se pierde parte del calor. Como resumen, este sistema es apropiado para frondosaslentas de secado y proclives a colapso y grietas, que debande secarse a bajas temperaturas. Estas podrían secarse entorno a 15 días hasta el 20% de CH.

4.1.6 Programa de Secado Convencional.- No es una buenapráctica el mezclar especies o tamaños diferentes detablón, ya que el programa debe de ajustarse a la especiede secado más lento o demás tendencia a degradarse, lo quelimita la velocidad de secado. Para producto procedente deplantación se preselecciona por dimensión, grado, albura,duramen, etc., siendo secado cada grupo con su programaespecífico.

De algún modo, el secadero mantiene una humedadrelativamente alta a fin de ralentizar la velocidad deevaporación, particularmente en los inicios del secado ycon especies impermeables, de esta manera se produce menorcontracción superficial y menores tensiones que provocaríangrietas. El operador del secadero selecciona el programaapropiado y ajusta la temperatura y humedad cuando seanecesario manejando los calefactores (calor seco) y lasválvulas de pulverización (vapor), con ajuste ocasional delas válvulas de salida o entrada de aire exterior con loque intercambia aire caliente y húmedo del interior porfrío y seco del exterior. Al principio y mientras elsecadero se caliente puede ser necesario aportar vapor deagua para mantener una humedad alta, pero a medida que lahumedad de la madera va evaporando la humedad puede subirpor encima de la establecida y se debe de abrir la válvulapara que salga al exterior parte del aire húmedo ycaliente. El ajuste (automático o manual) se ejerce por elcontrol de la temperatura seca (temperatura del aire) y deltermómetro húmedo, que nos da una indicación de la humedadrelativa. Especial cuidado se debe de tener en el controlde esta última, si la diferencia de temperatura esdemasiado grande, la velocidad de secado puede ser excesivay provocar daños. La madera de Pino como la de Pinus radiata es permeable ypodría secarse rápidamente. Sin embargo sus poros sufriríanaspiración y quedarían cerrados, con lo que si conposterioridad experimentará un proceso de impregnación apresión con un preservativo al agua, la secar estetendríamos que utilizar un programa de secado más suave.

Calentamiento: Inicialmente la madera debe decalentarse en toda su sección hasta que comience el secado.Para ello se mantiene la temperatura húmeda próxima (-2ºC)a la del termómetro seco, lo que implica una humedad alta.Si esta fuera baja aparecerían tensiones debido a una bajahumedad de aire y baja velocidad de difusión (baja T en elinterior de la madera). Si la humedad fuera excesivamentealta podría condensar agua. Una vez que la temperatura delaire alcanza la temperatura de operación, la madera

comienza a calentarse pudiendo estimarse la velocidad decalentamiento en 10 mm. de espesor por hora. Estecalentamiento inicial permite liberar tensiones en lamadera especialmente si ha sido parcialmente secada alaire. Una vez caliente la madera uniformemente se puede bajarla temperatura húmeda de modo que la humedad relativa baje,de esta manera se aumenta la velocidad de secado, de estamanera la madera alcanza un CH en equilibrio con la humedady temperatura ambiente. Tanto la temperatura del aire como la humedad relativadependen del contenido de humedad inicial de la madera, asisi esta es alta menor será la temperatura de el aire ymayor la humedad relativa. También influye el que lasmaderas sean de rápido o de lento secado (en este ultimocaso las temperaturas deberán de ser menores y lashumedades relativas más altas). Dichas condiciones se pueden mantener durante todo eltiempo de secado o bien a medida que disminuye la humedadde la madera se puede incrementar la temperatura y bajarla humedad relativa, de modo que se acelere el secado.

Igualación y acondicionamiento: Si el programa desecado fuera demasiado largo, se podría secar la carga másde lo deseado. Ciertamente cuando se secan frondosasrefractarias es aconsejable esperar hasta que la mayoría dela madera haya secado por debajo del límite especificadodel CH, a fin de asegurarnos de que no existe una cantidadexcesiva de material húmedo. Cuando las piezas más secasestén un 3% en CH más bajo, que el CH deseado, debe dedetenerse el programa de secado. Suponiendo que dicho valorfuera un 10%, las más secas tendrían 7% y las más húmedasen torno al 13%. Para reducir dicha diferencia se sube algola temperatura húmeda, es decir la humedad relativa de modoque la humedad en equilibrio de la madera con las nuevascondiciones sea precisamente del 7%, de esta manera laspiezas más húmedas seguirás secando, aunque más lentamente;pero las más secas (del 7%) no lo harán. En el caso de que las muestras más húmedas caigan al10% de humedad se puede subir la humedad incrementado lahumedad relativa a condiciones tales que el contenido enhumedad en equilibrio sea del 13%. Los periodos de

igualación y acondicionamiento reducen la variabilidad deCH entre diferentes tablones, asi como reduce gradientes dehumedad dentro de los mismos (+/- 2% CH), también liberantensiones que pudieran haberse producido durante el secado.

Enfriamiento y Almacenaje: Si la madera fuera sacadainmediatamente del secadero, al estar caliente calentaríael aire exterior que bajaría notablemente su humedadrelativa, de esta manera la madera sufriría un secadoulterior y un riesgo de grietas en la superficie de lostableros. Para los mejores grados de madera y apagado elcalor la madera se enfrió manteniendo constante ladiferencia de temperaturas entre el bulbo seco y el húmedosea constante (5º), hasta que la temperatura final esteunos 15-20ºC que la del exterior, entonces se pueden sacarsin riesgo del secadero. Una vez seca la madera debe de ser apilada en bloques(sin cuñas interiores) y envueltas con una cubierta deplástico.

Control del Secadero: El secado es un compromiso entrelo ideal y lo práctico. Los problemas aparecen si aparecengrandes gradientes de humedad por un secado muy rápido,especialmente en maderas impermeables. Esto es más críticoen los estadios iniciales del secado, por lo que se poneénfasis en bajas temperaturas y altas humedades al inicio.Una vez pasado dicho estadio se pueden imponer condicionesmás severas. Los programas tradicionales de secado resultan en unavelocidad de secado que disminuye con el tiempo, que sólopuede ser parcialmente contrarrestada incrementando latemperatura y disminuyendo la humedad relativa a medida queel proceso prosigue. Los procesos modernos de controlpueden ajustarse continuamente asegurando una velocidad másconstante de transferencia de calor y evaporación. Estotambién evita cualquier “shock” que un cambio abrupto decondiciones podría provocar en la madera.

Secado a Temperaturas superiores a 100ºC: El secado aaltas temperaturas difiere del secado normal con calor aque hay una ligera presión de vapor en cuanto latemperatura supera los 100 ºC. En las maderas permeables

esto genera un flujo de vapor de agua desde la línea húmedahasta la superficie de la madera y por tanto el movimientodel vapor de agua no esta controlado por la difusión. Los secados a lata temperatura operan con unatemperatura seca de 120 – 140ºC y una temperatura húmeda de70 – 85ºC, es decir muy bajas humedades relativas, utilizanvelocidades altas de ventilador /10 – 15 m/sg). Las cuñasson más anchas, hasta 45 mm ya que la madera es más blandaa altas temperaturas y las cuñas se podrían marcar en lamadera. Tienen también más espesor 25 – 32 mm. lo quefacilita el flujo de aire y la transferencia de calor. Conconíferas permeables el secado de piezas de 50 mm. deespesor puede completarse en menos de 24 horas, mientrasque con un secado convencional tardaría 5 – 7 días.Trabajar a altas temperaturas puede implicar unacondicionamiento previo a 100ºC y con vapor durante 2 – 4horas para minimizar degradación. Los problemas asociados con este sistema, aparte de queesta limitado a determinadas especies, es la dificultad dealcanzar un contenido en humedad uniforme, la madera sufredecoloraciones u oscurecimientos, y su resistencia mecánicadisminuye ligeramente. También se puede producir alabeo almenos de que haya suficiente peso sobre las pilas paraevitarlo.

4.1.7 Defectos del Secado.- Aparte del manchado,virtualmente todos los defectos durante elacondicionamiento son debidos a contracción o contraccióndiferencial. Siendo los gradientes de humedad los queoriginan la mayoría de defectos.

Manchado (Staining): el más frecuente es el azuleo,para minimizar la mancha en la albura y controlar el ataquepor hongos hay que minimizar el tiempo entre el corte y laserrería, y apilar la madera a fin de que las superficiespuedan secar a un 20% de contenido en humedad.Alternativamente un tratamiento antimanchado por inmersiónpuede proporcionar protección durante unos meses.

Alabeo: se produce por la contracción anisótropa de lamadera, influye tipo de corte, asi como tipo de malla,madera de reacción, etc. La madera interior tiene más

tendencia al alabeo. Secado bajo cargas pesadas (1000Kg/m2) mitiga el problema. El alabeo puede adoptardistintas formas y aspectos.

Amarronamiento de Secadero: al cortar los tablones secrea una superficie rugosa de 1-2 mm de espesor. Cuando seutilizan temperaturas superiores a los 100º C para elsecado en el caso de albura permeable, la savia fluye porel borde de dicha capa durante el secado y al evaporar dejauna acumulación materiales pécticos asi como sustanciasalimenticias solubles en agua. Por acción química(oxidación) o microbiana se forman moléculas complejas detipo tanino de color marrón. Desgraciadamente este manchadoaparece con posterioridad. Temperaturas de secadoinferiores a 90ºC no suelen producirlo, asi como tampoco enel duramen.

Colapso: sólo ocurre en el interior de las célulassaturadas es decir por encima del PSF, y precede a lacontracción normal que sucede por debajo del PSF. Cuando sepresenta el colapso severo aparece como una serie dedepresiones corrugadas que se ajustan a las bandas demadera temprana en las superficies radiales de lostableros. El colapso se produce predominantemente en ladirección radial, y la contracción radial puede ser dehasta un 50%. Al producirse el secado en las células rellenas de aguae ir disminuyendo su contenido se produce una presiónnegativa produciéndose el inicio de una cavitación y elflujo de savia de la célula que esta vaciándose hacia lalínea húmeda. Por el contrario si la tensión negativasupera la fortaleza de la pared celular – lo que puedesuceder con las paredes celulares más delgadas y débiles –entonces las paredes pueden colapsar hacia dentro. Como la resistencia a la compresión de la pared celulardesciende con la temperatura, por tanto elevar latemperatura aumenta la probabilidad del colapso. Se puedeproducir el colapso con mayor facilidad en maderaimpermeable de baja densidad y conteniendo agua si elsecado es superior a 50ºC. La madera que ha sufrido el colapso puede regenerarsecon vapor de agua a 100ºC y 100% de humedad durante 4 – 8

horas. Durante el tratamiento con vapor la madera absorbealgo de agua y las paredes se hacen los suficientementeplásticas (por calor y absorción de agua) para volver a suposición normal, al proceder ahora al secado el colapso nose producirá ya que los lúmenes no están ahora saturados. Especies sensibles al colapso son Eucalyptus regnans asicomo otros eucaliptos, Roble (Quercus sp.), nogal negro(Juglans nigra), cedro rojo (Thuja plicata) y Sequoia (Sequoiasempervirens).

Grietas (Cheking) y nudos: una grieta (check) es unaraja paralela al grano, normalmente de pocos centímetros delongitud. El agrietamiento (checking) superficial seproduce en los estadios tempranos del secado si lascondiciones son demasiado severas. Especies como roble y haya tienen tendencia a esteproblema y apara evitarlo la humedad se mantiene alta alprincipio al principio del secado. También la temperaturase mantiene baja para mantener la fuerza de la madera. Amedida que esta seca y se va haciendo más resistente puedeincrementarse la temperatura y disminuir la humedad paraacelerar el secado. Grietas superficiales que se formanpronto pueden cerrarse más tarde cuando las fibras de lasuperficie sufre tensión y las más interiores compresión,aunque el plano de fallo permanece en el tejido. Talesgrietas pueden revelarse como lineas de cabello si lamadera se tiñe. Las grietas se desarrollan en los puntos de másdebilidad por ejemplo a lo largo de los radios leñosos ytambién en los extremos. En ambos casos porque en ellos elsecado se produce de modo más rápido que en las zonasadyacentes provocando más tensiones. En los nudos el secado se produce más rápidamente queen la madera adyacente, por lo que esta restringe sucontracción, además en el nudo las fibras están de modoperpendicular a la de las fibras del tablero por lo que haybastante probabilidad de cuarteo en los nudos vivos. En elcaso de nudos muertos o encajados en la corteza el nudopuede soltarse durante el secado.

4.2 Procesos de Tratamiento.- Para una protecciónefectiva de la madera es necesario asegurar que el

ingrediente activo este presente en suficiente cantidad yadecuadamente distribuido dentro de la madera tratada. Conalgunas coníferas permeables esto es relativamente simplepero con coníferas refractarias y en las frondosas el queel componente activo penetre lo suficiente en el interiores una ardua tarea. El proceso de tratamiento que seutilice dependerá del uso final, la especie de madera,características del preservativo y tecnología disponible.Es deseable que la madera sea permeable a fin de que elpreservativo pueda penetrar con facilidad.

4.2.1 Preparación de la madera para el tratamiento.-algunas operaciones previas al tratamiento son lassiguientes:

4.2.1.1 Acondicionamiento madera verde.- Lo ideal es que eltiempo entre el corte y operaciones de serrería se reduzcana una semana a lo sumo. Para periodos más largos unaprotección limitada puede proporcionarla el aplicar abrocha o por pulverización en los extremos expuestos de lostroncos un biocida como Cu-8-quinolinolato. En aquellas regiones donde tenga que permanecer mástiempo puede ser una buena práctica mantenerlos bajosprinklers o sumergidos en balsas lo que minimiza eloxígeno y la pudrición y el azuleo. Las bacteriasanaeróbicas colonizan rápidamente dichos troncos y puedenatacar selectivamente las membranas de los poros, lo quemejora la permeabilidad. Aunque en muchas especies,incrementar la permeabilidad es indeseable ya que causa unaexcesiva absorción del preservativo.

4.2.1.2 Secado.- Como regla general la madera debe desecarse al PSF o inferior antes de someterse al tratamientode protección. El secado con calor es común para la mayoríade la madera. Para piezas grandes y traviesas deferrocarril es frecuente el secado al aire, aunque enalgunos climas es difícil porque pueden sufrir ataques porel hongo del azuleo o incluso de la pudrición. El secado incrementa la penetración del preservativo.No todos los materiales necesitan un secado previo, así porejemplo no son necesarios cuando el tratamiento esta basadoen la difusión del ingrediente activo a través de la madera

verde o se usa un pretratamiento que elimina el al aguacomo por ejemplo el vaporizado.

4.2.1.3 Incisión.- Algunas especies como el abeto Douglas,alerce y picea son muy resistentes a la penetración por elpreservativo y únicamente pueden ser tratadas efectivamentecon presión si han sido incididas. Para ello la madera sepasa entre rodillos dentados o a través de collarescilíndricos que contienen cuchillas o agujas de acero queinciden en la madera de forma paralela al grano. Lasincisiones son 6-20 mm. de longitud, alrededor de 3 mm. deanchura y 12-24 mm. de profundidad. Bajo presión elpreservativo penetra a través del extremo expuesto de laincisión, formando una envoltura de madera tratada que esalgo más profunda que la incisión. Cuando se tratan postes, las incisiones se concentranen la región próxima a la zona de enterramiento que esdonde es más necesario. Este proceso puede causar unaligera perdida de resistencia mecánica, especialmente si lamadera ha sido secada o se utiliza con piezas pequeñas.

4.2.1.4 Vaporización.- Con maderas grandes como postes ograndes pilas el secado puede no ser económico o correr elriesgo de infección o pudrición durante el secado. Se puedeutilizar entonces la Vaporización o Boultonización paraacondicionar la madera verde o como parte del proceso detratamiento. La madera se vaporiza en un cilindro a presión durantevarias horas, usualmente a la temperatura máxima de 118º Cpor lo que la parte exterior de la madera se calienta porencima de 100ºC. Un periodo lo suficientemente largo devaporización también esteriliza la madera. Una vezcompletada la vaporización se aplica un vacío prolongado.Este genera un gradiente de presión dentro de la madera queprovoca que la humedad escape como vapor, principalmente através del tejido radial. La duración de los periodos devaporización y de vacío depende del tamaño de las piezas,su especie y contenido en humedad. La ebullición de lasavia súper calentada no sólo reduce el contenido enhumedad en la zona más externa sino que en algunas especiesde pino hace estallar tejido radial no lignificado lo quefacilita el movimiento radial de la solución del

preservativo, ya que virtualmente cada traqueida quedaconectada al tejido radial. La vaporización es mucho menosefectiva donde el tejido radial está lignificado como enPinus elliotti. La madera se deja enfriar a continuación, estopermite una redistribución de la humedad y ademáspreservativos tradicionales tales como sales CCA,precipitarían prematuramente si la madera estuvierademasiado caliente. En el método Boulton o Evaporación a Vacío, la maderase calienta en preservativo en aceite bajo a vacío atemperaturas entre 82 – 104ºC. Este rango inferior detemperatura es una ventaja para maderas susceptibles delcolapso a altas temperaturas. El método Boulton eliminamucha menos humedad del duramen que de la albura. Tantoeste sistema como el de vaporización pueden hacer perderalgo de resistencia a la madera especialmente si no sesiguen limitaciones estrictas de temperaturas y tiempos.

4.2.2 Tratamientos de Impregnación a Vacío/Presión(Autoclave).- Los tratamientos basados en una combinaciónde presión y vacío son los más frecuentes en la aplicaciónde preservativos a la madera. Estas técnicas producen unaprofunda penetración en las maderas permeables controlandoal mismo tiempo el preservativo retenido. El procesorequiere recipientes de presión (autoclaves) de grandesdimensiones de hasta 2 x 30 metros de tamaño. Hay un grannúmero de variantes en el programa de tratamiento quedependen de la madera, tipo de preservativo y uso final delproducto tratado. Son los tratamientos más duraderos y son los que seutilizan con las maderas sometidas a riesgos altos comomaderas sumergidas y/o contacto con el suelo, elementosestructurales, vallas cercados, etc. Mediante estossistemas se pueden aplicar protectores hidrosolubles yorgánicos, incluso creosotas, la penetración es muy buenaimpregnando toda la albura de la madera. Hay dos tipos fundamentales de tratamiento según seutiliza presión o no. En el caso de los tratamientos apresión se distingue entre los de Células Llenas y los deCélulas Vacías. En el caso de las células llenas se trata de conseguirla máxima impregnación de líquido protector en la madera,

rellenando los vacíos celulares, esto se logra mediante laaplicación de un vacío inicial (vacío-presión). Lasretenciones son mayores que en el caso anterior. Es elmétodo más utilizado para la aplicación de salesinorgánicas, en estos casos se suele terminar con un vacíofinal con objeto de regular la absorción de líquido. Coneste método también pueden utilizarse todos los tipos deprotectores. En el caso de las células vacías el objetivo esimpregnar las paredes celulares, mediante un tratamiento depresión y vacío. La madera se mantiene a presiónatmosférica antes de la inyección de los preservativos,luego mediante la aplicación de presión se introduce elprotector en la red capilar de modo que quede atrapado enel interior de la misma como micro burbujas. Al cesar lapresión aplicada, el aire comprimido en el interior tiendea expandirse expulsando parte del protector introducido,dejando así las cavidades celulares casi vacías, pero lasparedes quedan totalmente impregnadas (Presión-Vacío). Suprincipal ventaja es que las protecciones son buenas,alcanzando altos niveles de penetración, limitadasretenciones y no se desperdicia el protector utilizado.

4.2.2.1 Tratamiento Bethell (Célula Llena).- Lacaracterística principal de este tratamiento es laaplicación de un vacío inicial (no menor de – 85 kPa) paraextraer la mayor cantidad posible de aire de la madera. Elvacío se mantiene no menos de 15 minutos. La solución depreservativo se introduce en el cilindro mientras semantiene el vacío una vez lleno el cilindro se aplica unapresión hidráulica (presiones de 1575 kPa son comunes) conperíodos que pueden variar desde 15 minutos hasta variashoras. La presión se mantiene hasta que la carga de maderaesta completamente impregnada y/o la velocidad de absorcióndel preservativo por la madera es despreciable. En estepunto el preservativo sobrante es drenado del cilindro ydevuelto a los tanques de almacenamiento.Ya que la mayoríadel aire de la madera ha sido extraído durante el vacíoinicial la retención de preservativo es alta con esteprocedimiento. Con una madera permeable la absorción puedeser superior a los 550 litros/m3, aunque una absorciónmenor es común en maderas refractarias o en cargas que

contienen una alta proporción de duramen. Como el vacíoinicial no es capaz de extraer todo el aire de la maderapermeable una pequeña cantidad de aire quedará atrapada ycomprimida durante el tratamiento. Cuando la madera seextraiga del cilindro el aire comprimido puede expandirse ydesplazar algo del preservativo. Para evitar un sangradoexcesivo se aplica un vacío final (-85kPa) durante unosminutos, antes de extraer la madera. Este proceso seutiliza más frecuentemente con preservativos en base agua,ya que se puede ajustar la concentración de la soluciónpara que se produzca la retención deseada de ingredienteactivo.4.2.2.2 Tratamiento Lowry (Células Vacías).- Con estemétodo se busca una penetración máxima con una absorciónbaja de preservativo. No se aplica vacío preliminar antesde rellenar el cilindro y entonces se aplica una presiónhidráulica de unos 1575 kPa que se mantiene hasta que lamadera está completamente tratada. Se elimina la presión yse produce un vacío para prevenir una exudación excesivadel preservativo cuando se extraiga la madera. El aire queestaba comprimido se expande desplazando parte delpreservativo. Con madera permeable la retención final puedeser del 60% de la absorción inicial bruta, unos 300litros/m3. Este proceso es útil para tratar maderapermeable como pino para carpintería exterior ensituaciones de bajo riesgo. El secado también es más corto,ya que necesita eliminar menos agua y también es menor elincremento de peso de la madera tratada. Con algunos preservativos la residencia temporal de lasolución dentro de la madera puede resultar en fijaciónparcial o en algunos casos absorción selectiva de uno o másde los componentes químicos en la solución, por lo que elpreservativo exudado puede no estar correctamenteequilibrado, lo que requiere control de la composición.Otro inconveniente del sistema de células vacías es que lasolución exudada puede contener azúcares disueltos de lamadera, estos pueden reaccionar con los componentes delpreservativo lo que conduce a la acumulación y deposiciónde precipitados insolubles (“cienos”) en los tanques dealmacenamiento.

4.2.2.3 Método de Célula Llena modificado.- Método quecombina aspecto de células vacías y llenas, se utiliza conespecies permeables y preservativos en base agua. En estetratamiento el vacío inicial es de más baja intensidad ymenor duración que en el de Cedula Llena. El periodo depresión es también más corto, mientras que el vacío finales de mayor intensidad y duración que el vacío inicial.Este método proporciona tratamientos adecuados con menorabsorción que el sistema de célula llena.

4.2.2.4 Proceso Rueping.- Este tratamiento se utilizaprincipalmente con preservativos basados en aceite cliente(> 85ºC) tales como creosota y PCP de los que se requiereuna baja retención por los riesgos de dichos productos. Elciclo comienza presurizando con aire no más de 700 kPa paracreosota y PCP en aceite. El preservativo se bombea en elcilindro manteniendo la presión y cuando esta lleno se subea 1400 kPa; especies como abeto Douglas o alerce que sonproclives al colapso a altas presiones, requieren trabajara menor presión (860 kPa o más). Después se elimina lapresión, se retira el preservativo en exceso y se hace unlacio final para eliminar exudación. Con una manerapermeable la retención neta es sólo un 40-50% de la teóricaunos 220 litros/m3. Como en general las soluciones decreosota y PCP no se diluyen el ajuste de los parámetrosdel proceso es fundamental para obtener la retencióndeseada. Este es un método inexacto y es difícil deproducir material tratado hasta un nivel de retenciónespecificado.

4.2.2.5 Método de Presión Oscilante.- Los tratamientos apresión con preservativos en base agua, requieren el secadode la madera antes del tratamiento y, en algunos casos,después del tratamiento. Muchos poros pueden sufrir de“aspiración” en el secado previo al tratamiento y la maderaser menos impermeable, con lo que el secado posteriorrequiere condiciones más suaves para evitar formación degrietas. El método de presión oscilante utilizaaplicaciones repetidas de presión alta y vacío para forzarel preservativo en la madera verde. Asi no se produce laaspiración de poro previa y la madera se seca únicamentedespués del tratamiento.

Cuando se aplica vacío parte de la savia y del aire delinterior de la madera sale y se mezcla con el preservativocontenido en el cilindro. Cuando se aplica presión el aireen el lúmen se comprime y la solución de preservativopenetra en las traqueidas. El tiempo del ciclo se vaextendiendo gradualmente para permitir la respuesta máslenta del interior de la madera. El proceso se desarrolloprimeramente en Europa con Pices abies y Pinus sylvestris, que sondifíciles de tratar con preservativos en base agua. Eltratamiento de grandes postes tardo 20 horas y numerososciclos. Con especies más permeables tanto el tiempo como elnúmero de ciclos puede ser más corto. Algunas formulacionesbasadas al agua pueden dar problemas ya que el preservativoreacciona con la savia desplazada de la madera, produciendo“cienos” y depósitos superficiales.

4.2.2.6 Tratamientos al Vacío.- Con especies de maderapermeable y piezas de pequeño tamaño, un tratamiento cortoal vacío o doble vacío puede ser suficiente para obtener lapenetración deseada. En este proceso la presión atmosféricajuega el papel de periodo de presión. Se ha utilizado conpreservativos en disolventes orgánicos volátiles, el usodel disolvente orgánico evita la variación dimensional queestá asociada con los tratamientos al agua y permite elacabado de las piezas poco después del tratamiento. Aunquees posible la penetración completa de la albura, estemétodo enfatiza el tratamiento del grano terminal donde esmás posible que ocurra la pudrición en carpinteríaexpuesta. Preservativos orgánicos conteniendo Azoles o IPBCse utilizan comúnmente con este método. Con alburaspermeables la absorción puede ser de 50 litros/m3 y con unafrondosa impermeables la absorción po9dría no ser mayor de20 litros/m3 de madera.

4.2.2.7 Otros tratamientos de Presión.- Ciertas maderas,como el eucalipto que son muy impermeables a laimpregnación por presión se han tratado con presiones muyaltas de hasta 7,000 kPa. El tratamiento con presiones muyaltas sólo debe de considerarse para maderas muy densas, yaque de otra manera las células de la misma podrían colapsarantes de que penetrara el preservativo en el lúmen.

Otros tratamientos han empleado CO2 supercrítico outilizando hidrocarburos gaseosos licuados, que tienen unapenetración mucho mejor en especies refractarias, por unaparte su baja viscosidad facilita la penetración, ellíquido sobrante se puede extraer del cilindro y el que haquedado dentro de las células se evapora al reducir lapresión, lo que permite una recuperación casi total deldisolvente. Los problemas que puede presentar son la altainflamabilidad de los hidrocarburos, que requieren elpurgado con Nitrógeno y la posible exudación de resinassolubles.

4.2.3 Tratamientos sin Presión.- La principalcaracterística de estos procesos es que el grado depenetración de los productos protectores es inferior alcaso de los tratamientos con presión (Autoclave). Se aplicapues en maderas expuestas a riesgos bajos o medios.

4.2.3.1 Pincelado, Pulverizado, Inmersión.- Lostratamientos más simples son la aplicación a brocha o apistola, creándose una ligera capa tóxica superficial,debido tanto a la resistencia que opone la madera a lapenetración como a la escasa cantidad de protectoraplicado. La penetración lograda va desde 1 mm para maderaspoco impregna-bles hasta 5 mm para maderas muy impermeables. Conviene dardos o tres manos de aplicación lo que equivale a unapulverización. La penetración conseguida por pulverización es algomejor que los aplicados a brocha siempre que el tamaño dela gota sea de diámetro muy pequeño. Si se emplean túnelesde pulverización la penetración es algo mejor, debido a lamayor presión de pulverización, pero en cualquier inferiora los tratamientos a presión. Los tratamientos por Inmersión consisten en unainmersión total en un baño de producto protector. Aunquenormalmente esta inmersión se realiza a temperaturaambiente puede realizarse también en caliente. Se distingueentre Inmersión Breve (dipping) cuando el tiempo esinferior a 15 minutos o Inmersión Prolongada (Soaking) enel que el tiempo puede variar desde horas hasta días,consiguiéndose altas penetraciones en los extremos

terminales. Aunque sería posible la inmersión con productossolventes, razones técnicas y medioambientales, hace quesea más habitual la inmersión en medio acuoso. Un aspecto aconsiderar es que las aplicaciones en medio solvente exigenque la madera esté bien seca, ya que si no se dificulta lapenetración de los mismos en la madera. Esta precaución noes necesaria en el caso de utilizar sales hidrosolubles. Las aplicaciones por inmersión proporcionan limitadaprotección para maderas en contacto con el suelo o encondiciones muy húmedas asi como contra el ataque determitas. Sin embargo pueden servir para madera de exteriorque haya de ser pintado y que no este en contacto con elsuelo y sólo expuesto a humedad durante breves periodos detiempo. En los tratamientos de Inyección la aplicación delproducto se aplica mediante válvulas inyectoras insertadasen la madera, por medio de las cuales se logra una mejordifusión del producto en el interior de la madera. Este esel proceso más utilizado en los tratamientos curativos,destinados sobre todo a combatir las plagas de insectos(termitas, carcomas, etc.) y podredumbres causadas por loshongos xilófagos. 4.2.3.2 Difusión.- Tradicionalmente la madera reciénaserrada es tratada cuando el contenido en humedad estábastante por encima del PSF (>50%). El contenido en humedades crítico ya que si la superficie se ha secado, aunquehaya sido brevemente, se hace hidrofóbica y no absorbe lasolución. Los tableros se apilan y se sumergen en una soluciónaltamente concentrada de sales de Boro durante unos pocosminutos. Alternativamente puede haber pasado por unospulverizadores o por una cadena de inmersión, y se apilan acontinuación. La retención de la sal es una función de larelación área superficial/volumen de la madera, por tantomaderas más gruesas pueden requerir una segunda inmersión2-4 días después. Una vez tratada la madera se envuelve demodo apretado y se deja durante unas cuantas semanasdurante las cuales el Boro se difunde por el interior. Estetiempo puede variar desde 4-6 semanas para tableros de 25mm. hasta 12 semanas para tableros de 50 mm., el tiempo

depende también del contenido en humedad y de la densidadbásica de la madera. Después de este período hay un moderado gradiente deconcentración a través del material y se requiere una altacarga de sal para alcanzar un mínimo de 0.1% de equivalentede ácido bórico en el centro de coníferas o 0.2% enfrondosas. La absorción de sal está controlada por factorestales como:

Concentración de la solución tratante. Relación Superficie Volumen de la madera Temperatura de la solución tratante. A mayor

temperatura mayor es la solubilidad de las sales deBoro y por tanto usar soluciones más concentradas.

El espesor del film de solución, para coníferas es de0.2 mm. pero para frondosas el film puede ser másfino.

Las especies a tratar pueden agruparse teniendo encuenta que maderas de alta densidad básica y bajo contenidoen humedad necesitan sumergirse en soluciones másconcentradas a fin de obtener la correcta cantidad depreservativo (en proporción en peso). La fuerza de lassoluciones puede variar entre el 15 y el 45% de equivalenteen ácido bórico, aunque las soluciones más concentradas seobtienen calentando por encima de los 50ºC. Si se utilizanespesantes que incrementen la viscosidad de la soluciónentonces un espesor mayor de film queda adherido a lamadera asi como también se disminuye el descuelgue verticalde la madera apilada. De esta manera hay una menorvariabilidad en el tratamiento, se pueden utilizarsoluciones menos concentradas o durante tiempos más cortos.

4.2.3.3 Doble Difusión.- Este proceso consiste en sumergirla madera verde primero en una solución química y despuésen una segunda solución. Como las sustancias químicasempleadas son solubles en agua, se difunden por la maderaverde, donde reaccionan para formar un producto resistentea la lixiviación. En un esquema se empapa primera-mente en una solución de sulfato de Cobre (CuSO4) durante1-3 días y después se empapa en una mezcla de dicromatoSódico (Na2Cr2O7) o Cromato (Na2CrO4) y arseniato Sódico(Na2HAsO4) por el mismo período de tiempo. En otro esquema

se empapa primeramente con Fluoruro Sódico y después ensulfato de Cobre.

4.2.4 Tratamientos de Composites de Madera.- Algunosderivados de la madera como contrachapado, alistonados,madera laminada de chapa, y tablero de viruta paralelapueden tratarse usando técnicas convencionales detratamiento a presión. Sin embargo productos hechos conpartículas menores como tableros de viruta orientadas (OSB)o tableros de virutas. Incluso aunque se utilizanhabitualmente en ambientes secos, aunque hay un importanteinterés en proteger estos paneles del ataque de termitasasí como del posible ataque de moho o podredumbre porproblemas de humedad. Las versiones tratadas de estosproductos incorporan preservativos tales como, borato de Zno acetato de Amonio y Cobre o ceras. En otros casos unfungicida orgánico como mezclas de IPBC/Azol se pulverizasobre la superficie para proporcionar protección contra elmoho durante la construcción. Otra aproximación a la protección de composites es eltratamiento en fase vapor. Ciertos ésteres de Boro tienenaltas presiones de vapor los hacen fácilmente volátiles,asi el trimetil borato hierve a 65ºC por lo que eltratamiento requiere que tanto la madera como el autoclavedeben de calentarse al menos hasta esa temperatura. Eltrimetil borato reacciona con la humedad en l a maderadando alcohol metílico (que se recupera) y ácido bórico quepermanece en la madera:

B(OCH3)3 + H2O = H3BO3 + 3 CH3OH

La hidrólisis es virtualmente instantánea, por lo que paraconseguir una buena penetración en la madera la madera debede estar muy seca (< 5-6%), de otra manera reaccionará conla humedad en la superficie y el centro estará deficienteen ácido bórico.

4.2.4 Propiedades de la madera que afectan al tratamiento.-Los tipos de célula primarios en la madera sontraqueadas/fibras (coníferas y frondosas) o vasos(frondosas) lo que pueden considerarse como colecciones detubos orientados a lo largo del grano. El movimiento a lo

largo de dichos tubos es relativamente rápido. Recorridospara el movimiento a través es mucho más limitado ya que elpreservativo debe de moverse a través de las relativamentepequeñas aberturas de poros entre células axiales o travésde las células radiales orientadas transversalmente. Comoestas células radiales son menos numerosas y más cortas quelas tangenciales no permiten un rápido movimientotransversal. Como resultado la penetración es mucho másrápida que la transversal, pero como la mayoría de laspiezas son más largas que anchas una adecuada penetracióndepende bastante del movimiento transversal, que es la quecausa una gran diferencia en tratabilidad. Gran parte deesta diferencia es atribuible al tamaño, número y condiciónde las aperturas de poro (pit). Generalmente los pinos sonfáciles de tratar ya que las células radiales tienengrandes aberturas entre células, mientras que piceas yabeto Douglas tienen muy pequeñas aberturas. Entre célulasradiales y fibras longitudinales los pinos pueden tenergrandes poros ventana (pinoides) mientras que piceas tienenpocos poros entre ambas. Algunas especies tienen notables diferencias depenetración entre las bandas de madera temprana o tardía.Esta última con mayor tamaño de pared tiene menos tendenciaa la “aspiración” del poro y por tanto la permeabilidadpuede permanecer más alta, esto puede hacer que eltratamiento resulte “acebrado” con bandas alternadas demadera tardía tratada y temprana no tratada. La relaciónalbura a duramen es también importante en la tratabilidad.En la mayoría de especies la primera es más permeable y enalgunas especies como los pinos la diferencia es muygrande., en el duramen hay gran cantidad de extractivosque bloquean las células radiales y las membranas de losporos están lignificadas y a menudo aspiradas. Muchasespecies tienen una albura grande lo que permite una altaproporción de madera tratable en maderas de grandesdimensiones. Por el contrario abeto Douglas sólo tiene unapequeña banda de albura. Otras especies como picea tantoalbura como duramen son difíciles de tratar. Aunque elduramen tiene mayor durabilidad natural, puede serpreferible la de albura tratada que es considerablementemayor que la de duramen no tratado.

Las Frondosas tienen una estructura más compleja quelas coníferas. La principal ruta de penetración son losvasos. Algunas especies tienen un eficiente sistema deinterconexión (Haya) en otras (Eucalipto) hay pocasinterconexiones. La proporción de vasos en frondosas esvariable pudiendo variar entre el 15-50%. Tilosas puedenbloquear los vasos especialmente en duramen. Otras especiespueden segregar resinas o gomas etc.

4.2.5 Precauciones de Salud y Medio Ambientales.- Lospreservativos para madera han de tener un equilibrio entretoxicidad para los organismos que ataquen la madera y eldaño potencial sobre organismos no dañinos. Aunque como hayun amplio rango de organismos que pueden atacar la madera,es casi inevitable que los preservativos tengan un altoimpacto sobre organismos no dañinos. Esta es la situaciónpara los protectores tradicionales de amplio espectro comocreosota, PCP y CCA. La utilización de preservativos basados en Cobre,Azoles y Amonio Cuaternarios han disminuido el riesgoasociado con los preservativos para madera, aunque siemprehabrá un riesgo y la legislación puede ir variando loslímites y tipos de preservativos a utilizar. Aunque el mayor riesgo para la salud y el medioambiente es durante el tratamiento, las modernastecnologías de manejo han disminuido grandemente el riesgo.Actualmente se hace más hincapié en el uso final dondepuede haber riesgos asociados con el personal de laconstrucción, usuario y medio ambiente. Donde aún estapermitido el uso de la creosota, PCP y preservativos deArsénico inorgánico está limitado a usos donde el contactohumano directo este minimizado, también se tiene en cuentael impacto en medios acuáticos. Especial precaución hay que tener con un sobretratamiento y un uso excesivo de preservativo ya que estopuede conducir a un sangrado del preservativo (en el casode los tipos al aceite) o lixiviación en el caso de lossolubles al agua con el consiguiente daño para el usuario oel medio ambiente. En el caso de ingredientes activos en base agua (Cu,Cr, As y Zn) que inicialmente son solubles en agua han deser resistentes a la lixiviación cuando sean absorbidos en

la madera. Esta resistencia es el resultado de una reacciónquímica de “fijación” que lo vuelve insoluble en agua.Según el tipo de preservativo, algunas reaccionestranscurren muy rápidamente durante el tratamiento depresión mientras que otros pueden tardar días o inclusosemanas dependiendo del almacenamiento posterior ycondiciones del proceso. Si la madera tratada se pone enservicio antes de que se haya completado la fijación seliberará preservativo en el medio ambiente. La esencia de la fijación es la reducción del ión cromode hexavalente a trivalente y la precipitación subsiguienteo adsorción de los complejos de Cr, Cu y As en la madera,alguna de estas reacciones, tales como la adsorción de Cu yCr en los componentes de la madera ocurre en minutos uhoras, pero otras reacciones pueden ser más lentas. Eltiempo necesario para la fijación depende mucho de latemperatura, por lo que se pueden acelerar por calentar enautoclave, baños de agua caliente o vaporización. Métodosque pueden ser efectivos si se toman las precaucionesadecuadas para no resecar rápidamente la madera o elevar latemperatura a un nivel que dañe las propiedades de lamisma. En los sistemas amoniacales los metales estánsolubilizados en amoniaco y se hacen insolubles en cuantoel amoniaco se evapora. Algunos metales simplementeprecipitan, mientras que otros reaccionan con la estructurade la madera. En cualquier caso la volatización delamoniaco es el elemento principal y se puede producir possecado al aire, autoclave, etc. la colocación de cuñasentre tablones favorece la evaporación del amoniaco.

4.3 Adhesión en madera y Adhesivos.- La fuerzaadhesiva se define como la fuerza necesaria para separarlos sustratos que están siendo adheridos. Dicha fuerzadepende de los enlaces químicos primarios y secundariosentre las cadenas poliméricas en el adhesivo y en lainterfase madera-adhesivo. Generalmente hay tres fases en el proceso de adhesión.El primero es la preparación de la superficie paraproporcionar la mejor interacción del adhesivo con elsustrato, esto puede implicar un tratamiento químico omecánico o combinación de ambos y que tiende a facilitar la

humectación de la madera por parte del adhesivo. El segundopaso es que el adhesivo necesita tener contacto a nivelmolecular con la superficie de la madera, en lo queinterviene la reología que determina el flujo y la energíasuperficial de la madera y del adhesivo. El tercer paso esel endurecimiento que lleva consigo la solidificación y/ocurado del adhesivo. Para adhesivos en caliente (hot melt)el proceso lleva consigo el enfriamiento del adhesivofundido que solidifica. Otros tipos de adhesivos tienenpolímeros disueltos en un líquido que puede ser agua (p.e.colas blancas) o un disolvente orgánico. La pérdida deldisolvente convierte al líquido en un sólido. El tercertipo está formado por pequeñas moléculas que polimerizanpara formar el adhesivo (p.e. epoxi 2 componentes). Indicar finalmente que la utilización de adhesivos enla madera es muy variada siendo su mayor utilización en lafabricación de productos panelados: contrachapados,tableros de particular orientadas (OSB), de fibras, etc.Se pueden emplear para juntas, en muebles, en construcción,etc. requiriendo en cada caso propiedades distintas.

4.3.1 Aplicación del adhesivo.- El primer paso en laformación del enlace requiere la distribución del adhesivopor toda la superficie de la madera. La aplicación deladhesivo puede realizarse por una amplia variedad demétodos, pistola, rodillo, cuchilla, cortina, etc. Despuésde la aplicación hay una combinación de “tiempo abierto” y“tiempo en contacto” que dependen del proceso específico.Por una parte el tiempo abierto es necesario para que eladhesivo penetre en la madera, previo a la formación delenlace, pero si es excesivo se puede perder agua odisolvente y resecarse el adhesivo en la superficie en vezde fluir adecuadamente. En el proceso de enlace, se utilizapresión para aproximar las superficies. En algunos casos seutiliza presión y humedad durante el proceso de encolado loque hace al adhesivo más fluido y a la madera másdeformable. Para que se forme el enlace se tiene que llegar a uncontacto a nivel molecular, esto requiere que el adhesivofluya por toda la rugosidad y este presente en todas lassuperficies. Muchos factores controlan la humectación de lamadera, viscosidad del adhesivo, temperatura, presión,

energía superficial, etc. La madera es un material muycomplejo que se caracteriza por su anisotropía, no sólo enlos sentidos radial y longitudinal, sino entre maderatemprana y tardía, albura y duramen, especie, etc. Diversos factores intervienen en la formación delenlace, por una parte los mecánicos, el adhesivo penetra enlas irregularidades del sustrato produciéndose unaresistencia mecánica de rozamiento a la separación, asicreando rugosidad en la superficie por abrasión (lijado) semejora la adhesión. También la aparición de interaccionesquímicas entre el adhesivo y el sustrato tiene graninfluencia en la adhesión. Las más débiles son las fuerzasde dispersión de London que tienen lugar entre compuestosno polares. Otro tipo de fuerzas más importantes son lasque se crean entre un compuesto polar y otro no polar oentre dipolos permanentes, aunque estas fuerzas tienen granimportancia entre moléculas pequeñas que pueden orientarsus dipolos de modo adecuado, son menos efectivas enmoléculas poliméricas que tienen más dificultad enorientarlos. La más fuerte de las interacciones secundarias es ladel enlace de H, que puede formarse cuando el mismo estáunido a átomos muy polares como O, N y S. casi todos loscomponentes de la madera son ricos en hidroxilos (OH) ycontienen también ácidos carboxílicos, así la mayoría delos adhesivos para madera contienen grupos polares capacesde formar enlaces de H con la madera, dando enlacesrealmente fuertes. Un inconveniente del enlace de Hidrógenoes que puede romperse en presencia de agua. El agua u otroscompuestos con grupos enlazantes de H pueden insertarseentre los dos grupos que estad presentes en el enlace conel adhesivo debilitándolo lo que lo hace menos resistente.Asi un material que adsorbe y absorbe agua como la maderaperderá fuerza de enlace cuando esté húmeda. Un aspecto interesante de todas estas interaccionessecundarias (dispersión, polar de H) es que puedenreformarse, mientras que los enlaces covalentes no sereconstruyen después de destruidos, lo que implica que lamadera pueda mantenerse adherida aunque se haya producidoalgún deslizamiento del enlace. También puede formarse un fuerte enlace porinteracciones dador-aceptor de electrones. La más común en

madera es la interacción ácido-base. La madera contieneácidos carboxílicos que pueden formar sales con adhesivoscon grupos básicos, tales como las aminas en las resinas demelamina-formol, proteínas o en las resinas epoxi curadaspor amina. Es posible que en algunos casos se formen enlacescovalentes entre grupos OH en la madera y ciertos gruposreactivos del adhesivo (como en los Isocianatos), sinembargo y dada la presencia de agua en la madera, esposible que esta interfiera con la posibilidad de dichoenlace.

4.3.2 Humectación, Flujo y Penetración.- Para formarse elenlace, el adhesivo necesita humectar y fluir sobre lasuperficie y en algunos casos penetrar en el sustrato.Humectación es la capacidad del adhesivo de formar una gotacon un ángulo bajo de contacto. En contraste flujo es lacapacidad de extenderse el adhesivo sobre la superficie enun tiempo razonable .El flujo es importante ya que alcubrir más superficie proporciona un enlace más fuerte. Asíun adhesivo muy viscoso puede humectar la superficie, peropuede no fluir en un tiempo razonable a fin de cubrir todala superficie. La penetración es la capacidad del adhesivode introducirse en los huecos del sustrato, asi comopenetrar en el lúmen celular, e incluso penetrar lasparedes celulares. Finalmente el adhesivo debe detransferirse parcialmente a la nueva superficie en contactoal aproximarse. La madera tiene una superficie relativamente polar loque permite el uso de adhesivos en base agua, aunquealgunas maderas pueden ser difíciles de tratar. Así algunasmaderas tropicales con naturaleza oleosa, como la teca, omaderas que han sido tratadas con creosota, en este caso lahumectación se puede mejorar quitando los componentesgrasos, lavando con disolvente, lijando o por tratamientocorona. Comprender el flujo sobre la superficie es algo máscomplicado. Por una parte la penetración implica lahumectación de la microrugosidad superficial, por otra lanaturaleza celular de la madera permite una penetraciónsignificativa del adhesivo en el interior de la célula.Esto puede ser problemático cuando se intenta tener una

penetración uniforme cuando unimos especies de maderadiferentes, lo que puede ocurrir en la fabricación deTableros OSB. Para una madera muy porosa el adhesivo puedepenetrar en exceso y no dejar bastante en la superficiepara la unión. Así los adhesivos se formulan según lasdiferentes aplicaciones. Un adhesivo para pulverizar sobreOSB tiende a tener mucha menor viscosidad a fin de teneruna mejor pulverización que el formulado para extendersobre contrachapado, que necesita permanecer sobre lasuperficie. Es necesario obtener un buen balance con lapenetración del adhesivo, si penetra poco no dará un enlacefuerte, pero si penetra en exceso, quedará poco en lasuperficie para unir las superficies de la maderaresultando en una junta pobre en adhesivo. Para resolverestos problemas la viscosidad y composición del adhesivopuede ajustarse asi como el tiempo y temperatura tanto parael tiempo abierto como cuando permanecen en contacto lasdos superficies.

4.3.3 Curado del Adhesivo.- Una vez aplicado el adhesivoeste debe de endurecer o solidificar a fin de dar un enlacepermanente y lo suficientemente resistente. Dicho fenómenopuede producirse por una acción química o física comocondensación, polimerización, oxidación, vulcanización,gelificación, hidratación o evaporación de disolvente (oagua). Los adhesivos originales para madera eran o bien deaplicación en caliente (hot-melts) o polímeros naturales enbase agua. Estos tenían limitaciones en relación con eltiempo de curado, formación de uniones fuertes y pocaresistencia a condiciones medio- ambientales. La cada vezmayor utilización de derivados de la madera (composites) yproductos laminados ha necesitado del desarrollo deadhesivos sintéticos con buena resistencia a la y humedad.Por otra parte en vez de utilizar polímeros conreticulación limitada y reversible, los nuevos adhesivosforman fuertes enlaces covalentes lo que les proporcionabuena resistencia ambiental. Además en su mayoría secan porpolimerización y evaporación de disolvente, lo que les daun tiempo rápido de curado. Disponiendo de una ampliavariedad de los mismos se pueden usar polímeros de baja

viscosidad para una buena humectación y/o flujo o de altopeso molecular alto para un rápido secado.

4.3.3.1 Pérdida de disolvente.- La naturaleza porosa de lamadera permite absorber el disolvente o el agua con lo queel curado del adhesivo es más rápido. Esta propiedaddepende del tipo de madera asi como del grado de humedad dela misma. Los factores implicados en la penetración deladhesivo son velocidad de curado, flujo de calor a travésde los composites y secado prematuro del adhesivo. La madera verde es más difícil de unir con la mayoríade los adhesivos, ya que hay poco lugar para lapenetración, por otro lado la madera excesivamente secatambién puede ser difícil de penetrar ya que es máshidrofóbica. El rango de 4 – 10% de humedad es el másadecuado. Para la mayoría de los adhesivos la velocidad decurado también depende del grado de humedad. Muchasreacciones son de condensación en las que se desprendeagua; por tanto altos niveles de humedad retardan elcurado. En el caso de los Isocianatos necesitan una pequeñacantidad de agua para iniciar el proceso de curado. Otro factor importante en la velocidad de curado es elflujo de calor a través del composite o del laminado,especialmente considerando que la madera es un buenaislante. En composites, agua en la madera cerca de lasuperficie o vapor ayudan a transferir calor al interiordel composite. Usar en el interior resinas que curan atemperatura más baja, mientras que las superficiales lohagan a temperaturas más altas es importante si queremosciclos rápidos de producción. En los laminados no esposible la utilización de vapor de agua para latransferencia de calor, por lo que nos vemos abocados aciclos más largos de calentamiento. La capacidad de lasresinas de resorcinol – formol o fenol-resorcinol-formol decurar rápidamente a temperatura ambiente las ha favorecidofrente a las de fenol-formol a pesar de su alto costo. Otromodo de acelerar el curado es utilizar métodos de radiacióncomo los de radio-frecuencias. Con algunos adhesivos un secado prematuro puede ser unproblema si el tiempo abierto es demasiado largo. Lo quepuede provocar excesiva pérdida de disolvente y que eladhesivo no fluya para humectar la superficie del todo. El

adecuado control de la humedad y penetración determina lalongitud de los tiempos abierto y cerrado en contacto.

4.3.3.2 Polimerización.- Para formar una unión resistenteun polímero de alto peso molecular y muy reticulado damejores resultados, por tanto la mayoría de los adhesivosutilizados están constituidos por monómeros u oligómerosque polimerizan durante el curado. La activación para quese produzca la reacción puede ser por calor (temperatura),cambio de pH, catalizador, adición de un segundo componenteo radiación. El calor es un medio común de acelerar las reaccionesquímicas, sin embargo si se quiere una reacciónrelativamente rápida a una temperatura no muy elevada, esoimplica que la estabilidad a temperatura ambiente no serámuy larga, por otro lado como la conductividad térmica dela madera no es buena puede haber un incompletocalentamiento en algunas zonas y por tanto una mala calidadde la unión. La mayoría de las velocidades de polimerización de losadhesivos son sensibles al pH especialmente para lospolímeros basados en el formol, aunque el efecto varía conlos distintos tipos de producto y con los pasos de lareacción. Así las resinas de urea-formol (UF) el pasoinicial de adición de la urea al formol se cataliza enmedio básico, mientras que la polimerización de la ureahidroximetilada lo es en medio ácido. Asi las resinas de UFse mantienen a pH neutro durante el almacenaje paragarantizar su estabilidad, bajándose el pH durante elencolado. Para las resinas de fenol-formol (PF) la reacciónde condensación se produce rápidamente tanto a pH alto comobajo. Un dato a tener en cuenta en estos casos es cual esel pH de la madera y su capacidad de neutralización antesde la polimerización tanto en la interfase como en elinterior de la madera. Esto se complica ya que lasdiferentes maderas (y tratamientos previos) tienendiferentes pHs y diferentes capacidades de tamponar laacidez. Como acelerantes pueden utilizarse sustancias, que aldescomponerse generen ácidos, así el Cloruro Amónico y elsulfato Amónico se han empleado como acelerantes de lasresinas de UF ya que por calor se descomponen dando ácidos

clorhídrico y sulfúrico respectivamente. Ciertos ionesmetálicos pueden actuar como catalizadores para las resinasPF. Muchos adhesivos son del tipo de dos componentes, quese mezclan en el momento del encolado, lo que permite unlargo periodo de almacenamiento. En estos casos no esdeseable una rápida polimerización a temperatura ambienteya que el adhesivo una vez mezclado se ha de aplicar,extender, penetrar en la madera y transferirse a la otrasuperficie antes de que la polimerización este muyavanzada, por lo que se suele aplicar en frío y luegoutilizar una plancha caliente que acelerará el proceso.Otro punto a tener en cuenta es la uniformidad y proporciónde mezcla correcta de ambos componentes, lo que vienefacilitado por una buena compatibilidad y viscosidadsimilar de los componentes. Otro método de producir la polimerización es lautilización de algún tipo de radiación. Aunque la radiaciónUV y el haz electrónico se han empleado en el curado derecubrimientos, es más difícil en el caso de adhesivos, quela luz penetre a través de la madera. Sin embargo otrostipos de radiación pueden penetrar la madera, lo queincluye microondas y radiofrecuencias, que pueden iniciarla polimerización por la generación de calor en la junta yque inicie la polimerización térmica.

4.3.4 Auto adhesión.- Bajo determinadas condiciones lamadera puede auto adherirse, pero generalmente sonnecesarios adhesivos para proporcionar la suficiente fuerzade enlace. Las fuerzas que actúan en contra de la autoadhesión son la rugosidad de la superficie y la falta demovilidad de los componentes de la madera. Para una buenaadhesión las superficies han de entrar en contacto a nivelmolecular y esto es difícil con la rugosidad y estructuracelular de la madera. Esto es más fácil si las superficiescelulares se ponen en contacto bajo presión y la madera sehace más maleable como cuando pasamos de chapa a viruta,partículas y fibras. De hecho el unido producto hecho conpoco o ningún adhesivo es tablero de fibra de altadensidad. La adhesión depende del enlace de H y de laautoreticulación. De los principales componentes de lamadera los que más producen la auto adhesión son los

componentes de la lignina. Tanto la lignina como lahemicelulosa se reblandecen en condiciones de alta humedady temperatura. La hemicelulosa formará puentes de H, perola lignina formará enlaces químicos. La modificación química de la superficie de la maderamejora la fuerza de la unión. Una activación con bases dela madera mejoraba la fuerza de la unión en seco, aunque noen húmedo. Sales de Hierro junto con peróxidos de Hidrógenodan uniones más duraderas que la madera no activada. Laactivación de superficie con ácido peracético se hautilizado para tableros de partículas.

4.3.5 Adhesivos basados en Formaldehído (Formol).- Son losmás utilizados como adhesivos para madera y están basadosen la reacción del formol con fenol, resorcinol, ureamelamina o mezclas de ellos. La reacción se produce en trespasos:

El formol reacciona con el comonómero para formar unhidroximetil derivado.

Condensación de dos grupos hidroximetil para formar ungrupo bis-metilen éter con pérdida de una molécula deagua.

Eliminación de formaldehído del bis-metilen éter yformar un enlace metileno.

Las velocidades respectivas dependen mucho delcomonómero y son muy dependientes del pH, lo que hace quetengamos que tener en cuenta el pH de la madera, ademásestas reacciones se pueden controlar ajustando temperaturay añadiendo catalizadores o retardantes. La mayoría de estos adhesivos son en base agua por loque no sólo hay polimerización sino evaporación de agua.Como en la reacción se desprende agua, demasiada agua en lasuperficie de la madera retarda el secado. La mayoría de las aplicaciones para madera requiere queel adhesivo no experimente movimiento con el tiempo(creep), lo que obliga a la utilización de adhesivosreticulados o termoestables. Los copolímeros del formolproducen polímeros termoestables porque contienen sitiosreactivos en diferentes cadenas, el formaldehído las uniráal reaccionar con dichos sitios. Tiempos más largos y

temperaturas más altas conducirán a un mayor dereticulación y por tanto de un enlace más fuerte. Generalmente se utilizaba formol en exceso lo queconducía a reacciones más rápidas y mayor nivel dereticulación, pero esto conduce a una mayor emisión deformol, especialmente en los sistemas de urea-formol. Los adhesivos basados en formol son utilizados en laproducción de la mayoría de los laminados y productosderivados de la madera (composites), aunque los Isocianatosestán incrementando su participación en el mercado por sumenor sensibilidad a la humedad de la madera y temperaturade proceso. Los adhesivos basados en formol dan unionesfuertes y uniones rígidas que no experimentan fluencia(creep) gracias a que se reticulan las cadenas. Sin embargolas propiedades dependen mucho del coreactante que seutilice. Los adhesivos basados en Urea Formol, son los máseconómicos, pero tienen poca durabilidad en condicioneshúmedas. Los basados en Fenol Formol tienen un buen balanceentre coste y resistencia al agua. Melaminas, aunque decoste alto dan buena resistencia al agua y poco colorcomparadas con las fenólicas. Resorcinol Formol son útilesporque curan a temperatura ambiente, aunque de precio alto.

4.3.5.1 Adhesivos Fenol Formaldehído (PF).- Dan buenaadhesión en madera y excelente estabilidad en los ensayosde durabilidad. Hay un vasto número de posiblesformulaciones y una selección no adecuada puede conducir auna mala unión. Entre los factores que pueden conducir auna pobre adhesión están polimerización incompleta debido aescaso tiempo con temperatura; una resina con alto pesomolecular, lo que conduce a mala humectación y penetración;escaso tiempo en contacto que no permite una buenapenetración en la madera; o excesivo tiempo con excesivapenetración. Para todos estos aditivos el fenol se reaccionapreviamente con el formol para producir una resina queexperimentará una ulterior reacción durante el curado deladhesivo. Hay dos tipos básicos de prepolímero, novolac quetienen una relación formol / fenol inferior a 1 y seobtienen generalmente en condiciones ácidas y los resol enque dicha relación es superior a 1.Para la mayoría de lasaplicaciones de adhesivos para madera se utilizan las

resinas resol ya que proporcionan un adhesivo soluble conbuenas propiedades de humectación y con curado aplazadohasta que es activado por el calor permitiendo al productotiempo de contacto. Los adhesivos PF pueden utilizarse en casi todas lasaplicaciones en las que se pueda calentar, aunque en casosdonde no sea necesario resistencia ambiental puedeutilizarse las más económicas de UF. Se puede utilizar ureacomo aditivo que mejorará el flujo de la resina, actuarácomo secuestrante del formol y reduce el costo.

4.3.5.2 Adhesivos Resorcinol y Fenol-ResorcinolFormaldehído.- Las resinas de Resorcinol Formol (RF) tienenla ventaja sobre las resinas PF de curar a temperaturaambiente. Resorcinol es 1,3-dihidroxi benceno y es muyreactivo ya que los dos grupos hidroxi activan lasposiciones 2, 4 y 6 del benceno en la reacción con elformol. Ya que tanto el fenol como el resorcinol tienentres centros activos son capaces de reticular por lo queactúan como termoestables. De modo análogo a las resinas PF, estos adhesivosforman uniones muy duraderas. Resistentes tanto a fallocomo a degradación, su principal inconveniente es el costodel resorcinol. Para bajar el costo manteniendo el curado abaja temperatura se desarrollaron las resinas de fenolresorcinol formol (PRF). Estos suelen tener un tiempo decurado largo, ya que necesitan tiempo para mezclarse loscomponentes, humectar y penetrar, esto hace que tengan queestar largo tiempo unidos antes de poder utilizarse elobjeto.

4.3.5.3 Adhesivos de Urea Formol (UF).- Tienen variasventajas, bajo costo, no inflamables, rápido curado y pococolor. Por el lado negativo no son estables al agua y sedesprende formol. Los adhesivos UF son la clase másimportante de resinas amínicas y el adhesivo más importantepara contrachapado de interior y tablero de partículas. Primeramente se hace reaccionar la urea con el formolen condiciones ácidas, cuando se alcanza el tamaño adecuadodel oligómero se detiene la reacción subiendo el pH yenfriando. Usualmente se le añade algo más de urea parareducir las emisiones de formaldehído de la resina. La

resina de UF contiene un catalizador ácido latente queproducirá un ácido al calentar, suelen ser sales comocloruro o sulfato amónico que formarán ácido clorhídrico osulfúrico al calentar. El ácido y el calor hacen que laresina de UF cure rápidamente, dando los tiempos más cortosde curado. Las limitaciones con la emisión de formol tanto durantela producción como en el interior de las casas, haconducido a formulaciones con relación formol/urea másbajas. Aunque esto ha sido a costa de menor robustez de launión. Las emisiones de formol son altas inicialmente ydecrecen con el tiempo, pero no llegan a cero incluso contiempos muy largos. El mayor inconveniente de los adhesivos de UF es supobre resistencia al agua lo que les restringe aaplicaciones de interior. También su baja estabilidadhidrolítica a largo tiempo hace que sean los menos durablesde los adhesivos basados en formol. Se cree también quepueden despolimerizarse lo que resulta en una emisióncontinua de formol. Para mejorar la resistencia al agua deestas resinas se desarrollaron las de melamina – urea –formol (MUF):

4.3.5.4 Adhesivos de Melamina Formol (MF).- Estos adhesivostienen aceptable resistencia al agua como los de fenol yresorcinol, pero mucho menos color que estos. Las resinasMF son la más utilizadas para contrachapado y tablero departículas de exterior o semiexterior asi como en juntas.Otro uso significativo para impregnar con hojas de papel enlaminados plásticos. La limitación de las resinas de MF esel alto costo de la melamina, esto ha conducido al uso deresinas de melamina-urea-formol (MUF) que retienen bastantede la resistencia al agua de las MF pero a más bajo coste. El primer paso es la reacción entre la melamina y elformol, generalmente se utilizan 2-3 moles de formol poruno de melamina. En lineas generales un adhesivo de MFcontiene un 53-55% en sólidos en agua con un pH 9.9 – 10.3para estabilizar la resina. Contiene para activarlo un ácido latente como en elcaso de la resina de UF.

4.3.6 Adhesivos a base de Isocianato.- Los Isocianatos sonmuy utilizados ya que son muy reactivos con aquellasespecies químicas que contengan hidrógenos activos, lo quepermite una gran flexibilidad de productos ya que puedenauto polimerizar o hacerlo con otros monómeros. Tienen una alta reactividad lo que hace que el procesode polimerización transcurra rápidamente y con un altogrado de conversión. Un inconveniente es que reaccionanrápidamente con el agua contenida en la madera. Estareacción con el agua puede disminuir el peso molecularefectivo alterando la estequiometría y competir conreacciones deseables como sería con los grupos OH de lacelulosa y de la hemicelulosa. El adhesivo más común en madera es el isocianatoautorreticulable, que reacciona con la humedad de la maderapara iniciar el proceso. Se utilizan tanto en la producciónde composites como en el encolado de productos laminados demadera. El difenil metano diisocianato polimérico (pMDI) seutiliza principalmente en tablero de partículas orientadas(OSB). Otro adhesivo común es el isocianato polímero enemulsión, que es un producto de dos componentes.Isocianatos en dos componentes y no basados en agua, aunquemuy usados en recubrimientos para madera, no se utilizancomo adhesivos para madera debido a su rápida reacción.

4.3.6.1 Difenil Metano Diisocianato Polimérico.- Esutilizado comúnmente en madera. El pMDI es una mezcla deMDI monomérico y polimérico. Su coste elevado vienecompensado por su rápida velocidad de reacción, sueficiencia y su capacidad de adherirse a superficies dedifícil anclaje. El pMDI forma un homopolímero para activarse, esto noes un problema en madera, pero puede serlo con otrossustratos que pueden necesitar humectarse previamente.Altos niveles de agua pueden inhibir la formación delpolímero, aunque esto no es frecuente que se produzca enmadera. Como en la reacción se desprende CO2 esto puede serun problema ya que puede crear vacíos en el adhesivo. Losenlaces formados son bastante resistentes. También se caracterizan por su buena humectación ycapacidad de penetración los enlaces que forman son fuertes

no sólo por el posible enlace con la celulosa y lahemicelulosa sin por su capacidad de formar enlaces de Hcon ellos. Su lapida polimerización a Temperatura ambienteasi como su capacidad de formar uniones en presencia dealta proporción de agua lo hace adecuado para el núcleo detablero de partículas orientadas (OSB). También se hautilizado con madera verde o húmeda. Entre sus inconvenientes, el elevado precio, latendencia a unirse a superficies metálicas lo que lo hacepoco sutil para superficies prensadas, por lo que nodesplaza a PF para la cara frontal del OSB. Otroinconveniente es la toxicidad asociada con el monómero deisocianato que lo hace utilizable unidamente en plantas ycon medidas de seguridad.

4.3.6.2 Isocianato y Polímero en Emulsión.- Es un adhesivode dos componentes, uno de ellos es un isocianatoemulsificable y el otro un látex de un polímerohidroxilado. La emulsión permite utilizar un polímero dealto peso molecular, manteniendo una baja viscosidad. Comoel isocianato es emulsificable se dispersa fácilmentecuando se mezcla con el látex, entrando en contacto con elOH del polímero, a medida que el agua evapora. Como todoslos productos de dos componentes una mezcla adecuada esimportante. Las propiedades son similares al anterior.4.3.7 Adhesivos Epoxi.- A pesar de sus buenas propiedadesgenerales no son muy utilizados en madera, básicamente porsu coste elevado. Son productos de dos componentes por unaparte la Resina Epoxi y por otra el endurecedor quereaccionará con el grupo epoxi e incluyen aminas, amidas,tioles, hidróxido y grupos ácidos. La resina epoxi más común es diglicidil éter debisfenol A (DGEBA), aunque otras resinas pueden utilizarsecomo bisfenol B o aceites epoxidados. Resinas epoxibromadas se pueden utilizar para impartir resistencia alfuego. Los endurecedores más utilizados son las aminas quepermiten un curado a temperatura ambiente. Las aminasvolátiles de bajo peso molecular son peligrosas por sucorrosividad. Curados ultrarrápidos pueden obtenerse conmercaptanos. También pueden curarse con anhídridos o aminas

terciarias pero las altas temperaturas necesarias limitansu uso en madera. Aunque dan muy buena adherencia sobre muchos sustratoshay dudas sobre su durabilidad en madera. Hay mucho trabajohecho en restauración, pero el ensayo de resinascomerciales no han pasado los tests correspondientes.

4.3.8 Adhesivos de Acetato de Polivinilo y Etilen-Vinilo(PVA y EVA).- Estos adhesivos en base agua encuentranamplia utilidad en el encolado de productos de madera y depapel. Las dispersiones de cola blanca común (PVA) y de EVAse utilizan ampliamente en la fabricación de muebles. Lospolímeros ya están formados y no requieren de calor parafraguar (set), son económicos y fáciles de usar. Estosadhesivos en base agua curan porque el agua es absorbidapor la madera o el papel y eventualmente devuelta a laatmósfera. Ya que en estos productos no hay reacciónquímica, pierden gran parte de su fuerza de enlace conniveles altos de humedad. Los PVA son polímeros lineales de cadena alifática;esto los hace polímeros muy flexibles como contraste a lascolas de formol que son muy rígidas. Al ser en base aguapenetran con facilidad en el lúmen celular, pero por sutamaño molecular no penetran en las paredes celulares. Porsu alto contenido en acetato y flexibilidad pueden formarenlaces de H con las distintas fracciones de la maderadando muy buena adhesión inter.- facial. Mantienen mucha desu fuerza de unión cuando la madera se expande o se contraedebido a la disipación de energía en la flexión de lacadena, con esta disipación del esfuerzo (stress) por lacadena polimérica hay entonces un esfuerzo mucho máslimitado en la interfase. Sin embargo los PVA no funcionanigualmente bien a altos niveles de humedad, por pérdida defuerza de la unión (el agua le elimina de los enlaces de H)o con un alto esfuerzo constante a causa de su falta deresistencia a la fluencia (creep). Para ello hemos deconvertir al termoplástico PVA en un termoestable. Esto seconsigue reticulando con enlaces covalentes el PVA porreacción con glioxal, resinas de formol o Isocianatos oformando enlaces iónicos por reacción con titanatosorgánicos, nitrato de Cromo, o cloruro y nitrato deAluminio. El PVA asi reticulado puede resistir altos

niveles de humedad, temperatura y carga, aunque ahora seráun producto de dos componentes con el co-reticulanteañadido en el momento del empleo. De esta manera se utilizaen construcción en el caso de ventanas o puertas. El PVA se convierte en alcohol polivinílico (PVOH) porhidrólisis, variando el grado de hidrólisis y el pesomolecular se pueden obtener distintos PVOH para distintasaplicaciones, siendo una de ellas la de adhesivo. Dada susolubilidad en agua, estos adhesivos necesitan serreticulados o gelificados para mantener la unión encondiciones húmedas. Para ello o bien se forman enlacescovalentes con glioxal, urea y melamina – formol o enlacesiónicos con sales metálicas como complejos amoniacalescúpricos, ti- tanatos orgánicos y dicromatos. Lagelificación se realiza con ácido bórico o bórax. El PVOH se puede convertir en Polivinil butiral,empleado como adhesivo en cristales laminados de seguridad.Se caracteriza por su buena estabilidad a la luz.

4.3.9 Adhesivos Biobasados.- Los más comunes son losbasados en proteína y se han venido usando desde la másremota antigüedad en la que el hombre aprendió a hacercolas de plantas y animales. Las uniones que producían noeran estables a altos niveles de humedad, se reblandecían yademás eran degradados biológicamente. Se han utilizado muydiversas fuentes de proteína como huesos y tendones deanimales, leche (cafeína), sangre, escamas de pescado, ysemillas de soja. El avance más grande a principios de 1900fue el empleo de adhesivos de harina de soja que permitióque el contrachapado fuera un sustituto de menor costo parala madera maciza en interior. Hoy la mayoría de este tipode adhesivos ha sido sustituido por adhesivos sintéticospor factores de costo, durabilidad y disponibilidad. Se hanrealizado investigaciones para in-corporar harina de soja o proteína en las resinas de fenol-formol, pero se ha obtenido mayor éxito utilizando fenol yformol para reticular la proteína de harina de soja desna-turalizada. Los árboles y arbustos han proporcionado materialesadhesivos, que han sido empleados en madera. La resina fueuno de los más importantes, utilizado sobre todo enconstrucción naval, que además condujo al desarrollo de la

colofonia, que también ha tenido empleo como aditivo enadhesivos, como EVA, hot-melts y adhesivos sensibles a lapresión (PSA). Los Taninos se han usado como sustitutos delfenol en algunas resinas de formol. Las ligninas, por sunaturaleza fenólica se han examinado como sustituto delfenol en resinas PF. Tanto los adhesivos basados en taninoso en ligninas tienen buena resistencia a la humedad y alataque por microorganismos. Los carbohidratos, aunque usados como adhesivos no hanencontrado mucha utilidad en madera. El almidón es muyutilizado para pegar papel, pero carece de la fortaleza yresistencia a la humedad necesaria en madera. Los adhesivoscelulósicos no sólo carecen de resistencia frente a lahumedad, sino que permiten el crecimiento de micro –organismos.

4.3.9.1 Colas de Proteína.- Aunque muy importantes antaño,hoy se utilizan únicamente donde aportan alguna propiedaddistinta y sólo se necesita una durabilidad limitada. Comola mayoría de los materiales de la biomasa, las proteínasno son uniformes en su composición y varía según la fuente.Para hacer un adhesivo útil la proteína ha de serdesnaturalizada a fin de exponer los grupos polares paraformar enlaces y solubilizar la proteína. La estructuraprimaria es una cadena de poliamida hecha de condensaciónde aminoácidos mientras que la estructura secundaria yterciaria son interacciones intra e inter cadenarespectivamente, y que están constituidas por enlace de H,enlaces disulfuro o coordinación en torno a cationesmetálicos. La desnaturalización lleva consigoprincipalmente la destrucción de los enlaces de H, mientrasque la rotura de otros enlaces secundarios y terciariosdependerá de las condiciones de desnaturalización. Una vezque la proteína ha sido desnaturalizada puede fluir alinterior de la madera y formar enlace de Hidrógeno con lamisma. El principal método de desnaturalización es en medioacuoso, que se suele realizar en condiciones cáusticasaunque se pueden incorporar otros productos que estabilicenla cola o añadan fortaleza a la unión. De los adhesivos basados en proteína el basado enharina de soja, después de extraído el aceite, es el másutilizado. La harina molida finamente y desnaturalizada, se

usa en breve plazo antes de que comience a degradarse. Tuvogran influencia en el desarrollo del contrachapado, aunqueahora se utilicen las resinas sintéticas, y su uso es másbien como aditivo. Aunque recientemente y debido alcreciente aumento de los derivados del petróleo esta siendonuevamente investigado su uso. Ninguna de las otras fuentes de proteica disponiblestienen el bajo costo, cantidad de suministro y constanciade composición como la harina de soja, pero pueden teneralguna ventaja por sus propiedades especiales. Lasproteínas de sangre tienen la mejor resistencia al agua delos adhesivos de proteínas pero hay una graninconsistencia. Colas de huesos y tendones de animales seutilizan en la fabricación de muebles pues proporcionanbuena flexibilidad así como resistencia a cambios dehumedad en interiores. Las de Caseína como muchos adhesivosbasados en proteína proporcionan buena resistencia al fuegoy se emplea en puertas antifuego. Cada uno de estosadhesivos tiene su propio sistema de desnaturalización.

4.3.9.2 Adhesivos de Taninos.- Los taninos son polihidroxifenoles que se encuentran en la mayoría de las plantas, sinembargo sólo en pocas se encuentran en cantidad suficienteque haga rentable su extracción. Los taninos se utilizan yaque son más reactivos que el fenol, aunque más caros. Eltanino una vez aislado y purificado se comporta como unaespecie de resorcinol con su alta reactividad y unionesresistentes al agua cuando se copolimeriza con el formol.Aunque la reacción del tanino con el formol es similar a ladel resorcinol, la estructura del polímero que se forma esbastante diferente. En vez de las múltiplex adiciones deformol a un sólo anillo aromático, el formol se añade a unoy algunas adiciones dobles a los anillos conectados de lasestructuras de resorcinol, pirogalol, fluoroglucinol ycatecol de los taninos. Asi la estructura final es muydiferente y tiene diferentes propiedades que la de losderivados del resorcinol por la menor densidad dereticulación de los taninos. Las limitaciones de los taninos son su alta viscosidad,limitada disponibilidad e inconsistencia de la fuente y portanto variabilidad en la reactividad, como muchos productosnaturales su composición depende de las condiciones de

crecimiento haciendo difícil que su calidad seaconstante.

4.3.9.3 Adhesivos de Lignina.- Aunque la lignina seatambién un derivado fenólico, son muy diferentes de lostaninos, se encuentra disponible en grandes cantidades, abajo costo, pero son mucho más lentos en sus reacciones conel formol. Esta en abundancia ya que es un subproducto dela fabricación del papel. La lignina natural se encuentrareticulada, pero el polímero esta parcialmente degradadopara separarlo de la celulosa. Para su utilización comoadhesivos las ligninas degradadas han de ser polimerizadasde nuevo. A pesar de ser casi completamente aromáticos, lasligninas tienen pocos anillos aromáticos y carecen deanillos fenólicos polihidroxílicos lo que explica la bajareactividad con formaldehído. El bajo costo de la lignina ha conducido a realizarmucha investigación para convertir la lignina en adhesivotermoestable, debido a la baja reactividad de la lignina seha investigado el curado térmico con ácidos y acoplamientooxidativo con peróxido de hidrógeno y catalizador partiendode lignosulfatos, que se han utilizado también como cargade adhesivos de formol. La poca reactividad de la ligninapuede alterarse por pre- metilolación con formol, y seutiliza esta lignina pre-metilolada usarse con resinas dePF en la unión de contrachapado.

4.3.10 Adhesión en Composites.- En algunos materialescompuestos (composites) la madera no es el componentefundamental, así tenemos: tablero de cemento con fibra demadera, madera plástica y como carga en plásticos. En lostres casos el componente distinto de la madera es elprincipal, asi que mejor sea la adhesión de la madera a esecomponente, más fuerte y duradero será el producto. Es importante desarrollar una buena interacción entrela madera y plásticos de baja polaridad. Polietileno (PE) ypolipropileno (PP) son los de más importancia ambos seutilizan composites plástico-madera, que se utilizan parasustituir la madera en recubrimientos exteriores,manteniendo el aspecto de la madera. El método más común deincrementar la polaridad de los plásticos es modificarloscon anhídrido maleico y que puede servir como puente y

reaccionar con los grupos hidroxilo de la madera formandoesteres o reaccionar con agua formando ácidos orgánicos quepuede formar enlaces polares con los grupos hidroxilo.

4.3.11 Adhesivos en Caliente (Hot-Melts).- Su principalaplicación en madera es en muebles y para conjuntos decocina y baño, aunque también pueden usarse en ventanaspara construcción y cantos de laminados decorativos, debidoa su facilidad de establecer uniones rápidamente. Fraguanpor enfriamiento que convierte al polímero fundido en unsólido, aunque algunos pueden adquirir un refuerzo porreticulación. Son polímeros completamente formados que secalientan para su aplicación, aunque por su alta viscosidadtienen limitada su capacidad de humectar la superficie demadera. Hay versiones hot-melts de copolimeros EVA. Variando larelación de etileno a acetato de vinilo y el peso moleculardel polímero final se pueden obtener productos condistintas propiedades para las distintas aplicaciones.Además pueden intervenir en la formulación agentes detacking y ceras. Aunque relativamente baratos a menudopresentan problemas de fluencia bajo carga (creep) ya quehay una gran cantidad de compuestos de bajo peso molecular(agentes de tacking y ceras) y además las cadenas delpolímero tienen poca atracción entre ellas. Adhesivos hot-melts basados en poliamida tienen másutilización en madera que los anteriores ya que hayinteracciones más fuertes entre las cadenas lo que los hacemás resistentes a la fluencia (creep). Se obtienen porreacción entre diaminas y diácidos. Tienen buenaresistencia al calor y a la fluencia (creep) a pesar de serun termoplástico debido a los fuertes enlaces de H entrecadenas. Estos enlaces resisten el calor, pero cuando seaplica el suficiente se rompen los enlaces convirtiéndoserápidamente en un fluido. Después de la aplicación alsustrato y enfriar se convierte en un sólido resistente congran fuerza de unión. Debido a su alto costo su uso selimita a productos de alto valor que necesiten uniones muydurables.

4.3.12 Adhesivos Sensibles a la Presión (PSA).- Este tipode adhesivos ha tenido un alto crecimiento, no sólo para

etiquetas sino en la aplicación de laminados decorativos.Se diferencian del resto de adhesivos en que ni hay paso defraguado (endurecimiento) en su uso final. Se deformanfácilmente para ajustarse a la topografía de la superficieque van a unir. Como los PSAs son polímeros de alto pesomolecular y en algún caso polímeros reticulados tienenlimitada capacidad de flujo y penetración, aunque su bajocoeficiente de elasticidad le permite suficientedeformación para humectar la superficie. Aunque estosadhesivos no tengan una alta adhesión interfacial, lamayoría de la fuerza aplicada no se concentra en lainterfase sino que se gasta principalmente en ladeformación del adhesivo elastómero. Sus propiedadesreológicas dependen del tiempo y de la temperatura. Dado que la unión adhesiva implica la deformación deladhesivo para conformarse con la de la superficie a unir,da buenos resultados sobre la mayoría de superficies, yaque suelen ser rugosas al menos a nivel nanométrico. Lospolímeros elastómeros empleados pueden dar bastante fuerzaa la unión aunque las formulaciones contienen productos debajo peso molecular que se utilizan como agentes de tackingo plastifican el polímero.

4.3.13 Otros Adhesivos.- Es un polímero disuelto endisolvente que se aplican a ambas superficies que se uniránuna vez evaporado el disolvente. Así un tablero departículas y un laminado plástico se tratan con el adhesivode contacto, generalmente neopreno disuelto en disolvente oemulsionado en agua, después de que los volátiles evaporanse presionan las dos superficies juntas. Este tipo deadhesivo se emplea frecuentemente en laminados sobreaglomerado o tablero de fibras y en la fabricación demuebles. Adhesivos de acrílico y acrilato polimerizables no seutilizan a menudo en madera por su alto costo. Dan curadosrápidos y fuertes enlaces, pueden ser curados también porradiación.

4.3.14 Formulación de Adhesivos.- Están formados dediferentes componentes además del polímero base. Aunque losotros componentes se añaden para un propósito específico,

pueden alterar otras propiedades del adhesivo bien durantela aplicación o después del curado. Base es el polímero ya sea sintético, de origenbiológico o combinación que proporciona al adhesivo lafuerza para mantener unidos los sustratos. Normalmente elnombre del adhesivo hace alusión a él y así decimos quetenemos un adhesivo de fenol – formol, epoxi, caseína, etc.El material base es la sustancia molida que proporciona lamateria del film adhesivo, controlando la aplicación,fraguado y curado. Disolventes son líquidos utilizados para disolver odispersar el polímero y los aditivos a fin de producir unsistema líquido para la aplicación sobre los sustratos,pero que se eliminan del adhesivo durante el fraguado. Eldisolvente más común es el agua. El agua no se utiliza enotros adhesivos por su pobre humectación, baja volatilidady corrosión de superficies, pero para madera es eldisolvente ideal y de bajo coste. En algunos casos elmaterial de base es líquido y puede ser aplicado sinnecesidad de disolvente, como por ejemplo epoxi o pMDI. Aveces se les denomina 100% sólidos. Tales sistemas contraenpoco al endurecer por lo que reducen tensiones internas enel film. Diluyentes son líquidos añadidos para rebajar elsistema adhesivo cuando se aplica a baja viscosidad comopor pulverización u otros métodos especiales. En el casoespecial de los Diluyentes Reactivos estos puedencopolimerizar con la resina base permaneciendo como partede la sustancia sólida. Catalizadores o Acelerantes sustancias químicas queañadidas en pequeñas cantidades incrementan la velocidad dereacción de curado. Los catalizadores auténticos no seconsumen en la reacción mientras que los acelerantes si loson. Un ejemplo de catalizador es el ácido en el curado delas resinas de urea-formol, mientras que un ejemplo deacelerante son los orto esteres utilizados para acelerar elcurado de las resinas de fenol – formol. Agentes de Curado o Endurecedores son sustanciasquímicas que experimenta reacciones químicas enproporciones estequiométricas con la resina base. Porejemplo la amina que reacciona con la resina epoxi para darel adhesivo final.

Cargas son sólidos que se incorporan para bajar coste ydar consistencia a los adhesivos líquidos, reduciendo flujoindeseado o excesiva penetración. Generalmente incrementanla rigidez del adhesivo. Pueden modificar el coeficiente deexpansión térmica haciendo que se aproxime a los de lasuperficie adherida, reduciendo las tensiones térmicas enla junta que se producen durante el enfriamiento o cuandoexperimenten variación de temperatura durante el servicio.Como ejemplo tenemos la harina de cáscara de nuez que seincorpora a los adhesivos de resorcinol para mejorar laextensión sobre la superficie o reducir la penetración enlos poros de la madera, o arcilla (china clay) que seutiliza en resinas epoxi como espesante o para modificarlos coeficientes térmicos. Extendedores también reducen el coste aportan algunapropiedad adhesiva. A veces pueden alterar otraspropiedades como incrementando el tack del adhesivo. Unbuen ejemplo es la adición de harina de trigo a las resinasde urea – formol. Estabilizantes y Preservativos sustancias químicas quese añaden al adhesivo para proteger uno o más de loscomponentes o al adhesivo final contra algún tipo dedeterioro. Se utiliza la denominación de preservativo paraprevenir de deterioro biológico, mientras que unestabilizante lo puede hacer de una degradación biológica oquímica. La protección del deterioro biológico puedeimplicar el uso de fungicidas o biocidas mientras que laprevención de degradación química implica el uso deantioxidantes o antiozonantes. Reforzantes son materiales de base incorporados paramodificar o mejorar la durabilidad del sistema adhesivopara algún tipo específico de servicio. Así se incorporamelamina a una resina de urea – formol para mejorarresistencia al deterioro en caliente y en condicioneshúmedas. Carriers se utilizan para producir adhesivos en formade film. Es de un tejido fino poroso o papel al que seaplica el adhesivo líquido secándose a continuación. Así seutiliza papel tisú como carrier para adhesivos fenólicostipo film para contrachapado fino de frondosa donde unrodillo entendedor convencional pudiera rasgar o romper lafina chapa.