Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Volumen 3 (1): 10-22
Revista de Ciencias Tecnológicas (RECIT). Universidad Autónoma de Baja California ISSN 2594-1925
Volumen 7 (1): e315. Enero-Marzo, 2024. https://doi.org/10.37636/recit.v7n1e315
ISSN: 2594-1925
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Artículo de investigación
Influencia de la distribución granulométrica en
propiedades de tableros aglomerados de residuo de
desmote de algodón y resina urea formaldehído
Influence of particle size distribution on the properties of cotton
gin residue and urea formaldehyde resin particleboards
Luciano Gabriel Massons , Florencia Araceli Benitez , Regina Rosario Piccoli , Maria Fernanda
Carrasco , Raúl Esteban Puga , Carlos Defagot
Centro de Investigación y Desarrollo para la Construcción y la Vivienda (CECOVI), perteneciente a la Facultad
Regional Santa Fe de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN - FRSF). Santa Fe, Argentina
Autor de correspondencia: Luciano Gabriel Massons, Centro de Investigación y Desarrollo para la Construcción y la Vivienda
(CECOVI), perteneciente a la Facultad Regional Santa Fe de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN - FRSF). Santa Fe, Argentina.
Correo electrónico: lmassons@frsf.utn.edu.ar. ORCID: 0000-0002-5584-5903.
Recibido: 16 de Agosto del 2023 Aceptado: 10 de Febrero del 2024 Publicado: 19 de Febrero del 2024
Resumen. - El presente trabajo expone la posibilidad de generar tableros de partículas con residuos de la
industria algodonera del noreste de Argentina, aglomerados con resina urea-formaldehído, como una
alternativa de sustitución de la madera por desechos lignocelulósicos de menor costo, para los cuales aún no
se han implementado medidas para lograr una disposición final eficiente. Se pretende lograr tableros de
partículas que puedan ser utilizados en la construcción de cerramientos de viviendas y mobiliario sencillo. Con
la intención de optimizar el comportamiento de estos tableros, se investiga la influencia de la distribución de
tamaños de partículas y sus características morfológicas en las propiedades mecánicas, resistencia al agua y
calidad final de los tableros. Se comparan tres situaciones: material molido sin clasificar, material molido
clasificado y material remolido clasificado, que conforman tableros monocapa con porcentajes de resina de
11,9 %, 15,1 % y 19,3 %. Los resultados muestran que el uso de partículas más finas aumenta aproximadamente
un 35% la resistencia a la flexión (MOR) y el módulo de elasticidad (MOE) en comparación con tableros donde
se utilizan partículas más grandes. El hinchamiento y la absorción de agua disminuyen entre 25% y 70%
utilizando partículas más pequeñas. Los tableros elaborados con partículas más pequeñas logran una mejor
impregnación de la resina y procesos de mezclado más sencillos, que redundan en una mejor calidad de corte
y superficies más lisas. Estos resultados contribuyen a la identificación de una disposición final de un residuo
abundante sumando valor agregado y de alternativas de materias primas que puedan reemplazar a la madera
en el proceso de fabricación de tableros.
Palabras clave: Tableros de partículas; Residuo de desmote de algodón; Resina urea formaldehído; Tamaños
de partículas; Propiedades.
Abstract. - The present paper exposes the feasibility of producing particleboards with wastes from the cotton
industry in northeastern Argentina, agglomerated with urea-formaldehyde resin, as an alternative to replace
wood with lower-cost lignocellulosic waste, for there are no measures to achieve an efficient final disposal. The
aim is to achieve particleboards suitable for the construction of housing enclosures and simple furniture. With
the intention of optimizing boards behavior, the influence of the particle size distribution and their
morphological characteristics on the mechanical properties, water resistance, and final quality of the boards
is investigated. Three situations are compared: unclassified milled material, classified milled material, and
classified remilled material, which constitutes single-layer boards with resin percentages of 11.9 %, 15.1 %,
and 19.3 %. Results show that the use of finer particles increases the flexural strength (MOR) and the modulus
of elasticity (MOE) by approximately 35 % compared to boards where larger particles are used. Swelling and
water absorption decrease between 25 % and 70 % by using smaller particles. Boards made with smaller
particles achieve better resin impregnation and simpler mixing processes, which result in better-cut quality and
smoother surfaces. These results contribute to the identification of a final disposal with added value for
abundant waste and an alternative raw material that can replace wood in the board manufacturing process.
Keywords: Particleboards; Cotton gin waste; Urea formaldehyde resin; Particle size; Properties.
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1. Introducción
El algodón, la fibra natural de uso más
difundido, se produjo a un ritmo de
aproximadamente 26.7 millones de toneladas
en todo el mundo en la campaña 2019-2020. En
el proceso entre la cosecha del algodón y el
desmote, se producen tres subproductos: los
tallos de algodón o rastrojo, el residuo de
desmote y las semillas de algodón.
Los tallos de algodón consisten en la porción
remanente de la planta en el campo luego de
efectuar la cosecha, el residuo de desmote es la
fracción desechada en el proceso de limpieza de
la fibra y las semillas de algodón se recolectan
luego de la limpieza de las fibras [1-28].
El residuo de desmote es un material complejo,
considerando que consiste en una mezcla de
carpelos, motas (fibras de algodón con semillas
inmaduras o rotas), palos, partes de hojas y
partículas finas. La cantidad de residuo de
desmote que se genera varía ampliamente y
depende de varios factores, como el método de
cosecha, la técnica de desmotado, el origen y la
variedad del algodón [29].
En Argentina, la producción algodonera se
concentra en la región del noreste,
principalmente en las provincias de Santa Fe,
Chaco, Formosa, Santiago del Estero y
Corrientes, considerándose una actividad
productiva con gran cantidad de problemas que
deben abordarse.
A partir de datos obtenidos de cosechas
anteriores, se sabe que, de aproximadamente
1,000,000 de toneladas de algodón, se obtienen
más de 300,000 toneladas de residuos de
desmote, es decir, más del 30 %, compuestos
de fibras cortas, carpelos y otros componentes
[1, 3, 4].
En las últimas décadas, el incremento en la
implementación de maquinarias en la cosecha
ha mejorado notablemente la rentabilidad del
cultivo, pero esto también genera mayores
cantidades de residuos en la fase de desmote,
implicando mayores inconvenientes y
procesos, por tanto, más costos para la
extracción final de la fibra utilizable.
El distanciamiento usado en las áreas
sembradas a Surco Estrecho, no permite su
recolección con cosechadoras de tipo “picker”
o a husillos, recolectándose ese algodón
mayoritariamente con cosechadoras de tipo
“stripper” o despojadoras, muy eficientes en
cuanto a la recolección en sí misma, pero que
tienen la desventaja de cosechar con mayor
porcentaje de impurezas o material extraño lo
cual conlleva a menores rendimientos de fibra
en el proceso de desmote [3, 4].
Los residuos mencionados actualmente sin
destino previsto se acopian en grandes
montañas al aire libre, dando lugar a un hábitat
con condiciones muy favorables para plagas y
roedores, y, además, siendo autoinflamables,
son un peligro para las comunidades aledañas.
Como otro aspecto a considerar se encuentra el
corto periodo de trabajo intensivo que tienen las
desmotadoras, solo 100 días al año, tiempo
coincidente con la duración de las campañas de
cosecha y desmote. Esto se traduce en no ser
una fuente de trabajo constante para la
población local.
La implementación de tecnologías complejas
para reutilizar este residuo se ve parcialmente
frustrada por la variabilidad de su generación lo
cual atentaría contra una necesidad continua de
materia prima [2]. Actualmente se contemplan
como un posible destino del residuo de desmote
su aplicación como alimento balanceado para
ganado, pero esto se torna dificultoso debido a
su baja digestibilidad [5-6, 29].
También se podría compostar aeróbica o
anaeróbicamente, lo cual parece una solución
viable, pero la difusión de su uso es limitada y
aparentemente poco rentable [7-8, 29].
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Lamentablemente en la mayoría de las plantas
desmotadoras, frente a la falta de soluciones
efectivas al gran volumen de residuos
generados se opta por quemarlos, lo cual,
encontrándose estas plantas cercanas a centros
poblacionales, se torna muy problemático
debido a la importante contaminación
ocasionada. Además, teniendo en cuenta que el
algodón es uno de cultivos agrícolas con mayor
aplicación de agroquímicos, se deben
contemplar los riesgos asociados a la quema y
los humos dispersados [9-12].
Frente a lo mencionado es alentador pensar en
destinar estos residuos en la generación de
materiales que puedan ser aplicados tanto en
mobiliarios, viviendas u otros usos generales.
Con el desarrollo de estos materiales se podrían
resolver simultáneamente varias de las
problemáticas mencionadas, destino de los
residuos, fuente laboral alternativa y
contribución a mejorar las deficiencias
habitacionales de la zona [13-14].
Contando con antecedentes de otros
investigadores que han trabajado con
materiales lignocelulósicos subproductos
agroindustriales, se vislumbra la posibilidad de
producir tableros de partículas con los cuales
constituir una tecnología de construcción en
seco o como posible reemplazo de la madera en
los aglomerados [14-26].
Estas iniciativas se basan en el aumento
considerable del consumo de madera y otros
materiales para aglomerados de partículas a
base de biomasa, debido fundamentalmente al
ritmo de crecimiento poblacional. La población
mundial consume actualmente más de 3.5
billones de toneladas de madera verde por año.
Si la tasa de consumo de fibra de madera y la
tasa de crecimiento poblacional aumentaran
más de 60 millones de toneladas por año, esta
situación generaría un desequilibrio entre la
oferta y la demanda y, consecuentemente, las
fibras alternativas tales como las agrofibras y
otras fibras vegetales adoptarán un papel
relevante en relación a esta industria [13].
En etapas previas de la investigación se
estableció la factibilidad de producción de
tableros de partículas a partir de los residuos de
desmote del algodón aglomerados con resina
urea formaldehido que, mediante la
incorporación de refuerzos superficiales de
tejido bidirectional de yute y contenidos
considerables de resina, presentaban
propiedades mecánicas aceptables [27].
Otros investigadores han desarrollado tableros
de partículas basados en residuos parciales del
procesamiento del algodón, tales como los
tallos que quedan en el campo y son retirados
para prevenir la proliferación de plagas [13] o
los carpelos que se separan luego de la cosecha
manual [19].
En el presente artículo se presentan algunos
avances logrados en la investigación respecto
de la posibilidad de obtener tableros de
partículas configurados en una capa,
elaborados con residuo de desmote de algodón
con distintas granulometrías y porcentajes
variables de resina urea formaldehido, sobre los
cuales se evalúan las propiedades mecánicas,
resistencia al agua y calidad final de los
tableros, así como la influencia de las
características dimensionales y morfológicas
de las partículas sobre estas propiedades.
2. Materiales y Métodos
El residuo de desmote utilizado para la
elaboración de los aglomerados se obtuvo de
los acopios de una planta desmotadora ubicada
en la provincia de Santa Fe (Argentina). Este
residuo está constituido por restos de fibra de
algodón que no se logra separar en el proceso
industrial, carpelos, ramas de diversos tamaños,
hojas y polvo que se incorpora durante el
acopio (Figura 1). Se realizó la molienda del
residuo mediante una moledora de granos
marca LOYTO N°2 monofásica, la cual cuenta
con 8 martillos flotantes de acero y eje montado
sobre bolilleros.
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El residuo en estado natural primeramente se
molió utilizando una criba de 16mm,
obteniendo una granulometría variable
compuesta de polvo, partículas de diversos
tamaños y formas, además, fibras de algodón.
Buscando uniformar la morfología del material
se optó por tamizar el material molido
eliminando, por un lado, la fracción pasante del
tamiz N°30 que se compone principalmente de
polvo y puede contener materias extrañas como
partículas de suelo o cenizas [3] y, por otro, la
fracción retenida en el tamiz de ½” (12,5 mm)
que se trata en su totalidad de motas de fibras
de algodón con partículas enredadas. La
fracción remanente de esta clasificación se la
utilizó para la confección de los paneles
monocapa de granulometría gruesa (Figura 2b).
Luego de esta primera molienda y tamizado, se
procedió a una segunda molienda del material
utilizando una criba de 3,5 mm, obteniendo una
distribución de partículas más uniforme, que
también fue utilizada para la confección de
paneles monocapas de granulometría fina, con
un tamaño máximo de partículas de 4,75 mm
(Figura 2c). Para las partículas se practicó una
caracterización granulométrica, analizando el
material resultante de las moliendas mediante
dos procedimientos, uno a través del paso por
tamices y el otro de forma manual, separando
cada tipo de partículas presentes teniendo en
cuenta sus características morfológicas (Figura
2). En la tabla 1 se puede observar la
granulometría del material grueso y fino
utilizados para la elaboración de los tableros.
Tabla 1. Análisis granulométrico mediante tamices molienda gruesa y fina.
Figura 1. Apariencia de un tablero de cascarilla de algodón frente a un tablero comercial.
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Luego del proceso de molienda, el residuo se
secó en estufa a 105 ± 2 °C para reducir su
contenido de humedad natural de
aproximadamente 16% hasta alcanzar un
aproximado de 3%. En una mezcladora
planetaria con lira, el residuo de desmote seco
se integró con la resina urea formaldehido
(Coladur 65%) provista por Jucarbe S.A.
(Argentina), con contenido de sólidos mínimo
de 65 %, densidad de 1,26 g/cm3, tiempo de
gelación a 100 °C de 6 min y viscosidad a 25
°C de 950 cps.
A la resina se le adicionó agua hasta alcanzar
un contenido de sólido de 55 % y se empleó
como catalizador un 5 % de solución saturada
sulfato de amonio. Tanto para los paneles
elaborados con el material grueso, como para
aquellos elaborados con el material fino, la
proporción de resina utilizada para los
aglomerados, expresada como sólidos en
proporción al peso de residuo de desmote seco,
fue de 11.9%, 15.1 % y 19.3%.
Luego de homogeneizar la mezcla, en todos los
casos se colocó el material de forma manual en
un molde de platos calientes, y se prensó hasta
alcanzar una presión máxima de 3, 3.75 y 4.75
MPa con una temperatura de 150°C en ambos
platos durante 5 minutos, obteniendo tableros
de dimensiones nominales de 250 x 250 x 8
mm.
Sobre los aglomerados obtenidos se realizaron
determinaciones de densidad, resistencia a
flexión estática y resistencia al hinchamiento y
absorción. La densidad se determinó de
acuerdo al procedimiento de la norma IRAM
9705 [30]. La determinación de la resistencia a
flexión y módulo de elasticidad se realizó de
acuerdo a los lineamientos de la norma IRAM
9706 [31], modificando la luz de ensayo que se
mantuvo en todos los casos igual a 140 mm.
Para la realización del ensayo las probetas
previamente se acondicionaron durante 48 a 72
hs, en un ambiente controlado a 20 ± 2 °C y 65
± 5 % de humedad relativa, la carga se aplicó
en el centro de la luz entre apoyos en una
máquina Instron 3344, con una velocidad de
deformación constante de 12 mm/min, hasta
que se verificó la falla de la probeta. La
determinación del hinchamiento y absorción se
realizó de acuerdo a lo establecido en la norma
IRAM 9720 [32], para ello se cortaron probetas
de dimensiones nominales de 50 mm x 50 mm
x 8 mm, se acondicionaron hasta masa
constante, en un ambiente controlado a 20 ± 2
°C y 65 ± 5 % de humedad relativa las cuales
Figura 2. (a) Caracterización morfológica residuo en estado natural. (b) Caracterización morfológica residuo molido Criba 16 mm.
(c)
Caracterización morfológica residuo remolido en criba 3,5 mm.
(a)
(b)
(c)