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Sacarose como substituto da melamina em resinas de melamina-ureia-formaldeĆ­do

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Resumo(s)

O presente trabalho teve como principal objetivo avaliar o potencial da sacarose como substituto parcial ou total da melamina na formulação de resinas melamina-ureia-formaldeĆ­do (mUF), utilizadas como adesivos na produção de painĆ©is de partĆ­culas de madeira. Esta abordagem surge na sequĆŖncia da recente classificação da melamina como substĆ¢ncia de elevada preocupação, incentivando o desenvolvimento de alternativas mais sustentĆ”veis e seguras. No Ć¢mbito deste estudo, foram produzidas nove resinas: uma atravĆ©s do processo fortemente Ć”cido (UF-1) e sete atravĆ©s do processo alcalino–Ôcido (UF-2 a UF-8), incluindo ainda uma resina standard (STD), que serviu de referĆŖncia para avaliar o desempenho das restantes como sistemas adesivos para a produção de painĆ©is que devem obedecer aos requisitos da norma NP EN 312:2010. Foram exploradas 2 estratĆ©gias principais de incorporação da sacarose. A 1ĀŖ consistiu no processo fortemente Ć”cido atravĆ©s da incorporação da sacarose. Esta abordagem resultou num desempenho mecĆ¢nico inferior, com valores de resistĆŖncia interna (IB) de 0,22 N/mm² (face a 0,39 N/mm² da resina STD) e maior inchamento (51,3 % face a 38,7 %). Ao contrĆ”rio do processo fortemente Ć”cido, a segunda abordagem baseou-se no processo alcalino-Ć”cido no qual se incorporou diretamente sacarose ou um sistema com aditivo (A1 e A2). Estes aditivos foram formulados a partir de sacarose, Ć  qual se associou o componente 1 no caso do aditivo A1, e os componentes 1 e 2 no caso do aditivo A2. Esta abordagem, permitiu melhorar o desempenho relativamente ao processo fortemente Ć”cido. No entanto, os valores do IB a obtidos com a incorporação direta da sacarose e com o A1 permaneceram inferiores aos da resina STD e o inchamento superior ao da resina STD. Dentro desta estratĆ©gia, destacou-se a utilização do aditivo A2, evidenciando que o componente 2 desempenha um papel relevante na promoção da formação de espĆ©cies intermĆ©dias reativas e na melhoria da estrutura da rede polimĆ©rica. Verificou-se, contudo, que o desempenho das resinas depende de forma significativa das condiƧƵes de sĆ­ntese, nomeadamente da concentração do aditivo e do momento da sua incorporação. Neste contexto, a resina UF-7 apresentou o melhor desempenho global, com incorporação de 0,5 % de aditivo após a 1ĀŖ adição de ureia. Esta formulação evidenciou valores de IB (0,40 N/mm²) próximos dos da resina STD e menor inchamento (36,6 %), indicando uma melhoria na estabilidade dimensional. Em contrapartida, apresentou um teor de formaldeĆ­do emitido superior (3,90 mg/m²h face a 3,60 mg/m²h), associado a uma maior razĆ£o molar formaldeĆ­do/ureia. Desta forma, os resultados demonstram que a sacarose, particularmente quando combinada com o componente 2 e integrada em estratĆ©gias de sĆ­ntese adequadas, apresenta potencial para substituir a melamina em resinas adesivas, contribuindo para o desenvolvimento de sistemas mais sustentĆ”veis.
The main objective of this work was to evaluate the potential of sucrose as a partial or total substitute for melamine in the formulation of melamine-urea-formaldehyde resins (mUF), used as adhesives in the production of wood particleboards. This approach arises from the recent classification of melamine as a substance of very high concern, encouraging the development of more sustainable and safer alternatives. Within the scope of this study, nine resins were produced: one through a strongly acidic process (UF-1) and seven through an alkaline–acid process (UF-2 to UF-8), as well as a standard (STD) resin, which was used as a reference to evaluate the performance of the others as adhesive systems for panel production, in accordance with the requirements of NP EN 312:2010. Two main sucrose incorporation strategies were investigated. The first consisted of incorporating sucrose into a strongly acidic synthesis process. This approach resulted in poorer mechanical performance, with an internal bond (IB) value of 0,22 N/mm² (compared to 0,39 N/mm² for the STD resin) and higher thickness swelling (51,3 % compared to 38,7 %). In contrast to the strongly acidic process, the second approach was based on the alkaline–acid process, in which either sucrose or an additive system (A1 and A2) was directly incorporated. These additives were formulated from sucrose combined with component 1 in the case of additive A1, and with components 1 and 2 in the case of additive A2. This approach led to improved performance compared to the strongly acidic process. However, the IB values obtained with direct sucrose incorporation and with additive A1 remained lower than those of the standard resin, while thickness swelling remained higher. Within this strategy, the use of additive A2 stood out, indicating that component 2 plays a relevant role in promoting the formation of reactive intermediate species and improving the polymeric network structure. Nevertheless, resin performance was found to depend significantly on the synthesis conditions, particularly the additive concentration and the stage at which it was incorporated. In this regard, resin UF-7 exhibited the best overall performance, with the incorporation of 0,5 % additive after the first urea addition. This formulation achieved an internal bond value (0,40 N/mm²) close to that of the STD resin and lower thickness swelling (36,6 %), indicating improved dimensional stability. On the other hand, it exhibited a higher formaldehyde emission level (3,90 mg/m²h compared to 3,60 mg/m²h), which was associated with a higher formaldehyde-to-urea molar ratio. Thus, the results demonstrate that sucrose, particularly when combined with component 2 and incorporated through appropriate synthesis strategies, has the potential to replace melamine in adhesive resin formulations, contributing to the development of more sustainable adhesive systems.

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Additives Swelling Internal Resistance 5-HMF Panels Aditivos Inchamento Resistência interna Painéis

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