TRATAMIENTOS PROTECTORES MADERA

3. TRATAMIENTOS PROTECTORES MADERA
En un capítulo anterior hemos visto los agentes de la degradación de la madera y que
podemos resumir en tres tipos de agentes: Bióticos, debido a la naturaleza orgánica de la
madera; Agua o Humedad, debido a los cambios dimensionales que experimenta la
madera, acción de la radiación UV y el Fuego.
Hemos visto también que algunas especies, generalmente tropicales, tienen una buena
durabilidad natural lo que permite su empleo en condiciones de ambiente exterior, sin
embargo la escasez de dichas especies y su elevado precio hace que sea imposible su
utilización en todas las circunstancias en que se necesite.
Eso nos lleva a la necesidad de tener que utilizar especies más abundantes y de
precio más económico, sin embargo la durabilidad de estas especies tiene que ser
mejorada para aumentar su vida útil en servicio.
El modo de mejorar la protección de la madera puede estar dentro de alguno de los
siguientes apartados:




Impregnación con Preservativos, sustancias químicas que aportan protección
contra hongos, impermeabilizan, etc.
Modificación de la madera mediante tratamientos térmicos, químicos o
enzimáticos.
Aislando del ambiente exterior con la utilización de Barnices o Lasures, más o
menos penetrantes.
Carbonización de la madera, es el método más antiguo de protección de la
misma, habiéndose utilizado desde hace unos 4000 años, introduciendo estacas
en el fuego y carbonizando la superficie.
Hay que tener también en cuenta el agente agresivo al que se va a exponer a fin de
elegir la protección adecuada, así como el tiempo en que esta va a ser efectiva ya que en
el caso de los preservativos estos pueden ser lixiviados o en el caso de los barnices
perder su eficacia con el tiempo.
Cualquier tipo de tratamiento protector de la madera supone un perfecto
conocimiento de la especie (durabilidad natural y permeabilidad del líquido a su través)
y el grado de agresividad del medio en que se va a colocar.
Los tratamientos de tipo químico, implican la impregnación con soluciones de
productos químicos. Pueden proteger la madera del fuego, incrementar su estabilidad
frente al agua y humedad y defenderla de los ataques de organismos xilófagos.
Los principales parámetros del tratamiento por impregnación química de la madera
son los grados de penetración, retención y distribución de las materias activas en ellas.
En relación con la agresividad del medio se emplearan unas materias activas u otras, así
como soluciones de distinta concentración.
Entre los parámetros que son importantes en los procesos de impregnación hemos de
destacar: desde el punto de vista del proceso, el tiempo de contacto y la presión de
trabajo; las características de la madera están, Humedad de la misma (la presencia de
agua dificulta la penetración), porosidad, relación superficie / Volumen y especie.
La eficacia del tratamiento del preservativo en la madera es función de:


Tipo de organismos presentes y condiciones ambientales.
Toxicidad intrínseca del preservativo o eficacia frente al organismo agresor.
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


Capacidad del Preservativo de resistir lixiviación, degradación UV o cualquier
otra forma de degradación.
El grado de penetración y uniformidad de la penetración dentro de la madera
tratada.
La retención o concentración del preservativo dentro de la madera tratada.
Estos parámetros afectan por una parte a la clase de riesgo a la que esta sometida la
madera (interior, exterior, en contacto con agua, etc.), el tipo de preservativo, cantidad y
tipo de Tratamiento.
Los tratamientos protectores de la madera se clasifican:
-
Tratamientos Curativos
Tratamientos preventivos: Con madera húmeda (superior al 30%).
Con madera seca.
En los tratamientos con madera húmeda, se diferencian los efectuados
inmediatamente tras el apeo del árbol (superficiales) y los realizados con posterioridad
en factorías con o sin empleo de vacío y/o presión. En los tratamientos con madera seca
se pueden diferenciar, los de tipo superficial y los efectuados en profundidad con o sin
el empleo de plantas autoclave.
3.1. Características de los productos empleados como protectores de la
madera.- Se definen como protectores de la madera, las soluciones de sustancias
químicas que empleadas aisladamente o en combinación, proporcionan a las piezas de
madera sobre las que se aplican una mayor resistencia frente a la acción negativa de
agentes bióticos o xilófagos. En ocasiones a las características biocidas se adicionan
otras de mejora o protección frente a determinados agentes climáticos.
Los protectores, también conocidos como preservativos, se utilizan en forma líquida.
Ellos cuentan con el disolvente para transportar la sustancia tóxica en el interior de la
madera durante la impregnación, así se han de tener en cuenta la solubilidad en el
disolvente, así como su rango de ebullición. Los disolventes más utilizados con los
protectores son: Creosota, Aceite de Petróleo pesado, Aceite Petróleo medio, Agua y
Agua con amoniaco.
La Creosota tiene la propiedad de actuar tanto como agente protector como
disolvente o carrier. Esto se debe al hecho que la creosota es una mezcla líquida
compleja de sustancias químicas procedentes de la destilación de carbón o madera en
ausencia de oxígeno; sólo unas pocas de dichas sustancias son buenos protectores de la
madera, el resto actúa como disolvente (carriers) o cargas.
Históricamente se clasificaban los preservativos por su solubilidad y asi teníamos los
basados en agua y los basados en disolvente (aceite) aunque actualmente dicha
clasificación ha perdido relevancia ya que los mismos ingredientes activos se pueden
formular tanto al agua como al disolvente. Aunque los basados en agua pueden contener
algún cosolvente, amina o amoniaco para mantener el ingrediente activo en solución.
Cada uno de los tipos tiene ventajas e inconvenientes.
Los basados en aceite (bien medios o pesados) son los más antiguos y eficaces.
Suelen colorear fuertemente la madera y pueden reducir el agrietamiento y el pelado
superficial, se utilizan en postes, puentes, traviesas de ferrocarril, etc. pero más
raramente en sitios con contacto humano o en interiores debido a su fuerte olor.
Se utilizan los basados en agua en aquellas aplicaciones que la limpieza de color sea
importante o que hayan de ser pintados posteriormente y además tienen poco o ningún
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olor. Estos preservativos no confieren estabilidad dimensional a la madera, al menos
que contengan algún agente hidrofugante. Pueden incrementar algunos la velocidad de
corrosión de clavos o sujeciones metálicas.
Los primeros preservativos basados en agua eran simplemente sales disueltas p.e.
ZnCl2 y NaF, pero tenían tendencia a la lixiviación cuando se exponían al agua, por lo
que eran poco apropiados para exterior. Los más recientes aunque inicialmente solubles
en medio ácido o alcalino están diseñados para que después del proceso de
impregnación a presión se enlacen químicamente con la madera para formar un
compuesto insoluble. Estos preservativos son muy versátiles ya que variando la
concentración y/o el tratamiento se puede conseguir variar la cantidad de preservativo
fijado, ajustándolo a la clase de riesgo a la que va a estar sometido. Las retenciones más
bajas se utilizan para el ataque de insectos, mientras que las más altas se emplean para
proteger de xilófagos marinos.
En la composición de un protector se debe diferenciar:
Disolvente: Agentes que sirven como vehículo para introducir las
materias activas y aditivos, una vez disueltos en ellos.
-
Materia Activa: Sustancias químicas con características biocidas
sobre insectos, hongos, xilófagos, etc.
-
Aditivos: Productos químicos que refuerzan la acción de las materias
activas aumentando la efectividad del protector.
Los protectores de la madera, además de poseer las propiedades biocidas adecuadas
(insecticida y/o fungicida), han de mantenerse eficazmente en la madera a lo largo de de
un determinado periodo de tiempo. En relación a la categoría de riesgo a la que se
encuentre expuesta.
Se han de poder introducir en la madera por un procedimiento adecuado de modo que
se puedan lograr los grados de penetración y retención, pertinentes en cada caso.
No deben de alterar las propiedades de la madera exigidas por el uso al cual van
destinadas. En general se considera:
Olor y Color de la madera tratada.
Corrosividad de metales en contacto.
Degradación de uniones.
Toxicidad para el ser humano, animales o vegetales en contacto.
Grado de Inflamabilidad.
El establecimiento de la eficacia de un protector, supone la determinación de los
siguientes valores:
Valor de eficacia: Cantidad mínima del protector que proporciona una adecuada
protección a la madera impregnada frente a un determinado agente de deterioro. Es un
valor de referencia biológico.
Valor límite máximo aceptable: El resultado del ensayo de un protector se
considera aceptable, si los valores de eficacia son inferiores a un valor limite,
denominado Valor límite máximo aceptable, que esta relacionado con la toxicidad para
humanos o animales.
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Valor crítico: Cantidad mínima de producto necesaria para ser eficaz en una
determinada clase de riesgo de la madera (considerando todo tipo de agentes bióticos de
deterioro).
Estos valores se expresan en gr. /m3 o Kg. / m3.
3.2. Clasificación de los protectores químicos de la madera.- Se pueden
clasificar de forma muy variada, siendo las de mayor aceptación las siguientes:
En razón de su utilización:
De protección preventiva temporal.
De protección preventiva duradera.
De protección curativa, frente a insectos xilófagos.
De protección específica de tableros
Esta clasificación no es muy efectiva, ya que diversos tipos de protectores se pueden
incluir en distintos grupos simultáneamente. Por lo que es más eficaz la basada en la
naturaleza química, pudiéndose establecer los grupos siguientes:
-
Protectores orgánicos naturales: Creosotas y afines.
Protectores Hidrodispersables.
Protectores Hidrosolubles: Sales, retardantes al fuego y otros.
Protectores en Disolventes Orgánicos:
Compuestos Nitrados.
Compuestos clorados: fenoles, bencenos y naftalenos.
Compuestos organometálicos: naftenatos, organomercuriales.
Compuestos organoestannosos.
Compuestos estannotributilico: (TBTO).
También se pueden clasificar los protectores, en razón de su forma de presentación y
actuación: líquidos, pastas, gases y sprays.
Otra clasificación es la basada en su forma de presentación de acuerdo con la
siguiente división:
Orgánicos naturales (Creosotas).
Hidrodispersables.
Hidrosolubles.
En Disolvente orgánico.
Sólidos (Pastas).
Gases.
En la discusión siguiente y debido a la complejidad aparecida con la sustitución los
primeros preservativos basados en creosota o sales metálicas y su sustitución por
productos menos tóxicos lo que se ha traducido en que un mismo principio activo pueda
presentarse en distintas formas de presentación vamos a seguir una división basada
principalmente en el campo de empleo.
3.3. Protectores Utilizados en Ambientes Marinos.- Los Xilófagos marinos
presentan un severo reto. Algunos protectores que son muy efectivos frente a hongos de
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pudrición e insectos no proporcionan protección en el mar. A pesar de sus
contraindicaciones tóxicas Creosota y CCA (Arseniato de Cr y Cu) son el únicamente
tratamiento viable disponible corrientemente. Creosota es el más corrientemente
utilizado frente al ataque de xilófagos marinos, excepto Limnoria Tripunctata.
Los preservativos basados en Cu o As también se muestran eficaces tanto solos como
en combinación con la creosota. Se necesita un mayor nivel de preservativo para
proteger en ambiente marino que en agua dulce, además ninguno es eficaz frente a todos
los organismos marinos por lo que se tiene que utilizar un tratamiento dual,
primeramente con un preservativo al agua seguido de tratamiento convencional con
creosota. A veces se han utilizado barreras como fundas de plástico para proteger la
madera sumergida, pero están sujetas a rotura mecánica.
El contacto con agua dulce o con el suelo también presenta un alto grado de riesgo de
deterioración para la madera. Los preservativos empleados deben de exhibir la toxicidad
suficiente y resistencia a la lixiviación para proteger la madera durante un largo periodo
de tiempo, además el ingrediente activo ha de penetrar profundamente para máxima
eficacia, por lo que principalmente se utilizan tratamientos a presión.
Para esta aplicación se utilizan biocidas de amplio espectro con altos niveles de
retención. A continuación veremos los más importantes:
3.3.1 Creosotas.- Se obtienen por destilación entre 200 – 400ºC de alquitranes
procedentes de la combustión de hulla, madera u otros compuestos ricos en carbono.
Son productos muy viscosos, por lo que a temperatura ambiente no penetran bien en la
madera. Ya en 1838 se introdujo el Proceso Bethell o de Célula Completa, en el que
la creosota se introducía en la madera a presión y en caliente, utilizándose ampliamente
en las traviesas de ferrocarril, postes, etc. Presentan una composición química compleja,
caracterizándose por su viscosidad, densidad y alquitranes presentes.
En su composición aparecen:
-
Alquitranes ácidos: Fenol, Cresol, Xilenol, Naftol, etc.
Alquitranes básicos: Piridinas, Quinolinas, Acridinas, etc.
Alquitranes neutros: Antraceno, Benceno, Naftaleno.
Los alquitranes ácidos son más tóxicos para los xilófagos, pero son los más volátiles.
Los neutros, más estables son los que a pesar de su menor toxicidad, dan la efectividad
a este tipo de protectores. En la fracción destilada a baja temperatura abundan los
benzopirenos, con propiedades cancerígenas. El Carbolineum es creosota con
alquitranes destilados a altas temperaturas.
Las principales ventajas que presenta la creosota son:
- Buen tóxico y estable en la madera (más de 20 años).
- Permite alcanzar altos grados de penetración y retención.
- Bajo grado de corrosión de metales en contacto con la madera.
- Produce una reducción de fendas en la madera (Estabilidad dimensional).
Mientras que las desventajas son:
- Confiere mal olor a la madera.
- La madera así tratada arde con mucho humo.
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- Las creosotas son fitotóxicas y producen daños en la piel.
- La madera se colorea de color oscuro y no permite pintar encima.
- Presencia de benzopirenos (cancerígenos), aún cuando están controlados
por normativa.
No se debe de utilizar la Creosota en los siguientes casos: interior de edificios donde
puedan habitar o trabajar personas; en la mayoría de situaciones donde hay contacto con
personas o animales; productos de madera en contacto o próximos a alimentos;
superficies de madera que vayan a ser pintadas.
Existen tres clases de creosota; normal, para madera en contacto con agua marina
(con naftaleno), y la empleada para aplicaciones superficiales. Las dos primeras son
muy viscosas y se han de calentar a 100º para poderse utilizar.
Aunque normalmente se emplean solas, también se han utilizado en mezclas, como:
- Con Petróleo al 50% para mejorar penetración.
- Con Bórax y Ácido Bórico, para conseguir retardo a la llama.
- Con piretroides, para incrementar actividad frente a xilófagos marinos.
- Con Pentaclorofenol para incrementar el poder fungicida.
- Carbolineum con aceite de antraceno (Solignum).
- Carbolineum con sales de Cu (Barol)
- Con As2O3 o con Lindano.
Ciertos compuestos de la creosota, como fenol, cresol, naftol, alquitranes ácidos, etc.
se pueden nitrar a fin de incrementar su poder fungicida. Entre los de más uso están: Di
Nitro Fenol, Di Nitro Cresol, Di Nitro fenato Sódico, etc.
3.3.2 Fenoles Clorados: Se obtienen mediante la cloración de los fenoles que
incrementan su poder fungicida y entre los más importantes tenemos: Tri- , Tetra- y
Pentacloro-Fenol (PCP). Este último es el más importante se suele emplear en
soluciones al 5% en derivados del petróleo y se ha utilizado como sustituto de la
Creosota, aunque a diferencia de esta no es eficaz con xilófagos marinos. Su eficacia y
las propiedades de la madera tratada dependen de la elección de disolvente, se utiliza un
aceite pesado cuando la madera ha de estar en contacto con el suelo, con un disolvente
más volátil la madera no es tan duradera, puede disolverse en agua (como
pentaclorofenato amónico) y puede dispersarse o emulsificarse en agua.
Las soluciones impregnantes basadas en Pentacloro-fenol tienen tendencia a
evaporar, produciendo “blooming”, que es la formación de cristales en la superficie de
la madera tratada como resultado de la exudación y evaporación del disolvente. La
inclusión de un líquido no volátil puede minimizar este defecto.
Una solución al 5% de Pentacloro-fenol aporta una protección similar a la creosota,
excepto por lo que se refiere a xilófagos marinos, por lo que no se recomienda su uso en
ambientes costeros.
Es un protector fungicida principalmente. Actualmente esta siendo sometida a ciertas
restricciones. Otros derivados fenólicos clorados son: Tetracloro-Fenato de zinc,
empleado en los tableros de fibras y aglomerados. Pentacloro- Fenato de Cobre y
Pentaclorofenato sódico.
Compuestos similares son los Naftalenos Clorados, obtenidos por cloración del
naftaleno, según el grado de cloración serán sus propiedades insecticidas. Los de mayor
importancia son los Mono, Di y Tri Cloronaftaleno. El producto comercial más
conocido es el Xilamon, que contiene mono y di cloro naftaleno. Se emplea en medio
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disolvente. Los Benceno Clorados entre los que los más importantes son el Di y tri
Cloro Benceno, ambos con gran poder insecticida, destacando por su empleo en madera
el Lindano, isómero gamma del Hexa Cloro ciclo Hexano. Otros compuestos de alto
poder insecticida son: Dieldrin, Clordano, efectivo frente a crustáceos xilófagos pero
no frente a moluscos, Aldrin, de alta persistencia en madera (14 años), D.D.T. (di cloro
di fenil metano. Estos productos también se emplean en medio disolvente
3.3.3 Arsenicales Inorgánicos: Los Arsenicales inorgánicos (también llamados
preservativos en base agua) son un grupo de preservativos que incluyen Arseniatos de
Cobre Cromado (CCA), Arsenito de Cobre Amoniacal (ACA), Arseniato de Cobre y
Zinc Amoniacal (ACZA) y Cromato Ácido de Cobre (ACC).
3.3.3.1 Arseniato de Cobre Cromado (CCA): Las propiedades del Cobre como
biocida son conocidas desde muy antiguo, habiéndose utilizado el sulfato de Cobre en
solución como un preservativo barato, sin embargo dos factores impedían una
utilización más amplia.
1) Es muy soluble en agua, por lo que se lava o lixivia con facilidad dejando la
madera sin protección.
2) El sulfato de Cobre protege a la madera de la mayoría de los hongos, pero es
inefectivo frente a termitas y algunos pocos hongos tolerantes al Cobre.
El primer problema se soluciono añadiendo Cromatos al Sulfato de Cobre a fin de
“fijar” el Cobre a la madera en una forma insoluble. La segunda deficiencia se corrigió
añadiendo Arsénico para controlar insectos y hongos tolerantes al cobre.
Es el tratamiento al agua más utilizado. Es una mezcla de ácido crómico, oxido
cúprico y pentóxido de arsénico. El CCA se fija fuertemente a la madera dando fuerte
protección en una amplia variedad de ambientes.
Es un protector en el que el As, actúa como insecticida, el Cu como fungicida y el Cr
como fijador de los anteriores a la madera. .
Es el tipo de protector hidrosoluble de mayor grado de fijación a la madera conocido,
en razón de las reacciones químicas que se producen. En efecto al introducirse en la
madera, parte del Cu se fija directamente a la pared celular mientras que los iones Cr +6
pasan a Cr+3 que reacciona con el Arsénico, originando arseniatos de Cr insolubles, algo
análogo sucede con el Cu.
Dado el alto grado de fijación a la madera de este tipo de protectores, se utiliza para
maderas que se han de colocar en los ambientes más desfavorables (contacto con suelo,
con agua marina, etc.). Se puede presentar en forma de solución acuosa o de pasta de
más fácil transporte.
Como la mayoría de los protectores la madera adecuadamente tratada no sufre
cambios significativos en sus propiedades. Sin embargo si durante el tratamiento el
tiempo a alta temperatura y/o presión es excesivo, puede afectar a la s propiedades de la
madera.
El tratamiento con CCA imparte inicialmente un tono naranja a la madera, que vira
posteriormente a verde pálido.
Su principal inconveniente está asociado con el riesgo para la salud humana que
presentan el arsénico y el cromo hexavalente ambos considerados carcinógenos
potenciales. Esto ha hecho que este prohibido en algunos países europeos y limitada su
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utilización en otros buscándose alternativas a ambos. Con la sustitución, por motivos
medioambientales, del As por B, se pasa a un Borato de Cobre Cromado.
Se ha ensayado la utilización de Molibdeno y Tungsteno como sustitución del
Arsénico con sales CC (Cobre y Cromo), asi como mezclas de Cu (II) y oxina de Cobre
para exposiciones al exterior en contacto con el suelo.
3.3.3.2 Ácido de cobre cromado;( ACC): Preservativo en base agua de tipo ácido
contiene 31.8% de Cobre y 68.2% de Cr2O3. Tiñe la madera de color verdoso y tiene un
ligero olor, pudiéndose pintar una vez seca, Se utiliza para madera de construcción libre
del ataque de termes. Menos eficaz que el CCA, es susceptible al ataque de hongos
resistentes al cobre por lo que se utiliza únicamente en aplicaciones encima del suelo.
3.3.3.3 Arseniato de Cobre Amoniacal (ACA) Arseniato de Cobre y Zinc
Amoniacal (ACZA): Estos protectores son similares al CCA, pero no utilizan el Cromo
como agente fijador. En vez de ello el Arseniato de Cobre se solubiliza en agua por
adición de amoniaco. Después del tratamiento el amoniaco y el agua se evaporan
dejando el insoluble arseniato de Cobre “fijado” en la madera. Esta adquiere un color
que puede ir del azul / verde al marrón.
El preservativo ACA se conoce comercialmente como Chemonte y su eficacia es
similar al CCA.
El ACZA contiene CuO (50%), ZnO (25%) y As2O5 (25%). La incorporación de
amoniaco en combinación con técnicas de tratamiento como vapor y presión durante
largo tiempo permite obtener mejor penetración o penetración en maderas difíciles.
Como estas sales son poco solubles se emplea amoniaco en proporción superior a la de
la sal de Cu presente, lo que permite solubilizarlas en solución acuosa y penetrar en la
madera; transcurrido un tiempo el amoniaco se evapora quedando fijadas las sales. La
solubilidad inicial de las sales se puede incrementar con la adición de ácido acético
glacial.
Se emplean ambos para la protección de la madera en contacto con el suelo o con
agua y aunque tiñe permite el repintado posterior. La actividad biocida primaria se debe
tanto al Cobre como al Arsénico aunque el Zinc exhibe alguna propiedad fungicida.
3.3.4 Naftenatos Metálicos: Se emplean preferentemente los de Cobre (colorea de
verde la madera), fungicida; y de Zinc, no colorea la madera, pero menos activos que
los de cobre. De menor importancia son los de Hg, Fe, Ba, etc.
La eficacia del naftenato de Cobre se conoce desde principio del Siglo XX y utilizado
comercialmente desde la década de 1940. Es un compuesto órgano metálico que se
obtiene por reacción entre sales de cobre y ácidos nafténicos derivados del petróleo. Al
igual que el Pentaclorofenol puede disolverse en una amplia variedad de disolventes,
siendo más duradera su actividad cuando se emplean aceites pesados. Aunque no tan
estandarizado como la creosota se ha empleado de modo similar en postes. Con la
adecuada elección de disolvente y tratamiento es posible pintar madera tratada con
naftenato de Cobre, después de que se ha dejado secar durante varias semanas.
Se ha formulado también en un sistema basado en agua lo que minimiza el olor y
superficie aceitosa. De esta manera no se puede utilizar en tratamientos a presión.
.
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3.3.5 De Cu, Cr y B (CCB) y Cu, Cr, Fosfato (CCP): Son muy similares a CCA
pero el Arsénico ha sido reemplazado por B o fosfato, por lo que son utilizados
ampliamente donde no se puede utilizar el Arsénico. Son menos eficaces que el CCA y
por la ausencia de As el proceso de fijación esta comprometido. El sistema aún contiene
abundante proporción de Cr hexavalente, lo que lo pone en cuestión frente a la nueva
directiva europea de biocidas.
3.3.6 Cobre Alcalino Cuaternario (ACQ): Desarrollado muy recientemente para
evitar la prohibición de Arsénico y Cromo. Los componentes activos fungicida e
insecticida son el Cobre y compuestos de amonio cuaternario. El Cobre es que el
proporcional la principal actividad fungicida e insecticida mientras que el compuesto de
amonio cuaternario proporciona protección adicional contra hongos e insectos
resistentes al Cobre. El tipo de compuesto cuaternario puede variar así como la relación
Cobre/compuesto de amonio. El agente solubilizante puede ser el amoniaco en los ACQ
tipo B o etanolamina en los ACQ tipo C o D. Los agentes alcalinos, especialmente el
amoniaco tienen la capacidad de hinchar la pared celular y facilitar la penetración del
compuesto químico en la madera, lo que se ha demostrado de utilidad en maderas
difíciles como el abeto Douglas.
3.3.9 Cobre Azol: Es otro desarrollo reciente contiene fundamentalmente Cobre
solubilizado en Etanolamina y un triazol orgánico como co-biocida. La primera
formulación contenía 49% Cobre, 49% Ácido Bórico y 2% Tebuconazol. Más
recientemente se han utilizado formulaciones con el 96% de Cobre y 4% Tebuconazol.
3.3.10 Cobre HDO: Es un preservativo basado en amina de Cobre y que se utiliza
para aplicaciones de madera que no este en contacto con el suelo. Los ingredientes
activos son oxido de Cobre, Ácido Bórico y Cobre-HDO (Bis-NCiclohexildiazeniodioxi de Cobre). Se le da a veces el nombre de Cobre Xilígeno.
3.4 Preservativos utilizados por encima del suelo y completamente
expuestos a la Intemperie.- En términos de volumen son los de mayor utilización,
es decir para madera que no esta en contacto con el suelo o sumergida en agua, los
típicos ejemplos son recubrimientos de fachada, ventanas, etc. lógicamente los
preservativos citados anteriormente funcionaran también aquí pudiendo disminuirse la
dosis o el contenido retenido.
La mayoría de los preservativos citados aquí no han demostrado una capacidad de
protección a largo termino frente a organismos de deterioro, sin embargo se comportan
bien cuando la madera esta por encima del suelo y sólo esta sometida esporádicamente a
mojado lluvia, salpicado, etc. sobre todo si se permite un rápido secado (buena
ventilación).
En esta categoría la distinción entre reservativos al agua o basados en aceite es poco
diferenciada ya que muchos de los productos activos pueden presentarse en medio
disolvente o como micro emulsión, como es el caso de los Triazoles u otros azoles.
3.4.1 Oxina de Cobre (Cu-8-quinolinato): Contiene 10% de quinolinato de Cu y
10% de de Níquel-2-etilhexoato. El protector concentrado debe de contener un 1.8% de
contenido en metal (Cu y Ni) y ofrece protección frente a moho y hongos decolorantes.
Muy baja toxicidad en mamíferos, permitido por la US Food and Drug para su
utilización en madera en contacto con alimentos. Da un ligero color marrón verdoso y
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ningún olor. Esta indicado para usos especiales, como pallets, embalajes de madera y
otros equipos en contacto con alimentos. El líquido es azul verdosos e inflamable.
3.4.2 Compuestos organoestannosos: Se incluyen en este grupo aquellos con
formula general:
RMX3
R2MX2
R3MX
y
R4M
Donde M metal (Sn, Si, Ge o Pb), R grupo alquil, aril o fenil, X radical aniónico.
Los únicos verdaderamente utilizados son los de Estaño, aunque presentan cierta
inestabilidad en la madera. La actividad biocida depende del número de carbonos
presentes en las cadenas de M. Los más conocidos son los trifenílicos de Sn y de Pb, y
los trialquílicos de Sn.
Compuestos estannotributílicos: Son compuestos organometálicos del grupo IV del
Sistema Periódico, debiéndose aplicar en altas proporciones para tener efectividad. Se
basan en la afinidad química que presentan los grupos tributílicos por la celulosa,
produciéndose variaciones en la madera que evitan su pudrición. El compuesto de
mayor empleo del grupo es el Oxido de bis (tri-n-butil) estaño (TBTO) y el
Naftenato de tributil Estaño (TBTN). Son incoloros o ligeramente amarillentos y
solubles en disolventes orgánicos, pero insolubles en agua. Son muy eficaces como
agentes anti fouling (anti algas) en pintura marina, aunque esta prohibido a partir de
2008.
Se disuelve en una amplia variedad de disolventes pero proporciona protección más
duradera cuando va con aceites pesados. Proporciona protección frente a insectos y
hongos.
3.4.3 Triazoles: El coste del desarrollo de un nuevo biocida es muy alto por lo que la
mayoría de los nuevos desarrollos de compuestos fungicidas o insecticidas para su
utilización como preservativos en madera han sido desarrollados previamente para su
utilización en agricultura. La familia de los triazoles es un buen ejemplo, los más
utilizados incluyen Propiconazol y Tebuconazol. Son escasamente solubles en agua,
pero soluble en disolventes orgánicos volátiles, empleándose mayoritariamente como
emulsiones. Como cabría esperar por su utilización en agricultura su toxicidad tanto
para mamíferos como medio ambiental son bajas, aunque también su espectro de
actividad contra hongos e insectos es más limitado por lo que en la formulación de
preservativos se combinan varios triazoles u otros fungicidas con o sin adición de
insecticidas, generalmente en combinación con cobre. Su eficacia contra pudrición
blanda es baja, por lo que no se utiliza como biocida primario si dicha pudrición es
posible.
El Propiconazol es efectivo contra hongos de pudrición de la madera pero no contra
insectos. Es soluble en algunos disolventes orgánicos, pero baja solubilidad en agua y es
estable frente a la lixiviación.
El Tebucanozol es efectivo frente a hongos de pudrición de la madera, su efectividad
frente a insectos aún no ha sido comprobada, soluble en disolventes orgánicos, pero
escasamente soluble en agua, por lo que es resistente a la lixiviación.
3.4.4 Compuestos Cuaternarios (Quats) DDAC y ADBAC: Las aminas no suelen
tener propiedades, biocidas pero si los compuestos de amonio cuaternario denominados
compuestos de alquil amonio (AAC). La actividad biológica que presentan esta asociada
con un grupo aniónico (PL, Br, etc.) y el catión NH4+. Los compuestos de amonio
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cuaternario combinados con ésteres de Boro tienen una eficacia similar a los protectores
hidrosolubles CCA.
Entre los más habituales están: Cloruro de didecil dimetil Amonio (DDAC) y cloruro
de alquildimetil bencil Amonio (ADBAC) son compuestos de amonio cuaternario
ampliamente utilizados como bactericidas, antisépticos y fungicidas. Más recientemente
se han utilizado compuestos domo el carbonato de didecil dimetil amonio (Carboquat).
La eliminación del ión cloruro reduce las características de corrosión del quat.
Carbonatos de DDAC, ADBAC y DDA pueden utilizarse como el componente
cuaternario de la formulación en la formulación de preservativos. DDAC es el
componente de las formulaciones antihongos de mancha. Son incoloros, con poco olor y
pueden utilizarse tanto en agua como en medio disolvente. Aunque pueden utilizarse
solos, es más común su utilización combinados con otros fungicidas o insecticidas del
tipo triazol o nicotínico.
Entre los productos comerciales están: Xilamon Fondo, Xilamon Construcción y
Xiladecor.
3.4.5 IPBC: 3-Iodo-2-propinil butil carbamato (IPBC) se utiliza en formulaciones
contra el hongo de mancha o decolorante o como fungicida en acabados al agua.
Comercialmente se ha conocido como Polyphase. Combinado con azoles incrementa su
actividad contra el moho. Puede utilizarse tanto al agua como al disolvente, es incoloro
y dependiendo del tipo de disolvente, la madera tratada puede pintarse. No es un
insecticida efectivo por lo que no es utilizado como tratamiento único en partes
estructurales críticas. Expuesto a luz directa es roto por la radiación UV, por lo que es
recomendable protegerlo de la luz solar directa.
Algunos tratamientos a presión utilizan una mezcla de IPBC y un insecticida, tal
como Permitrina o Clorpirifos para uso de piezas estructurales sobre suelo, dando una
larga protección. La principal ventaja es que el tratamiento es incoloro, manteniendo la
madera su aspecto natural.
3.4.6 Naftenato de Zinc: Puede formularse tanto al agua como al disolvente. A
diferencia del de Cobre, imparte poco color, por lo que es más compatible con los
acabados para madera. Formulado con disolventes volátiles, la madera tratada puede
pintarse. Sin embargo la madera tratada con naftenato de Zinc puede tener un olor
notable por lo que no se recomienda su uso en interior. No es tan efectivo como
fungicida como el Cobre, por lo que se suele utilizar en combinación. Suele funcionar
en pino, pero es menos eficaz en frondosas. La adición de un repelente al agua
incrementa la eficacia la eficacia de los tratamientos de Zinc.
3.5 Preservativos utilizados en aplicaciones sobre el suelo y protegidos
del agua líquida.- En este caso la principal agresión es la producida por insectos,
aunque la protección frente a moho, hongos de mancha o incluso de pudrición puede ser
conveniente en el caso de un mojado accidental. Como no es probable la lixiviación por
agua en este caso, es posible la utilización de preservativos que no se fijen a la madera.
3.5.1 Boratos: El Boro reúne algunas características excepcionales, baja toxicidad en
mamíferos, actividad contra hongos e insectos, y bajo costo. Otra ventaja es su
capacidad de difusión en maderas verdes, que generalmente son difíciles frente a los
tratamientos tradicionales de presión. También carecen de color y olor las maderas
tratadas con Boro. Posee además características retardantes del fuego.
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Es lavable por agua por lo que su utilización queda relegada a interior o a superficies
no expuestas, siendo el más versátil de los tratamientos al agua que no se fijan a la
madera. Los compuestos de Boro utilizado incluyen: Tetraborato sódico (Bórax),
pentaborato sódico y ácido bórico, pero la forma más común es el octaborato disódico
tetrahidratado (DOT). Este tiene la mayor solubilidad, en algunas formulaciones se
incluye algún glicol para incrementar la solubilidad.
Con frecuencia la madera se trata aún verde, con soluciones en caliente y altamente
concentradas y debido a la mayor difusión de los compuestos de Boro, es posible
obtener una protección adecuada en un tiempo razonable (semanas). Para evitar tiempos
de difusión excesivamente largas se suele proceder a un secado parcial previo a la
impregnación por presión. Combinado con un secado parcial, soluciones en caliente y
periodos más largos de impregnación DOT es capaz de penetrar especies refractarias
tales como Picea. El tratamiento a presión con Boro de marcos, puertas, etc. se utiliza en
zona de riesgo de termitas.
A fin de mejorar su resistencia al lavado se han utilizado mezclas de sílice y boro que
parece retardar la eliminación de Boro. Otra forma el Borato de Zinc (ZB) que contiene
un 38% de ZnO, 48.2% B2O3, y 13.6% de H2O, que tiene baja solubilidad en agua por
lo que puede emplearse en condiciones de ligera exposición a la intemperie.
Estos
protectores pueden emplearse solos o en combinación con pentaclorofenolato sódico a
fin de incrementar su poder fungicida. Además de en solución líquida este tipo de
protectores puede emplearse de las siguientes formas: Barras de borato, fundidas para
orificios de madera; Boratos en solución de glicol para la protección de postes, y como
Borato de Zinc en tableros (La proporción de ZB en el tablero oscila entre el 0.75 –
1.5%).
3.5.2 Insecticidas: Para uso interior donde la protección frente a moho o intemperie
puede no necesitarse, la madera puede tratarse únicamente con un insecticida.
Históricamente se han utilizado insecticidas con alta toxicidad para mamíferos como
Lindano, Dieldrin y Clorpirifos. Más recientemente se han reemplazado por
Piretroides como Permetrina y Cipermetrina, así como Cloronicotinil y
Neonicotenoides, Piroles y Reguladores del Crecimiento de Insectos (IGR). Estos
insecticidas pueden incorporarse en combinación con un fungicida, tal como IPBC o
triazol para incrementar el grado de protección.
El Lindano es un compuesto organoclorado (gamma hexacloro ciclohexano).
Dieldrin, insecticida de contacto. Es también clorado tiene una estructura más compleja
(C12H8Cl6) se desarrollo en la década de los 50 como alternativa al DDT, sin embargo
debido a su persistencia y efectos tóxicos han desaconsejado su uso. El Clorpirofos
(CPF), es muy efectivo contra insectos pero no contra hongos. Si se desea también una
protección contra hongos debe de combinarse con Clorotalonil (CTL) (tetracloro
isoftalo nitrilo) o IPBC.
La Permetrina de formula C21H20Cl2O3 pertenece al grupo de los piretroides, funciona
como neurotoxina, afectando a la membrana de las neuronas. Es poco tóxica frente a
mamíferos y pájaros, pero tiene toxicidad frente a peces. Utilizado como insecticida,
acaricida y repelente de insectos. La Cipermetrina, de formula C22H19Cl2NO3, es un
piretroide sintético. Es un insecticida no volátil que actúa por ingestión o por contacto,
de baja toxicidad para mamíferos tiene buena efectividad en lepidópteros, coleópteros y
hemípteros.
Los Neocotinoideos, son una clase de insecticidas que actúan sobre el sistema
nervioso central de los insectos, con baja toxicidad para mamíferos. Som activos con
áfidos, coleópteros y lepidópteros.
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Por lo que respecta a los Reguladores de Crecimiento de Insectos (IGRs) se trata de
productos inocuos para los mamíferos. Estos productos (Insects Growth Regulators) se
caracterizan porque sen productos que inhiben o interrumpen el ciclo vital de una
plaga, asi pues si un insecto no puede alcanzar su estado adulto no es capaz de
reproducirse, por lo que se consigue un efecto de eliminación a medio plazo. Los IGR
no son insecticidas propiamente dichos. En el caso de los insectos la cutícula que los
protege realiza muchas e importantes funciones en la vida del insecto, asi pues su
vulnerabilidad y los cambios que experimenta durante la vida del insecto la hace
objetivo de investigación, como modo potencial de combatir las plagas.
3.6 Protectores Hidrosolubles e Hidrodispersables.- Ambos se caracterizan
porque el medio de dispersión es el agua. En el caso de los hidrodispersables el
principio activo se encuentra dispersado o en emulsión, por lo que su formulación
incluye un emulsionante, colorean a la madera menos que los hidrosolubles y al no ser
solubles al agua tienen mayor retención cuando se exponen a la lluvia, humedad, etc.
Se presentan en forma de concentrados líquidos y se aplican a la madera mediante
pincelado, pulverizado o incluso inmersión breve, todos estos sistemas caracterizados
como tratamientos superficiales, ya que las emulsiones son poco penetrantes debido al
tamaño de la partícula.
La madera tratada con este tipo de protectores no suele cambiar de color y se puede
pintar y encolar normalmente.
Los Protectores hidrosolubles son soluciones acuosas de sales minerales empleadas
en distintas concentraciones, según el grado de protección a alcanzar, sistemas de
aplicación a la madera empleados y especie de madera a proteger. Normalmente
presentan propiedades biocidas frente a insectos o/y hongos xilófagos, aún cuando
pueden poseer además propiedades retardantes al fuego, protección UV o de
estabilizante de la madera frente al agua. Aparte de los citados anteriormente algunos
que tienen interés histórico son los siguientes:
3.6.1.- Sales.- Son protectores antiguos, usados desde el Siglo XIX, habiéndose
empleado principalmente en el trazado del ferrocarril y en el tendido de postes. Tenían
las ventajas de ser económicos, no fitóxicos, permitir el repintado, no inflamables, etc.
Por el contrario hinchan la madera, pudiendo producir fendas al secarse.
Las sales empleadas pueden ser de dos tipos: Sales que permanecen móviles, no
aportan protección permanente y pueden ser eliminadas por lixiviación ejemplos de este
tipo tenemos: Silico Fluoruros (SF), Hidrofluoruros y bifluoruros (HF) y sales de Boro.
Sales Complejas Fijas, penetran en la madera en solución acuosa pero por contener
Cromo y mediante reacciones química llegan a formar compuestos con la madera muy
resistentes al lavado y lixiviación, por lo que se pueden utilizar a la intemperie.
También en el proceso el Cr (VI) se reduce al menos tóxico Cr (3). Esto ayuda a fijar
también a otros componentes en diferentes grados, asi el Cu se fija casi completamente.
Ejemplos son: Bicromato y Fluoruros (CF), Bicromatos, fluoruro y Boro (CFB),
Bicromato , Fluoruro y Arseniato (CFA), Bicromato, compuesto de Cobre y Arseniato
(CCA), Bicromato, compuesto de Cobre y Boro (CKB), Bicromato, Fluoruro y
combinación con Cobre (CFK).
Las sales CFB utilizables en interior y exterior, en contacto con suelo y permanente
con agua. Las sales de Cromo y Cobre (CC) también son apropiadas para contacto
permanente con agua.
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El cloruro de Zinc y Cromo (CZC) presenta un buen grado de fijación a la madera asi
como ciertas propiedades retardantes del fuego, pudiendo emplearse tanto en interior
como exterior. Tienen un cierto grado de corrosividad para los metales en contacto con
la madera, por lo que se aconseja en estos casos la adición de pequeñas cantidades de
dicromatos alcalinos.
Se han empleado también soluciones acuosas de Cr2O3 al 3-4% observándose que la
incorporación de los iones Cr+6 a la superficie de la madera incrementa la estabilidad de
la celulosa y reduce el nº de grupos OH con lo que se logra una mayor estabilidad
dimensional de la madera frente a agua. Se ha detectado también un incremento de la
resistencia a la radiación UV lo que al parecer se debe a la reacción entre los iones Cr+6
y los grupos carboxílicos lo que le imparte también resistencia a hongos e insectos. .
Se han empleado soluciones acuosas de Cr2O3 al 3-4% observándose que la
incorporación de los iones Cr+6 a la superficie de la madera incrementa la estabilidad de
la celulosa y reduce el nº de grupos OH con lo que se logra una mayor estabilidad
dimensional de la madera frente al agua.
También se ha detectado un incremento de la resistencia a la radiación UV, lo que al
parecer se debe a la reacción de los iones Cr+6 con los grupos carboxílicos de la celulosa
unido también a resistencia frente a hongos e insectos.
Otros productos usados antiguamente fueron: Cloruro de Mercurio, Sulfato de Cobre
y Cloruro de Zinc
3.7 Protectores en Disolvente Orgánico.- Son protectores más modernos que
los anteriormente citados, se caracterizan porque el vehículo es un disolvente orgánico,
habiéndose utilizado aceites vegetales y minerales, alcoholes, aunque actualmente se
utilizan derivados del petróleo, las propiedades pueden variar según temperatura de
destilación, contenido en agua, densidad, residuos no volátiles, etc.
Se comercializan en forma líquida y se aplican a la madera con sistemas superficiales
o en profundidad mediante plantas autoclave y métodos de vacío-presión o vacío-vacío.
Desde el punto de vista de su utilización, se diferencia los de tipo decorativo, que son
superficiales contienen elementos biocidas y pigmentos protectores de la radiación UV,
a veces se conocen también como Lasures y los protectores propiamente, cuya función
es única y exclusivamente de protección, estos últimos suelen presentar productos
insecticidas, fungicidas y repelentes del agua.
Presentan mayor grado de penetración que los protectores en base agua, no hinchan la
madera, no son lavados por el agua, son repintables y nos son corrosivos para los
metales en contacto.
3.8 Protectores de la madera en forma sólida y gaseosa.- En este apartado
se agrupan los protectores que se presentan en forma de pastas, gases o sprays.
Pastas: Compuestos por materias activas y un aglutinantes. Se suelen aplicar a la
madera por procedimientos de difusión. Como materias activas pueden tener FNa, DiNitrofenol y Arseniato sódico. Al introducirse el producto en la madera, parte del FNA
y del dinitrofenol quedan fijados, mientras que el resto del FNa y el arseniato
reaccionan formando iones complejos tóxicos para los agentes patógenos de la madera.
También se aplican a presión sobre los orificios de la madera.
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Gases: Ciertos gases biocidas se aplican a las maderas afectadas por organismos
xilófagos, tras aislarlas del exterior. En el caso de madera de insectos xilófagos se
aplican en el momento del vuelo de los insectos perfectos. Tienen un periodo de eficacia
corto, y tras la salida de los gases de la madera esta queda sin protección.
Las principales materias activas usadas en estos gases son: Ácido cianhídrico,
Bromuro de metilo y etileno, Cloruro de metilo, Óxido de etileno y sulfuro de carbono.
Sprays: Algunos productos orgánicos se utilizan en forma de spray, inyectándose a la
madera en orificios previamente realizados en sus zonas afectadas.
3.9 Tratamientos retardantes al Fuego.- A fin de mejorar la resistencia al
fuego y poder cumplir con los estándares de protección al fuego de la construcción de
edificios, la madera se trata con agentes químicos de modo que se reduzca la emisión de
calor desprendido, la emisión de vapores tóxicos o ambas cosas al mismo tiempo.
Estos protectores no pueden evitar que la madera no arda, pero si retrasar el momento
de la combustión. Para comprender la forma de actuación de estos protectores, es de
gran interés conocer cual es el comportamiento de la madera frente a un foco calorífico.
La madera presenta una baja conductividad térmica, lo que unido a su alto calor
específico, hace que la pirolisis que acompaña a los procesos de combustión se
desarrolle tan sólo en zonas superficiales inicialmente. Esto da lugar a la formación de
una capa carbonosa superficial con una conductividad térmica del 0,3% de la ya de por
si baja de la madera.
La combustibilidad de un material esta directamente relacionada con su poder
calorífico, siendo el de la madera alto, superior a las 4.000 Cal/gr., mientras que la
resina alcanza 6.000 Cal/gr., por ello que las maderas se clasifican como M3 o M4
(mediana o fácilmente inflamables).
Entre las diversas formas que existen para variar la resistencia al fuego de un material
están:
Formación de una pantalla protectora de baja conductividad térmica que
retrase los fenómenos de pirolisis
Formación de gases incombustibles que impidan o dificulten el contacto del
oxigeno con la madera.
Catálisis que modifique las condiciones de reacción de combustión
orientándola hacia la formación de compuestos menos peligrosos cara a la propagación
de las llamas en la madera.
En la actualidad los productos retardantes del fuego pueden hacer que la madera pase
de la clase M.3 M.4 a la M.1 M.2
Se diferencian dos tipos de protectores los de Capa y los Totales, pero ambos son
lavables por el agua lo que hace que sólo se puedan emplear para madera situada en
interiores protegida de la intemperie.
Protectores de Capa: Se definen como aquellos que aplicados superficialmente a la
madera como un recubrimiento y reducen la inflamabilidad de la capa superficial de la
madera. Son de dos tipos Intumescentes y Nointumescentes. Los primeros “hinchan”
formando una espuma de baja densidad cuando sometidos al calor. Esta capa
carbonacea multicelular aíslan la superficie de la madera de las altas temperaturas.
15
Las formulaciones intumescentes incluyen un generador de ácido, deshidratante (p.e.
polifosfato amónico), un formador carbonaceo (almidón, glucosa, pentaeritrita, resina
de urea),y que son compuestos con alto contenido en dobles enlaces, anillos aromáticos
y grupos ester, hidroxilo y éter. Pueden formar parte del ligante (poliester), añadirse
como carga (melamina) o generarse durante la reacción de curado de la resina, como
grupos isocianurato durante el curado del poliuretano.
Un agente espumante (melamina, parafina clorada), que es una fuente de gases no
combustibles que contribuyen a la expansión del sistema. Finalmente un ligante,
preferiblemente termoplástico, que se funde por el fuego, conteniendo los gases de la
espuma en su masa viscosa y forma la capa aislante carbonácea junto con los restos del
agente carbonaceo.
Cuando el fuego estalla se producen las siguientes reacciones en la capa
intumescente:
 El generador de ácido a temperatura superior a 150ºC se descompone
desprendiendo gases no inflamables (p.e. NH3) y un ácido (p.e. Fosfórico).
 El ácido fosfórico cataliza la descomposición de la fuente de carbón,
promoviendo la eliminación de agua y la formación de una capa carbonosa.
 Simultáneamente la resina funde y forma una capa de espuma que retiene los
gases formados en la descomposición térmica del “agente espumante”. Aunque
inicialmente se utilizaba parafinas cloradas y compuestos similares, que
actuaban a la vez como agentes espumantes y secuestradores de radicales libres,
actualmente se prefiere la utilización de melamina y guanidina con lo que se
evita la generación de gases corrosivos.
Los no intumescentes o retardantes del fuego incluyen en la formulación compuestos
inorgánicos tales como Trihidróxido de Aluminio, Hidróxido de Magnesio y ácido
Bórico y sus derivados. Estas sustancias basan su acción en reacciones de
descomposición endotérmica, dilución de sustancias inflamables. El ácido Bórico actúa
además
promoviendo la formación de capa carbonosa. La temperatura de
descomposición debe de estar entre los 200-300ºC a fin de que actúe en los estadios
iniciales del fuego. Otros compuestos inorgánicos que se utilizan son los pirofosfatos
amónicos por su tendencia facilitar la formación de capa carbonácea, aunque su
solubilidad en agua limita su utilización; pirofosfatos de cadena más larga y menor
solubilidad o micro encapsulados son más adecuadas en esos casos.
Otro tipo de retardantes son los que contienen halógenos, estos actúan por secuestre
de radicales libres, dificultando la propagación de la llama. Aunque en principio todos
los halógenos pueden actuar como secuestrantes en la práctica el enlace C – F es muy
fuerte y necesita una temperatura muy alta para disociarse, por el contrario la energía
del enlace C – I, es muy baja y se disociaría demasiado pronto, por lo que los utilizados
son los derivados de Cl y de Br. La eficiencia de estos compuestos puede incrementarse
por el uso simultáneo de Trióxido de Antimonio (SbO3); este óxido metálico se evaporá
por el calentamiento e interviene en la acción secuestrante del fuego de los haluros de
hidrógeno de manera sinérgica por la formación de moléculas de SbX3 (X halógeno).
Como el trióxido de Antimonio se considera carcinógeno potencial se han estudiado
alternativas como boratos o estannatos de oxido de Zinc.
Otro inconveniente de estos compuestos es la generación de gases ácidos, corrosivos
y tóxicos, asi como la posible producción de dioxinas en compuestos aromáticos de Br.
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Protectores Totales: Se aplican en profundidad a la madera mediante sistemas de
autoclave a presión, de forma que la madera tratada frente a un foco calorífico tiende a
desprender gases incombustibles que mezclados con los productos de pirolisis retrase la
combustión.
Se utilizan principalmente sales inorgánicas como fosfato y sulfato amónicos, cloruro
de Zinc, tetraborato sódico (Bórax), ácido bórico, fosfato de guanilurea, productos que
contienen antimonio, etc.
El bórax y el ácido bórico funden por el calor, sellando los poros e impidiendo la
salida de gases inflamables. Los sulfatos y fosfatos amónicos al calentarse liberan gases
inertes que diluyen los gases inflamables. Los productos de antimonio, forman
compuestos ácidos que catalizan la combustión de la madera hacia la formación de una
capa carbonosa. Los compuestos que contienen Cloro, desprenden ClH que actúa como
secuestrante de radicales libres impidiendo el progreso de la reacción de combustión.
Estos aditivos son solubles al agua, por lo que pueden ser lixiviados si colocados al
exterior no están protegidos de la lluvia. Algunos son además higroscópicos, por lo que
aumentan la tendencia de la madera a absorber agua. Se han desarrollado retardantes a
la llama orgánicos que son resistentes al lavado y que se pueden utilizar también cuando
se necesite un tratamiento de baja higroscopicidad. Estos sistemas insolubles al agua
incluyen una resina que polimeriza después de la impregnación en la madera y un
polímero injerto retardante de llama unido directamente a la celulosa. Una resina
amínica basada en urea, melamina y dicianamida o compuestos similares son los
empleados en estos protectores. Se han utilizado también compuestos de tipo fenólico,
cloro fosfatos e Isocianatos fosfonatos para reaccionar con la madera.
3.10 Tratamientos para reducir las interacciones Madera/Agua.- El agua
es uno de los agentes más agresivos para la madera no sólo por la inestabilidad
dimensional que produce sino que crea el ambiente adecuado para el ataque por agentes
bióticos, especialmente hongos y bacterias.
Los tratamientos para reducir la tendencia de la madera a tomar humedad y cambiar
dimensiones pueden dividirse en dos categorías: Repelentes al agua y Estabilizadores
dimensionales. Aunque esos términos se utilicen indistintamente, difieren
completamente en el modo de prevenir o controlar la absorción de agua. El primero
corresponde a una medida dinámica, mientras que el segundo es una medida de un
equilibrio.
La efectividad de un tratamiento de repelencia al agua puede definirse como la
capacidad de un tratamiento de prevenir o controlar la velocidad de absorción de agua,
así inmersión en cera o aceite de silicona son tratamientos de este tipo. Por el contrario
la efectividad de un tratamiento de estabilización dimensional se define como la
capacidad de reducir o prevenir el hinchamiento o contracción de la madera resultante
de la variación en humedad.
La pared celular de la madera esta compuesta principalmente de polímeros con
hidroxilos y otros grupos conteniendo oxígenos, que atraen la humedad mediante
puentes de Hidrógeno. A medida que el agua se añade a la pared celular, el volumen de
la madera se incrementa casi proporcionalmente al volumen de agua añadido. El
hinchamiento se incrementa hasta que la pared celular se satura con agua, es decir
alcanzamos el punto de saturación de la fibra (PSF). El agua que se adquiere a partir de
este punto es agua libre que ocupa espacios vacíos en el lumen celular y por tanto no
incrementa el volumen.
Como la celulosa y la hemicelulosa son más higroscópicos que la lignina, son los
principales responsables del hinchamiento.
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La cantidad de hinchamiento que se produce en la madera depende de la densidad de
la madera. Así el porcentaje de hinchamiento de la madera en Volumen (V) es una
función de la densidad seca, d (en g/cc), y del punto de saturación de fibra, PSF (en
cc/g).
V = PSF d
La madera es un medio capilar poroso. La estructura de los poros esta formada por
los lúmenes celulares y las aberturas (puenteaduras) entre células que las comunican.
Las rutas primarias para la penetración de los líquidos están proporcionadas por estos
capilares y la presión de penetración o penetración capilar viene dada por la ecuación
Pc = - 2 Sl cos / r
Donde Sl es la tensión superficial del líquido,  (Theta) el ángulo de contacto líquido /
sólido y r el radio capilar. El gradiente de presión será tal que si  es menor de 90º C el
fluido penetrará espontáneamente en el capilar y no cuando sea mayor de 90º. Si el
fluido es agua a las primeras superficies capilares se las denominará hidrofílicas, y se
caracterizarán por la presencia de grupos polares, especialmente si pueden formar
puentes de hidrógeno. Mientras que en el segundo caso, que no presenten grupos
polares serán hidrofóbicas. En el caso de la madera que los grupos celulósicos contienen
grupos alcohólicos primarios y secundarios, capaces de formar puentes de Hidrógeno
con el agua y también la lignina tiene considerable afinidad por el agua, explican la
fuerte atracción por el agua.
El contenido en humedad (MC) de la madera tiende a estar en equilibrio con el de la
atmósfera que la rodea. Así para una determinada humedad relativa (RH) y temperatura
del aire hay un contenido de humedad de la madera, así resultan Isotermas de
absorción para la madera, estas curvas tienen forma sigmoide y el valor de EMC
correspondiente al 100% de RH, varia del 20 al 50% siendo del 28-30% para la mayoría
de las especies. A este contenido de humedad, las paredes de la célula contienen la
mayor cantidad posible de agua, mientras que los lúmenes de las células permanecen
vacíos, y a ese contenido en humedad se le denomina Punto de Saturación de la
Fibra. El agua que es absorbida por las paredes celulares es la que provoca un cambio
en las dimensiones. Un ulterior aumento de humedad se localiza en el interior de la
célula y no provoca un cambio de dimensiones. El punto de saturación de fibra para
especies ricas en extractivos de pared celular aparece a MC inferiores al 28-30% y por
tanto también es menor los cambios dimensionales que llevan consigo.
Para que la madera se hinche a partir del estado seco, el agua debe de penetrar en la
pared celular. La entrada puede ser por flujo másico o por difusión del vapor de agua en
los lúmenes de la célula y posterior difusión a la pared celular. La madera es mucho más
permeable en sentido longitudinal que en el radial o tangencial, por lo que el flujo
longitudinal es mucho más importante en la exposición de la madera a la intemperie.
Como la madera es un material anisótropo, se hincha o se contrae en diferente
proporción en las tres direcciones anatómicas: longitudinal (vertical), tangencial
(paralela a los anillos anuales de crecimiento) y radial (perpendicular a los anillos de
crecimiento). Los cambios dimensionales en la dirección longitudinal son muy
pequeños. Los hinchamientos (o contracciones) tangenciales, máximos varían entre el 2
18
y el 15%, dependiendo de la densidad de la madera. Los cambios radiales son menores
entre un 40 – 70% de los tangenciales. El hinchamiento de la madera en contacto con la
humedad puede desarrollar fuerzas muy grandes, hasta 1600 atmósferas, que pueden
provocar daños importantes si la madera estás en servicio.
Los tratamientos para reducir la tendencia de la madera a absorber humedad y
cambiar de dimensiones pueden dividirse en las dos categorías anteriormente citadas,
que constituyen dos modos diferentes de aproximarse al control de la humedad en la
madera. La efectividad de un tratamiento repelente al agua puede definirse como la
capacidad de prevenir o controlar la absorción de agua, de esta manera el hinchamiento
se retrasa y se hace más lento, pero si las condiciones de humedad se mantienen el
tiempo suficiente al final se alcanzaría el hinchamiento máximo. Un tratamiento con un
estabilizador dimensional disminuye el hinchamiento máximo con respecto a la madera
sin tratar.
3.10.1 Tratamientos Repelentes al Agua.- Para que la madera se hinche a partir del
estado seco el agua debe de penetrar en la pared celular. La entrada puede producirse
por flujo másico o difusión del vapor de agua en el lumen celular y posterior difusión
desde allí al interior de la pared celular, el proceso por difusión másica con posterior
penetración a la pared celular es mucho más rápido que el de difusión del vapor.
La mayoría de los tratamientos repelentes al agua están basados en ceras de parafina
disueltas en un disolvente volátil, a veces acompañadas de resina, insecticida y/o
fungicida, siendo el papel de la resina el de ayudar a fijar la parafina a la pared celular.
De esta manera las células de la madera quedan recubiertas de una capa hidrofóbica que
dificulta la humectación por el agua y por tanto la penetración.
La impregnación de la madera con el repelente al agua se hace usualmente por
inmersión o impregnación al vacío o como solución en un disolvente de evaporación
rápida. Las formulaciones contienen, además del hidrófobo fungicidas, resinas y
compuestos insecticidas, el papel de la resina actúa como ligante, fijando el débilmente
adhesivo hidrófobo a los espacios interfibrilares de la superficie de la pared celular.
Una combinación de resina y cera parafínica da la mejor combinación de repelencia al
agua y permite el repintado.
La impregnación implica el flujo a través de la estructura celular, por lo que se
aprecian enormes variaciones entre especies en la profundidad que alcanza el repelente,
lo que esta relacionado con su estructura interna especialmente con su geometría
celular y las conexiones intercelulares. En las coníferas (gimnospermas) un 95% del
volumen de la madera está ocupado por traqueidas longitudinales interconectadas
principalmente por puenteaduras bordeadas por sus paredes radiales. El volumen
restante esta ocupado por el tejido radial. Así el líquido avanza de traqueida en
traqueida, y en alguna proporción entre las traqueidas y los radios. En las coníferas
permeables los líquidos de impregnación pueden penetrar varios metros
longitudinalmente y varios centímetros lateralmente. Por el contrario en las menos
porosas puede apenas alcanzar un mm en la dirección longitudinal.
En las frondosas (angiospermas) la estructura porosa es considerablemente más
compleja. En estas especies los principales elementos conductores longitudinales son
los vasos y en menor proporción los radiales. En las especies permeables prácticamente
todas las células quedan impregnadas mientras que las menos permeables la penetración
celular queda reducida a unos pocos centímetros longitudinalmente y uno o dos mm
lateralmente.
El tratamiento es efectivo mientras el ángulo de contacto entre el agua y la madera
sea superior a 90º, sin embargo cuando el polímero protector esta en contacto con el
19
agua tiende a hincharse y baja su ángulo de contacto con el agua, por ello cabe esperar,
que madera tratada en contacto prolongado con el agua llegue a acumular agua de forma
similar a una no tratada, aunque evidentemente de modo mucho más lento.
Hay que notar que la presencia de agua libre en el lúmen celular favorece el ataque
bacterial, así como también es necesaria una determinada cantidad de agua libre para
que se de el crecimiento de hongos.
Determinación de la Repelencia al Agua: Para determinarla se puede utilizar la
medida del ángulo de contacto madera-agua, aunque esto tiene algunos inconvenientes,
ya que es una medida superficial y no tiene en cuenta el interior poroso. Otros medidas
están basadas en la determinación del agua absorbida o en la variación dimensional de
muestras sumergidas en agua.
Cualquiera que sea el método de evaluación seguido la repelencia al agua líquida se
expresa como efectividad de repelencia al agua (WRE) y se determina como
(Dc – Dt)
WRE =
100
Dc
Donde Dc es el hinchamiento o absorción de agua de la muestra de control
y Dt
“
“
“
“
tratada
ambos para un periodo determinado de tiempo.
Se ha encontrado que la temperatura y pureza del agua influyen en el resultado. Otro
factor a tener en cuenta es el envejecimiento de la muestra, ya que la efectividad del
tratamiento es muy sensible a las condiciones de exposición.
3.10.2 Tratamientos de estabilidad dimensional: La estabilidad dimensional es una
medida de la extensión del hinchamiento resultante de la absorción de humedad. Se han
utilizado una variedad de términos para describir el grado de estabilidad dimensional
conseguido con distintos tratamientos. El término más corriente es la eficiencia anticontracción (ASE), aunque entendiendo que se puede aplicar tanto a la expansión como
a la contracción; este uso requiere indicar si los valores fueron determinados durante
expansión o contracción y además, siempre y cuando fuera posible, si se han obtenido
con agua líquida o en forma de vapor.
Aunque los cambios en la dimensión de la madera debidos a la absorción de humedad
pueden hacerse mediante un único componente dimensional (longitudinal, tangencial o
radial), generalmente se determinan volumetricamente teniendo en cuenta las tres
dimensiones:
V  V1
x 100
S 2
V1
Donde S es el coeficiente de expansión volumétrico; V2 el volumen de la madera
después del acondicionamiento con humedad o humectación con agua; V1 el volumen
de la muestra completamente seca o antes de proceder a la humectación.
La eficiencia anticontracción (ASE) o reducción de la contracción (p hinchamiento)
de un determinado tratamiento será.
20
ASE 
S 2  S1
x100
S1
Donde 1 hace referencia a la contracción sin tratamiento y 2 a la contracción con el
tratamiento.
Las condiciones del ensayo para determinar la eficiencia del tratamiento dependen
tanto del mismo como de las condiciones de aplicación del producto tratado. Con
tratamientos lixiviables con agua se utiliza generalmente un método basado en vapor de
agua. Los ensayos de humedad también se aplican a productos que van a ser utilizados
en el interior. Para tratamientos no lixiviables y productos de uso interior, se ensayan
generalmente en agua líquida.
Para cambios dimensionales de la madera producidos por cambios de humedad, el
ensayo ha de ser lo suficientemente largo para asegurar que se ha alcanzado el
hinchamiento final de equilibrio.
Existen diversos métodos que permiten disminuir los efectos de
dimensionales de la madera, así:
los cambios
Selección de especies: Se pueden utilizar especies que tengan bajos coeficientes de
expansión por la humedad. Así por ejemplo la Teca se ha utilizado durante muchos años
en la construcción de barcos, ya que su coeficiente de expansión por la humedad es la
mitad que la mayoría de las especies.
Geometría: Como el hinchamiento (o contracción) radial es un 40-70% menor que
el tangencial, algo de estabilidad dimensional se puede conseguir minimizando la
dirección tangencial en la madera. Esta técnica se aplica por ejemplo para suelos o
recubrimientos en madera para pared, para minimizar contracción y expansión durante
los cambios de humedad.
Laminación cruzada: La madera se hincha en agua de 30 a 100 veces más en la
dirección tangencial o radial que en la longitudinal. Por esta anisotropía, si chapas de
madera al encolarse lo hacen en direcciones de la malla perpendiculares una con otra, se
restringe mecánicamente el movimiento de cada chapa Este procedimiento es el que se
utiliza en el contrachapado. Así este se hincha en la dirección del espesor, pero es muy
estable en las otras dos direcciones, mientras se mantenga la cola.
Reducción de la Higroscopicidad: Un tratamiento que reduzca la tendencia de la
madera a absorber agua mejorará no sólo la velocidad de absorción del agua sino que
también disminuirá la cantidad total de agua absorbida y por tanto se conseguirá una
reducción en el hinchamiento y contracción de la madera.
El tratamiento óptimo debería eliminar los grupos hidroxilo en la pared celular,
eliminando los puntos de anclaje para el enlace de hidrógeno. Ello sería posible
teóricamente, sin embargo destruiría la madera.
El tratamiento por el calor reduce la higroscopicidad de la madera. Calentando en
ausencia de oxigeno hasta 350º durante un corto periodo de tiempo se logran
reducciones del hinchamiento por humedad de hasta un 40%. La madera tratada
Staybwood, se obtiene calentando a temperatura inferior durante más tiempo. Se cree
que el mecanismo que imparte la mejor resistencia es la degradación de la hemicelulosa
presente en la pared celular. Si además de calor se aplica presión se obtiene un producto
conocido como Staypak, consiguiendo reducciones en la absorción de agua de hasta un
21
60%. Estos tratamientos térmicos contribuyen a evitar o disminuir la pudrición ya que
descomponen sustancias que pueden servir de alimento, la madera suele oscurecerse por
estos procesos y puede perder algo de propiedades mecánicas, por lo que no es
apropiado para aplicaciones estructurales críticas.
3.10.3 Tratamientos Químicos: Recubrimientos externo o internos, que son efectivos
como repelentes al agua, aportan poco a la estabilidad dimensional. El tratamiento de la
madera con metilmetacrilato seguido por polimerización por calor o radiación
proporciona un relleno del lumen o recubrimiento interno. Poca sustancia penetra en el
interior de la pared celular por lo que apenas produce hinchamiento, Ya que la
estructura del lumen esta rellena, se reduce notablemente la velocidad de absorción de
agua. También se consigue algo de estabilidad dimensional ya que algunos puntos
accesibles al agua han sido bloqueados. De esta manera se consiguen valores de ASE
entre el 10 – 20%.
Reticulación Química: La idea es la modificación de la madera para hacerla más
resistente a la humedad y menos atractiva como fuente de alimento, reemplazando los
grupos OH de la celulosa y hemicelulosa por otros sustituyentes. De esta manera no
sólo se disminuye la hidofilicidad de la madera, sino que los enlaces creados
disminuyen el hinchamiento de la pared celular al estar más fuertemente unidos sus
componentes. Se han utilizado diversos reactivos, pero el más común es la acetilación,
que en proporciones del 15- 30% mejora notablemente la estabilidad dimensional. La
capacidad de resistir el ataque por insectos es menos clara y hay menor protección
frente a hongos y mohos.
La modificación química de la madera para impartir resistencia biológica y adquirir
estabilidad dimensional depende de la adecuada distribución de la sustancia en las
regiones accesibles al agua de la pared celular. Es esencial que las sustancias químicas
reaccionantes sean capaces de hinchar la madera para facilitar la penetración y
reaccionar con los grupos hidroxilo en condiciones neutras o ligeramente alcalinas y a
temperaturas
no superiores a 120ºC. Dichas sustancias deben de reaccionar
rápidamente con los OH dando enlaces resistentes, no desprender subproductos, asi
como no alterar las propiedades deseables de la madera.
Las sustancias químicas empleadas para modificar la madera incluyen anhídridos,
cloruros de ácido, ácidos carboxílicos, Isocianatos, aldehídos, cloruros de alquilo,
lactosas, nitrilos y epoxi.
Las reacciones más importantes son:
Eterificación: La eterificación de la madera puede realizarse haciendo reaccionar
la madera con haluros de alquilo, epóxidos, acrilonitrilo, lactona y dimetil sulfato.
Durante la eterificación el H del grupo OH del polímero celular es sustituido por un
grupo alcídico:
M – OH + R – X = M – O – R + H – X
El éter más simple que puede formarse es el metil éter, para ello se reacciona la
madera con dimetil sulfato e hidróxido sódico, también con ioduro de metilo y óxido de
Plata. La metilación hasta el 15% no afecta a las propiedades adhesivas de la cola de
caseína. Las propiedades mecánicas se ven muy reducidas por las severas condiciones
de reacción.
Se forma un enlace éter en el caso de la alquilación o epoxidación de la madera.
22
En el caso de la Alquilación y utilizando cloruros de alquilo se produce HCl como
subproducto lo que provoca una importante degradación de la madera, menores ataques
se consiguen con sulfato de dimetilo o Ioduro de metileno. La alquilación de la madera
da inicialmente una alta eficiencia frente a contracción, pero disminuye con el tiempo.
Cuando la reacción es con Epóxidos es un caso de polimerización por adición,
catalizada por ácidos o álcalis (en el caso de la madera álcalis). El epóxido reacciona
primeramente con un OH de la pared celular formándose un nuevo OH susceptible de
reaccionar ulteriormente con otros grupos epoxi. Los productos utilizados han sido los
óxidos de etileno, propileno y butileno y epiclorhidrina. La reacción tiene lugar a alta
temperatura y presión, se cataliza en condiciones básicas generalmente con trietilamina.
Bencilación, es cuando se utiliza cloruro de bencilo. Primeramente se trata la madera
con NaOH para hinchar y transformar el grupo – OH en un alcoholato – O- Na+,
obteniéndose maderas con distintos grados de bencilación.
M – ONa + Cl H2C – C6H5 = M – O – CH2 – C6H5
La Alilación es cuando la madera pretratado con NaOH se hace reaccionar con
cloruro o bromuro de alilo.
M – ONa + H2C = CH – CH2 – X = M – O – CH2 – CH = CH2 + Na X
La reacción de la madera con Acrilo Nitrilo (H2C = CH – CN) produce madera Ciano
Etilada.
Esterificación: Los esteres se forman por reacción de la madera con ácidos
carboxílicos o anhídridos de ácido. Los enlaces estera si formados son proclives al
ataque por ácidos o bases que provocan hidrólisis.
Acetilación: Cuando la reacción es con un ácido carboxílico, se forma agua como
subproducto. La Acetilación con ácido o anhídrido acético, catalizada por piridina es la
más empleada. En la reacción con anhídrido acético se produce la acetilación y se
desprende ácido acético:
M – OH + CH3 – CO – O – CO – CH3 = M – O – CO – CH3 + CH3 – COOH
Con un porcentaje de ganancia en peso del 17% la madera acetilada es resistente a
numerosos tipos de hongos. La acetilación al 20-25% da un 70% de reducción de
hinchamiento o contracción (ASE), aunque con el tiempo puede bajar algo la
efectividad. Hay un ligero cambio de color (oscurecimiento) que depende de las
condiciones de reacción y del catalizador empleado.
La madera acetilada presenta una permeabilidad reducida a los gases comparada con
la madera sin tratar. La reducción de la permeabilidad reduce también la absorción de
humedad a la mitad o tercera parte. Las propiedades mecánicas son mejoradas en
general. Muchas de las propiedades de las maderas acetiladas dependen del método de
acetilación. La temperatura del tratamiento, tiempo de reacción y tipo y cantidad de
catalizador juegan un papel importante. La cantidad de humedad presente en la madera
es también importante, algo de humedad (2-5%) para ser necesario para una mejor
reacción, pero por encima de dicho nivel se produce la hidrólisis del anhídrido acético a
ácido acético perdiéndose un 5% de anhídrido por cada 1% de exceso de humedad.
23
El método de acetilación por anhídrido da ácido acético como subproducto lo que
resulta en condiciones ácidas para la madera y una perdida del 50% de reactivo. Como
el ácido acético es virtualmente imposible de eliminar totalmente de la madera se
producen los siguientes resultados: 1) Un producto con olor a acético. 2) Medio ácido
que cataliza la eliminación de grupos acetilo. 3) Hidrólisis ácida de las fibras de
celulosa, lo que resulta en perdida de fortaleza de la madera con el tiempo. 4) Corrosión
ácida de elementos metálicos utilizados en la madera.
Otro método de acetilación de la madera es la utilización de gas Ceteno (CH2=CO)
disuelto en tolueno. Se ha empleado también la acetilación en fase vapor con ácido
tioacético..
Cuando la esterificación se hace con anhídrido de ácido se forma un ácido como
subproducto. Si se utiliza un anhídrido cíclico, no se desprende ninguna molécula sino
que se crea un nuevo grupo OH que es capaz de reaccionar ulteriormente con otro OH
de la madera. Esta reacción transcurre en muchos casos sin necesidad de catalizador. Se
han empleado anhídrido butírico, propiónico, glutárico, etc. El más empleado ha sido el
anhídrido acético, de esta manera el grupo OH de la celulosa se cambia por el grupo
acetilo menos hidrófilo, produciéndose ácido acético como subproducto. En el caso de
Anhídridos de ácidos di carboxílicos (Ftálico, Maléico y Succínico), se forman grupos
carbonilo (- CO -), las reacciones transcurren a temperatura ambiente en Di Metil
Formámida (DMF) y Di Metil Sulfóxido.
Los grupos carbonilo formados en la reacción anterior son capaces de reaccionar con
el grupo epoxi. Obteniéndose aductos con los grupos epoxi (Oligoesterificación).
Como epoxi se ha utilizado, fenilglicidil éter (PGE), allilglicidil éter (AGE) y glicidil
metacrilato (GMA). Se ha producido madera oligoesterificada usando anhídrido ftálico
o maleico en combinación con epiclorhidrina.
También se pueden emplear Cloruros de Ácido en las reacciones de esterificación,
pero entonces se genera ácido clorhídrico como subproducto.
Uretanos: En la reacción del Isocianto con la madera se forma un enlace uretano. Si
en vez de un mono isocianato se utiliza un di o un polisocianato puede producirse una
polimerización.
M – OH + R – NCO = M – O – CO – NH – R
se han utilizado: Metil, Etil, n-Propil, n-Butil y n-Fenil-p-tolil Isocianato; 1,6 Hexano
diisocianato (HDI), 2-4 Toluen diisocianato (TDI) y 4,4- difenilmetano diisocianato
(MDI). El enlace uretano es muy estable frente a la hidrólisis y además esta reacción no
genera subproductos. La madera en chapa hinchada con Dimetil formamida se expone a
los vapores de fenil isocianato a 110-125ºC , obteniéndose valore de ASE de un 77%,
mejorando propiedades mecánicas y con poco cambio de color, siendo también
resistentes a hongos. Otros Isocianatos empleados han sido Butil isocianato y Toluen Di
Isocianato (TDI).
Los Isocianatos son sensibles a la humedad por lo que necesitan realizarse sobre
madera seca. A medida que la humedad de la madera se incrementa, más polímero no
enlazado con la pared celular se forma. La madera húmeda y tratada con Isocianato da
unos valores iniciales altos de ASE, pero después del primer ensayo con agua líquida
que lixivia el polímero formado, baja bastante el valor de ASE, lo que indica que eel
polímero no esta enlazado a la pared celular y se extrae por el agua.
Acetales: Es la reacción con un aldehído, habiéndose empleado Acetaldehído y
Benzaldehido usando como catalizador Ácido Nítrico o cloruro de Zinc. Con
24
dialdehidos se pueden estructuras reticulados y mayores valores de ASE. Otros agentes
utilizados son glioxal, glutaraldehido y dimetilol dihidroxi etilen urea (DMDHEU). Las
reacciones se hacen en caliente (80 – 175º) durante 24 horas. Como catalizador se ha
empleado SO2, cloruro de Aluminio y ácidos cítrico y tartárico.
La reacción más utilizada es con Formaldehído que transcurre en dos etapas,
formándose primero un hemiacetal con un OH de la madera y luego el acetal con otro
OH, produciéndose una reticulación.
M – OH + H – CH = O → M – O – CH2OH (hemiacetal)
M – O – CH2OH + M – OH → M – O – CH2 – O – M (Acetal)
Los dos hidrófilos pueden provenir de distintos sitios; misma molécula de azúcar, dos
moléculas distintas, hemicelulosa, lignina, etc. La reacción es catalizada por ácidos
fuertes. Adiciones de 2% de Formol da buena protección frente a hongos y al 7% se
alcanza un 90% de ASE. Las propiedades mecánicas de la madera se ven reducidas con
este tratamiento. Se produce también una fragilización de la madera, al parecer se debe
a la corta longitud e inflexibilidad de la unidad – O – C – O - , también parte de la
pérdida de resistencia se debe celulosa estructural que ha sido hidrolizada por el fuerte
catalizador ácido.
Oxidación: Otra forma de eliminar los grupos OH de la celulosa es por su
oxidación, de esta manera se convierten en grupos carbonilo (C=O). Se han utilizado
soluciones acuosas (1-3%) de Peryodato Potásico o ácido Peryódico a 25º durante 24
horas, produciéndose una oxidación limitada de las paredes celulares.
Sililación: La durabilidad natural de las especies de madera que contienen silicatos
como Dicorynia guyanensis ha conducido a la realización de experimentos con
compuestos de silicio orgánicos como clorosilanos y alcoxisilanos y otros.
Los tratamientos empleados pueden dividirse en los siguientes sistemas:



Silicatos Inorgánicos
Mecanismo Sol-Gel.
Tecnología de Micro-emulsión.
a) Silicatos Inorgánicos, los primeros tratamientos con clorosilano datan de 1980. Se
trato Abeto Douglas por inmersión 60 segundos en SiCl4 a temperatura ambiente y
posterior curado a 104ºC. Los clorosilanos reaccionan muy rápidamente con los
componentes de la madera, pero su principal inconveniente es la formación de HCl que
degrada la madera y además estos reactivos son muy sensibles a la humedad haciendo
difícil su manejo. Se han utilizado también Alcoxi Silanos.
M – OH + X – SiR3
= M – O – SiR3 + HX
Sililación de la madera con un alquilsilano
R – Si(OR)3 + 3 H2O = R – Si(OH)3 + 3 R – OH
Hidrólisis
25
3 R – Si (OH)3
Condensación
=
HO – Si(ROH) – O – Si(ROH) – O – Si(ROH) – OH
Reacción madera con un alcoxisilano
Finalmente el grupo OH del silano condensado reacciona con el OH de la celulosa
uniéndose por medio de un enlace éter formándose un grupo silicato.
M – O – Si (ROH) – O – Si (RO) – O –
Se ha ensayado también el tratamiento con vidrio soluble (silicatos sódicos o
potásicos), una composición típica es 2-4 moles de silicato y una mol del óxido alcalino.
En un primer paso se impregna la madera con una solución de vidrio soluble al vacío o
a presión atmosférica. En un segundo paso, se infiltra con soluciones de sales metálicas
como sulfato de aluminio o cloruro cálcico a fin de precipitar el silicato en la estructura
de la madera por sustitución del ión sodio. La madera se seca a continuación 24 horas a
60º y finalmente a vacío otras 24 horas.
b) Mecanismo Sol-Gel, en este procedimiento se utiliza el agua en la pared celular
para la hidrólisis del órgano silano precediéndose a la precipitación del silicato en la
pared celular. Se ha descrito en la literatura la aplicación de geles basados en TEOS
(Tetra Etil Orto Silicato) para el tratamiento de la madera.
Una variación del proceso sol-gel y que aplica TEOS y produce vidrios inorgánicos
consistentes en SiO2 puro es el uso de órgano silanos. Estos son moléculas que
contienen 3 grupos alcoxi (- OR), generalmente metóxi y etóxi y uno orgánico (- R)
unidos al Si, el grupo orgánico aumenta la hidrofobicidad del gel o formar enlaces
covalentes con las células de la pared. Los órgano silanos tienen una gran variedad de
aplicaciones como promotores de adhesión, modificadores de superficie, hidrofugación,
agentes de reticulación, etc.
c) Tecnología de micro emulsión, con esta técnica polímeros de Silicio se
incorporan como micro emulsión en agua con un tamaño de partícula 10 – 80 a causa
de su pequeño tamaño de partícula tienen una buena penetración en los vacíos de la
madera, que no se alcanza con las emulsiones normales. Esta micro emulsión consiste
típicamente del agente que se emulsifica (Silano, Siloxano o Polisiloxano) , un
emulsificador (silano, siloxano) y un co-emulsificador (polisiloxano funcional), estos
dos últimos son también ingredientes activos, perdiendo su capacidad de emulsificar
después del secado. Cuando se añade el agua la micro-emulsión se activa ya que se
produce la hidrólisis y la condensación, por consiguiente la dilución debe de hacerse
inmediatamente antes de la aplicación ya que a partir de ese momento crece el tamaño
de la emulsión. La aplicación de micro emulsiones a la madera proporciona alta
repelencia al agua (reducción de absorción de agua de un 70% después de dos años de
exposición a la intemperie) y evita la aparición de micro grietas.
Relleno del Lumen: Hemos visto anteriormente que la presencia de
extractivos en las paredes celulares puede disminuir notablemente el movimiento de la
madera. También se puede depositar sustancias químicas dentro de la pared celular
hinchada, reemplazando algo de agua. De esta manera cuando la madera se seque la
presencia de la sustancia de relleno disminuirá la contracción.
Entre los productos de relleno tenemos:
26
El Polietilenglicol (PEG) es el más conocido y el de bajo peso molecular (200-600)
HO – CH2 – (CH2OH – CH2)n – CH2OH
Es un líquido miscible con el agua, mientras que el de mayor peso molecular es un
sólido céreo poco miscible con agua al menos que este caliente (30 – 70º). La elección
del peso molecular viene dictada por dos consideraciones, si es demasiado líquido
puede volatilizarse y perderse, si el peso molecular es muy elevado puede tener
dificultades en penetrar en la pared celular con lo que será poco efectivo. Un peso
molecular de 1000 es un buen compromiso con madera verde. La madera se sumerge en
una solución de PEG (al 50%) en caliente durante días o meses dependiendo del tamaño
de la madera antes de proceder a su secado. Cuando el contenido en PEG alcanza un
35% la contracción es menor del 1%. La madera asi tratada tiene un tacto “húmedo” y
se ha de sellar si ha de ser manejada. Este tratamiento se ha utilizado en arqueología
marina para la protección de barcos que han estado sumergidos largo tiempo.
También se puede polimerizar la resina in situ, así cuando la madera es impregnada al
vacío con monómeros vinílicos que no hinchan la madera y que posteriormente se
polimerizan con calor, catalizador químico, o radiación el polímero ocupará únicamente
el lumen celular y hará a la madera más resistente a la indentación y al desgaste.
.
Se han utilizado Resinas Termoestables solubles en agua como las basadas en fenol
formaldehído. Una vez impregnada la madera con la resina se polimeriza con calor y
catalizador. Un contenido en resina del 35% reduce notablemente la contracción,
además la madera asi tratada tiene buena resistencia a la degradación y resistencia al
ácido.
La Furfuliración (tratamiento con alcohol polifurfulirico) en el que el alcohol
polimeriza con la madera a 100º en condiciones ácidas ha dado buenos resultados.
Aunque el color de la madera asi tratado sufre un cambio notable.
Otros monómeros que se han utilizado han sido los Acrílicos (Metil Metacrilato,
Hexano diol diacrilato HDDA; etc.), Estireno, Poliéster Insaturado, Melamina,
Acrilonitrilo, combinaciones con Isocianato, etc.
La presencia del polímero mejora la tenacidad de la madera, su resistencia a impacto,
abrasión, mejora la estabilidad dimensional, resistencia a intemperie, etc. La resistencia
a la pudrición no suele mejorar ya que no penetran la mayoría en la pared celular;
usando metanol con MMA o estireno algo de penetración en la pared se alcanza y por
tanto cierta protección, se han sintetizado también varias mitades bioactivas con
monómeros acrílicos, como pentaclorofenol, Fyrol 6, Tributil (tin) Sn acrilato, 8-hidroxi
quinoil acrilato, etc. para impartir resistencia a la pudrición.
Consideraremos a continuación tres tipos de tratamiento posibles:
No enlazado-lixiviable: Si la madera se empapa en soluciones acuosas de sales o
azucares y secada a continuación, los solutos se depositan en la pared celular. Así se
emplean soluciones de cloruro de Mn, Na, Ba, Mg y Li que hinchan la madera
especialmente a pH superiores a 8. Tratando la madera con sucrosa o azúcar invertido
(mezcla glucosa-fructosa) se alcanzan valores de eficiencia en la contracción de un
70%. Como tanto las sales como los azucares son muy solubles en agua, se protege
normalmente la madera con dos capas de barniz, para sellar el producto en la madera.
Otro tratamiento es con Polietilen glicol (PEG). En este caso se suele utilizar en la
madera verde, desplazando el PEG al agua en la pared celular, también necesita un
sellado.
27
No Enlazado no lixiviable: El tratamiento de la madera con soluciones acuosas de
resina de fenol formaldehído forma productos que aunque no ligados químicamente a
los componentes de la pared celular forma sin embargo polímeros insolubles en agua.
La resina disuelta en agua empapa la madera (generalmente chapa) y una vez difundida
y seca se cura 20 minutos a 150º obteniéndose un producto denominado Impreg, que
puede ser laminado, etc. Si durante el secado se somete a presión el producto que se
obtiene se denomina Compreg, pudiendo alcanzarse efectividades del 95%. Se han
empleado también estireno o metilmetacrilato en disolvente, los monómeros penetran
entonces en el lúmen celular sin penetración en la pared celular, por lo que no producen
hinchamientos y se polimerizan por radiación. Debido a estar relleno el lúmen se reduce
notablemente la absorción de agua. También se consigue buena estabilidad dimensional
ya que se bloquean algunos sitios accesibles al agua.
Enlazado no lixiviable: Mediante reacciones químicas es posible enlazar una
sustancia orgánica a los grupos hidrófilo de los componentes de la pared celular. Este
tipo de tratamiento reduce también la higroscopicidad de la madera así como el
volumen de la pared celular mediante un enlace químico permanente.
Se han utilizado numerosos reactivos químicos, los mejores resultados se obtienen
con aquellos capaces de reaccionar con la madera en condiciones neutras o suavemente
alcalinas y a temperaturas igual o inferiores a 120º C. La molécula debe de penetrar con
facilidad, reaccionar con rapidez, dando enlaces estables y la madera tratada debe de
mantener las propiedades deseables de la madera sin tratar.
Las sustancias químicas utilizadas para reaccionar con los grupos hidroxilos se
pueden dividir en dos clases: aquellos que reaccionan con un solo hidroxilo (adición
singular) y aquellos que reaccionan con un hidrófilo polimerizando a continuación
(adición de polimerización).
Anteriormente hemos visto las distintas reacciones que se pueden producir entre la
madera y diferentes agentes químicos, ahora veremos algunas de las más habituales:
Adición Singular: Acetilación, es la más estudiada, se hace reaccionar con anhídrido
acético en xileno a 100 – 130º.
Madera – OH + CH3 – CO – O – CO – CH3  Madera – O – CO – CH3 +
CH3 – COOH
Otros anhídridos empleados han sido Propiónico y butírico, también trifluoracético,
pero sin mejorar los resultados.
Metilación; Reacción de la madera con dimetil sulfato o Ioduro de metilo. Se han
empleado también cloruros de alquilo, Aldehídos, Cloral, etc.
Adición de Polimerización:
Epoxidos: Reacciona el grupo epoxi de una resina epoxídica formándose un
grupo éter y uno alcohol, este nuevo grupo puede reaccionar a su vez con otro grupo
epoxi, produciéndose una reacción de polimerización. Como epóxido más simple se ha
utilizado oxido de etileno, catalizado con trietilamina.
Isocianato: Es la reacción del grupo Isocianato (NCO) con un grupo
hidroxilo de la madera.
Madera – OH + R-NCO  Madera – O – CO – NHR
28
Acrilonitrilo: Cuando el acrilonitrilo reacciona con la madera en presencia
de un álcali se produce una cianoetilación:
Madera – OH + CH2  CH – CN  Madera – O – CH2 – CH2 – CN
3.11 Tratamientos Térmicos.- El objeto de los tratamientos térmicos es doble,
por una parte volatilizar componentes de la madera que puedan ser utilizados como
alimento por hongos e insectos y alterar la estructura de la madera. Típicamente la
madera se calienta a 160 – 260ºC en un proceso en atmósfera de Nitrógeno mientras que
en otros casos se utilizan aceites vegetales para una más rápida transferencia de calor.
Se aumenta la resistencia a la pudrición y se incrementa la estabilidad dimensional
aunque la madera se oscurece dependiendo del proceso se pueden perder algunas
propiedades.
El tratamiento conocido como Retificación, en los que se genera una ligera pirolisis
que incrementa su estabilidad y resistencia a los hongos patógenos, manteniendo las
propiedades mecánicas.
Se tiende a aplicar en maderas de difícil impregnación química tales como el abeto y
la picea. El proceso consiste en mantener la madera a una temperatura de 200-260º C
durante corto periodo de tiempo y en atmósfera pobre de oxígeno. Se sabe que a
temperaturas de 130-200ºC la madera pierde agua de constitución y que la celulosa y la
hemicelulosa se alteran a 230º C. Como consecuencia de la temperatura, la madera
sufre transformaciones químicas y variaciones de color.
Además de los tratamientos vistos anteriormente vamos a ver otros que aplicados a la
madera mejoran su comportamiento o modifican sus propiedades.
Plastificación de la madera.- En términos simples la pared celular de la madera
podemos considerarla como un material compuesto hecho de un polímero rígido de
celulosa en una matriz de lignina y hemicelulosa. El polímero de lignina es
termoplástico con una Tg de aproximadamente 170º C. Por encima de dicha temperatura
es posible hacer que la lignina sufra un flujo termoplástico, y que al enfriar permanezca
en dicha configuración modificada. Este es el fundamente del curvado de la madera.
Aunque la matriz de lignina puede ser termoplastificada sólo por calor, sin embargo
trabajar a tan alta temperatura durante demasiado tiempo podría afectar y descomponer
la fibra. La Tg de la matriz puede rebajarse por humedad o por plastificantes.
El calor y la humedad pueden hacer a diversas especies de madera lo suficientemente
plásticas para operaciones de curvado. Vapor a presión atmosférica o ligera presión,
inmersión en agua hirviendo o calentando con microondas madera húmeda, pueden ser
métodos satisfactorios para curvar madera.
Para plastificar madera se puede utilizar una variedad de sustancias químicas, agua,
urea, dimetilol urea, resinas de urea-formol de bajo peso molecular, dimetil sulfóxido y
amoniaco líquido. Se ha patentado un sistema por inmersión en amoniaco líquido o por
presión con amoniaco gas sometiéndolo a deformación, después al evaporar el
amoniaco la lignina recupera su rigidez manteniendo la nueva forma.
3.12 Tratamiento por Plasma de la Madera.- La madera es un “composite”
ideal debido a su alta resistencia física, fácil de trabajar, estéticamente agradable y de
bajo precio. Al mismo tiempo algunas de sus características, limitan considerablemente
su uso. Entre estos destacan su biodegradabilidad, baja estabilidad dimensional,
29
degradación por radiación UV y en medios ambientes ácidos, etc. Para protegerla y
aumentar su duración se utilizan diversos recubrimientos protectores y/o decorativos.
Debido al inherente contenido en agua de la madera y la presencia de funcionalidades
hidrofílicas en su superficie, especialmente los grupos OH de la celulosa, hace que los
tratamientos superficiales bien al agua o al disolvente no sean siempre totalmente
adecuados. En un caso debido a la solubilidad de alguno de los componentes en agua o
a la disimilaridad (incompatibilidad) existente entre la superficie hidrófila de la madera
y la naturaleza orgánica de los polímeros basados al disolvente, puede hacer que no sea
efectivo el tratamiento con recubrimientos superficiales.
En otros casos se ha producido una desactivación de la superficie de la madera como
emigración de extractivos hidrófobos a la superficie provocando acidez, falta de
adherencia, sellado de microporos, lo que reduce la absorción de adhesivo, reorientación
molecular de grupos superficiales, variación de rugosidad, etc.
La utilización de tecnología de Plasma Frío es una aproximación muy eficiente, en
este plasma hay electrones muy acelerados que golpean la superficie de la madera.
Como gas para el plasma se han utilizado gases con muy diferentes propósitos:
Limpieza (Ar, He, H2); oxidación (aire, O2, CO2); nitrantes (N2, NH3); fluoración (CF4,
monómeros conteniendo F) y deposición (acetileno, propileno, hexametil disiloxano).
En el caso de emplear compuestos fluorados o de siloxano aumenta notablemente el
ángulo de contacto con agua, haciendo las superficies hidrófobas y disminuyendo la
absorción de agua.
El plasma de Oxigeno desgasta más la superficie de la madera que Argon, Nitrógeno
o CF4. Los plasmas de Oxigeno, Aire y Nitrógeno crean superficies más hidrofílicas que
mejoran la adhesión.
. Nos ha quedado por tratar la protección por Lasures y Barnices a la que dedicaremos
un capítulo aparte. El capítulo próximo esta dedicada a los procesos de pretratamiento
que se pueden realizar en la madera, previos a su utilización en construcción, carpintería
o fabricación de muebles.
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