Patologías Bióticas de la Madera

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Tesina
2012
Patologías Bióticas de la Madera
De los Bosques Templados de Chile , a la Selva Atlantica de Misiones
Guillermo González_arq
Magister en Construcciones en Madera_Modulo 1
Universidad del Bio Bio-Concepcion-Chile
C27H24O18 Tanino
(Acido Tánico_Polimero Fenólico)
Capitulo 2 :
Durabilidad Natural de la Madera
Magister en Construcciones en Madera_Modulo 1 _Tesina_2012
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Tabla de Contenidos
Titulos
Capitulo 2: Durabilidad Natural de la Madera
Tabla de Contenidos
La durabilidad natural de la madera , extractos y exudados
Clasificacion Findlay para la Durabilidad natural
Extraibles_Extractivos vegetales
Composicion Quimica de los extraibles
Taninos
Extractos de corteza de especies nativas de Chile
Extractos y exudados de la madera en relación a los acabados superficiales.
Maderas ricas en extractos y exudados
Daños de extractos y exudados en acabados superficiales.
Bibliografia y Fuentes
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La Durabilidad Natural de la Madera , extractos y exudados
Se denomina asi , según Cartwrigt (1960) y Gonzales (1974), a la resistencia que opone la
madera al ataque de agentes biológicos de deterioro, tales como hongos e insectos xilófagos,
perforadores marinos, y agentes no biológicos de deterioro, tales como desgaste mecánico,
intemperismo atmosférico y al peligro del fuego. Para fines prácticos, la durabilidad puede
considerarse como la resistencia que opone la madera a la pudrición.
La durabilidad es una propiedad de la madera en extremo variable. Varia entre las diferentes
especies leñosas, entre los diferentes árboles de una misma especie, y aun dentro de un mismo
árbol. Los factores responsables de la durabilidad de la madera son numerosos y variables;
algunos dependen de las características y condiciones de la madera misma, otros están
relacionados con las circunstancias que concurren en su uso.
La gran durabilidad del duramen con respecto a la albura se atribuye a la presencia de algunas
condiciones físicas y químicas que suceden en la formación del duramen. En efecto, Kollman
(1959) sostienen que el duramen se protege de hongos e insectos lignícolas mediante
obstrucción mecánica de los vasos, taponamiento de las punteaduras e impregnación de las
paredes celulares, con metabolitos que la hacen resistentes a los ataques de organismos
xilofagos. Además se
depositan en las células del duramen sustancias polifenólicas,
básicamente derivados del ácido shiquímico, cinámico y cafeico, cuyas combinaciones con
compuestos orgánicos determinan una gran variedad de preservadores de la madera, capaces
de ejercer efectos tóxicos y/o repelentes contra organismos lignícolas.
El amplio concepto de durabilidad natural comprende aquellas características de resistencia que
posee la madera, sin tratamiento, frente al ataque de hongos, insectos, perforadores marinos y
otras influencias. Esta resistencia es debida a los componentes extraíbles , los que actúan en
forma diferente dependiendo del agente de que se trate.
La durabilidad natural de la madera puede definirse de ese modo, como la resistencia que
opone a todo tipo de deterioro. Para fines prácticos y considerando la preponderancia del
deterioro biológico, la durabilidad natural se refiere a la resistencia que opone la madera al
ataque de hongos e insectos xilófagos.
La invasión de agentes de deterioro muestra una sucesión natural que esta en función del
contenido de humedad de la madera.
Clasificación de Findlay para durabilidad natural.
Clase de resistencia
Altamente resistente
Resistente
Moderadamente resistente
No resistente
Pérdida de masa %
0 - 10
11 - 24
25 - 44
45 o más
Extraibles, Extractivos vegetales
GARCIA et al (2003) dice que son sustancias que pueden extraerse de la madera por
medio de un solvente adecuado o por la destilación al vapor, sin afectar la composición de
la pared celular.
FLORES (2003) afirma que los extraíbles que se encuentran en los tejidos vegetales
son sustancias tales como terpenos, fenoles, taninos, minerales, azúcares,
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hidrocarburos alifáticos y aromáticos, ácidos alifáticos y aromáticos, esterinas, aceites
esenciales, ácidos grasos y resinosos, resinas, grasas y otros.
HILLIS cit. QUINDE (1984) define como constituyentes no estructurales o secundarios
de las plantas que pueden ser removidos generalmente con solventes orgánicos
neutros.
SOTO (1982) menciona que son aquellas sustancias que se encuentran presentes en
las diferentes fibras vegetales, pero que son carbohidratos, tales como ácidos grasos,
terpenos, fenoles y resinas. Muchos de estos compuestos son solubles en agua o
disolventes orgánicos polares como metanol, etanol o acetona, por lo que se elimina
rápidamente en los procesos de extracción de celulosa.
QUINDE (1984) señala que los extractivos vegetales se encuentran acompañando al
material celulósico y la lignina, difíciles de extraer, sin embargo, algunas sustancias
pueden ser extraídas en cantidades pequeñas con solvente orgánicos neutros tales
como etanol, benceno, acetona, cloroformo, diclorometano e incluso con agua.
También indica que ha estas sustancias se les ha llegado a denominar como los
“componentes químicos personificadores” de las maderas, influyendo en sus propiedades
sean esta deseables o indeseables. Muchos de estos extractivos afectan la pulpabilidad de
la madera, el blanqueo de la pulpa, la pintabilidad de la madera, su color, olor, etc.
AROSTEGUI (1976) menciona que todas las especies de madera y la mayoría de los
vegetales contienen cantidades variables de algunas sustancias químicas diferentes a
los carbohidratos y a la lignina que constituyen la pared celular. De acuerdo con el
punto de vista con el que se estén tratando, reciben diversos nombres:
o Componentes extraños de la madera, porque son diferentes a los compuestos que
constituyen la pared celular.
o Sustancias extraíbles o solubles.
o Extractivos.
o Sustancias volátiles, porque muchas de estas sustancias son volátiles o imparten
características de olor a la madera.
o Constituyentes menores
o Extraibles
Dentro de los componentes extraíbles, aquellos que se disuelven en agua como consecuencia
de procesos de la madera pueden generar diferencias en la durabilidad natural de la albura y de
duramen (Poblete et al., 1991) . Estos solubles en agua caliente corresponden a sales orgánicas,
azúcares, gomas , pectinas , porciones de taninos y algunos polisacáridos hidrolizados
(Rodríguez, 1978)
Composición química de los extraibles
La composición química de los extractivos varía mucho de especie a especie, dentro de
la misma especie e inclusive entre las diferentes partes de un mismo árbol. El gran numero
de compuestos que han sido identificados representan varias clases de compuestos
orgánicos que pueden ser agrupados en tres grandes grupos: compuestos alifáticos
(principalmente grasas y ceras), terpenos y terpenoides, y compuestos fenólicos.
Compuestos alifáticos: este grupo comprende los alcoholes y ácidos grasos; se les
encuentra generalmente como éteres y cuando se combinan con el glicerol se les tiene
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como grasas, mientras que cuando se combinan con alcoholes alifáticos de alto numero
de carbonos (C18-C30) se les encuentra formando las ceras.
Terpenos y terpenoides: son derivados de la condensación de dos o más unidades
de isopreno. El termino terpeno, se refiere específicamente a hidrocarburos, mientras
que el termino terpenoides, a toda sustancia cuya unidad repetitiva es el isopreno
sin condensar los grupos funcionales. Los terpenos y otras sustancias similares a ellos
con variadas funciones entran en
la composición de los aceites etéreos, y están
ampliamente distribuidos en el reino vegetal. Son líquidos incoloros, mas ligeros que el
agua, hierven a temperatura entre 140-190ºC. Son insolubles en el agua y presentan
alto índice de refractividad.
Compuestos fenólicos: este grupo esta constituido por una mezcla muy heterogénea
de compuestos que se pueden subdividir en taninos, lignanos, estilebenos, tropolones.
Los extractos son compuestos solubles en diferentes solventes, por ejemplo : en alcoholbenceno se solubilizan ceras, grasas y resinas; en agua fría, taninos, gomas, azúcares,
materiales colorantes y en agua caliente, los almidones. Pueden clasificarse en ácidos
volátiles, aceites esenciales, ácidos resinosos y polifenoles. El caucho y los taninos usados en la
curtición del cuero, son ejemplos de extractos provenientes de maderas de amplio uso comercial
a nivel mundial. Los extractos son también de gran importancia para la industria farmacéutica,
sanitaria y en perfumería.
En algunos usos, la madera está constantemente expuesta a la intemperie, y en otros casos
debe pasar por procesos de transformación que incluyen vaporizados y cocciones a alta
temperatura, aplicados en ambientes saturados de agua que remueven las sustancias propias
de la madera que le confieren su resistencia natural. Este efecto de lavado podría generar
alguna alteración en su resistencia a la durabilidad (García, 1980) .
Entre los contenidos inorgánicos de la madera se encuentran los cristales y el sílice. Los cristales
son depósitos en su gran mayoría de sales de calcio, que se encuentran principalmente en
células parenquemáticas. El sílice es un material cuya fórmula química y grado de dureza se
asemejan al diamante, pueden encontrarse en el interior de las células en forma partículas o
granos. Los cristales y depósitos de sílice tienen gran importancia en la propiedad de
trabajabilidad de la madera y se conocen popularmente como cenizas, se ha informado que
tanto para coníferas como para latifoliadas varían entre 0,1 % y 1,0 %. (D‟Almeida 1981).
Los complejos compuestos quimicos que constituyen los productos de secrecion de las plantas,
suelen llamarse extractos cuando se presentan en estado solido, y exudados cuando se
presentan en forma liquida, los primeros hay que extraerlos de los tejidos y los segundos se
recogen directamente de secreciones espontaneas. Algunas de estas sustancias metabolicas son
muy utiles y han proporcionado y proporcionan al hombre, muchas materias de importancia
economica, pero tambien algunas de ellas pueden llegar a ser perjudiciales, como las que
producen daños en el acabado superficial de la madera. La duracion del acabado de la madera
depende de varios factores que lo puedan degradar, como la agresividad del ambiente en que
esta situado, la exposicion que tiene respecto al sol, la calidad y tipo de recubrimiento, etc.,
pero en ocasiones también es un factor importante en la degradacion de los recubrimientos, la
presencia de ciertos extractos y exudados en la superficie de la madera.
Los extraíbles que se encuentran en los tejidos vegetales, tales como terpenos, fenoles, taninos,
minerales, azúcares, hidrocarburos alifáticos y aromáticos, ácidos alifáticos y aromáticos,
esterinas, aceites esenciales, ácidos grasos y resinosos, resinas, grasas y otros, se encuentran
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distribuidos en follaje, madera, corteza y raíces. La corteza y las raíces son las partes donde se
encuentran en mayor concentración los extraíbles.
Taninos
Los taninos son un grupo de sustancias propias del reino vegetal, que tienen principalmente la
función de proteger a las plantas de los agentes patógenos. Están conformadas químicamente
por polifenoles, es decir moléculas que poseen varias funciones fenol en su molécula. Poseen la
propiedad de coagular las proteínas, lo que hace que se utilicen en la curtiembre del cuero.
Existen dos grupos principales de taninos los llamados „taninos hidrolizables‟ y los „taninos
condensados‟. Los taninos hidrolizables provienen de condensaciones y polimerizaciones del
ácido gálico, que a su vez forma el ácido elágico. Forman compuestos de relativamente fácil
eliminación de los tejidos y de colores claros principalmente pardo claro, blanco amarillento y
crema. En contrapartida los taninos condensados son productos de difícil eliminación, de
colores variados cuando son de bajo peso molecular y en este caso forman las antocianidinas
que le dan los colores a las flores y a las cáscaras de muchas frutas. A medida que se
condensan se van haciendo más oscuros, dando principalmente colores marrones, borravino
rojos oscuros y otros similares.
Son los que le dan el color típico de todas las maderas oscuras como la caoba, el cedro
misionero, el roble, el ébano, etc. Cuando la cantidad de taninos condensados es
significativamente grande, estas maderas se utilizan como materia prima para la extracción de
extractos curtientes. Tal es el caso del quebracho colorado de la región chaqueña que posee
entre un 25 y un 35% en su duramen.
Todos los taninos son sustancias no deseadas en la industria papelera, porque restan
rendimiento y porque interfieren en las reacciones de deslignificación y blanqueo. Sin embargo
los más inconvenientes son los taninos condensados.
En el caso de acabados superficiales de protección de la madera la gravedad de los daños que
pueden llegar a causar los extractos y exudados, es siempre mayor en recubrimientos
transparentes o de colores transparentes como barnices y lasures, que en pinturas opacas, y
tambien estos daños generalmente son mas importantes en los acabados que están situados en
exteriores que en interiores, siendo precisamente el gran incremento que ha tenido en estos
ultimos años el empleo de la madera en exteriores, y la poca duracion que tienen en general
los acabados convencionales que tan buenos resultados dan en los acabados de interiores, lo
que ha motivado el interes en estudiar y resolver los problemas que plantea la duracion del
acabado de la madera en exteriores, buscando recubrimientos que duren al exterior de cinco a
diez años y que sean de facil y economico mantenimiento.
Extractros de corteza de Especies Nativas Chilenas
La corteza se diferencia de la madera tanto en su estructura como en su composición química.
La corteza presenta una serie de compuestos solubles en agua, denominados extraíbles, que
son diferentes en cantidad y tipo a los de la madera. En muchos de los procesos de
transformación de la madera los extraíbles de la corteza pueden llegar a las aguas residuales o
servidas. El efecto de estos extraíbles se puede dar como un aumento de la falencia química y
biológica de oxígeno en las aguas residuales y también como un aumento de la toxicidad de las
aguas. Este efecto de los extraíbles se hace notar en los índices DBO y DQO, demanda biológica
y demanda química de oxígeno (Springer y Peterson1991, Parsons 1996).
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El grado de actividad biológica de los extractos parece estar directamente relacionado con
algunas sustancias accesorias volátiles de la corteza. Entre ellas, los terpenos parecen ser
gravitantes en la reacción.
Extractos y exudados de la Madera en relación a los acabados superficiales
Los extractos de la madera son productos metabolicos de secrecion en estado solido, solubles
en agua y en alcohol cuando son de naturaleza glucosida, y solubles en disolventes organicos
cuando son derivados de los Èsteres.
Los extractos solubles en agua y en alcohol, como taninos, cloroforina, pigmentos colorantes
indeseables, etc., son dañinos para el acabado de la madera cuando se disuelven, y salen a la
superficie de la madera estimulados por el entorno. Alli, perturban los procesos de secado del
acabado, deteriorandolo; o producen manchas que arruinan su aspecto estetico; acortando en
todo caso la duracion natural del acabado. Estos daños se producen principalmente en maderas
ricas en estos extractos, situadas en exteriores a la intemperie como en interiores cuando estan
en contacto con agua, y alcohol, como por ejemplo en toneles de sidra. De entre estos extractos
solubles en agua y en alcohol de los mas perjudiciales para el acabado de la madera son los
taninos. Estos productos, conocidos también por acidos tanicos, o por tanino simplemente, son
un conjunto de sustancias de natural glucosidad que participan de las mismas caracteristicas
fÌsicas y quimicas, y que se encuentran en cantidades muy variables en la madera.Se hidrolizan
por los acidos y por la enzima tanasa en glucosa y diversos acidos. Cuando estan disueltos, se
oscurecen al oxidarse, tomando un tono de gris negruzco o negro, en un indeseable proceso
que mancha los materiales de manera casi indeleble. Siendo precisamente esta forma de
manchar tan intensa, lo que perjudica al aspecto decorativo del acabado, al adquirir un tono
grisaceo o negro que le hace perder todo sentido estetico y decorativo.Tambien entre los
extractos solubles en agua, otro glucosido que contienen algunas maderas perjudica
notablemente al acabado, es la cloroforina. Esta sustancia es un energico antioxidante
(reductor), que impide o retarda el secado de ligantes oxidativos, dificultando el anclaje y la
buena adherencia del recubrimiento, produciéndose con ello la degradacion del mismo y la
perdida de duración del acabado.
Finalmente y dentro de estos extractos solubles en agua, se encuentran los pigmentos de
colores indeseables, que pueden distorsionar el color que se haya podido elegir en el acabado.
Estos pigmentos son generalmente combinaciones aromáticas debilmente acidas, que la luz los
descompone sin excepcion, principalmente en ambientes humedos, blanqueandose al oxidarse.
Ofrecen una amplia gama de colores que van del rojo al azul, pasando por amarillos, verdes,
marrones, etc., y que pueden perjudicar al acabado de recubrimientos transparentes coloreados
tipo lasures, si su empleo introduce colores distorsionantes y producen manchas indeseables.
Los extractos solubles en disolvente organico, como aceites fijos, grasas y ceras, pueden
perjudicar el acabado de la madera, cuando con su presencia dificultan la buena adherencia de
los recubrimientos con anclajes defectuosos que provocan la degradacion de los recubrimientos
y con ello la perdida de duracion del acabado.
Estos productos son de composicion quimica muy similar, ya que son Èsteres (aceites) o
derivados de los Èsteres (grasas y ceras). Su presencia en la superficie de la madera se aviva
con acciones mecanicas de sierras, formones, etc o de pulido con lijas, pulidoras etc., en vez de
avivarse con situaciones ambientales, como los extractos anteriores solubles en agua y en
alcohol.
Estos extractos en disolvente organico, se encuentran depositados dentro de las celulas
vegetales, formando gotitas de las que se evaporan solamente las fragancias de ciertos aceites
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esenciales, dejando generalmente como residuo aceites no secantes, que se encuentran en la
superficie de la madera y dejan un tacto untuoso, que hace que a estas maderas se las suele
conocer por maderas grasosas. Los aceites secantes y no secantes jamas se extraen de la
madera, se extraen siempre de las semillas, como el aceite secante de tung, tambien conocido
por aceite de madera o aceite de teca, que se saca de las semillas del árbol Aleurites fordii, o el
aceite también secante de linaza que se extrae de las semillas de lino, Linum usitatissimum. Si
se extraen en cambio de la madera fragancias, aromas y aceites esenciales como Sandalo,
Alcanfor y Cedria. Los exudados de la madera son productos metabolicos de secrecion en
estado liquido, mas o menos viscoso que provienen de las celulas y fluyen por canales o vasos
hasta aflorar espontaneamente a la superficie. Son muy conocidos algunos exudados de tipo
lechoso y aspecto como el latex del caucho, o del chicle; siendo utilizados por el hombre desde
tiempos inmemoriales los exudados de tipo oleoso o resinas, como la trementina de los pinos,
el copal de ciertas leguminosas, y otras muchas clases de resinas, como dammar, elemi,laca,
estoraque, almaciga, kauri, etc. Estas secreciones resinosas son las mas afines y que mas
interesan al acabado de la madera. Las resinas estan formadas por una gran variedad de
polÌmeros, producidos muchos de ellos de la oxidacion de aceites esenciales. Son amorfas, mas
o menos transparentes e insolubles en agua, pero mas o menos solubles en disolventes
organicos ordinarios como el alcohol, Èter, esencia de trementina (aguarras), etc.
Las resinas comerciales mas importantes proceden especialmente de las familias pinaceas,
leguminosas y dipterocarpaceas. Se encuentran particularmente en los canales resiniferos de la
madera, de donde salen cuando se cortan, y afloran al exterior o exudan, en superficie de corte,
astillado, incisiones o magulla miento; siendo precisamente estas exudaciones, que pueden ser
permanentes, esporadicas o circunstanciales, las que perjudican tanto al proceso de secado,
como a recubrimientos ya secos produciendo ampollas agrietamientos y decoloraciones, que lo
degradan, acortando la duracion del acabado.
Maderas ricas en extractos y exudados
El contenido de extractos y exudados de la madera, varia mucho de una especie a otra, y aun
dentro de una misma especie, de una zona de la madera a otra, encontrandose ademas dentro
de una misma especie variaciones de estas sustancias. Hay maderas muy ricas en extractos y
pobres en exudados y viceversa, y hay tambien maderas llamadas blancas, practicamente
exentas de estos productos. Es por ello difÌcil confeccionar listas de madera con estos
contenidos mas o menos aproximada, sin embargo existen algunas maderas claramente
distinguibles por el contenido de algunas de estas sustancias, que se enumeran a continuacion.
En general, las sustancias extractivas mas perjudiciales al acabado de la madera son: los
taninos, la cloroforina, las resinas, los aceites, las grasas y los colorantes.
Las maderas ricas en taninos mas conocidas son el Roble, Castaño, Acacia, Iroko, Sequoia (Red
wood), Western Red Cedar (Thuya plicata), Afzelia y Bolondo. La cloroforina se encuentra
principalmente en el Iroko. Los colorantes se encuentran en numerosas maderas, a las que da
bellas tonalidades de efectos muy decorativos, principalmente en maderas tropicales y nativas
de calidad, como caoba, teca, nogal, etc.
Las resinas se encuentran principalmente en maderas coniferas o resinosas, de entre las que
destacan por Pino de Oregon, Pino Melis, Pino maritimo (P. Pinaster) y Pino ponderosa, pino
Radiata en Chile y Pino Taeda en Argentina.
Los aceites y las grasas abundan en las llamadas maderas grasas de entre las que destacan la
Teca de Birmania, Niangon, Afzelia y Tola.
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Finalmente hay maderas muy pobres tanto en extractos como en exudados, de colores muy
pulidos o sin color, ofreciendo un buen soporte para tintes y recubrimientos, como el Haya,
Abeto (A. Pectinata), Aliso, Chopo, etc.
Daños de extractos y exudados a los acabados superficiales
Los sistemas preventivos para evitar los daños de extractos y exudados en los acabados
superficiales se reducen fundamentalmente a tres tipos diferentes
1. Eliminar de la superficie de la madera, antes de aplicar los recubrimientos, las sustancias
pertubadoras del acabado.
limpiar cuidadosamente la superficie de la madera de extractos o de exudados con un
disolvente y un trapo.
Para para eliminar extractos solubles en agua o alcohol (taninos, etc) hay que emplear
disolventes no grasos tipo alcohol (metanol) o acetona.
Para eliminar extractos solubles en disolvente organico (aceites,etc) se deben aplicar
disolventes parafÌnicos o aceites minerales
Se puede utilizar disolvente universal en ambos casos.
Para resinas, esencia de trementina (aguarraz)
2. Incorporar en los recubrimientos pigmentos inhibidores con funcion tÌpica de absorber y
barrer quÌmicamente los componentes de las sustancias que se quieren evitar.
Consiste en emplear recubrimientos (fondos y acabados) especialmente formulados con
la incorporacion de pigmentos inhibidores del tanino con la funcion tÌpica de absorber
quimicamente las manchas de tanino.
3. Obstruir o taponar los poros por donde salen los exudados.
obstruir la salida de exudados o resinas de focos de brotacion permanente, continua o
alterna, situados generalmente en nudosidades de diferentes especies de coniferas.
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Bibliografia y Fuentes
Capitulo 2 : Durabilidad Natural de la Madera
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