Nuevos materiales para la construcción hechos de madera reforzada con

nanocelulosa y bioresinas

Autor: Miguel Ángel Abián (AIDIMA)

Consorcio y financiación del proyecto

Socios: – AIDIMA (Instituto Tecnológico, España) – InWood Developments (PYME, Reino Unido) – Tecnifusta (PYME, España) – Contemporary Building Design (PYME, Eslovenia) – Chimar Hellas S.A. (PYME, Grecia) – Brunel University (Universidad, Reino Unido) – InnovaWood (Red europea, Bélgica)

Financiación: El proyecto, de 3 años de duración, está cofinanciado por el programa CIP Eco-innovation First Application and Market Replication Projects de la Comisión Europea, por el IVACE (Instituto Valenciano de Competitividad Empresarial) y por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

Consorcio y financiación del proyecto

Objetivos generales del proyecto Objetivo principal El principal objetivo que se espera alcanzar con este proyecto es el desarrollo, mediante reingeniería, de materiales resistentes hechos de madera adecuados para la construcción de edificios. Para ello, la madera se reforzará mediante membranas celulósicas y mediante la unión de las láminas de madera por bioresinas o compuestos de fibras naturales, en lugar de por resinas procedentes del petróleo, como viene siendo habitual. De este modo, al reforzarse la madera, los nuevos materiales podrán utilizarse en estructuras que deban aguantar grandes cargas portantes o dinámicas, donde hasta ahora la madera no puede utilizarse.

Resultados esperados Los nuevos materiales de madera para construcción que se producirán en el proyecto:

– Serán más resistentes que los actuales. – Tendrán emisiones de CO2 más bajas que otros materiales de construcción (acero,

hormigón). – Reducirán significativamente la energía capturada en las estructuras de edificios. – Crearán nuevas oportunidades para la captura del carbono y su almacenamiento. – Minimizarán los puentes térmicos mediante capas de aislamiento. – Mejorarán las posibilidades para el reciclado con bajo impacto medioambiental de

los materiales de desecho que se producen en la demolición de edificios.

Objetivos específicos del proyecto

1) Aprovechamiento de la madera de reducidas dimensiones Utilizar para madera estructural madera de los bosques europeos, que actualmente no se utiliza para ese fin por su pequeña escuadría y su baja calidad. 2) Desarrollo de bioresinas para madera Desarrollar adhesivos que sirvan para laminar madera y que provengan de fuentes renovables y sostenibles. La industria química no ha desarrollado hasta la fecha adhesivos sin dependencia del petróleo capaces de mejorar la resistencia mecánica de grandes estructuras de madera laminada destinadas a la construcción, como son las vigas y columnas que soportan cargas estructurales. 3) Madera reforzada más resistente Reforzar madera mediante membranas celulósicas y mediante la unión de las láminas de madera por bioresinas o compuestos de fibras naturales. Esta madera reforzada permitirá el uso de la madera como material estructural en grandes construcciones.

Resultados obtenidos Laminado de madera estructural a partir de madera de

pequeñas dimensiones

Se ha investigado en detalle la utilización de madera europea de pequeño diámetro y poco utilizada hasta ahora. Se han descrito los procesos y el rendimiento en el uso de madera de pequeño diámetro en el ámbito nacional, regional y europeo, desde un punto de visto práctico y tecnológico. Los tipos de árbol que se consideran de interés para el proyecto son castaño (Castanea sativa), abeto de Douglas (Pseudotsuga menziesii), alerce (Larix decidua Mill), pícea común o de Noruega (Picea abies) y pícea de Sitka (Picea sitchensis). Asimismo, se han definido procesados preliminares para el laminado de la madera.

Resultados obtenidos Bioresina y refuerzo de la madera

Se han analizado diferentes sistemas de adhesión para los materiales CELLUWOOD:

– Sistemas de taninos condensados extraídos de árboles de Quebracho Colorado (Schinopsis Lorentzii).

– Sistemas de taninos condensados de árboles de pino. – Lignina Kraft de coníferas y frondosas. – CNSL (Cashew nut shell liquid o líquido de la cáscara de nuez del

anacardo).

Estas materias primas naturales se ensayaron para averiguar su capacidad de curar en frío o en caliente. Para ello se evaluó su resistencia a tracción según normas EN e ISO y luego se aplicaron al laminado de los materiales usados en este proyecto. Para el proyecto se ha decidido usar principalmente una bioresina basada en lignina, de coste muy reducido.

Resultados obtenidos Bioresina y refuerzo de la madera

Se han desarrollado también dos clases de adhesivos para madera reforzada, basados en nanocelulosa: epoxi reforzado con nanocelulosa y caseína reforzada con nanocelulosa. Se ha averiguado que ambos adhesivos pueden usarse a temperatura ambiente con presión baja, y mostrar una alta resistencia. Usando el epoxi reforzado con nanocelulosa, la resistencia a cizalladura puede aumentar más de un 40% con una adición de nanocelulosa del 5%. La adición de nanocelulosa mejora significativamente la resistencia de la unión. Sin embargo, están investigándose todavía la baja resistencia al agua y la resistencia a cizalladura de estos adhesivos de polímeros naturales. Estas resinas, al igual que la de lignina, se aplican en el proyecto tanto para la reparación de defectos de la madera (nudos, grietas, etc.) como para laminarla.

Resultados obtenidos Bioresina y refuerzo de la madera

Gel de nanocelulosa usado en el proyecto

Reparación de un nudo mediante la bioresina de lignina

Resultados obtenidos Desarrollo de nuevas vigas y columnas ecológicas

Se han fabricado hasta ahora vigas laminadas mediante la bioresina de lignina. Al principio apareció un problema de delaminación a presiones moderadas (rotura de la viga por separación de las láminas), debido a que la resina apenas penetraba en la madera. Este problema ha sido solucionado ya modificando ligeramente la formulación de la bioresina. De forma preliminar se han obtenido vigas con una resistencia a flexión con un 30% superior a la de las vigas comerciales existentes, sin la utilización de adhesivos petroquímicos.

Resultados obtenidos Desarrollo de nuevas vigas y columnas ecológicas

Problema inicial de delaminación a presiones moderadas

Resultados obtenidos Desarrollo de nuevas vigas y columnas ecológicas

Viga laminada con la última formulación de la bioresina. No aparece delaminación a presiones elevadas

Resultados obtenidos Desarrollo de nuevas vigas y columnas ecológicas

Viga laminada con la última formulación de la bioresina. A pesar de que se alcanza el punto de rotura, no

aparece delaminación

Resultados obtenidos Comprobación del impacto medioambiental y Análisis

del Ciclo de Vida (ACV)

La ecoeficiencia describe la calidad medioambiental y económica de un producto o proceso. Mediante la determinación del impacto total en el medio ambiente y de todos los costes de fabricación se cubre toda la cadena de valor añadido. Esta eficiencia ecológica trata de obtener un balance entre factores medioambientales y económicos. Esto significa producir productos de coste efectivo con la mínima cantidad posible de materias primas y energía, así como minimizar las emisiones (CO2, etc.). El análisis de la parte medioambiental incluye una verificación del ciclo de vida de los nuevos productos CELLUWOOD, en comparación con el proceso tradicional de fabricación de la madera laminada encolada (MLE o glulam). El ACV se está desarrollando ahora.

Muchas gracias por su atención

Miguel Angel Abian