Introducción

La industria del mueble en la localidad de Ciudad Hidalgo, Michoacán está enfocada en muebles para el hogar, su producción se centra en la elaboración de roperos, sillas, bases para cama, tocadores y alacenas. De forma generalizada, estas empresas elaboran sus muebles por experiencia empírica lo que implica no tener estandarización en el mismo proceso; es decir, no existe una sistematización en procesos específicos como los tiempos de prensado, de fraguado, cantidad y tipo de adhesivo, entre otros. Las empresas de este tipo han controlado sus procesos y productos con base en el costo de los insumos y al tiempo mínimo requerido, que por simple observación daría buenos resultados, siendo esto un riesgo que afecta de forma inmediata en la calidad del producto.

Un fenómeno que presenta la industria del mueble tradicional es el uso indiscriminado del pegamento blanco, PVA (acetato de polivinilo), guiándose por el costo del pegamento y la respuesta del mismo al fraguado. De acuerdo con las características tecnológicas del pegamento tipo PVA (pegamento blanco y amarillo), se tiene que este requiere de entre 30 min hasta 2 h y que su fraguado se completa después de 3 h (^{Vignote & Martínez, 2006}; ^{Nuñez, 2002}).

Las propiedades fisicoquímicas del adhesivo y del sustrato definen la calidad en la unión adhesiva. De esta manera una unión perfecta se logra siempre y cuando se combinen de forma adecuada las características de ambas partes. El pH en la madera y en el sustrato debe ser compatible para un agarre adecuado, tanto la madera como el adhesivo deben tener un pH ligeramente ácido para una adecuada adhesión (^{Sedano & Herrera, 2015}; ^{Ávila, 2012}).

El contenido de sólidos es la referencia esencial de la cantidad de resina o agente pegante en el adhesivo. Aunque las harinas o cargas se reflejan en esta propiedad, es el agente pegante el que tiene una relación directa con la resistencia mecánica del adhesivo (^{Martín & Orgilés, 1992}; ^{Bomba et al., 2014}).

En el siguiente trabajo se comparó la resistencia mecánica a cizallamiento de la unión adhesiva de tres tipos de adhesivos comerciales usados tradicionalmente por empresas de fabricación de muebles en la localidad de Ciudad Hidalgo, Michoacán. También se determinaron las propiedades fisicoquímicas principales de los adhesivos y se analizó la correlación lineal que existe entre estas propiedades y la resistencia mecánica de los mismos.

Desarrollo

Como primer paso se consultaron 10 empresas de fabricación de muebles (talleres) en el municipio de Ciudad Hidalgo, Michoacán. Se obtuvo la información del tipo de mueble que se fabrica, la marca del adhesivo que se utiliza, cómo aplican el adhesivo y cuánto tiempo destinan para el prensado de las piezas. Después se formuló el modelo experimental, se eligieron las variables y condiciones de trabajo: adhesivos y tiempos de prensado. Se decidió ensayar las marcas más utilizadas, Comex y Resistol, con tres tiempos de prensado: 4, 6 y 8 h. Una vez definidas las variables de trabajo, se procedió al análisis fisicoquímico de los adhesivos y a la prueba de resistencia.

El estudio fisicoquímico de los adhesivos utilizados en este estudio fueron contenido de sólidos, pH, densidad y viscosidad.

La determinación de contenido de sólidos se llevó a cabo de la siguiente manera, en una cápsula de porcelana previamente tarada, se registró un peso de 2 gramos de adhesivo. Después se metió a una estufa a 110°C durante 1 h, posteriormente se colocó en un desecador durante 15 min, y finalmente se registró el peso final. La cantidad de sólidos se determinó por diferencia de peso, esta pérdida de peso se debe por efecto de temperatura y las pruebas se realizaron por triplicado (^{ASTM, 2019}).

El valor de pH se determinó por la técnica de ^{Sandermann (Sandermann & Rothkamm, 1959}); en un vaso de precipitados se agregaron 50 gramos de adhesivo y 50 gramos de agua. Posteriormente se agitó la muestra durante 10 min, después se introdujo el electrodo y se mantuvo por 15 min hasta obtener la lectura final. La prueba de densidad de los adhesivos se realizó por triplicado. En una probeta de vidrio tarada se pesaron 50 cm³ de adhesivo, se registró el peso y se calculó la densidad (^{ASTM-D1505, 2019}).

La viscosidad se obtuvo con un viscosímetro marca LBDV PRIME-I. Primero se atemperó 350 cm³ de adhesivo hasta lograr una temperatura de 20 °C±1, posteriormente se sumergió el cilindro dentro del adhesivo y se accionó el viscosímetro. El cuerpo inmerso se mantuvo en rotación durante 15 min hasta que se estabilizó el valor que indica el aparato, transcurrido el tiempo, se registró la lectura obtenida (^{ASTM-D1084, 2019}). Finalmente se promediaron los valores obtenidos en las tres réplicas.

La prueba de la resistencia mecánica de la unión adhesiva en los tres tipos distintos de adhesivos se llevó a cabo de la siguiente manera: Se utilizaron 45 probetas de madera seca de encino con un contenido de humedad de 15%±2. Se probaron las tres condiciones de tiempo de prensado y los tres tipos de marca de adhesivo. Se aplicó el adhesivo con brocha y se prensaron. Después se ensayaron las probetas por la prueba de cizalle en la máquina universal de ensayos mecánicos, en la cual se utilizó una velocidad de carga de 6 mm/min y un soporte con distancia entre ejes de 12 cm. Se registró la resistencia de la unión adhesiva a la tensión (carga máxima) expresada en kg para cada uno de los ensayos (^{ASTM-D5751-99, 2019}).

Discusión y análisis de resultados

De la investigación de campo se recopiló la siguiente información de cada una de las empresas de fabricación de muebles (talleres) que se visitaron (Tabla 1).

La Tabla 1 muestra que el adhesivo marca Comex es el más utilizado a nivel local y el promedio del tiempo destinado al prensado fue de 4.2 h.

Los resultados de la caracterización fisicoquímica de tres tipos distintos de adhesivos empleados en la industria de fabricación de muebles a nivel local (Ciudad Hidalgo Michoacán) se muestran en la Tabla 2.

En la Tabla 2, se observa que el adhesivo Resistol 850 tiene un mayor porcentaje de sólidos en comparación con los otros dos, este adhesivo es el que presentó mayor acidez y mayor valor en la densidad. Mientras que el Resistol 950 es el adhesivo con mayor valor en la viscosidad.

El porcentaje de sólidos obtenido en el adhesivo marca Comex fue de 19.40, el cual estuvo por debajo de los valores reportados 46-80 % (Comex, 2020); en el adhesivo marca Resistol 850 estuvo ligeramente sobre los valores reportados, 54.5-55.5 % (^{Henkel Capital, 2020}) mientras que para el marca Resistol 950 los valores obtenidos están por debajo de los reportados, 45-48 % (^{Henkel Capital, 2020}). Los valores del pH y la densidad obtenidos para el adhesivo Resistol 850, están dentro de los rangos reportados 3.5-4.8 y 1.07-1.18, respectivamente (^{Flores, 2016}; ^{Sigma, 2020}; ^{Down et al., 1996}). El Resistol 950 supera el valor del rango de pH y el Comex está por debajo del rango de densidad. La viscosidad obtenida para las tres marcas de adhesivo estuvo dentro del rango reportado, 1600-22000 (^{Henkel Capital, 2020}; Comex, 2020; ^{Flores, 2016}).

Los resultados de las pruebas realizadas para la determinación de la resistencia en kg de la unión adhesiva en madera de los tres tipos distintos de adhesivos se muestran en la Figura 1.

Figura 1 Resistencia mecánica de la unión adhesiva en kg 

La Figura 1 muestra que para los tres tiempos de prensado, los valores de resistencia más altos los presentó el adhesivo Resistol 850 y los valores más bajos los presentó el adhesivo Comex. El valor más alto se obtuvo con el adhesivo Resistol 850 a 6 h de tiempo de prensado. Los resultados de resistencia mecánica al cizalle encontrados son comparables con los obtenidos por ^{Nuñez (2002)} con un rango de 163.03 a 623.64 kg/cm². La resistencia del adhesivo Resistol 850 presentó los valores más altos para los tres casos estudiados, el resultado del adhesivo Resistol 950 presentó resistencia intermedia y el marca Comex fue el más bajo, los resultados de la resistencia a cizalle para las tres marcas de adhesivos estudiadas se encuentra dentro de los rangos reportados (^{Wang et al., 2012}; ^{Sellers, 2001}; ^{Vassiliou et al., 2006}; ^{Tout, 2000}; ^{González, 2005}; ^{Stoeckel et al., 2013}). La resistencia mecánica de 153 Kgf/cm² determinada por ^{Flores (2016)} y ^{Bomba et al. (2014)} es un dato menor al encontrado para el adhesivo marca Comex.

Con relación entre las propiedades fisicoquímicas y la resistencia mecánica de los adhesivos, se encontró que existe una correlación lineal de 0.9695 entre los sólidos del adhesivo y el valor de la resistencia mecánica.

La Figura 2 muestra que, a mayor contenido de sólidos presentes en el adhesivo, este tendrá mayor resistencia mecánica. Los adhesivos del tipo acetato de polivinilo (PVA) son de naturaleza orgánica porque los sólidos que constituyen a la resina polimerizada son grupos polivinilacetato. Así, se puede inferir que el adhesivo marca Resistol 850 contiene mayor cantidad de grupos polivinilacetato (^{Polímeros, 2021}). Además, a menor valor de pH, es decir un medio ácido, se tiene mayor resistencia mecánica. En medio ácido, la resistencia mecánica se ve favorecida por efecto del pH aumentando el anclaje químico entre la superficie de la madera y el adhesivo (^{Sedano & Herrera, 2015}; ^{Ávila, 2012}).

Figura 2 Gráfica comparativa de los tres adhesivos comerciales: resistencia mecánica frente al contenido de sólidos y pH 

El análisis de varianza se utilizó para realizar la prueba de hipótesis, de acuerdo con las hipótesis planteadas:

H_O: El promedio de la resistencia mecánica de tres marcas de adhesivos comerciales es el mismo para 4, 6 y 8 h de prensado.

H_A: El promedio de la resistencia mecánica de tres marcas de adhesivos comerciales es diferente en al menos uno para 4, 6 y 8 h de prensado.

Se realizó el estudio de caso para cada tiempo de prensado obteniendo lo siguiente:

Con un 95 % de confiabilidad (P>0.05) no existe variación entre los tres tipos de prensado para 4 h de prensado. Por lo tanto, se acepta la hipótesis nula para los adhesivos con 4 h de prensado.

La diferencia honestamente significativa de Tukey:

Con un 95 % de confiabilidad (P>0.05) sí existe variación de la resistencia mecánica en los tres tipos de adhesivos utilizados por el efecto de 6 h de prensado. Por lo que se rechaza la hipótesis nula para los adhesivos. Y por el análisis de la diferencia honestamente significativa de Tukey, el adhesivo marca Resistol 850 y el de marca Comex son los adhesivos que presentan dicha diferencia.

La diferencia honestamente significativa de Tukey:

Con un 95 % de confiabilidad (P>0.05) se puede afirmar que sí existe variación de la resistencia mecánica en los tres tipos de adhesivos utilizados por el efecto de 8 h de prensado. Por lo que se rechaza la hipótesis nula para los adhesivos con un tiempo de prensado de 8 h. Y por el análisis de la diferencia honestamente significativa de Tukey, el adhesivo marca Resistol 850 y el de marca Comex son los adhesivos que presentan dicha diferencia.

De los resultados presentados en las Tablas 3, 4 y 5 se concluye con una confiabilidad de 95 % que los datos proporcionan evidencias suficientes para indicar que las varianzas de las poblaciones son diferentes en al menos un valor en la resistencia mecánica en las tres marcas de adhesivo. De esta manera, en el caso de 4 h de prensado no existe diferencia significativa entre los adhesivos; para 6 h de prensado existe diferencia estadísticamente significativa entre el adhesivo marca Comex y el Resistol 950 y esto último sucede para el caso 8 h de prensado. Con referencia a lo anterior, se sugiere el uso del adhesivo marca Resistol 850 con un tiempo de prensado de 6 h para alcanzar una resistencia de 580.50 kg/cm².

Conclusiones

De las pruebas de caracterización concluimos que el adhesivo marca Resistol 850 presentó los valores más altos tanto en porcentaje de sólidos, en acidez y en densidad. El adhesivo marca Resistol 950 tuvo el mayor valor en la prueba de viscosidad. El adhesivo marca Comex fue el que obtuvo valores más bajos en los mismos parámetros evaluados.

Los valores de resistencia más altos los presentó el adhesivo Resistol 850 y los valores más bajos los presentó el adhesivo Comex para los tres tiempos de prensado. El valor más alto se obtuvo con el adhesivo Resistol 850 a 6 h de presión.

Para los tres adhesivos estudiados, se encontró que existe una correlación lineal de R= 0.9695 entre el contenido de sólidos y la resistencia mecánica.

Con un 95 % de confiabilidad (P>0.05), las varianzas de las poblaciones son diferentes en al menos un valor en la resistencia mecánica en las tres marcas de adhesivo. De esta manera, en el caso de 4 h de prensado no existe diferencia significativa entre los adhesivos; para 6 y 8 h de prensado existe diferencia estadísticamente significativa entre el adhesivo marca Comex y el Resistol 950.