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 T谩nico_Polimero Fen贸lico)
Capitulo 2 : Durabilidad Natural de la Madera
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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 relaci贸n a los acabados superficiales. Maderas ricas en extractos y exudados Da帽os 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, Magister en Construcciones en Madera_Modulo 1 _Tesina_2012
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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 Magister en Construcciones en Madera_Modulo 1 _Tesina_2012
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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 Magister en Construcciones en Madera_Modulo 1 _Tesina_2012
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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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