EFEITO DA TERMORRETIFICAÇÃO NAS PROPRIEDADES ANATÔMICAS, FÍSICOMECÂNICAS E QUÍMICAS DAS MADEIRAS DE Pinus taeda, Eucalyptus grandis E Tectona grandis

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ

ELAINE CRISTINA LENGOWSKI

EFEITO DA TERMORRETIFICAÇÃO NAS PROPRIEDADES ANATÔMICAS, FÍSICOMECÂNICAS E QUÍMICAS DAS MADEIRAS DE Pinus taeda, Eucalyptus grandis E Tectona grandis

CURITIBA 2011

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ELAINE CRISTINA LENGOWSKI

EFEITO DA TERMORRETIFICAÇÃO NAS PROPRIEDADES ANATÔMICAS, FÍSICOMECÂNICAS E QUÍMICAS DAS MADEIRAS DE Pinus taeda, Eucalyptus grandis E Tectona grandis

Trabalho de Conclusão apresentado à Disciplina Estágio Profissionalizante em Engenharia Industrial Madeireira Departamento de Engenharia e Tecnologia Florestal, do Curso de Engenharia Industrial Madeireira, Setor de Ciências Agrárias, da Universidade Federal do Paraná, como requisito parcial para a obtenção do título de “Engenheiro Industrial Madeireiro”.

Orientador: Dra. Graciela Inês Bolzon de Muñiz Co-orientador: Dra. Silvana Nisgoski

CURITIBA 2011 ii

AGRADECIMENTOS

Agradecer é antes de tudo reconhecer que nada fazemos sozinhos. É reconhecer aqueles que nos apoiaram e depuseram confiança em nossa capacidade. A dedicação e o empenho de muitos que fizeram com que esse trabalho fosse concretizado. Inicialmente quero agradecer a Deus, pois nos momentos difíceis foi Nele que busquei forças para continuar. A minha família que sempre me apoiou e manteve um ambiente propício para minha criação e formação humana e social. Em especial aos meus pais, irmãs, avós e minha sobrinha. A minha orientadora Prof. Dra. Graciela I. B. de Muniz por toda a paciência, amizade, orientação, confiança e ensinamentos ao longo destes anos. A Prof. Dra. Silvana Nisgoski pela orientação, amizade, apoio, disponibilidade , colaboração e ensinamentos. Ao Prof. Dr. Umberto Klock pela presença, orientação, convivência e ensinamentos. Aos colegas do Laboratório de Anatomia e Qualidade da Madeira, em especial a Priscila Catapan pela amizade, apoio e incentivo e para aluna de Doutorado Marina Mieko Nishidate Kumode pela amizade e ensinamentos. A indústria TWBRAZIL pela doação do material para análise. Aos colegas de turma, pelo convívio. A todos meus verdadeiros amigos, que estando longe ou próximos, que fizeram ou fazem parte de minha caminhada. A

Universidade

Federal

do

Paraná

pela

oportunidade

e

disponibilidade dos laboratórios. Aos Professores do curso de Engenharia Industrial Madeireira pelo conhecimento e formação. Aos servidores do Departamento de Tecnologia e Engenharia Florestal e aqueles que direta ou indiretamente participaram da execução deste trabalho. iii

RESUMO

A

presente

pesquisa

objetivou

investigar

o

efeito

da

técnica

da

termorretificação, nas propriedades mecânicas, físicas, químicas e anatômicas empregadas nas três espécies exóticas mais utilizadas na indústria brasileira: Eucalyptus grandis, Pinus taeda e Tectona grandis, comparando-as com os resultados obtidos para a madeira sem tratamento. Para tanto, as amostras tratadas à temperatura de 160ºC em autoclave foram fornecidas pela empresa TWBrazil. As amostras foram coletadas aleatoriamente dos lotes, tomando cuidado para selecionar as tratadas e não tratadas de mesma espécie do mesmo lote após a madeira estar seca a uma umidade ambiente. As propriedades anatômicas foram avaliadas por meio da confecção de laminas histológicas e microscopia eletrônica para as madeiras tratadas.

As

propriedades físicas analisadas foram a massa específica, umidade de equilíbrio, contração tangencial, radial e volumétrica e coeficiente de anisotropia. As propriedades mecânicas consistiram na avaliação do módulo de elasticidade e ruptura em flexão estática e dureza Janka. Os resultados obtidos indicaram que o tratamento térmico empregado, provocou alterações morfológicas na estrutura das espécies, devido às alterações químicas provocadas pelo aquecimento, se mostrando eficiente na redução da higroscopicidade e aumento da estabilidade dimensional para as três espécies. Para as propriedades mecânicas, os tratamentos térmicos promoveram efeitos diversos, chegando a um incremento da resistência para certas propriedades.

Palavras chave: Termorretificação da madeira; higroscopicidade; resistência mecânica.

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ABSTRACT

This study investigated the effect of thermal treatment technique on mechanical, hygroscopic, physic, chemical and anatomic properties employed in the three exotic species most used in Brazilian industry: the Pinus taeda L., Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden and Tectona grandis L.. woods, comparing them with the results obtained for the untreated wood. For that, samples treated at 160°C in autoclave were furnished by TWBrazil industry. The samples were collected randomly from batches, being careful to select the treated and untreated of the same species from the same batch after the wood has dried to a moisture environment. The anatomical properties were evaluated through the preparation of histological slides and by electron microscopy for treated wood. The physical properties evaluated were specific weight, equilibrium moisture content, tangential, radial, and volumetric contraction and coefficient of anisotropy, the mechanical properties consisted in evaluating the modulus of elasticity and rupture in bending and Janka hardness. The results indicated that the heat treatment employed caused morphological changes in the structure of the species due to chemical changes caused by warming, proving effective in reducing the hygroscopicity and increased dimensional stability to the three species. To provide the mechanical properties, thermal treatments promoted different effects reaching an increase of resistance to certain properties. Key words: Thermal treatment of wood; hygroscopicity; mechanical strength.

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LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 - FORMAÇÃO DA CADEIA DE CELULOSE PELA UNIÃO DE UNIDADES DE ß-D-GLUCOSE.........................................................................29 FIGURA 2 - AÇÚCARES QUE COMPÕEM AS HEMICELULOSES.................30 FIGURA 3 - TÁBUAS DAS MADEIRAS TERMOTRATADAS E SEM TRATAMENTO................................................................................................. 43 FIGURA 4 - ESQUEMA BÁSICO CONJUNTO GERADOR DE VAPOR/AUTOCLAVE........................................................................................44 FIGURA 5 - TMT AUTOMATIZADO..................................................................44 FIGURA 6 - METODOLOGIA UTILIZADA PARA DESCRIÇÃO DOS CARACTERES ANATÔMICO............................................................................46 FIGURA 7 - METODOLOGIA UTILIZADA PARA COMPARAÇÃO ANATOMICA ENTRE A MADEIRA TERMORETIFICADA E SEM TRATAMENTO.................46 FIGURA 8 EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NAS ANÁLISES QUÍMICAS.........................................................................................................50 FIGURA 9 - ENSAIOS MECÂNICOS................................................................51 FIGURA 10- ENSAIOS TGA- EQUIPAMENTO NETZSCH DSC 209...............52 FIGURA 11 - ASPECTOS ANATÔMICOS DA MADEIRA DE Pinus taeda......53 FIGURA 12 - ASPECTOS ANATÔMICOS DA MADEIRA DE Eucalyptus grandis...............................................................................................................54 FIGURA 13 - ASPECTOS ANATÔMICOS DA MADEIRA DE Tectona grandis...............................................................................................................55 FIGURA 14 - MORFOLOGIA ANTES E APÓS O TRATAMENTO NA MADEIRA DE Pinus taeda..................................................................................................56 FIGURA 15 - MORFOLOGIA ANTES E APÓS O TRATAMENTO NA MADEIRA DE Eucalyptus grandis.......................................................................................58 FIGURA 16 - MORFOLOGIA ANTES E APÓS O TRATAMENTO NA MADEIRA DE Tectona grandis.......................................................................................... 60 FIGURA 17 MADEIRA DE Tectona grandis APÓS O TRATAMENTO..................................................................................................61 FIGURA 18 - VARIAÇÃO DA DENSIDADE BÁSICA DAS ESPÉCIES Pinus taeda, Eucalyptus grandis e Tectona grandis APÓS O TRATAMENTO...........66 FIGURA 20- TERMOGRAMA OBTIDO PARA AS MADEIRAS COM E SEM TRATAMENTO..................................................................................................84 vi

LISTA DE TABELAS TABELA 1 - COMPOSIÇÃO APROXIMADA DOS CONSTITUINTES DA MADEIRA DE CONÍFERAS E FOLHOSAS.......................................................28 TABELA 2 - VALORES MÉDIOS DE UMIDADE DE EQUILIBRIO DA MADEIRA...........................................................................................................62 TABELA 3 - VALORES MÉDIOS DE MASSA ESPECÍFICA BÁSICA DA MADEIRA...........................................................................................................64 TABELA 4 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DA MADEIRA...........................................................................................................67 TABELA 5 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO LINEAR LONGITUDINAL DA MADEIRA ....................................................................................................68 TABELA 6 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO LINEAR RADIAL DA MADEIRA...........................................................................................................69 TABELA 7 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO LINEAR TANGENCIAL DA MADEIRA...........................................................................................................71 TABELA 8 - VALORES MÉDIOS DE ANISOTROPIA DE CONTRAÇÃO DA MADEIRA...........................................................................................................72 TABELA 9 - VALORES MÉDIOS DOS COMPONENTES QUÍMICOS DA MADEIRA...........................................................................................................73 TABELA 10 - VALORES MÉDIOS DA FLEXÃO ESTÁTICA DA MADEIRA......76 TABELA 11 - VALORES MÉDIOS DA DUREZA TANGENCIAL DA MADEIRA...........................................................................................................79 TABELA 12 - VALORES MÉDIOS DA DUREZA LONGITUDINAL DA MADEIRA...........................................................................................................81 TABELA 13 - VALORES MÉDIOS DA DUREZA RADIAL DA MADEIRA.........82

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LISTA DE SIGLAS ABRAF - Associação Brasileira de Produtores de Florestas Plantadas ABIMCI - Associação Brasileira da Indústria da Madeira Processada Mecanicamente BRACELPA - Associação Brasileira de Celulose e Papel. CCA - Arseniato de Cobre Cromatado CCB - Borato de Cobre Cromatado COPANT – Comissão Panamericana de Normas Técnicas IAWA – International Association of Wood Anatomists IPT- Instituto de Pesquisas Tecnologicas IRA- Índice de Retração Anisotrópica LACTEC- Instituto de Tecnologia para o Desenvolvimento MEV - Microscopia Eletrônica de Varredura MOE - Módulo de Elasticidade MOR – Módulo de Ruptura OHT - Oil Heat Treatment (Tratamento com oleo aquecido) PSF - Ponto de Saturação das Fibras TGA- Thermal Gravimetric Analysis (Análise Térmica Gravimétrica) TMT- Madeira Termicamente Modificada VTT- Finnish State Research UE- Umidade de Equilíbrio USDA - United States Department of Agriculture

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LISTA DE ABREVIATURAS PT – Pinus taeda EG – Eucalyptus grandis TG – Tectona grandis CT – Com tratamento ST– sem tratamento CV- coeficiente de variação Min- valor mínimo Max- valor máximo

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SUMÁRIO

1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................................... 12 2 OBJETIVOS ............................................................................................................................ 14 2.1 OBJETIVO GERAL ......................................................................................................... 14 2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................................................ 14 3 REVISÃO DE LITERATURA ................................................................................................ 15 3.1 O GÊNERO Pinus NO BRASIL ....................................................................................... 15 3.2 O GÊNERO Eucalyptus NO BRASIL .............................................................................. 16 3.3 A ESPÉCIE Tectona grandis LINN.F NO BRASIL ........................................................ 17 3.4 CARACTERÍSTICAS ANATÔMICAS DA MADEIRA ................................................ 19 3.5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E MECÂNICAS ........................................................... 21 3.5.1 DENSIDADE ............................................................................................................. 22 3.5.2 RETRATIBILIDADE ................................................................................................ 24 3.6 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS .............................................................................. 25 3.6.1 FLEXÃO ESTÁTICA ................................................................................................ 26 3.6.2 DUREZA.................................................................................................................... 27 3.7 CONSTITUINTES QUÍMICOS DA MADEIRA ............................................................. 27 3.7.1 CELULOSE ............................................................................................................... 28 3.7.2 HEMICELULOSES ................................................................................................... 29 3.7.3 LIGNINA ................................................................................................................... 30 3.7.4 EXTRATIVOS ........................................................................................................... 31 3.8 DURABILIDADE NATURAL DA MADEIRA. ............................................................. 31 3.9 PRESERVAÇÃO DE MADEIRAS .................................................................................. 33 3.10 TERMORRETIFICAÇÃO DE MADEIRAS .................................................................. 34 4 MÉTODOS .............................................................................................................................. 43 4.1 MATERIAIS ..................................................................................................................... 43 4.2 MÉTODOS ....................................................................................................................... 44 4.2.1 TERMORRETIFICAÇÃO ......................................................................................... 44 4.2.2 PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA ........................................................... 45 4.2.3 CARACTERIZAÇÃO ANATÔMICA ...................................................................... 45 5 RESULTADOS E DISCUSSÃO ............................................................................................. 53

11 5.1 CARACTERIZAÇÃO ANATÔMICA ............................................................................. 53 5.1.1 Pinus taeda ................................................................................................................. 53 5.1.2 Eucalyptus grandis ..................................................................................................... 54 5.1.3 Tectona grandis .......................................................................................................... 54 5.2 COMPARAÇÃO MORFOLÓGICA ENTRE A MADEIRA TRATADA COM A SEM TRATAMENTO ..................................................................................................................... 55 5.2.1 Pinus taeda ................................................................................................................. 55 5.2.2 Eucalyptus grandis ..................................................................................................... 57 5.2.3 Tectona grandis .......................................................................................................... 59 5.3 UMIDADE DE EQUILIBRIO .......................................................................................... 62 5.4 MASSA ESPECÍFICA...................................................................................................... 64 5.5 RETRATIBILIDADE ....................................................................................................... 67 5.5.1 CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA .......................................................................... 67 5.5.2 CONTRAÇÃO LINEAR LONGITUDINAL ........................................................ 68 5.5.4 CONTRAÇÃO LINEAR TANGENCIAL ............................................................. 71 5.5.5 ANISOTROPIA DE CONTRAÇÃO ...................................................................... 72 5.6 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA .................................................................................... 73 5.7 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA ................................................................................ 76 5.7.1 FLEXÃO ESTÁTICA .............................................................................................. 76 5.7.2 DUREZA ................................................................................................................... 79 5.8 ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA ............................................................................ 83 6 CONCLUSÃO ......................................................................................................................... 85 7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................................................... 87

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1 INTRODUÇÃO

A madeira, produto resultante do metabolismo de espécies arbóreas lenhosas, é uma matéria-prima que se caracteriza fundamentalmente por ser orgânica, heterogênea, porosa, higroscópica e anisotrópica. A anisotropia e heterogeneidade são atributos intrínsecos à natureza da madeira e constituem o ponto central a ser analisado quando de sua utilização. Outro fator muito importante a ser considerado é sua biodegradabilidade, onde produtos ou tratamentos devem ser empregados visando maior tempo de empregabilidade do material (SEVERO et al., 2006). A madeira apresenta uma posição destacada em relação a outros materiais, pois permite uma ampla gama de aplicações. Além disso, possui uma série de propriedades que à convertem em matéria-prima de excelente qualidade para a fabricação de certos produtos, pelo fato de apresentar uma massa específica relativamente baixa e uma resistência mecânica alta, quando comparada a outros materiais. É um material fácil de trabalhar e de ligar-se por meio de uniões simples e quando seca, é um excelente isolante térmico, elétrico e acústico (PAES; LIMA; SILVA, 1995). Por muitos anos a preservação da madeira é realizada através da utilização de produtos químicos como CCA e CCB, sendo que muitos são tóxicos ao homem, principalmente quando utilizados em ambientes fechados. (MORESCHI,s/d). A preocupação com a preservação da qualidade da matéria ao longo de sua utilização, da saúde das pessoas que usufruem desse material e das questões ambientais vem trazendo enfoque a utilização de um novo tratamento no Brasil, o termo tratamento. A madeira termorretificada é uma nova geração de materiais, onde é utilizado calor e vapor para o tratamento, sem quaisquer aditivos químicos. O aquecimento resulta em alterações moleculares na composição da madeira, o que confere ao material propriedades únicas como repelência a água, resistência a intempéries, estabilidade dimensional e uma tonalidade marrom. (KAMDEM et al., 2002).

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Devido ao interesse da aplicação desse tratamento nas espécies utilizadas no Brasil e avaliação da influência do mesmo nas propriedades da madeira, surgiu a necessidade do desenvolvimento desse trabalho.

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2 OBJETIVOS

2.1 OBJETIVO GERAL Avaliar as propriedades da madeira de Eucalyptus grandis, Pinus taeda e Tectona grandis após a termorretificação quando comparada à sem tratamento de mesmo lote.

2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Para atingir o objetivo geral, a madeira das espécies Eucalyptus grandis, Pinus taeda e Tectona grandis, com e sem tratamento, foram avaliadas e comparadas nos seguintes aspectos: •

Propriedades anatômicas;

•

Umidade de equilíbrio;

•

Densidade;

•

Retratibilidade e anisotropia de contração;

•

Propriedades mecânicas, sendo avaliada a dureza e flexão estática;

•

Propriedades químicas;

•

Comportamento térmico.

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3 REVISÃO DE LITERATURA

3.1 O GÊNERO Pinus NO BRASIL As espécies de Pinus vêm sendo introduzidas no Brasil há mais de um século para variadas finalidades. Muitas delas foram trazidas por imigrantes europeus, para fins ornamentais e para a produção de madeira. As primeiras introduções de que se tem notícia foram de Pinus canariensis, provenientes das Ilhas Canárias, no Rio Grande do Sul, em torno de 1880 (NAHUZ, 2004). Por volta de 1936, foram realizados os primeiros ensaios de introdução de pinus para fins silviculturais, com espécies européias. No entanto não houve sucesso devido à má adaptação ao nosso clima. Somente em 1948, através do Serviço Florestal do Estado de São Paulo, foram introduzidas espécies americanas, conhecidas originalmente como “pinheiros amarelos”, que incluem Pinus palustris, Pinus echinata, Pinus elliottii e Pinus taeda. Estas duas últimas foram as que mais se destacaram pela facilidade nos tratos culturais, rápido crescimento e reprodução intensa no Sul e Sudeste do Brasil (SHIMIZU, 2005). O incremento na produção de madeira de Pinus spp. pode ser observado analisando os dados da Associação Brasileira da Indústria de Madeira Processada Mecanicamente (ABIMCI, 2009), onde se verifica uma produção toras de Pinus spp., em 2007, de 50,6 milhões de metros cúbicos, contra 42 milhões de metros cúbicos em 1997, portanto, um acréscimo de produção de 20,48% em dez anos. Segundo Marto (2006), que cita Ballarin e Palma (2003), o uso das espécies do gênero Pinus como fonte para atender os diversos seguimentos do setor madeireiro tem sido crescente. As estimativas indicam que 35% do volume de madeira serrada produzida é formado por espécies desse gênero. No que se refere à área de florestas plantadas no país, a maior concentração está na região Sul que possui 1432 dos 1808 milhões de hectares, o que corresponde a quase 80% do total (ABIMCI, 2008). Várias características do gênero Pinus estão sob controle genético moderado a alto, que têm reflexo direto no valor econômico da madeira, e

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podem ser melhorados através da seleção de matrizes e reprodução controlada entre elas. Atualmente, com uso de semente geneticamente melhorada, não só aumentou a produtividade de madeira, mas, também, melhorou, substancialmente, a qualidade do fuste. Shimizu (2005) completa que a madeira juvenil de pinus apresenta muitas características indesejáveis para a produção de peças sólidas e sua presença é inevitável nas toras, pois é a madeira formada nos primeiros anos de vida da árvore. No entanto, a densidade não é a única característica ligada à juvenilidade da madeira. As características dos traqueóides (“fibras”) também se alteram na madeira adulta, em relação à juvenil.

3.2 O GÊNERO Eucalyptus NO BRASIL O gênero Eucalyptus pertence à família Myrtaceae e é quase inteiramente australiano, com apenas algumas espécies não endêmicas: Eucalyptus urophylla, no Timor Leste e algumas ilhas adjacentes da Indonésia; e Eucalyptus deglupta na Papua Nova Guiné, algumas ilhas da Indonésia e nas Filipinas (BATISTA, 2009). Embora o gênero Eucalyptus tenha sido introduzido em países do Cone Sul no final do século XIX, foi a partir da década de 1960 que se verificou um aumento expressivo da área plantada. A política de incentivos no Brasil (final da década de 60) e na Argentina (década de 70) promoveu o conhecimento das espécies mais adequadas e das vantagens da cultura florestal; verificando-se posteriormente o incremento das plantações no Chile (décadas de 70 e 80), no Uruguai e no Paraguai, já na década de 90 (JANKOWSKY et al., 2003). Kumode (2008) cita que o Brasil coloca o Eucalyptus spp. entre as espécies preferidas para o reflorestamento do país porque este apresenta características excepcionais e também, pela perfeita aclimatação de suas várias espécies às mais diversas condições climáticas e de solos. São árvores de grande porte e de rápido crescimento, mesmo as espécies produtoras de

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madeiras mais densas como até a algum tempo conhecida como Eucalyptus citriodora. De acordo com dados de 2007 da BRACELPA, a área plantada de Eucalyptus grandis responde por pouco mais de 15% de toda a área de Eucalyptus no Brasil. A área de florestas com eucalipto está em franca expansão na maioria dos estados brasileiros com tradição na silvicultura deste grupo de espécies, ou em estados considerados como novas fronteiras da silvicultura, com crescimento médio no país de 7,1% ao ano entre 2004‑2009, totalizando 41,1% nesse período. No entanto, em 2009 o crescimento foi relativamente modesto em relação ao ano anterior, atingindo cerca de 200 mil ha, comparado a aproximadamente 350 mil ha no ano anterior, (ABRAF, 2010). A expansão na área plantada com eucalipto é resultado de um conjunto de fatores que vêm favorecendo o plantio em larga escala deste gênero. Entre os aspectos mais relevantes estão o rápido crescimento em ciclo de curta rotação, a alta produtividade florestal e a expansão e direcionamento de novos investimentos por parte de empresas de segmentos que utilizam sua madeira como matéria prima em processos industriais. Em particular, as expansões previstas no segmento de celulose e papel têm sido a alavanca do crescimento nas áreas plantadas deste grupo de espécies.

3.3 A ESPÉCIE Tectona grandis LINN.F NO BRASIL A Tectona grandis Linn.F., popularmente chamada de teca pertence a família Verbenaceae, é uma espécie arbórea de grande porte e rápido crescimento, produtora de madeira nobre, famosa por sua beleza, resistência e durabilidade, sendo originária do Sudoeste Asiático. É uma planta fácil de cultivar, pouco susceptível ao ataque de pragas e doenças e muito resistente ao fogo. A teca é uma árvore de alta adaptabilidade nativa de florestas tropicais índicas e asiáticas, e no Brasil é plantada em escala comercial, principalmente, nos estados do Mato Grosso, Amazonas e Acre (FIGUEIREDO et al.,2005).

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A madeira de Teca tem sua importância não só por suas propriedades físico-mecânicas desejáveis, por possuir boa resistência em relação ao peso, quanto à tração, flexão e outros esforços mecânicos importantes para a produção de móveis, demonstrando leveza e alta resistência, quanto também por apresentar características estéticas e de durabilidade natural (MACEDO, 2005). É conhecida por apresentar uma boa estabilidade dimensional e alta

durabilidade natural devido à presença de duas substâncias: o caucho, tipo de látex responsável pela redução da absorção de água; e a tectoquinona, um preservante natural contido nas células da madeira, razão pela qual é empregada principalmente em aplicações externas (KOKUTSE et al., 2006). Entretanto, alguns estudos têm demonstrado que a madeira de teca proveniente de reflorestamentos apresenta menores teores de tectoquinona e baixa durabilidade, características associadas à idade da árvore (HAUPT et al., 2003). Cultivada desde o século XVIII, quando se destinava principalmente à construção naval, a teca atualmente serve para múltiplos fins, tais como na construção civil, na fabricação de assoalhos e decks, sendo também destinada ao setor mobiliário, de embarcações, laminados decorativos e adornos em geral. A área de florestas plantadas com teca no Brasil atingiu, em 2009, estimados 65.240 ha, enquanto em 2008 o total foi de 58.810 ha. Tais áreas representam crescimento de 10,9% na área plantada deste grupo de espécies no país, indicando o interesse crescente por tal gênero florestal, principalmente em função das expectativas de retorno financeiro em projetos com a mesma, (ABRAF, 2010). Na Ásia, o seu ciclo de rotação é variável de 60 a 100 anos, já no Mato Grosso, esse ciclo é reduzido para cerca de 25 a 30 anos (MACEDO et al., 1999). A madeira de teca tem grande procura no mercado mundial, podendo alcançar preços até três vezes superior ao do mogno, sendo utilizada na produção de móveis, esquadrias de alto padrão, embarcações e decoração (MACEDO,2005).

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A produção mundial de madeira de Teca é estimada em 3 milhões de m³/ano, o que é extremamente baixa pela demanda atual dessa espécie no mercado exterior (FIGUEIREDO et al.,2005). .

3.4 CARACTERÍSTICAS ANATÔMICAS DA MADEIRA A madeira é um conjunto heterogêneo, com diferentes tipos de células, cada qual com propriedades específicas para desempenharem as suas funções vitais como: condução de líquidos e substâncias nutritivas, armazenamento de substâncias nutritivas e sustentação do vegetal (BURGER et al. 1991). No sentido radial, a madeira pode ser dividida entre lenho juvenil, próximo à medula, e lenho adulto, próximo à casca. Esse desenvolvimento caracteriza-se por mudanças progressivas no câmbio e consequentemente nas dimensões das células por ele geradas, o que influencia nas propriedades da madeira, como a densidade básica (PANSHIW e DE ZEEUW, 1964; ZOBEL e BUIJTENEN, 1989). Essa variação afeta todas as propriedades da madeira, entre elas as propriedades físicas, químicas e mecânicas, o que torna a madeira um material complexo, mas extremamente interessante nas mais diversas empregabilidades. Nesse contexto, estudos que avaliem a variação radial e axial no tronco, além de possibilitar um entendimento da arquitetura adotada pelas diferentes espécies para tornar eficiente e seguro o transporte de água (FAN et al., 2009), são de extrema importância comercial, pois a partir dos resultados é possível estabelecer a matéria-prima mais indicada comercialmente para uma determinada aplicação. Segundo Kopaè e Šali (2003) as variações anatômicas – arranjo e dimensões das células – e na densidade influenciam a resposta da madeira a diferentes ferramentas, nessas variações podendo ser acentuadas ao longo das camadas de crescimento. Os principais elementos constituintes da madeira são fibras (folhosas) e traqueóides (coníferas) que são os elementos de sustentação do vegetal, células parenquimáticas, que atuam na função de armazenamento e condução

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de água e substâncias nutritivas, pontoação, em suas mais diversas formas e disposições, que tem como função a comunicação entre os elementos constituintes. Nas coníferas a presença de canais resiníferos também é um grande diferencial enquanto nas folhosas tem-se a presença de células oleíferas. Cada espécie apresenta uma organização diferenciada desses elementos, em menor ou maior quantidade, o que lhes confere propriedades que tornam algumas espécies mais apropriadas a determinados usos. Essa variação pode ser encontrada dentro de uma mesma espécie e dentro da própria árvore dependendo da posição do tronco que será avaliada. (BURGER e RICHTER, 1991) Os traqueóides axiais comumente chamados de fibras são células alongadas, fusiformes, com extremidades afinadas e dotadas de pontoações que permitem a passagem de líquidos entre as células. Cumpre a dupla função de transportar líquidos e servir de sustentação à estrutura lenhosa. Os traqueóides correspondem às células de maior comprimento nas coníferas (BURGER e RICHTER, 1991). Nas folhosas esse papel é desempenhado pelas fibras. Durante seu desenvolvimento, a madeira passa por uma série de condições, seja ela o seu envelhecimento ou intempéries as quais são sujeitas, que as tornam com características peculiares, variando sua estrutura entre espécies e dentro da própria espécie. A árvore não produz exatamente o mesmo tipo de células durante seu desenvolvimento. Durante a fase inicial, o lenho juvenil é formado, o qual apresenta características distintas do lenho adulto que é formado numa fase posterior do seu desenvolvimento (MIMMS, 1993). A passagem do lenho juvenil para o adulto é gradativa, de forma que a madeira juvenil é comumente definida como a zona que se estende no sentido radial da medula para a casca, desta forma diversas características, tais como as dimensões dos traqueóides, densidade básica e resistência vão se modificando até atingirem uma certa estabilidade no lenho adulto (BENDTSEN, 1978). Burger e Richter (1991) relatam que nas coníferas, os anéis de crescimento distinguem-se normalmente em duas partes: o lenho inicial

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correspondente ao crescimento da árvore no início do período vegetativo, normalmente na primavera. As células da madeira formada nesta ocasião caracterizam-se por suas paredes finas e lumes de maior diâmetro, que lhes conferem em conjunto uma coloração clara. Com a aproximação do fim do período

vegetativo,

normalmente

outono,

as

células

vão

diminuindo

gradativamente sua atividade fisiológica. Em conseqüência deste fato, suas paredes vão se tornando gradativamente mais espessas e seus lumes de menor diâmetro, distinguindo-se do lenho anterior por apresentar, em conjunto, uma tonalidade mais escura (lenho tardio). Segundo o mesmo autor, as folhosas apresentam uma característica relativa à disposição dos poros em relação aos anéis de crescimento. A porosidade pode ser classificada como em porosidade em anel ou difusa. Na porosidade em anel os vasos que se formam no lenho inicial são maiores do que os que se formam no lenho tardio. A porosidade em anel ainda pode ser classificada em circular, onde a diminuição dos poros do lenho inicial para o tardio é brusca, ou semi circular, onde a diminuição dos poros do lenho inicial para o tardio é gradual. Já a porosidade difusa: os diâmetros dos vasos são praticamente iguais ao longo de todo o anel de crescimento. Essa variação acarreta em variação das propriedades no interior da madeira, como a diminuição da densidade no início do período vegetativo da árvore.

3.5 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS E MECÂNICAS A madeira, que é composta por agregações de células vegetais, é uma das principais matérias-primas industriais, apresenta características tais como anisotropia (propriedades distintas nos diferentes sentidos de crescimento), higroscopicidade (capacidade de perder ou adquirir umidade dependendo das condições ambientais) e variabilidade nas propriedades (KLOCK, 2000). Dados de trabalhos anteriores Panshin e Zeeuw (1980), Evans et al. (2000) e Tomazello Filho (1985) indicaram que existem importantes variações nas propriedades físico-mecânicas entre as árvores, mesmo quando são originadas do mesmo clone e do mesmo sítio. Isso se deve à característica

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biológica das árvores, a qual possui fontes naturais de variação que, muitas vezes, não podem ser eliminadas. A variabilidade da madeira ocorre de diferenças estruturais desde a ultraestrutura da parede celular, as geográficas, sendo que a fonte de variação que ocorre dentro da árvore talvez seja a mais significativa (COWN, 1974). As principais propriedades físicas e mecânicas da madeira que provocam impacto na qualidade do produto final a ser produzido são identificadas como: resistência mecânica, massa específica aparente e estabilidade

dimensional,

e

os

principais

impactos

tecnológicos

nas

características das madeiras passam pelo melhoramento florestal e práticas silviculturais e de manejo, além das etapas de processamentos primário e secundário (EUCALIPTO, 2003).

3.5.1 DENSIDADE

A densidade é uma das propriedades físicas mais importantes na caracterização tecnológica da madeira, visto que sua variação afeta a resistência

mecânica

e

a

estabilidade

dimensional

da

madeira

(ARGANBRIGHT, 1971). Segundo Shimoyama (1990), a densidade é uma quantificação direta do material lenhoso por unidade de volume, estando relacionada a muitas propriedades e características tecnológicas fundamentais para a produção e utilização dos produtos florestais, pois afeta todas as demais propriedades da madeira. Seus efeitos, porém, são interativos e difíceis de serem avaliados isoladamente. Segundo Panshin e Zeeuw (1980), há uma diminuição da densidade no sentido base–topo, à exceção das espécies de bases expandidas, que crescem em regiões alagadas e, conseqüentemente, apresentam aumento da densidade no sentido casca–medula. Tomazello Filho (1985) verificou, em amostras de madeira de Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden., que a região central do tronco apresentava densidades mais baixas próximo da medula e menores variações

23

ao longo do raio, com tendência à formação de anéis de crescimento mais largos próximo à periferia e, consequentemente, ocorriam grandes alterações na densidade na direção radial dessa árvore. Latorraca et al. (2000) observaram que as propriedades da madeira variam conforme o crescimento da árvore, com a ressalva de que a porção da madeira correspondente aos primeiros anéis formados apresenta menor massa específica e fibras mais curtas, entre outras características, ou seja, a diferença entre lenho juvenil e adulto. Verificaram que há aumento da massa específica, bem como da espessura da parede celular em anéis sucessivos, a partir do centro para a periferia do tronco da árvore, no sentido medula casca. Também foi verificado que a densidade tende a aumentar com a idade, com conseqüente aumento da espessura da parede celular e diminuição da largura das células. A variação da densidade em um fuste é reflexo da porcentagem dos diferentes constituintes da madeira, que são celulose, hemiceluloses, lignina e extrativos. É influenciada também pelas dimensões dos elementos anatômicos como comprimento, largura, espessura da parede e diâmetro do lúme das fibras ou traqueídeos. (PANSHIN e ZEEUW, 1970; ARGANBRIGHT, 1971). Segundo Panshin e Zeeuw (1980), a densidade básica em função da idade da árvore em geral aumenta rapidamente durante o período juvenil, depois mais lentamente até atingir a maturidade, quando permanece mais ou menos constante, e a madeira de lenho tardio apresentava densidade básica maior que a de lenho juvenil. Segundo Dias (2000), dependendo da condição de umidade da amostra, a densidade pode ser descrita de várias formas. As duas formas mais usuais de determinação são a densidade básica e a densidade aparente. A primeira

forma,

densidade

básica,

relaciona

a

massa

da

madeira

completamente seca em estufa, com o seu respectivo volume saturado, ou seja, acima do ponto de saturação das fibras (PSF). A segunda, que do ponto de vista prático, é maior o interesse na sua determinação, devido ao fato desta ter influência da porosidade da madeira, é feita com determinação de massa e volume a um mesmo valor de teor de umidade, para as condições internacionais é de 12%.

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3.5.2 RETRATIBILIDADE Quando a madeira entra em contato com a umidade, as moléculas de água, seja no estado de vapor ou líquido, penetram na parede da célula e, pela união através de pontes de hidrogênio, passam a fazer parte dos seus componentes. Dessa forma é que a madeira poderá aumentar ou diminuir seu volume em razão do ganho ou perda de água até o PSF (COSTA et al. 2001). O mesmo autor realça que dentre os principais componentes da madeira, a hemicelulose é o material mais hidrófilo e higroscópico, à qual tem sido atribuída grande parte dos fenômenos de adsorção e inchamento da madeira. A celulose, por sua vez, é acessível à água somente nas áreas amorfas e nas superfícies das áreas cristalinas, enquanto a lignina é considerada uma substância altamente hidrófoba, pouco contribuindo para a aquisição de água na madeira. Segundo Sousa Junior (2004), a retratibilidade é a movimentação da madeira (inchamento ou encolhimento) pelo ganho ou perda de água abaixo do PSF. A retração tangencial é maior que a radial, enquanto que a retração longitudinal é praticamente desprezível. Outro parâmetro importante é o Índice de Retração Anisotrópica (IRA), razão entre as retrações tangencial e radial. De uma maneira geral, quanto mais baixa esta razão, isto é, quanto mais próxima de um, melhor é a espécie para beneficiamento. Para Hillis (1978), a retratibilidade excessivamente alta da madeira dos eucaliptos é um dos principais problemas para a sua utilização como madeira sólida. Os efeitos combinados da retração tangencial e radial ocasionam mudanças na forma das peças de madeira por causa das diferenças nas retrações e na curvatura dos anéis de crescimento. Segundo USDA (1974), citado por Sousa Junior (2004), a retração e a deformação variam conforme a posição radial de onde a peça de madeira foi retirada. Segundo Silva e Oliveira (2003) as variações dimensionais provocadas pela contração e pelo inchamento da madeira, constituem, conjuntamente com a anisotropia, características indesejáveis da madeira, limitando o seu uso para diversas finalidades ou, ainda, exigindo técnicas específicas de utilização.

25

Segundo Durlo e Marchiori (1992) e Chies (2005), o mais importante índice para se avaliar a estabilidade dimensional da madeira é o coeficiente ou fator anisotrópico, definido pela relação entre as contrações tangencial e radial. Garbe (2008) também define a anisotropia de contração como a relação entre a contração máxima tangencial e a contração máxima radial. Para Kollmann e Côté (1968), a retração da madeira aumenta com o aumento de sua massa específica. Chafe (1986) afirma que esta relação não é valida para os eucaliptos devido à excessiva quantidade de extrativos encontrada neste gênero. Uma das causas das propriedades anisotrópicas da madeira é a orientação das micelas, fibrilas e fibras que formam o tecido lenhoso. Segundo os autores, o volume dos raios, a dimensão radial das fibras e as diferenciações químicas entre as paredes radiais e tangenciais são responsáveis pela anisotropia da madeira (SILVA e OLIVEIRA, 2003). Uma anisotropia de contração igual a 1 representa uma alteração igual de dimensões nos sentidos radial e tangencial, situação considerada ideal e que não provocaria formação de tensões internas (DURLO e MARCHIORI, 1992; CHIES, 2005). Os mesmos autores estabeleceram a seguinte classificação da madeira em função dos seus coeficientes de anisotropia: •

1,2 a 1,5 - considerada excelente, ocorrendo em madeiras como cedro, sucupira, mogno, balsa, entre outras espécies;

•

1,5 a 2,0 - considerada normal, ocorrendo em madeiras como ipê, pinus, peroba rosa, teca, entre outras espécies;

•

Acima de 2,0 – considerada como ruim, que poderá ocorrer em madeiras de araucária, imbuia, álamo, jatobá, entre outras espécies.

3.6 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS Sabe-se que as propriedades mecânicas da madeira são dependentes, principalmente, da densidade básica, da porcentagem de madeira juvenil, da largura dos anéis, do ângulo das microfibrilas, da inclinação da grã, da

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quantidade de extrativos, do teor de umidade, da intensidade ao ataque de insetos, do tipo e da localização e quantidade de nós, dentre outros fatores (EVANS et al., 2000). Segundo Panshin e de Zeeuw (1980), a relação entre densidade e as propriedades mecânicas pode ser alterada pela presença de extrativos que se adicionam à massa lenhosa, aumentando, principalmente, a resistência à compressão axial da madeira, e a efetiva resistência desta a alguma forma particular de aplicação de esforços é uma função não só da quantidade total da parede celular, mas também da proporção dos componentes das células estabelecidas em dada espécie e da quantidade de extrativos presentes no lúme das células. Malan e Verryn (1996), trabalhando com Eucalyptus grandis e híbridos desta com outras três espécies, também não encontraram correlações entre a densidade básica e as retrações da madeira.

3.6.1 FLEXÃO ESTÁTICA O ensaio de flexão estática consiste na aplicação de carga a meio vão de uma peça simplesmente apoiada nas extremidades, sendo a carga introduzida a uma velocidade constante. Num ensaio de flexão estática, o corpo de prova fica sujeito à ação de todos os três tipos de forças, tração, compressão e corte, acabando a ruptura por ocorrer por tração. Este ensaio fornece informação muito útil no que respeita ao cálculo de estruturas, pois com ele é possível a determinação do módulo de elasticidade (MOE). O módulo de elasticidade mede a rigidez da madeira, característica mecânica muito importante em produtos de uso estrutural, já que tem um impacto direto na deformabilidade da estrutura (IVKOVIC et al., 2009). Segundo Panshin e de Zeeuw (1980), a variabilidade da maior parte das propriedades mecânicas da madeira pode ser estimada com base na variação da densidade. Isso pode ser explicado porque as propriedades de resistência à flexão estática e o seu MOE (módulo de elasticidade) estão correlacionados com a densidade, a qual, por sua vez, também está correlacionada com as dimensões das células.

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De acordo com Carvalho (1996), a deflexão de uma viga varia inversamente com o MOE, ou seja, quanto menor o módulo de elasticidade maior a deflexão, para elementos de igual secção transversal. O módulo da ruptura (MOR) e o módulo da elasticidade (MOE) são dois parâmetros normalmente determinados em testes de flexão estática e são de grande importância na caracterização tecnológica da madeira, porque ambos estimam a resistência do material submetido a uma força aplicada perpendicularmente ao eixo longitudinal da peça.

3.6.2 DUREZA

A dureza consiste na capacidade de um corpo resistir à deformação localizada. Num típico teste de dureza, uma ferramenta com uma geometria conhecida é forçada a penetrar no material. (DOYLE e WALKER, 1984). Segundo Tsoumis (1991), esta propriedade está relacionada com a facilidade ou dificuldade de trabalhar uma madeira. Segundo Norman (1972), a espessura definitiva da parede das fibras ocasiona somente uma dureza mais elevada de uma madeira, mas sem afetar, de maneira marcante, a sua densidade e suas propriedades mecânicas. Segundo Meyer (1930), citado por Gonçalez (1993), a proporção de raios tem ligação com a dureza da madeira. Os métodos de determinação da dureza diferenciam-se uns dos outros pelo tipo de ferramenta utilizada. Assim, existem métodos que utilizam esferas. cilindros, cones e cunhas. A dureza de Janka consiste em fazer penetrar na madeira metade do diâmetro de uma esfera (DOYLE e WALKER, 1984).

3.7 CONSTITUINTES QUÍMICOS DA MADEIRA A composição química da madeira é caracterizada pela presença de componentes fundamentais e acidentais (SEVERO et al.,

2006).

São

considerados componentes fundamentais a celulose, as hemiceluloses e a lignina (OLIVEIRA, 1997; SILVA, 2002).

O conjunto da celulose e das

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hemiceluloses compõe o conteúdo total de polissacarídeos contidos na madeira e é denominado holocelulose (ZOBEL e VAN BUIJTENEN, 1989). As substâncias orgânicas constituintes da madeira podem ser classificadas em componentes da parede celular e extrativos. Os componentes principais das células da madeira são os carboidratos e as substâncias fenólicas.

Os

carboidratos

são

essencialmente

macromoléculas

(polissacarídeos) e são aproximadamente 75% das substâncias presentes na madeira. Os elementos estruturais (celulose, hemiceluloses e lignina) determinam as propriedades físicas da madeira (JAYNE e BODIG, 1993) e, alem destes, existem ainda, na composição das madeiras, os extrativos, considerados por vários autores como constituintes secundários (MORAIS et al., 2005). Na TABELA 1, apresenta-se a quantidade aproximada em que os constituintes macromoleculares estruturais (celulose, hemiceluloses e lignina) e extrativos estão presentes nas madeiras de coníferas e folhosas. TABELA 1 - COMPOSIÇÃO APROXIMADA DOS CONSTITUINTES DA MADEIRA DE CONÍFERAS E FOLHOSAS. Constituinte Coníferas Folhosas Celulose

42 ±2%

45 ±2%

Hemiceluloses

27 ±2%

30 ±5%

Lignina

28 ±2%

20 ±4%

Extrativos

5 ±3%

3 ±2%

FONTE: SJÖSTRÖM (1993)

3.7.1 CELULOSE Dentre os carboidratos, a celulose é o componente primário da parede celular. De acordo com Jayne e Bodig (1993) é o material químico orgânico mais abundante na natureza e é produzido pela polimerização biocintética de unidades básicas de moléculas de ß-D-glucose, um açúcar simples – monossacarídeo hexose (C H O ), podendo chegar a 15.000 unidades numa 6

12

6

cadeia polimérica, dependendo da sua localização na parede celular.

29

Na FIGURA 1, apresenta-se a formação da molécula de celulose via eliminação de água.

FIGURA 1 - FORMAÇÃO DA CADEIA DE CELULOSE PELA UNIÃO DE UNIDADES DE ß-D-GLUCOSE FONTE: SJÖSTRÖM (1993)

3.7.2 HEMICELULOSES O termo hemiceluloses se refere a polissacarídeos que possuem cadeias mais curtas, os quais estão intimamente associados à celulose nos tecidos das plantas. Enquanto a celulose, como substância química, contém como unidade fundamental exclusivamente hemiceluloses

moléculas de ß-D-glucose, as

são polímeros em cuja composição podem aparecer,

condensadas em proporções variadas, diversas unidades de açúcar, como apresentado na FIGURA 2 (FENGEL e WEGENER, 1989; SJÖSTRÖM, 1993). De acordo com Hachmi e Campbell (1989), as hemiceluloses apresentam estrutura ramificada, amorfa, com peso molecular muito baixo (grau de polimerização entre 100 e 250), são solúveis em água e soluções alcalinas, o que permite serem facilmente removidas, solubilizadas e degradadas.

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FIGURA 2 - AÇÚCARES QUE COMPÕEM AS HEMICELULOSES FONTE: SJÖSTRÖM (1993)

3.7.3 LIGNINA A lignina que também apresenta a mesma composição elementar da celulose representa cerca de 20 - 30 % da madeira, porém seus três constituintes estão organizados em uma estrutura carbônica constituída por uma cadeia alífática e um anel benzênico. A unidade formadora da lignina é o fenilpropano (FENGEL e WEGENER, 1984). Conforme Klock (2000) quando a lignina é tratada com soluções alcalinas a temperaturas elevadas podem ocorrer rupturas nas ligações entre as unidades de fenil propano, formando grupos fenólicos, responsáveis pela sua solubilização.

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3.7.4 EXTRATIVOS Os extrativos são compostos químicos que não fazem parte da estrutura da parede celular. São constituídos por substâncias como taninos, açucares simples, sais, gomas, corantes, amidos, gorduras, resinas, fitosteróis, terpenos, terpenóides, entre outros (HACHMI e CAMPBELL, 1989) e, podem ser removidos com tratamentos simples, como extração com água fria ou quente ou com solventes orgânicos, como etanol, tolueno, acetona ou diclorometano (SJÖSTRÖM, 1993). Estão presentes principalmente na casca das árvores (MORAIS et al., 2005). Para Jayne e Bodig (1993), os extrativos são responsáveis, também, por importantes modificações nas características físicas da madeira.

3.8 DURABILIDADE NATURAL DA MADEIRA. A madeira apresenta inúmeras vantagens e opções de utilização, ocupando um lugar de destaque na economia brasileira. Porém, por ser um material de origem orgânica, está exposta a uma série de ataques, sejam por microorganismos, fungos, insetos, xilófagos marinhos ou por causas não biológicas como desgaste mecânico, físico e químico, ou ainda por degradação fotoquímica, que atuando em conjunto acelera o processo de deterioração. O tipo de degradação presente na peça de madeira poderá ser definido em função da classe de exposição ou risco em que a peça está exposta (KUMODE, 2008). Segundo Filho (2006), observa-se uma certa resistência quanto a utilização da madeira, fato justificado devido à baixa resistência e durabilidade a determinados usos. Ainda segundo o autor, os problemas relacionados à resistência podem ser solucionados por técnicas apropriadas e de fácil operação e aplicação. Já os problemas relacionados à durabilidade abrangem vários fatores como ataque de fungos, insetos, e fenômenos climáticometeorológicos isolados ou em conjunto.

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Sales et al. (2003) definem a durabilidade como a capacidade de se manter

em serviço, por longo

tempo, mantendo as características e

qualidades originais envolvendo um número de propriedades distintas da madeira, como a resistência ao ataque biológico, químico e físico. A resistência biológica inclui a resistência a fungos, aos insetos e perfuradores marinhos sendo considerados os mais agressivos à madeira. A resistência química diz respeito a ácidos e álcalis, entre outros. A resistência física diz respeito à abrasão. Há também a resistência a efeitos das radiações solares. De acordo com Deón (1989), não se pode dizer o grau de durabilidade da madeira sem conhecer suas condições de uso e os riscos de deterioração presentes. O tipo de ataque que a peça poderá sofrer no decorrer de sua vida útil é influenciado pela durabilidade natural da madeira, pelas condições de temperatura, aeração e umidade. Outro fator que pode interferir na decomposição da madeira de acordo com Oliveira et al. (1986) são o teor e a natureza de extrativos existentes na madeira, que na maioria das vezes se apresentam em pequenas proporções variando de espécie para espécie. Barillari (2002) ao avaliar vida útil da madeira de pinus, quando exposta em contato direto com o solo, observou durabilidade inferior a um ano. Porém, com tratamento adequado, e nas mesmas condições de serviço pode permanecer por 20 anos ou mais sem indícios de ataques por fungos ou insetos. Segundo o mesmo autor, para madeiras provenientes do gênero Eucalyptus a resistência natural se constituiu numa importante propriedade, uma vez que na grande maioria apresentam dificuldade de penetração de substância preservante no cerne da madeira; já para teca, a durabilidade da madeira é uma característica marcante dessa espécie. A durabilidade do cerne deve-se a tectoquinona, um preservativo natural contido nas células da madeira. Oliveira et al (2005), determinaram a resistência natural da madeira de sete espécies de eucalipto, todos com 16 anos de idade, ao fungo causador da podridão parda Gloeophyllum trabeum. O resultado mostrou que a madeira das espécies Eucalyptus tereticornis, E. pillularis e E. grandis foram as mais

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resistentes ao ataque do fungo enquanto as madeiras das espécies Corymbia citriodora e Eucalyptus cloeziana foram as menos resistentes. Oliveira et al. (2005) avaliaram a influência dos extrativos na resistência ao apodrecimento de quatro espécies nativas (candeia, cedro, cerejeira e jacarandá – caviúva) e duas espécies exóticas (Corymbia

citriodora e

Eucalyptus. gumifera) pelo fungo de podridão parda, Gloeophyllum trabeum. Os resultados revelaram que todas as espécies apresentavam elevada resistência natural em função da baixa perda de massa, entretanto quando os extrativos foram extraídos, estes apresentaram elevados valores de perda de massa. Moreschi (s/d) ressalta que a resistência natural das madeiras que contém substâncias tóxicas a organismos xilófagos é variável em função dos organismos e interações que possam ocorrer nas condições ambientais em que elas são utilizadas, mas principalmente, entre os tipos de substâncias que são impregnadas naturalmente.

3.9 PRESERVAÇÃO DE MADEIRAS No âmbito legislativo, a preservação de madeiras, no Brasil, é regida pela lei federal nº 4.797, de 20 de outubro de 1965, a qual dispõe sobre a obrigatoriedade do tratamento de madeiras para fins de utilidade pública, quando as mesmas são passíveis de tratamento. A regulamentação dessa lei é feita pelo Decreto nº 58.016, de 18 de março de 1966 o qual infere que “são passíveis de tratamento preservativo todas as madeiras portadoras de alburno ou as que, sendo de puro cerne, apresentem alguma permeabilidade à penetração de soluções preservativas em seus tecidos, vedadas a eliminação do alburno” (Art 2º), citado por Borges (2008). Sob a ótica científica, a preservação de madeiras pode ser dividida em preservação natural, indireta, biológica e química, sendo definida como o conjunto de produtos, métodos e pesquisas destinados a alterar, medir ou estudar a durabilidade da madeira (CAVALCANTI, 1983).

34

Segundo Moraes, citado por Barillari (2002), a preservação natural refere-se à utilização da madeira de modo a evitar a ação de agentes deterioradores. A preservação indireta pode ser conceituada como o tratamento do meio em que a madeira está sendo utilizada, enquanto a preservação biológica envolve o emprego de organismos vivos na prevenção ao ataque de organismos xilófagos. A preservação química da madeira é provavelmente o método mais antigo e apesar dos possíveis riscos no manuseio e uso de biocidas, ainda é a forma mais usual na prevenção do ataque biológico (BARILLARI, 2002). A utilização de substâncias químicas para envenenamento dos componentes celulares da madeira vem sendo utilizada ao longo dos anos buscando uma maior durabilidade da madeira nas mais diversificadas aplicações. No entanto para ser um bom preservante, o produto deve ter boa toxidez, não ser volátil nem lixiviável, ter alta fixação na madeira, não corroer metais, não ser inflamável, não alterar as propriedades físico-mecânicas da madeira, e não ser tóxico ao homem nem animais (MENDES e ALVES, 1988). Todas essas características não são passiveis de ser encontradas em um produto químico. Além disso, as constantes pressões ambientais apelam para utilização de tecnologias/processos que utilizem produtos menos tóxicos e poluentes.

3.10 TERMORRETIFICAÇÃO DE MADEIRAS A termorretificação da madeira foi estudado de forma científica por Stamm e Hansen nos anos 30, na Alemanha, e por White nos anos 40, nos Estados Unidos. Nos anos 50, os alemães Bavendam, Runkel e Buro continuaram a investigação sobre o assunto. Kollman e Schneider publicaram as suas descobertas nos anos 60, Rusche e Burmester nos anos 70. Mais recentemente, nos anos 90, foi realizado um trabalho de pesquisa na Finlândia, França e Holanda. O trabalho de pesquisa mais completo foi conduzido pelo VTT (Finnish State Research Center) na Finlândia. Nesse trabalho a madeira é aquecida a temperaturas próximas de 200 ºC enquanto é protegida com vapor de água (ESTEVES et al. 2008).

35

Segundo Rodrigues (2009) em face às inúmeras vantagens que o tratamento térmico traz às propriedades físico-mecânicas da madeira, esse tratamento, já é um processo em escala industrial em vários países europeus, mais em voga na Finlândia, França, Alemanha e Holanda, respectivamente denominados Finnish Thermowood, French Retification e Bois Perdure, Oil Heat Treatment e Dutch Plato Wood. Esse mesmo autor informa que em 2001, a capacidade de produção estimada de madeira termicamente tratada na Europa era de 165.000 m³. Conforme Esteves e Pereira (2009), nesses países, a madeira tratada por esses processos tem uma larga aplicação para usos ao ar livre, decks, móveis para jardim, molduras de janelas, bem como para uso interno, como na confecção de armários para cozinhas, parquet, painéis decorativos e, principalmente, para o interior de saunas. O tratamento de termorretificação da madeira tem sido largamente estudado nos últimos anos devido à maior estabilidade dimensional e maior durabilidade natural proporcionadas à madeira termorretificada. As principais diferenças entre os processos envolvem a temperatura e tempo de tratamento, o teor de umidade inicial da madeira, a utilização de oxigênio ou nitrogênio, a presença ou ausência de vapor, processo seco ou úmido e a utilização de óleos (MILITZ, 2002). A descrição de cada etapa desses processos de tratamento é realizada por Nunes (2009), e estão na sequência. Retifiction (Bois Retifié): Essa tecnologia é aplicada quando a madeira apresenta um teor de umidade inicial de 12%, a qual é tratada com temperaturas variando entre 210 e 240ºC, na presença de nitrogênio; •

Bois Perdure: processo também desenvolvido na França como o

anterior, no qual a madeira verde é tratada à 230ºC, sob o vapor gerado pela água contida na própria madeira; •

Oil Heat Treatment - OHT: Processo bastante diferenciado, em que a

madeira é tratada em um tanque fechado imersa em óleo quente, com temperaturas variando entre 180 e 220ºC, durante 2-4 horas, não considerando o tempo de aquecimento inicial e resfriamento pós tratamento;

36

•

PLATO WOOD: Essa tecnologia é baseada em quatro etapas: (a)

hidrotermólise: tratamento térmico a 150-180ºC, em condição aquosa sob pressão atmosférica (4-5 horas); (b) secagem convencional (3-5 dias); (c) tratamento térmico a 150-190ºC sob condições secas (14-16 horas); e (d) condicionamento (2-3 dias); •

THERMOWOOD: Esse tratamento apresenta três diferentes fases: (a)

secagem da madeira verde à alta temperatura (100-130ºC); (b) tratamento térmico a 190 ± 2ºC (Madeira Thermo-S) ou 212 ± 2ºC (Madeira Thermo-D), durante 2-4 horas, dependendo do produto final que se deseja obter; e (c) resfriamento e reumidificação da madeira a 4-8%. A letra “S” no Thermo-S indica estabilidade, já a letra “D” no Thermo-D indica durabilidade, ambos referentes a propriedade utilizada na classificação dos produtos nessa classe de tratamento. De acordo com Esteves e Pereira (2009), o processo Thermowood, desenvolvido pela VTT, é provavelmente o mais bem sucedido na Europa. De acordo com os mesmos autores, produziram-se cerca de 130.800 m³ de madeira termorretificada em 2007, representando a madeira tratada pelo processo Thermowood mais de 50%, tanto que as vendas de madeira tratada por este processo aumentaram de 18.799 m³ em 2001 para 72.485 m³ em 2007. A maioria da madeira em 2007 (92%) foi vendida na Europa, sendo 19% na Finlândia e 73% em outros países europeus. Modes (2010), afirma que a técnica de modificação térmica da madeira tem evoluído em termos comerciais nos últimos anos, por causa principalmente do baixo custo do processo. Como na Europa, onde o assunto já foi bastante explorado, produtos termorretificados são comercializados para piso, e já foi utilizada madeira torrada como termo-redutor na indústria siderúrgica (REMADE, 2006). Além de fornecer proteção, o vapor de água também afeta as alterações químicas que acorrem na madeira. Como resultado deste tratamento, a cor da madeira escurece, é mais estável do que a madeira normal em condições de mudança de umidade, e as suas propriedades de isolamento térmico são melhoradas. Se o tratamento for efetuado a uma temperatura elevada, também torna a madeira resistente à degradação por

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organismos xilófagos. Essa durabilidade ocorre devido à degradação das hemiceluloses (arabinose, galactose, xilose, manose), que são nutriententes para as bactérias e fungos causadores do apodrecimento (KANDEM et al. 2002). Segundo Kandem et al. (2002), a termorretificação ajuda a liberar as tensões da madeira após a remoção da hemicelulose e, em função da degradação térmica, ocorre uma redução na aspereza e escurecimento da superfície das madeiras tratadas. Segundo Fengel e Wegener (1984), a temperatura também influencia as propriedades químicas, físicas e estruturais da madeira, sendo que as alterações químicas podem ser observadas até mesmo quando a madeira é aquecida a apenas 103ºC durante longos períodos (TSOUMIS,1991). Quando aquecida a 150 °C a madeira pode sofrer alterações permanentes em suas propriedades químicas e físicas (YILDIZ et al.2006). Segundo Figueroa (2008), na faixa de temperatura em que se encaixa a termorretificação, ocorre uma decomposição térmica parcial dos constituintes. Para Poncsak et al. (2006), a hemicelulose degrada primeiro (entre 160 e 260°C), devido ao seu baixo peso molecular e estrutura amorfa (menos densa), o que facilita a sua mais rápida degradação comparada com outros componentes presentes na madeira; a eliminação da hemicelulose ramificada, com temperatura entre 160 e 220°C, resulta em um aumento no índice de cristalinidade da celulose. As hemiceluloses são menos estáveis, por isso pode ser facilmente degradada nos estágios iniciais do aquecimento, resultando em perda direta da resistência da madeira. Essa perda de resistência das hemiceluloses a ação de temperaturas elevadas deve-se à ausência de cristalinidade, baixa massa molecular, configuração irregular e ramificada, o que facilita a absorção de água e, consequentemente a degradação (SEVERO e TOMASELLI, 2003). Weiland e Gyonnet (2003), Rousset et al. (2004), Wikberg e Maunu (2004) afirmam que a madeira termorretificada apresenta aumento significativo na estabilidade dimensional devido à redução da higroscopicidade, à degradação das hemiceluloses, à ruptura dos grupos hidroxílicos livres da região amorfa da celulose e à reticulação dos polímeros que compõem a

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madeira durante o tratamento. Madeiras de Pinus sp., Picea abies Karst. e Betula pendula Roth. quando submetidas ao tratamento térmico apresentaram reduções de 50% nos teores de umidade de equilíbrio higroscópico, devido à diminuição dos sítios de adsorção da parede celular e,consequentemente, uma melhora na estabilidade dimensional em torno de 50 a 90% (JÄMSA e VIITANIEMI, 2001). Segundo Homan et al. (2000), o tratamento de termorretificação provoca alterações, seja por fenômenos como recombinação, substituição dos grupos OH por outros de caráter hidrofóbico, eliminação de grupos OH ou indesejável quebra de cadeias, todas resultando em restrição da capacidade da madeira de trocar água com o meio circundante. De acordo com Sundqvist (2004), os grupos O-acetil são formados pela degradação da hemicelulose, e liberados da madeira na forma de ácido acético. O resultado do tratamento térmico é altamente dependente da presença de oxigênio e água. A presença do primeiro levará a reações de oxidação, que podem ser prevenidas pelo tratamento em uma atmosfera inerte como óleo, nitrogênio, água ou vapor. O uso de vapor é um modo eficiente e econômico de criar uma atmosfera inerte, mas que também influencia as reações que ocorrem durante o tratamento (JOHANSSON, 2008). Segundo Severo e Tomaselli (2003), em alta umidade relativa a madeira degrada predominantemente por hidrólise ácida e a taxa de degradação, nesse caso, é maior que a degradação térmica ou pirolítica. Na primeira, a água faz com que sejam quebrados os grupos acetilas, com a formação de ácido acético, responsável pela degradação da madeira. Deve-se, no entanto, considerar que o excesso de água reduz a quantidade de oxigênio no ar, podendo retardar a reação da hidrólise. De acordo com Weiland e Guyonnet (2005), peças de madeira termorretificadas são menos higroscópicas que as não tratadas, fato verificado pelo ângulo de contato formado entre a água, ou outro solvente orgânico, e a superfície da madeira. Ainda segundo os autores, quando a madeira de Pinus pinaster é aquecida entre 230°C e 260°C as peças apresentam variação volumétrica 25% inferior às não tratadas; já a madeira de Fagus silvatica, quando aquecida entre 230°C e 240°C, contrai 36% menos do que as peças

39

não expostas à ação do calor. Brito et al. (2006) submeteram a madeira de Eucalyptus grandis a um processo de termorretificação cuja temperatura máxima foi de 200ºC durante 24 horas e conseguiram reduzir em 25% a retratibilidade original da espécie. A melhoria na estabilidade dimensional pode ser explicada pela alta degradação das hemiceluloses, o mais hidrofílico dos constituintes da madeira e, por conseguinte, da redução dos sítios de sorção da madeira, principalmente as hidroxilas (BRITO et al., 2006; WEILAND e GUYONNET, 2005). Todavia, Repellin e Guyonnet (2005), ao avaliar a influência de dez tratamentos térmicos sob madeiras de pinho marítimo e faia, sugerem que, não apenas a degradação da hemicelulose é determinante para a redução da higroscopicidade, mas também a modificação da estrutura da lignina. Quando a madeira é aquecida em um ambiente de alta umidade relativa do ar o efeito da degradação térmica é maior do que em ambientes secos. Uma peça de madeira que sofreu degradação pela luz perde o brilho mais facilmente quando aquecida em ambientes úmidos (MITSUI et al., 2004; SEHLSTEDT-PERSSON, 2003). Korkut et al. (2008), verificou uma redução da aspereza da superfície das amostras tratadas em função da intensidade do tratamento, o que se traduz em um maior acabamento de superfície em madeira que serão submetidas ao resserramento. Ainda destaca que o tratamento térmico resultou em uma plasticização da superfície da madeira sólida e que altas temperaturas, acima de 160°C, levam a lignina a uma condição termoplástica e, assim, densifica e compacta a superfície da madeira sólida. As mudanças decorrentes do tratamento sobre as propriedades da superfície da madeira melhoram sua compatibilidade com componentes orgânicos, como as resinas ou polímeros, o que facilita as operações de impregnação, aderência, fabricação de derivados e o uso de produtos para revestimento de superfície (AZEVEDO e QUIRINO, 2006). Poncsák et al. (2006), ao avaliarem o efeito da temperatura sobre a resistência da madeira de Betula papyrifera, constataram que o módulo de ruptura diminui com o aumento da temperatura do tratamento térmico ou com a diminuição da taxa de aquecimento. Essas mudanças puderam ser claramente

40

observadas quando a temperatura de aquecimento utilizada era superior a 200ºC, provavelmente devido à quebra das moléculas de celulose e hemicelulose. Além disso, um dos fatores que contribuem para a perda de resistência é que o tratamento de termorretificação resulta em perda de peso pela madeira, dependendo da temperatura e tempo de exposição ao tratamento (GUNDUZ et al., 2009). Segundo Esteves e Pereira (2009), a degradação das hemiceluloses, em produtos voláteis, e a evaporação de extrativos são as principais razões para a redução da massa específica da madeira. Durante a termorretificação há uma perda de umidade de aproximadamente 30% de massa, constituída pelos subprodutos, provenientes da degradação da madeira e da umidade contida na mesma, sendo esta massa composta por 50,4 % de água, 20,7% de condensáveis (ácido pirolenhoso, furfural, ácido acético) e 28,9% de gases não condensáveis (CO2, N2, CO) (AZEVEDO e QUIRINO, 2006). A degradação da hemicelulose também tem sido proposta como o principal fator para a perda de resistência mecânica da madeira, bem como a cristalinidade da celulose amorfa (ESTEVES e PEREIRA, 2009). Segundo o mesmo autor, o menor conteúdo de umidade de equilíbrio pode afetar positivamente as propriedades de resistência da madeira tratada, mas esse efeito é superado pela degradação dos componentes químicos da madeira. De acordo com Vernois (2000), dependendo da madeira utilizada, as propriedades mecânicas a temperaturas de até 210°C permanecem com valores próximos dos originais. Já à temperatura de 230°C decréscimos nos módulos de ruptura (MOR), podem chegar perto de 40%, tornando-a mais frágil e quebradiça. Em espécies de maior densidade, essa redução é mais acentuada, devido à tendência do tratamento térmico induzir a formação de rachaduras nas peças. Quando exposta a temperaturas inferiores a 100ºC a madeira não sofre alterações em suas propriedades mecânicas. Entretanto a exposição prolongada a altas temperaturas provoca a diminuição sua resistência, tornando a madeira quebradiça (PONCSÁK et al., 2006. HEYGREENE e BROWYER, 1996). Para Bekhta e Niewz (2003) o módulo de ruptura de

41

amostras de madeira aquecidas a altas temperaturas diminui entre 44 e 50% já o módulo de elasticidade cai entre quatro e nove porcento. Segundo Yildiz et al. (2006), as alterações na resistência a compressão da madeira de Spruce somente são observadas a partir de 180ºC. De acordo com Shi et al. (2007), em madeiras submetidas a tratamentos com temperaturas acima de 200ºC, geralmente a redução do módulo de elasticidade é menor que o de ruptura. Há casos de folhosas em que o módulo de elasticidade pode aumentar em até 30% em relação à madeira não tratada. Entretanto, os artigos são contraditórios com relação ao na rigidez da madeira. Alguns autores afirmam que há um aumento da espessura da região cristalina da celulose, que é capaz de impedir a diminuição da rigidez do material devido à perda de massa, outros mostram que a perda de massa acentuada, provocada pela termorretificação, é suficiente para reduzir o módulo de elasticidade das madeiras. A termorretificação aumenta a resistência da madeira ao ataque de fungos, pois o tratamento altera a composição química da madeira e promove a indisponibilidade de alimentos aos fungos, reduz o teor de umidade de equilíbrio, promove a criação de novas moléculas livres que atuam como fungicidas, além de reticular a rede de lignina dificultando o reconhecimento do substrato pelos fungos (VERNOIS, 2001; WEILAND e GUYONNET, 2003). Momohara et al. (2003) trataram o cerne da madeira de Cryptomerica japonica D. Don., entre 105ºC e 150ºC por períodos de 6 a 72 horas,

e

concluíram que quanto maior o tempo e a temperatura de tratamento melhor foi a resistência da madeira ao fungo Fomitopsis palustris. A perda de massa, mediante ao ataque de fungo durante 8 semanas em condições de laboratório, foi de 30% para a madeira controle e de 10% para a madeira tratada à 150ºC, durante 24 horas. A termorretificação da madeira é considerado um tratamento alternativo e ecologicamente amigável (sem adição de produtos químicos) aplicado para melhorar a qualidade da madeira (AWOYEMI e JONES, 2010). Entre as melhorias proporcionadas à madeira pelo tratamento estão a maior estabilidade dimensional (GARCIA et al., 2010), maior durabilidade (KAMDEM

et

al.,

2002),

maior

resistência

ao

intemperismo

natural

42

(NUOPPONEN et al., 2004), maior uniformidade da cor (SAILER et al., 2000) e maior estabilidade da cor (AYADI et al., 2003). Gouveia (2008) estudou o efeito do tratamento térmico na estabilidade da cor de madeiras tropicais após exposição à radiação UV. As madeiras de Simarouba amara (marupá) e Sextonia rubra (louro-vermelho) tratadas a 200°C (1 h) e 150°C (2 h), respectivamente, apresentaram uma menor variação de cor. O tratamento térmico também tem sido utilizado na Europa, EUA e Canadá para modificar a cor original de madeiras de baixo valor comercial visando obter produtos de maior valor agregado. Este processo também é denominado de: envelhecimento controlado, conversão de madeiras leves para nativas (devido ao escurecimento da madeira e comercialização de madeiras exóticas como nativas), tratamento ecológico sem químicos e também chamado de tropicalização de coníferas, no qual madeiras claras e provenientes de reflorestamentos podem adquirir cores escuras, semelhantes às madeiras tropicais. No Brasil, algumas pesquisas têm sido realizadas com o tratamento de termorretificação da madeira de Eucalyptus sp, espécie exótica e largamente cultivada

no

país

visando

a

melhoria

de

suas

propriedades

e,

consequentemente a obtenção de um produto de maior valor agregado (GARCIA et al., 2010; PALERMO, 2010; CALONEGO, 2009). Brito et al. (2006) estudaram a retratibilidade e a perda de massa da madeira de Eucalyptus grandis Hill Ex. Maiden submetida à faixas de temperatura entre 120 e 200ºC com duração máxima de 24 horas. As amostras termorretificadas foram comparadas com amostras da madeira original. Os resultados mostraram uma redução significativa de 25% da retratibilidade para a madeira tratada em condições mais severas (200ºC durante 24 horas) enquanto que os demais tratamentos de termorretificação demonstraram resultados similares aos da madeira original. O efeito do tratamento depende principalmente das condições do processo (temperatura e tempo) e das características da madeira (espécie, dimensões da amostra e características anatômicas e químicas) (MILITZ, 2002).

43

4 MÉTODOS

4.1 MATERIAIS As amostras da madeira termorretificada e sem tratamento, foram fornecidas pela empresa TWBRAZIL, localizado na região de Ponta Grossa no Estado do Paraná. As amostras foram selecionadas ao acaso, oriundas de um mesmo lote de tábuas que chegaram à empresa para realização do tratamento. As espécies utilizadas foram Eucalyptus grandis, Pinus taeda e Tectona grandis. O material foi recebido em forma de tábuas, em número de cinco para cada espécie e tratamento (com e sem tratamento), totalizando 30 amostras. As amostras podem ser observadas na FIGURA 3.

FIGURA 3 - TÁBUAS DAS MADEIRAS TRATADAS E SEM TRATAMENTO. A- Pinus taeda TRATADO. B- Pinus taeda SEM TRATAMENTO. C- Eucalyptus grandis TRATADO. D- Eucalyptus grandis SEM TRATAMENTO. E- Tectona grandis TRATADA. FTectona grandis SEM TRATAMENTO FONTE: A autora (2011)

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4.2 MÉTODOS 4.2.1 TERMORRETIFICAÇÃO A TWBRAZIL iniciou sua pesquisa com aplicação de calor a elevadas temperaturas utilizando vapor saturado, aliado a uma eficiente eliminação de oxigênio, denominado “VAP HolzSisteme”, adotando a terminologia TMT ao processo. Os equipamentos utilizados para o tratamento consistem basicamente de: um gerador de vapor saturado gradual; um vaso de pressão, ou seja, uma (ou mais) câmara(s); Esfriamento Controlado a Umidade Constante; Sistema de controle do processo; autoclave onde as madeiras são colocadas. Esquematicamente o sistema funciona da maneira ilustrada na FIGURA 4. O sistema TMT pode ser visualizado com mais detalhes na FIGURA 5.

FIGURA 4 - ESQUEMA VAPOR/AUTOCLAVE

BÁSICO

FIGURA 5 – TMT AUTOMATIZADO

CONJUNTO

GERADOR

DE

45

O programa utilizado no tratamento utilizou temperatura de 160ºC, em autoclave na presença de vapor de água. O tempo de permanência nessa temperatura e de todo processo de tratamento não foi revelado pela empresa.

4.2.2 PREPARAÇÃO DOS CORPOS DE PROVA A amostragem dos corpos de prova para análise de suas propriedades, se deu buscando o melhor aproveitamento das tábuas, desconsiderando os defeitos que cada tábua possuía, como nós e rachaduras, e buscando a melhor representabilidade dos lotes que foram enviados ao laboratório.

4.2.3 CARACTERIZAÇÃO ANATÔMICA Para a descrição geral dos caracteres anatômicos foram retirados corpos de prova com dimensões nominais de 1,5 x 1,5 x 2,0 cm das tábuas, os quais foram submetidos à fervura para amolecimento e sequencialmente foram efetuados os cortes histológicos nos planos transversal, tangencial e radial em micrótomo de deslize, com espessura de 28 µm. A descrição anatômica dos lenhos, seguindo as normas estabelecidas por Muñiz e Coradin (1991) baseadas na IAWA (1989), foi efetuada em Microscópio Olympus CX 40, A FIGURA 6 demonstra parte da metodologia utilizada na descrição anatômica das espécies

46

FIGURA 6 – METODOLOGIA CARACTERES ANATÔMICOS

UTILIZADA

PARA

DESCRIÇÃO

DOS

A) tábuas termoretificadas e sem tratamento; B) corpos de prova retirados das tábuas; C) cozimento dos corpos de prova para amolecimento; D) micrótomo; E) microscópio Olympus CX 40 utilizado na descrição das espécies; F) imagens obtidas pelo microscópio. FONTE: A autora (2011).

4.2.4 MICROSCOPIA ELETRÔNICA DE VARREDURA (MEV). As amostras de madeira termoretificada e sem tratamento foram submetidas a análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV) com o objetivo de verificar as alterações morfológicas na estrutura da madeira. Utilizou-se o equipamento PHILIPS XL-30 séries com feixes de 10 e 20 KV, do laboratório de Microscopia Eletrônica do LACTEC-UFPR. As amostras foram recobertas com uma fina camada de ouro em uma câmera de vácuo antes da observação, FIGURA 7.

FIGURA 7- METODOLOGIA UTILIZADA PARA COMPARAÇÃO ANATOMICA ENTRE A MADEIRA TRATADA E SEM TRATAMENTO. A) porta amostra com madeira tratada e sem tratamento metalizada; B) equipamento PHILIPS XL-30 C) imagens obtidas pelo microscópio. FONTE: A autora (2011).

47

4.2.5 UMIDADE DE EQUILÍBRIO Para determinação da umidade de equilíbrio, os corpos de prova nas dimensões 2,5x2,5x3,0 cm foram pesados a umidade ambiente com auxílio de uma balança analítica, seguindo posteriormente para uma estufa com temperatura de 103 ± 2°C para secagem até peso constante, obtendo-se o peso completamente seco. O teor de umidade de uma madeira é a relação entre o peso da água contida no seu interior e o seu peso no estado completamente seco, expresso em porcentagem, calculado pela seguinte equação: U = [( Pu - Po ) / Po ] . 100

(%)

Onde: U = Teor de umidade da madeira; Pu = peso da madeira úmida; e Po = peso da madeira seca a (103 +/- 2)°C, ou seja. a 0% de umidade. A umidade de equilíbrio de cada espécie/tratamento foi determinada através da média da umidade de equilíbrio das amostras de cada espécie/tratamento.

4.2.6

DETERMINAÇÃO DA DENSIDADE BÁSICA A densidade básica foi determinada pela relação entre a massa seca

dos corpos-de-prova (Ms) e o volume saturado dos mesmos. Para a determinação do volume saturado, os corpos-de-prova foram medidos com auxílio de paquímetro digital. Após a determinação do volume os corpos de prova foram colocados em estufa com temperatura de 103 ± 2°C para secagem até peso constante, obtendo-se o peso completamente seco, com auxílio de uma balança analítica.

48

A densidade básica foi calculada através da relação: Pb=

Ms (g.cm-3) Vu

Onde: Pb = densidade básica (g.cm-3) Ms = massa do corpo de prova seco em estufa a 103 ± 2°C (g) Vu = volume do corpo de prova em estado saturado (cm3). A densidade básica de cada espécie/tratamento foi determinada através

da

média

da

densidade

básica

das

amostras

de

cada

espécie/tratamento.

4.2.7

DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES DE RETRATIBILIDADE Foram determinados os coeficientes de contração máxima volumétrica

e linear (tangencial, radial, e longitudinal), anisotropia de contração. As medições nos corpos-de-prova nas direções tangencial, radial e longitudinal foram realizadas com paquímetro digital, nas condições verdes (umidade ambiente) e após secagem em estufa a 103 ± 2ºC até peso constante, sempre na mesma posição que foi previamente marcada no corpo de prova. Todas as medidas foram anotadas em formulários próprios, e digitados em planilha eletrônica. Os cálculos foram realizados através das seguintes equações: •

Contração volumétrica

βv= [((Vu-Vo)/Vu) x 100] (%)

•

Contração linear

β(t,r,l) = = [((Lu-Lo)/Lu) x 100] (%)

49

•

Coeficiente de contração

AC= βt/β Onde: ßv = coeficiente de contração máxima volumétrica (%) ß(t,r,l) = coeficiente de contração máxima linear (%) AC = anisotropia de contração Lu = dimensão no estado verde (mm) Lo = dimensão após secagem em estufa a 103 ± 2ºC (mm) Vu = volume do corpo de prova no estado verde (mm3) Vo = volume do corpo de prova seco em estufa a 103 ± 2ºC v = volumétrica t = direção tangencial r = direção radial l = direção longitudinal

4.2.8 ANÁLISE QUÍMICA A amostragem para obtenção das propriedades químicas foi realizada após a geração de cavacos. Foi utilizada uma quantidade suficiente de cavacos de forma a garantir representatividade de todo o material processado, seguindo as recomendações propostas na Norma TAPPI 257 cm-02. Posteriormente os cavacos foram secos naturalmente e transformados em serragem em moinho de facas tipo Wiley. As amostras foram classificadas em peneiras manuais, sendo utilizadas para a determinação dos componentes químicos, as frações que passaram na peneira de 40 mesh e ficaram retidas na peneira de 60 mesh, conforme a Norma TAPPI 264 cm-97. Após a classificação foi determinado o percentual de material absolutamente seco a fim de efetuar as devidas correções durante a execução das análises. As análises químicas foram realizadas no Laboratório de Química da Madeira da UFPR, com três repetições por amostra, e esta apresentadas abaixo, juntamente com as respectivas normas. · Extrativos Totais – TAPPI 204 om-88

50

· Teor de Lignina Insolúvel– TAPPI 222 om-88 · Teor de Holocelulose – determinado por diferença, incluindo o teor de cinzas. A FIGURA 8 apresenta os equipamentos utilizados em algumas das análises químicas realizadas.

FIGURA 8– EQUIPAMENTOS UTILIZADOS NAS ANÁLISES QUÍMICAS

A) Lignina; B) Extrativos totais; C) Extração em etanol-tolueno ínicio do processo; D) Extração em etanol-tolueno final do processo. FONTE: A autora (2011)

4.2.9 DETERMINAÇÃO DAS PROPRIEDADES MECÂNICAS Os corpos de prova para análise mecânica foram retirados de acordo com a norma COPANT. Para flexão estática o corpo de prova foi retirado nas dimensões de 2 x 2 x 30cm. Já para dureza o corpo de prova apresentou as dimensões de largura nominal x 5 x 10cm. As propriedades mecânicas

avaliadas

abaixo, juntamente com as respectivas normas. •

Flexão Estática – COPANT 555/1972

encontram-se

descritas

51

•

Dureza – COPANT 465/1972

A

FIGURA

9

ilustra

a

caracterização

mecânica

das

madeiras

termoretificadas e sem tratamento.

FIGURA 9 – ENSAIOS MECÂNICOS A) Pesagem dos corpos de prova B) Dureza; C) Flexão estática; D ) Curvas flexão estática. FONTE: A autora (2011).

4.2.10 ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA –TGA A análise térmica das amostras de madeira termotratada e sem tratamento foram avaliadas através de análise termogravimétrica, sob atmosfera de N2 com taxa de aquecimento de 20 ºC/min até a temperatura de 900ºC.

52

A caracterização por termogravimetria (TGA) foi realizada em um equipamento Netzsch DSC 209 (FIGURA 10), no Laboratório de Análise Térmica do LACTEC- UFPR.

FIGURA 10 – ENSAIOS TGA- EQUIPAMENTO NETZSCH DSC 209 FONTE: A autora (2011).

4.2.11 ANÁLISE ESTATÍSTICA Na análise estatística dos dados obtidos através dos ensaios realizados, considerou-se o efeito do tratamento empregado sobre as propriedades das espécies avaliadas. Os dados referentes ao presente estudo foram processados e analisados de forma eletrônica, a partir da construção de um banco de dados utilizando-se o programa Excel® 2007. Os resultados foram avaliados por meio da análise de variância e teste de Tukey, ao nível de 5% de probabilidade de erro.

53

5 RESULTADOS E DISCUSSÃO

5.1 CARACTERIZAÇÃO ANATÔMICA 5.1.1 Pinus taeda

Os resultados das análises anatômicas, a partir dos cortes histológicos, mostram que o Pinus taeda possui: Anéis de crescimento: Distintos onde a transição do lenho inicial para o tardio é gradual no lenho juvenil e brusca no lenho adulto. Traqueóides axiais: No lenho inicial apresentam seção transversal com formato poligonal. No lenho tardio, possuem paredes mais espessas conferindo formato retangular. Pontoações areoladas em fileiras unisseriadas, às vezes encontradas dispostas

de

forma

oposta

ou

alterna.

Crássulas

presentes.

Raios:

unisseriados. Tecido radial heterocelular, com células de parênquima e traqueóides radiais marginais com identuras. Pontoações de campo de cruzamento pinóides. Canais resiníferos: axiais e radiais, mais frequentes no lenho tardio, de origem esquizógena. Células epiteliais de parede fina, com parênquima axial associado. A FIGURA 11 apresenta as características anatômicas da espécie.

FIGURA 11 – ASPECTOS ANATÔMICOS DA MADEIRA DE Pinus taeda a, b, c) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial respectivamente. FONTE: A autora (2011)

54

5.1.2 Eucalyptus grandis

Os resultados das análises anatômicas, a partir dos cortes histológicos, demonstraram que a madeira de Eucalyptus grandis possui: Anéis de crescimento indistintos.

Cerne em tom avermelhado.

Poros/Vasos: notados a olho nu; seção ovalada a circular, predominantemente ovalada; distribuição difusa; exclusivamente solitários; disposição diagonal. As placas de perfuração simples e pontoações intervasculares alternadas. Há presença de tilos. Fibras com pontoações claramente areoladas. Fibras não septadas presentes. Parênquima axial paratraqueal vasicêntrico e escasso, com duas a quatro células de largura, formando confluências curtas e oblíquas; seriado com duas a seis células por série. Raios: visíveis apenas sob lente; homogêneos e raramente heterogêneos; unisseriados, bi e eventualmente localmente

trisseriados.

Presença

de

cristais

prismáticos.

A FIGURA 12 apresenta as características anatômicas da espécie.

FIGURA 12 – ASPECTOS ANATÔMICOS DA MADEIRA DE Eucalyptus grandis Notas: a, b, c) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial respectivamente. FONTE: A autora (2011)

5.1.3 Tectona grandis Os resultados das análises anatômicas, a partir dos cortes histológicos, demonstraram que a madeira de Tectona grandis possui: Limites de anéis de crescimento distintos. Cerne marrom ou em tonalidades de marrom, odor distinto. Porosidade em anel, com poros grandes e numerosos na zona inicial das camadas de crescimento. Com placas de

55

perfuração simples. Pontoações intervasculares alternas. Há a presença de tilos e gomas e outros depósitos em vasos de cerne. Fibras com pontoações simples. Fibras septadas e não septadas presentes. Parênquima axial em faixas marginais ou aparentemente marginais vasicêntrico. Todas as células dos raios procumbentes. Há presença de sílica. A FIGURA 13 apresenta as características anatômicas da espécie.

FIGURA 13 – ASPECTOS ANATÔMICOS DA MADEIRA DE Tectona grandis. a, b, c) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial respectivamente. FONTE: A autora (2011)

5.2 COMPARAÇÃO MORFOLÓGICA ENTRE A MADEIRA TRATADA COM A SEM TRATAMENTO A comparação da estrutura anatômica entre a madeira com e sem tratamento foi efetuada através da análise MEV devido à fragilidade da parede celular da madeira tratada.

5.2.1 Pinus taeda A FIGURA 14 mostra a modificação estrutural na madeira de Pinus taeda em suas três orientações.

56

FIGURA 14 – MORFOLOGIA ANTES E APÓS O TRATAMENTO NA MADEIRA DE Pinus taeda a, c, e) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial de Pinus taeda sem tratamento; b, d,f) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial de Pinus taeda com tratamento, respectivamente. FONTE: A autora (2011)

Pode ser observado pela FIGURA 14 que a estrutura anatômica da madeira não sofre alterações. Trabalhos com a identificação de carvão, por Golçalves (2008) e Prior e Alvin (1986) mostram que a estrutura anatômica da

57

madeira se conserva após ser submetida a altas temperaturas, sendo observada apenas alterações morfológicas. Pode ser observado a diminuição da espessura das paredes e a presença de fissuras nos raios na seção transversal (FIGURAS 14a e 14b). Fator responsável pela queda na resistência da parede celular é a eliminação de parte das hemicelulose, que atuam com o elemento ligante entre a celulose e a lignina. Já no plano radial pode ser observado que o corte efetuado na madeira tratada, (FIGURA 14d), as pontoações não sofreram alteração após o tratamento, (FIGURA 14c). Já no sentido tangencial, os raios podem ser visualizados sem alterações após o tratamento, (FIGURAS 14e e 14f respectivamente).

5.2.2 Eucalyptus grandis

A FIGURA 15 mostra a modificação estrutural na madeira de Eucalyptus grandis em suas três orientações.

58

FIGURA 15- MORFOLOGIA ANTES E APÓS O TRATAMENTO NA MADEIRA DE Eucalyptus grandis a, c, e) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial de Eucalyptus grandis sem tratamento; b, d, f) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial de Eucalyptus grandis com tratamento, respectivamente. FONTE: A autora (2011)

Pode ser observado pela FIGURA 15 que a estrutura anatômica da madeira não sofre alterações. A alteração que pode ser avaliada a diminuição da espessura das paredes e a presença de fissuras nos raios na seção

59

transversal. Pode ser observado que os tilos permaneceram no interior dos poros.(FIGURAS 15a e 15b). Fator responsável pela queda na resistência da parede celular é a eliminação de parte das hemicelulose, que atuam com o elemento ligante entre a celulose e a lignina. Já no plano radial pode ser observado que o corte efetuado na madeira tratada, (FIGURA 15d), as pontoações permaneceram após o tratamento. Não há alterações nos vasos e raios em relação a madeira sem tratamento FIGURA 16b. Já no sentido tangencial, os raios podem ser visualizados sem alterações após o tratamento, (FIGURAS 15ee 15f).

5.2.3 Tectona grandis

A FIGURA 16 mostra a modificação estrutural na madeira de Tectona grandis em suas três orientações.

60

FIGURA 16- MORFOLOGIA ANTES E APÓS O TRATAMENTO NA MADEIRA DE Tectona grandis a, c, e) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial de Tectona grandis sem tratamento; b, d,f) Fotos microscópicas nos planos transversal, radial e tangencial de Tectona grandis com tratamento, respectivamente. FONTE: A autora (2011)

Pode ser observado pela FIGURA 16 que a estrutura anatômica da madeira não sofre alterações. A alteração que pode ser avaliada a diminuição da espessura das paredes e a presença de fissuras na seção transversal. Há a formação de muitas rachaduras, não somente no cortes, mas na própria

61

madeira, que são resultado da presença de substâncias nos poros que impedem a movimentação da água quando a madeira é submetida ao aquecimento, principalmente em temperaturas elevadas, Esse fato também pode ser observado também o rompimento da parede próxima ao poros, onde no momento do corte para a análise, todas as paredes dos poros se romperam. O fator responsável pela queda na resistência da parede celular é a eliminação de parte das hemicelulose, que atuam com o elemento ligante entre a celulose e a lignina. Já no plano radial pode ser observado no corte efetuado na madeira tratada, FIGURA 16d, a presença das substâncias, no interior do poro, cristalizadas. Esse fato justifica o rompimento da parede e ligações entre fibrilas. A pressão de vapor formada no interior da madeira, quando submetida ao aquecimento torna-se muito elevada devido a água no interior dos lumes não ter para onde escoar, sendo o único caminho possível para a eliminação da água do interior da madeira para a superfície, a própria parede celular.. Devido à dificuldade no corte para visualização no MEV da madeira de Tectona grandis tratada, foi utilizada uma lupa para auxiliar na coleta de imagens. A FIGURA 17 apresenta as imagens da Tectona grandis após o tratamento, em seus três sentidos anatômicos.

FIGURA 17- MADEIRA DE Tectona grandis APÓS O TRATAMENTO a, b) Planos transversal; c)plano radial; d) tangencial. FONTE: A autora (2011)

62

Em seus três sentidos anatômicos pode ser observada a presença de substâncias (caucho) no interior de seus poros. A madeira de Tectona grandis também apresenta muito parênquima, células mais frágeis que as fibras, justificando assim a presença de rachaduras e o rompimento das ligações entre as fibras.

5.3 UMIDADE DE EQUILIBRIO Os valores médios obtidos para a umidade de equilíbrio da madeira são apresentados na TABELA 2. TABELA 2 - VALORES MÉDIOS DE EM %. ESPÉCIES PTCT PTST MÉDIA 9,76 a 11,47 b MIN 9,57 11,36 MÁX 9,96 11,53 CV 2,02 0,88

UMIDADE DE EQUILÍBRIO DA MADEIRA EGCT EGST TGCT TGST 10,11 a 11,43 b 8,764 a 15,21 b 10,05 11,29 8,51 14,89 10,2 11,6 9,01 15,4 0,76 1,36 2,87 1,84

Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

Observa-se que o tratamento, foi eficiente na redução da umidade de equilíbrio para as espécies, traduzindo-se em uma restrição da capacidade das madeiras em trocar umidade com o meio circundante. No Pinus taeda, essa redução foi de 16,56 % em relação à madeira sem tratamento. No Eucalyptus grandis, essa redução foi de 11,51%, passando a uma redução mais acentuada com a Tectona grandis, em 42,39%. Comparando as médias obtidas para as madeiras tratadas e sem tratamento de mesma espécie, em nível de confiança de 95% pelo teste de Tukey, o tratamento empregado foi eficaz, reduzindo o teor de umidade das espécies tratadas. Em seu trabalho, Poubel (2010), verificou que teores de umidade de equilíbrio

das

madeiras

de

Pinus

taeda

termorretificadas

foram

significativamente menores que aqueles obtidos para as madeiras sem tratamento, sendo que para madeira termorretificada a umidade de equilíbrio foi

63

de 11,88% e de 14,96% para madeira sem tratamento, quando acondicionadas a uma condição de 20⁰C e 65% de umidade relativa. Modes (2010) obteve uma redução de 23,05% para o Pinus taeda e uma

redução

de

24,12%

para

o

Eucalypus

grandis

para

madeira

termorretificada somente em estufa, e uma redução na umidade de equilíbrio para o Pinus taeda de 26,80% e para o Eucalyptus grandis de 30,38% para madeira tratada previamente em autoclave e, após um período de climatização, submetida ao tratamento em estufa. Valores de redução similares e na ordem de 20,3%, 17,9%, 15,9%, e 25,5% foram encontrados por Akyildiz e Ates (2008), em madeiras de Quercus petraea Lieb., Castanea sativa Mill., Pinus brutia Ten. e Pinus nigra Arnold., respectivamente tratadas em estufa a 180°C, por 2 horas. Os menores valores de EU encontrados para a Tectona grandis pode ser devido à presença de substancias (caucho e tectoquinona) no interior de seus poros, o que tornam a madeira mais hidrofóbica, o mesmo ocorre com o Pinus taeda devido à presença de resina em sua estrutura. A maior queda na umidade de equilíbrio da espécie Tectona grandis pode ser explicada também por maior degradação das hemiceluloses, resultado discutido no item 5.6. Já Azevedo e Quirino (2006), também trabalhando com a madeira de Eucalytus grandis, submetida ao tratamento térmico em autoclave a temperatura de 160°C, por 2h, observaram uma redução na higroscopicidade em 18,17%, valor superior ao observado no presente estudo para mesma espécie. Borges e Quirino (2004), com a madeira de Pinus caribaea var. hondurensis, empregando

o

mesmo

tratamento térmico

observaram uma redução de 21,20% no teor de

anterior,

umidade em relação as

amostras de referência, portanto mais próximo ao obtido para a madeira de Pinus taeda neste estudo. A diminuição da umidade de equilíbrio deve-se à menor quantidade de água adsorvida pelas paredes da célula em consequência da mudança química, com uma diminuição de grupos hidroxila, mas também devido à diminuição da acessibilidade por aumento da cristalinidade da celulose e

64

aumento das ligações cruzadas na lignina que por sua vez levam a um aumento da estabilidade dimensional (BOONSTRA e TJEERDSMA, 2006). Segundo Esteves e Pereira (2009), o menor conteúdo de umidade de equilíbrio pode afetar positivamente as propriedades de resistência da madeira tratada, mas esse efeito é superado pela degradação dos componentes químicos da madeira.

5.4 MASSA ESPECÍFICA Os valores médios obtidos para a propriedade massa específica básica da madeira são apresentados na TABELA 3. TABELA 3 - VALORES MÉDIOS DE MASSA ESPECÍFICA BÁSICA DA MADEIRA EM g/cm3 ESPÉCIES PTCT PTST EGCT EGST TGCT TGST MÉDIA 0,41 a 0,53 b 0,67 a 0,56 b 0,47 a 0,48 b MIN 0,41 0,53 0,66 0,56 0,47 0,48 MAX 0,41 0,55 0,68 0,56 0,48 0,49 CV 0,6 1,79 1,62 0,28 1,24 1,15 Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

Segundo Keinert Jr. (1980) a massa específica é um importante parâmetro que determina a utilização de determinada espécie para um determinado produto. O valor médio encontrado da densidade de Eucalyptus grandis sem tratamento foi de 0,672g/cm³ classificando a madeira como uma espécie de alta densidade. Esse resultado foi semelhante ao encontrado por Garcia et al (2004) 0,655 g/cm³, por Silva (2002) , de 0,510g/cm³. Já o Pinus taeda, com uma densidade média de 0,537g/cm³ é classificado como uma espécie de média densidade, e a Tectona grandis, com 0,483g/cm³.

uma densidade média de

65

Segundo o IPT, a densidade básica para o Eucalyptus grandis é de 0,42 g/cm³ e para a Tectona grandis de 0,66g/cm³. Moreski (s/d) cita uma densidade 0,67g/cm³ para Tectona grandis a 15% de umidade. Motta (2010), obteve uma densidade básica de 0,550g/cm³ para espécie Tectona grandis. Segundo Tsoumis (1991). e outros autores citados por Caldeira (2004), os valores médios para densidade de Tectona grandis já encontrados de 0,670g/cm³, 0,550g/cm³ e 0,670g/cm³, respectivamente. Já o mesmo autor encontrou uma densidade de 0,58g/cm³. Todos os valores estão acima da densidade encontrada neste trabalho. A nível de confiança de 95%, o valor médio da densidade básica de todas as espécies após o tratamento diferiu estatisticamente das madeiras sem tratamento, TABELA 3. A redução média da massa específica nos dois tratamentos térmicos empregados é mostrada na FIGURA 18. Observam-se para as espécies que as percentagens de redução de massa específica ocorreram para o Pinus taeda e para Tectona grandis, sendo 23,21% e 2,81% respectivamente. O Eucalyptus grandis apresentou um aumento da massa específica básica com o tratamento, valor de 16,92% em relação à madeira sem tratamento. Uma perda de massa significativa foi observada em estudos anteriores para a espécie de Eucalyptus grandis (GARCIA et al., 2010). Entretanto, os resultados indicaram um aumento na densidade básica para os tratamentos a 200 e 215º C por 4 horas. Isso se deve ao fato da perda de massa não ocorrer na mesma proporção de redução no volume da madeira. Resultados similares foram encontrados por Brito et al. (2006) para a madeira de Eucalyptus grandis termorretificada, ou seja, ocorreu uma tendência ao aumento da densidade após o tratamento. Para uma temperatura de 160º C, Brito et al. (2006) observam um aumento de 0,532g/cm³ inicialmente, para 0,538g/cm³. Poubel (2010), observou uma queda na densidade básica de 8,037% para o Pinus taeda após o tratamento térmico a temperatura de 200ºC, valor inferior ao encontrado neste trabalho. Charani et al. (2007), estudando os efeitos do tratamento de termorretificação da madeira de Fagus orientalis, aplicado a temperatura de

66

160°C, por 3h, na presença de vapor de água, encontraram uma redução de 5,17% na massa específica a 12% para a espécie. Já valores mais próximos de redução foram obtidos por Gunduz et al. (2009b), ao submeterem a madeira de Abies nordmanniana subsp. bornmülleriana Mattf. a 170°C, por 4h, em forno, para as mesmas condições controladas verificaram uma redução de massa específica de 1,96%. Em tratamento térmico empregando condições próximas a utilizada na presente pesquisa, temperatura de 160°C, por um período de 2 e 4 h, em atmosfera seca, Gunduz et al. (2009a), encontraram mesma percentagem de redução de massa específica aproximadamente em 2,66% para os dois tempos de duração. Unsal et al. (2003), encontraram para a madeira de Eucalyptus camaldulensis tratada a 150°C, por 2 h, uma redução dessa variável em 4,41%, bem superior ao registrado para a madeira de Eucalyptus grandis. Esteves e Pereira (2009) acreditam que a redução da massa específica da madeira após o tratamento térmico, tem como razões a degradação da hemicelulose em produtos voláteis, bem como a evaporação dos extrativos.

FIGURA 18 – VARIAÇÃO DA DENSIDADE BÁSICA DAS ESPÉCIES Pinus taeda, Eucalyptus grandis e Tectona grandis APÓS O TRATAMENTO FONTE: A autora (2011).

67

5.5 RETRATIBILIDADE 5.5.1 CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA Os valores médios obtidos para a contração volumétrica da madeira são apresentados na TABELA 4. TABELA 4 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO VOLUMÉTRICA DA MADEIRA EM % ESPÉCIES PTCT PTST EGCT EGST TGCT TGST MÉDIA 9,54 a 15,03 b 10,42 a 13,29 b 4,22 a 6,07 b MIN 8,53 15,19 9,22 12,80 3,79 5,71 MAX 10,31 15,55 11,08 13,82 4,48 6,72 CV 9,60 4,01 10,00 3,86 8,81 9,19 Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

Segundo o IPT (1985) a contração volumétrica média do Eucalyptus grandis é de 15,7% sendo considerada uma madeira de média retração. Já para a Tectona grandis essa contração é de 6,7% MORESCHI (s/d) cita uma contração volumétrica de 9,4% para a Tectona grandis. Poubel (2010), encontrou uma contração volumétrica de 12,37% para Pinus taeda sem tratamento, já para madeira com tratamento a 200ºC esse valor foi de 9,67%. A contração volumétrica média encontrada para Eucalyptus grandis foi de 13,286 %, valor próximo ao encontrado por SILVA (2002) para as madeiras oriundas de posição mais internas do fuste, sendo de 13,5%. BRITO et al. (2006) encontraram uma retração de 14,9 % para madeira de Eucalyptus grandis

sem

tratamento

e

uma

retração

de

15,1%

para

madeira

termorretificada. A contração volumétrica encontrada para o Pinus taeda foi semelhante a encontrada por Potuski (2010)

de 10,56%, Keinert Jr. et al.(1993), de

12,19%, Bortoletto Jr. (1999) de 12,40%,Chies (2005), de 10,36% e SANTINI et al. (2000), 10,9 %.

68

Segundo Tsoumis (1991), citado por Caldeira (2004), o valor médio para contração volumétrica de Tectona grandis é de 9,4%. Já o mesmo autor encontrou uma contração volumétrica de 7,76%. Todos os valores são superiores ao encontrado para mesma espécie neste estudo. O Eucalyptus grandis apresentou uma redução na variação volumétrica de 27,55%, seguido da Tectona grandis com 44,08% e do Pinus taeda, com 57,59%. Pelo teste de Tukey a nível de confiança de 95% os valores encontrados para contração volumétrica diferiram, mostrando que o tratamento foi eficaz para conter a variação dimensional que ocorre com a alteração da umidade.

5.5.2 CONTRAÇÃO LINEAR LONGITUDINAL

Os valores médios obtidos para a contração linear longitudinal da madeira são apresentados na TABELA 5. TABELA 5 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO LINEAR LONGITUDINAL DA MADEIRA EM %. ESPÉCIES PTCT PTST EGCT EGST TGCT TGST MÉDIA 0,29 a 0,49 a 0,47 a 0,77 a 0,53 a 0,71 a MIN 0,05 0,31 0,23 0,55 0,15 0,33 MAX 0,63 0,80 0,59 1,02 0,81 0,96 CV 9,60 4,01 10,00 3,86 8,81 9,19 Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

O valor médio da retração longitudinal para o Eucalyptus grandis sem tratamento, 0,775%, foi superior ao encontrado Garcia et al (2004) que encontrou uma retração de 0,11% O valor médio encontrado para Pinus taeda para contração longitudinal por Poubel (2010), foi de 2,57% para madeira sem tratamento, já para madeira com tratamento a 200ºC esse valor foi de 1,2%.

Esses valores foram

69

superiores aos encontrados nesse trabalho, sendo de 0,493% para o Pinus taeda sem tratamento e 0,291% para a madeira tratada, fato que é explicado devido a variação natural da madeira e ao próprio tratamento adotado. Pelo teste de Tukey a nível de confiança de 95% os valores encontrados

para

variação

na

contração

longitudinal

não

diferiram

estatisticamente. A variação longitudinal é muito pequena devido a orientação das fibras ser nessa direção, impedindo a movimentação da madeira nesse sentido. Chies (2005), encontrou uma contração longitudinal de 0,20% para o Pinus taeda, valor similar ao encontrado neste trabalho. Segundo Tsoumis (1991), citado por Caldeira (2004), o valor médio para contração longitudinal de Tectona grandis é de 0,6%. Já o mesmo autor encontrou uma contração longitudinal de 0,49%. Moreschi (s/d) cita uma contração de 0,6% para a espécie. Todos os valores são inferiores ao encontrado para mesma espécie neste estudo. Klock (2000) relata que devido à dificuldade na determinação da contração longitudinal e as diminutas mudanças nas dimensões longitudinais, que exigem alta acuracidade nas medições para se obter resultados precisos, na prática a contração longitudinal é desconsiderada por muitos autores.

5.5.3 Contração linear radial Os valores médios obtidos para a contração linear radial da madeira são apresentados na TABELA 6. TABELA 6 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO LINEAR RADIAL DA MADEIRA EM %. ESPÉCIES PTCT PTST EGCT EGST TGCT TGST MÉDIA 4,26 a 6,61 b 4,03 a 4,84 a 1,73 a 1,89 a MIN 3,79 6,52 3,47 4,70 1,65 1,75 MAX 4,57 6,76 4,40 4,94 1,88 2,09 CV 9,79 1,89 12,28 2,65 7,48 9,23 Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

70

O valor médio da retração radial para o Eucalyptus grandis sem tratamento (4,84 %) foi inferior ao observado por Garcia et al. (2004) que encontrou uma retração de 7,18% e semelhante à verificada por Silva (2002) para regiões mais internas do fuste, com 4,8%. O mesmo autor encontrou uma contração radial de 6,1% para região intermediária do fuste e 6,72% para região externa. Segundo o IPT (1985), a contração radial do Eucalyptus grandis é de 5,3%, para a Tectona grandis é de 2,1%. O Pinus taeda apresentou uma contração radial de 6,61%, valor similar ao encontrado por Poubel (2010) de 6,14%. Já o Pinus taeda tratado apresentou uma contração radial de 4,26%, valor um pouco superior ao encontrado por Poubel (2010), 3,88%. Esse fato pode ser justificado pela temperatura empregada na termorretificação, onde o autor utilizou uma temperatura 40ºC mais elevada que a adotada neste trabalho, 160ºC. Keinert Jr.

et al.(1993)

e Bortoletto Jr. (1999),

obtiveram

uma

contração radial de 5,24%, e 4,95% respectivamente, sendo valores similares ao encontrado nesse trabalho para o Pinus taeda. Chies (2005), obteve para o Pinus taeda uma contração de 3,55%, Santini et al. (2000), um valor de 4,4 %, Potulski (2010) encontrou para o Pinus taeda uma contração radial de

3,85%, resultados inferiores ao encontrado

neste trabalho. Segundo Tsoumis citado por Caldeira (2004), o valor médio para contração radial de Tectona grandis é de 3%. Já o mesmo autor encontrou uma contração radial de 3,5%. Segundo Soerianegara (1993), a retração tangencial para a Tectona grandis varia entre 2,5-3,0%. Moreschi (s/d) cita uma contração radial de 3,0% para a Tectona grandis. Todos os valores são superiores ao encontrado para mesma espécie neste estudo. O Pinus taeda apresentou uma redução na variação volumétrica de 55,16%, seguido do Eucalyptus grandis com 20,01% e Tectona grandis 9,55%. Pelo teste de Tukey em nível de confiança de 95% os valores encontrados para variação na contração radial diferiram estatisticamente somente para a espécie Pinus taeda. Esse resultado pode ser explicado devido

71

a madeira apresentar as células parenquimáticas radiais nesse sentido, impedindo em partes a movimentação da madeira nesse sentido.

5.5.4 CONTRAÇÃO LINEAR TANGENCIAL Os valores médios obtidos para a contração linear tangencial da madeira são apresentados na TABELA 7 TABELA 7 - VALORES MÉDIOS DE CONTRAÇÃO LINEAR TANGENCIAL DA MADEIRA EM %. ESPÉCIES PTCT PTST EGCT EGST TGCT TGST MÉDIA 5,24 a 8,56 b 6,21 a 8,16 b 2,01 a 3,57 b MIN 4,74 7,61 5,73 7,81 1,56 3,20 MAX 5,42 9,33 6,47 8,41 2,40 3,91 CV 8,34 10,20 6,70 3,89 17,77 9,99 Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

O valor médio da retração tangencial para o Eucalyptus grandis sem tratamento, de 8,162%, foi inferior ao encontrado por Garcia et. al (2004), que encontrou uma retração de 12,49%. Silva (2002) encontrou uma contração tangencial de 9,4% , 11,0% e 10,62% para as regiões central, intermediária, e externa do fuste respectivamente. O Pinus taeda apresentou uma contração tangencial de 8,565% e o material tratado 5,238 %, valores similares ao encontrado por Poubel(2010), sendo que a madeira sem tratamento da mesma espécie apresentou um valor de 7,63% e a tratada apresentou uma contração de 5,09%. Em seus trabalhos Potulski (2010), Keinert Jr et al.(1993), Bortoletto Jr (1999), Chies (2005) e Santini et al. (2000), encontraram uma contração tangencial para o Pinus taeda de 6,77%, 6,95%, 7,66%, 6,89% e 6,5% respectivamente, valores inferiores ao encontrado neste trabalho. Segundo Tsoumis (1991) citado por Caldeira (2004), o valor médio para contração radial de Tectona grandis é de 5%. Já o mesmo autor encontrou uma contração tangencial de 5,17%. Moreski (s/d) cita uma

72

contração tangencial de 5,8% para a Tectona grandis Todos os valores são superiores ao encontrado para mesma espécie neste estudo. Segundo o Soerianegara (1993), a retração tangencial para a Tectona grandis varia entre 3,4-5,8%. Segundo o IPT (1985), a contração tangencial do Eucalyptus grandis é de 8,7%, para a Tectona grandis é de 4,6%. A Tectona grandis apresentou uma redução na variação tangencial de 77,86%, seguido do Pinus taeda com 63,62% e do Eucalyptus grandis com 31,38%. Pelo teste de Tukey a nível de confiança de 95% os valores encontrados para variação na contração tangencial diferiram estatisticamente para todas as espécies. 5.5.5 ANISOTROPIA DE CONTRAÇÃO

Os valores médios obtidos para a anisotropia de contração da madeira são apresentados na TABELA 8. TABELA 8—VALORES MÉDIOS DE ANISOTROPIA MADEIRA EM %/% ESPÉCIES PTCT PTST EGCT EGST MÉDIA 1,23 a 1,29 a 1,55 a 1,68 a MIN 1,19 1,16 1,46 1,66 MAX 1,25 1,43 1,65 1,70 CV 3,12 10,46 6,19 1,26

DE CONTRAÇÃO DA TGCT 1,15 a 0,95 1,28 15,70

TGST 1,88 a 1,83 1,95 3,22

Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

O valor médio da anisotropia de contração para o Eucalyptus grandis sem tratamento (1,685%) foi inferior ao encontrado por Garcia et al (2004) de 1,76%. Silva (2002) encontrou uma anisotropia de contração de 2,00%, 1,84% e 1,62% para as regiões central, intermediária e externa do fuste respectivamente. O pinus estudado por Poubel (2010) apresentou uma anisotropia de 1,24%/% e o pinus tratado 1,31%/% indicando um aumento na instabilidade da

73

madeira. Já a madeira de Pinus taeda utilizada neste estudo apresentou uma diminuição na anisotropia, porém os resultados não diferem estatisticamente a nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. Chies (2005) e Potulski (2010) encontraram uma anisotropia de contração de 2,04 e 1,85 para o Pinus taeda, valores superiores aos obtidos neste estudo. Caldeira (2004) encontrou uma anisotropia de contração para a espécie Tectona grandis de 0,52%/%, valor inferior ao deste trabalho. Moreschi (s/d) cita uma anisotropia de 1,93%/% para Tectona grandis, valor similar ao observado neste estudo. De acordo com a classificação de Durlo e Marchiori (1992) e Chies (2005), com exceção da madeira da Tectona grandis e do Eucalyptus grandis sem tratamento, que apresentaram anisotropia acima de 1,5 se enquadrando como madeiras normais, as demais são classificadas como madeiras excelentes para trabalhabilidade.

5.6 CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA Os valores médios obtidos para a caracterização química da madeira são apresentados na TABELA 9. TABELA 9 - VALORES MÉDIOS DOS COMPONENTES QUÍMICOS DA MADEIRA ESPÉCIE EXTRATIVOS TOTAIS (%) LIGNINA (%) HOLOCELULOSE(%) PTST 2,54 a 27,97a 68,49 a PTCT 3,24 b 30,51 b 65,47 b EGST 6,77 a 22,08 a 70,14 a EGCT 9,79 b 30,07 b 59,14 b TGST 11,03 a 25,75 a 61,22 a TGCT 16,39 b 32,56 b 49,07 b Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra nas colunas, para as mesmas espécies, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

74

Os valores encontrados para holocelulose, lignina, extrativos podem ser considerados dentro da média para o Eucalyptus grandis. Trugilho et al. (2003) afirmam que para as espécies Eucalyptus grandis

e

Eucalyptus

saligna, os valores médios de extrativos totais, de lignina e de holocelulose apresentam-se na ordem de 6,71%, 31,77% e 61,52%, respectivamente. Gonzaga et al. (1983) estudaram cinco espécies de

Eucalyptus

e

encontraram teores de lignina que variaram de 29,2% a 23,4% e valores de holocelulose variando de 74,7% a 72,8%. Ferreira et al (2010) encontrou os valores médios de 4,12%, 28,05% e 67,63% para extrativos totais, de lignina e de holocelulose respectivamente. Silva (2002) encontrou a seguinte variação de extrativos totais, dentro do fuste no sentido radial, de Eucalyptus grandis, 4,1% na região central, 4,7% na região intermediária e 5,2 1% na região externa. Já para lignina o mesmo autor encontrou uma variação de 15,4% na região central 16,6% na região intermediária e 17,19% na região externa do fuste. Os valores mais baixos encontrados por Silva indicam diferenças bem significativas na composição química do material, fato justificado pelo autor pela idade do material analisado. Em seu trabalho, Andrade (2006) encontrou uma variação nos teores de holocelulose entre 70,61% e 73,30%, os teores de lignina entre 26,54% e 29,17%, os teores de extrativos totais de 1,85% a 3,10% considerando a variação de idade de 8,14 e 20 anos para a espécie de Pinus taeda, valores similares aos encontrados nesse trabalho para madeira sem tratamento. Klock (2000) observou em seu estudo teores de holocelulose de 68,00%, lignina de 28,76%, extrativos totais de 3,03% em árvores de Pinus taeda com 11 anos. Bortoleto Jr (1999) encontrou valores de holocelulose de 69,60%, teor de lignina de 27,10% e teor de extrativos totais de 3,30% para árvores de Pinus taeda com 23 anos. Segundo Soerianegara (1993), a composição química média para Tectona grandis é 30% de lignina, 15,7% de extrativos totais e 62% de holocelulose. Comparando as das madeiras tratadas com as sem tratamento, há um aumento no teor de lignina para as madeiras tratadas para todas as espécies.

75

O aumento do teor de lignina, em relação à massa total, ocorre devido a perda de massa que ocorre com o tratamento, como eliminação de água, degradação de hemiceluloses e volatilização de alguns compostos de baixo peso molar. As

amostras

apresentaram

diferenças

significativas

quanto

comparadas pelo teste de Tukey com nível de significância de 5%. Para amostra de Eucalyptus grandis o aumento no teor de lignina após o tratamento térmico foi de 36,18%, enquanto para Tectona grandis esse valor foi de 26,44%. Já para o Pinus taeda esse aumento foi de 9,08%. Leão (2006) encontrou em seu trabalho um aumento no teor de lignina de 30% para a madeira amburana, para o bálsamo de 20% e para o carvalho 18% após o termotratamento a 175 ºC destas espécies. O valor de extrativos totais, entre madeiras tratadas e não tratadas teve um aumento significativo. Para o Pinus taeda esse aumento ficou em 27,56%, para o Eucalyptus grandis foi de 44,61%, já para a Tectona grandis o aumento foi 48,59% A justificativa para esse resultado é a possível solubilização de alguns componentes que sofreram alteração em suas ligações químicas após o tratamento. A Tectona grandis apresenta também muitas substâncias no interior de seus poros, que possivelmente se solubilizaram durante as análises. A maior probabilidade é que com a degradação da hemicelulose, com o aquecimento na madeira e a conseqüente formação de ácido acético, parte do material orgânico pode ter degradado e se solubilizado durante a análise. Esse fato pode se observado pela elevada queda no valor das hemiceluloses para a Tectona grandis. Em relação ao teor de holocelulose, pode ser observada uma queda no valor médio, para todas as espécies onde o Pinus taeda teve uma queda de 4,41%, o Eucalyptus grandis 15,68% e para Tectona grandis 19,85%.

76

5.7 CARACTERIZAÇÃO MECÂNICA

5.7.1 FLEXÃO ESTÁTICA Os valores médios obtidos para a flexão estática da madeira são apresentados na TABELA 10. TABELA 10 - VALORES MÉDIOS DA FLEXÃO ESTÁTICA DA MADEIRA ESPÉCIE PTCT PTST

MOR (MPa) 54,19 A 82,26 b

CV (%) 27,82 25,82

MOE (MPa) 8488,40 a 9621,28 a

CV (%) 17,78 25,40

EGCT EGST

53,94 a 104,87 b

43,71 13,06

11623,45 a 14219,60 b

14,17 11,68

TGCT TGST

31,68 a 63,15 b

35,61 32,79

7556,78 a 6082,25 a

5,23 43,57

Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

Para o MOR todas as espécies apresentaram queda após o tratamento, sendo que o Pinus taeda apresentou uma queda de 34,13%, o Eucalyptus grandis 48,56% e a Tectona grandis 49,82%. Já para o MOE o Pinus taeda e o Eucalyptus grandis tiveram uma queda de 11, 77% e 18,25% respectivamente, enquanto a Tectona grandis apresentou um aumento de 19,51%. O valor de MOR e MOE encontrado para Eucalyptus grandis foi inferior ao encontrado por Garcia et al 2004. Modes (2010) encontrou para a madeira de Pinus taeda, um aumento no MOE devido ao tratamento combinado, em estufa e autoclave, superando em 3,99% a carga obtida para a madeira sem tratamento, ao passo que o tratamento em estufa reduziu o valor dessa propriedade em 2,20%. Esse valor foi praticamente o mesmo encontrado por Esteves et al. (2008), estudando o efeito da temperatura de 180°C por 2h sobre o MOE da

77

madeira de Pinus pinaster Aiton. em flexão estática, obtendo uma redução de 2%. Segundo o IPT (1985), o MOR do Eucalyptus grandis é de 75,6 MPa a 15% de umidade, para a Tectona grandis é de 92 MPa. Boonstra et al. (2007), em estudo com a madeira de Picea abies Karst, tratada na presença de vapor e pressão a 165°C por 30 min, seguido de tratamento de calor em condições secas e à pressão atmosférica a 180°C por 6h; também encontrou um acréscimo no MOE da madeira tratada em 6,41%. Modes (2010) obteve um MOR em flexão estática para a madeira de Pinus taeda menor nos dois tratamentos térmicos em relação à madeira sem tratamento, sendo encontrado no tratamento em estufa uma maior redução 7,15%. Para o MOR, observou reduções nos valores de carga requerida para ruptura, sendo que as maiores reduções se deram pelo tratamento combinado, inferior a testemunha em 7,88%, e o tratamento em estufa com uma redução de 4,49%. Segundo Esteves e Pereira (2009), o ponto fraco do termoretificação é a degradação de algumas propriedades mecânicas. O efeito no MOE é pequeno, mas a diminuição da tensão de ruptura pode ser significativa. A madeira torna-se mais quebradiça com a deterioração das propriedades de fratura devido à perda de polissacarídeos amorfos. Também estudando o efeito do tratamento sobre o MOR, Boonstra et al. (2007) encontraram na madeira de Pinus sylvestris L., uma redução de 3,16% dessa propriedade, atribuída ao tratamento empregado. Já Korkut et al. (2007), observaram para a madeira de Pinus sylvestris L. uma maior redução no MOR, da ordem de 11,08% inferior a madeira sem tratamento. Modes (2010) encontrou para o MOE da madeira de Eucalyptus grandis, um acréscimo no valor dessa propriedade, principalmente para o tratamento em estufa, superior em 3,77% seguido do tratamento combinado,b em estufa e em autoclave, com 1,01% superior à madeira sem tratamento. Santos (2000) também verificou um aumento no módulo de elasticidade da madeira de Eucalyptus grandis tratada a 180°C.

78

Segundo o Tsoumi (1991) e outros autores citados por Caldeira (2004), os valores médios para MOE de Tectona grandis são de 13720 MPa, 10700 MPa e 13740 MPa, respectivamente. Já o mesmo autor encontrou em seu trabalho um MOE de 10684 MPa. Segundo Soerianegara (1993), o MOR para a espécie Tectona grandis é de 85-106 MPa, e o MOE varia entre 10000-13400 MPa. Pode ser observado um elevado coeficiente de variação para madeira da espécie Tectona grandis sem tratamento, em relação à madeira com tratamento. A principal justificativa é a variação cerne e alburno que ocorre na espécie. Corpos de prova com maior incidência de lenho inicial também reduzem a resistência, principalmente pelo fato dessa espécie apresentar porosidade em anel. Valor intermediário de aumento dessa mesma propriedade foi encontrado por Gunduz et al. (2009), que observaram um acréscimo no MOE em 2,11% para a madeira de Pyrus elaeagnifolia Pall., tratada em forno a 160°C por 4 h. O mesmo autor justifica esse resultado pelo aumento das ligações cruzadas (vinculação) na rede de lignina, uma vez que é esperado que esse fenômeno melhore a estrutura rígida em torno das microfibrilas de celulose e da resistência característica da lamela média, como já citado. Também, outro fenômeno

que

pode

afetar

essa

propriedade

são

as

propriedades

termoplásticas da madeira: acima de certa temperatura as características físicas da hemicelulose (127–235°C), lignina (167–217°C) e celulose (231– 253°C) mudam para um estado similar a borracha ou plástico, embora o vapor possa reduzir a extensão destas faixas, devido a água atuar como um agente plastificante. No resfriamento as fases desses componentes se tornam mais rígidas e a estrutura molecular do polímero pode ser alterada, o que provavelmente afeta a interação entre os principais componentes de madeira e, por conseguinte, as propriedades de resistência. Esteves e Pereira (2009) inferem que o módulo de elasticidade aumenta com o aumento da cristalinidade da celulose e com a redução do conteúdo de umidade. O efeito da cristalinidade prevalece no início do

79

tratamento, mas com sua continuidade a degradação térmica é dominante, levando a uma redução dessa variável.

5.7.2 DUREZA

Moreschi (s/d) ressalta que pelo fato da madeira ser uma material, anisotrópico, heterogêneo e higroscópico, o valor da dureza é mais que duvidoso. Porém a dureza da madeira é uma propriedade importante para aparelhos de esporte, entalhes, assoalhos, tacos, roletes e calandras sendo, em geral, indicadora da trabalhabilidade da madeira. A grande dificuldade na avaliação da dureza por este método, é a influência do percentual dos lenhos inicial e tardio, e as tensões, fricções e rupturas de cisalhamento produzidas na peça de madeira, causando grande variação nos resultados.

5.7.2.1

Dureza tangencial Os valores médios obtidos para dureza tangencial da madeira são

apresentados na TABELA 11. TABELA 11 - VALORES MÉDIOS DA DUREZA TANGENCIAL DA MADEIRA (Kgf) ESPÉCIES PTCT MÉDIA

PTST

EGCT

EGST

TGCT

TGST

213,05 a

264,19 b

563,72 a

340,17 b

206,49 a

426,12 b

MIN

121,14

142,52

438,79

136,02

180,84

359,77

MAX

308,63

353,12

700,7

460,96

247,19

449,72

CV

30,857

22,853

13,717

30,144

12,191

6,819

Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. . FONTE: A autora (2011)

Os resultados obtidos mostram que o Pinus taeda apresentou uma queda na dureza tangencial de 19,36%, enquanto o Eucalyptus grandis

80

apresentou um aumento de 39,66% e a Tectona grandis uma redução de 51,54%. O aumento da dureza para a espécie de Eucalyptus grandis é justificado pelo aumento da densidade após o tratamento, isto é a perda de massa que ocorreu durante o tratamento não foi na mesma proporção de redução no volume da madeira. Comparando os resultados obtidos pelo teste de Tukey em nível de confiabilidade de 95%, todas as amostras deferiram estatisticamente após o tratamento. O elevado coeficiente de variação encontrado pode ser justificado devido a grande variação estrutural da madeira. Percentagens de redução para a dureza no plano tangencial e radial foram encontradas por Korkut et al. (2008), para a madeira de Pinus sylvestris L., submetida ao tratamento a 150°C, com reduções em 14,68% e 18,31% no plano tangencial para o tratamento de 2 e 6h. Já Unsal et al. (2003) trabalhando com a madeira de camaldulensis,

tratada a temperatura de 150°C por 2 h,

Eucalyptus

registraram uma

redução de 9,94%.Quanto aos valores de carga para a dureza Janka na madeira de Eucalyptus grandis, Modes (2010) tem-se que no plano tangencial estes valores foram, para o tratamento de combinação, inferior a madeira sem tratamento em 16,02% e o tratamento em estufa inferior em 4,78%.

5.7.2.2

Dureza longitudinal

Os valores médios obtidos para dureza longitudinal da madeira são apresentados na TABELA 12.

81

TABELA 12 - VALORES MÉDIOS DA DUREZA LONGITUDINAL DA MADEIRA (Kgf) ESPÉCIES

PTCT

PTST

EGCT

EGST

TGCT

TGST

295,26 a

286,73 b

434,22 a

671,33 b

240,19 a

501,85 b

MIN

227,39

207,12

379,25

425,96

215,67

461,91

MAX

379,25

377,98

512,42

820,89

263,81

548,53

CV

15,93

15,09

11,09

17,22

6,33

6,27

MÉDIA

Notas: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas de mesma letra, na mesma espécie, não diferem estatisticamente entre si ao nível de probabilidade de 5% pelo teste de Tukey. FONTE: A autora (2011)

Os resultados obtidos mostram que Pinus taeda apresentou um aumento na dureza longitudinal de 2,89%, enquanto o Eucalyptus grandis apresentou uma queda na dureza de 35,32% e a Tectona grandis uma redução de 52,14%. Modes (2010) obteve para a dureza de topo da madeira de Pinus taeda maior incremento de carga requerida pelo tratamento combinado, seguido daquele em estufa, proporcionando uma elevação dos valores de carga em 7,74% e 6,39%, respectivamente. Da mesma forma, Ates et al. (2009), após tratarem a madeira de Pinus brutia Ten. a 180°C por 2 h também observaram um aumento da dureza de topo em 7% em relação a madeira em condições normais. De acordo com Boonstra et al. (2007) o tratamento térmico pode, portanto, contribuir positivamente nas propriedades mecânicas pelo fato de que, a madeira tratada termicamente tem sua capacidade de trocar água reduzida com o meio e, assim, o baixo conteúdo de umidade torna a madeira mais resistente a esforços mecânicos, compensando os efeitos atribuídos a perda de massa. Desse modo, como a madeira tende a perder mais umidade pelos topos o aumento da dureza no plano transversal pode ser justificado. Com relação ao aumento de algumas propriedades mecânicas verificadas na madeira, Sundqvist (2004), cita que parece possível aumentar ligeiramente a resistência e dureza da madeira em comparação com a madeira em

condições

normais

dentro

de

certos

domínios

da

relação

tempo/temperatura. Segundo o mesmo autor, um aumento inicial na resistência e dureza podem ser devido aos processos de condensação da lignina e

82

celulose como moléculas degradadas, podendo formar novas ligações químicas. Já Unsal et al. (2003) trabalhando com a madeira de camaldulensis,

tratada a temperatura de 150°C por 2 h,

Eucalyptus

registrarm uma

redução de 7,33% Já a queda na dureza longitudinal de Eucalyptus grandis pode ser justificada devido a madeira apresentar muitas tensões de crescimento, uma estrutura anatômica desfavorável ao fluxo de líquidos. Quanto submetida a altas temperaturas, a madeira fica propensa a um serie de defeitos, como colapso e rachaduras que resultam na diminuição da resistência da madeira. O processo de secagem típico para a madeira de Eucalyptus sp. emprega baixas temperaturas, o que implica em longos tempos de secagem (NEUMANN, 1990). Praticamente todos os defeitos passíveis de se manifestarem durante a secagem, tais como rachaduras, empenamentos de diferentes formas, gradientes de umidade, colapso, tensões de secagem e endurecimento superficial, são citados como de ocorrência na madeira de Eucalyptus sp. (CAMPBELL e HARTLEY, 1984). A queda na resistência da espécie Tectona grandis pode ser justificada pela grande variação estrutural também, em função da porosidade e grande quantidade de extrativos, que ao serem submetidos ao aquecimento alteram a conformação dos elementos. 5.7.2.3

Dureza radial

Os valores médios obtidos para dureza radial da madeira são apresentados na TABELA 13. TABELA 13 - VALORES MÉDIOS DA DUREZA RADIAL DA MADEIRA (Kgf) ESPÉCIES PTCT MÉDIA

PTST

EGCT

EGST

TGCT

TGST

203,41 a

221,71 a

289,33 a

507,72 b

205,93 a

466,52 a

MIN

134,60

134,91

191,13

320,18

157,08

391,28

MAX

358,35

311,16

370,86

657,63

254,94

549,32

CV

31,91

25,96

18,45

19,61

22,69

13,46

NOTAS: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST = Sem tratamento; CT = Com tratamento. Médias seguidas da mesma letra na mesma coluna não diferem estatisticamente pelo Testede Tukey ao nível de 5% de probabilidade. FONTE: A autora (2011).

83

A dureza radial para madeira tratada para o Pinus taeda apresentou uma queda de 8,25%, seguido pela queda na resistência do Eucalyptus grandis de 43,02% e da madeira de Tectona grandis 55,86%. Sundqvist (2004) cita que a 160°C quase não são observadas mudanças nas propriedades originais da madeira, mas que, entretanto, a dureza é afetada a temperaturas tão baixas quanto essa. Já Unsal et al. (2003) trabalhando com a madeira de

Eucalyptus

camaldulensis, tratada a temperatura de 150°C por 2 h, registrou uma redução de 8,51%. Percentagens de redução similares para a dureza no plano radial também foram encontradas por Korkut et al. (2008), para a madeira de Pinus sylvestris L., submetida ao tratamento a 150°C. Os autores encontraram reduções para o tratamento de 2 e 6 h, respectivamente 10,65% e 13,80%. O tratamento térmico promoveu a redução nas resistências das peças, no plano radial para todas as espécies, porém somente para as espécies de Eucalyptus grandis e Tectona grandis os resultados diferiram da madeira sem tratamento, pelo teste de Tukey a nível 95% de confiabilidade. A menor queda do Pinus taeda pode ser justificada pelo fato de apresentar uma estrutura mais estável e uma estrutura anatômica que permite o fluxo de água com o aquecimento, ao contrário do que acontece com a Tectona grandis, que devido à presença de substâncias no interior dos poros, e com o Eucalyptus grandis, que apresenta tiloses em seus poros, que dificultam a movimentação da água. Além disso, o Eucalyptus grandis apresenta muitas tensões de crescimento, ocasionando rachaduras quando submetidas a altas temperaturas bruscamente.

5.8 ANÁLISE TERMOGRAVIMÉTRICA Os termogramas obtidos para as madeiras de todas as espécies estão representados pela FIGURA 19. A curva é típica de material lignocelulósico, onde se pode constatar que na região até 100°C há perda de umidade do material.

84

Cada região de temperatura pode ser associada aos constituintes característicos das fibras, porém estes valores não podem ser seguidos à risca, visto que há formação de compostos derivados durante os processos de pirólise, mas, mesmo assim estes compostos derivados em tais faixas de temperatura

podem

ser

associados

aos

seus

constituintes

originais

(BROWNING, 1963). Verifica-se a partir da FIGURA 19 que até 100°C (faixa de temperatura relativa à perda de água e substâncias voláteis) a perda de massa é praticamente constante. A perda de massa de 200 a 260°C está associada à degradação das hemiceluloses; a região entre 240 e 350°C está relacionada à decomposição da celulose e a região que compreende as temperaturas de 280 a 500°C está relacionada à decomposição da lignina (SJÖSTRÖM, 1993). Pode ser observado também que as madeiras tratadas apresentaram uma diminuição da curva na faixa de 200 a 260°C região associada à degradação das hemiceluloses.

EGST EGCT PTST PTCT TGCT TGCT

Perda de massa (%)

100

80

60

40

20

0 0

100

200

300

400

500

600

700

Temperatura (ºC)

FIGURA 19- TERMOGRAMA OBTIDO PARA AS MADEIRAS COM E SEM TRATAMENTO NOTAS: PT= Pinus taeda; EG= Eucalyptus grandis; TG= Tectona grandis; ST tratamento; CT = Com tratamento. FONTE: A autora (2011)

= Sem

85

6 CONCLUSÃO

Com base nos resultados do presente estudo para as espécies Pinus taeda, Eucalyptus grandis e Tectona grandis avaliadas após termorretificação, conclui-se que: Os tratamentos térmicos alteraram a estrutura morfológica das espécies, ocasionando perda na resistência da parede celular, fato mais presenciada na Tectona grandis. A umidade de equilíbrio de todas as espécies foi reduzida, sendo mais presenciada na espécie Tectona grandis, seguida do Pinus taeda e Eucalyptus grandis resultado que, em contrapartida, resulta numa redução do inchamento volumétrico das espécies. Para o Eucalyptus grandis, o tratamento adotado ocasionou um aumento da densidade da madeira. Já para as espécies Pinus taeda e Tectona grandis, foi observada uma queda nessa propriedade, sendo mais acentuada para o Pinus taeda. O Pinus taeda apresentou uma redução na contração volumétrica de superior a Tectona grandis e ao Eucalyptus grandis, se mostrando mais estável dimensionalmente.

A

significativamente,

visto

variação

longitudinal

que

sentido

este

não

apresenta

foi pouca

modificada variação

dimensional com a alteração do teor de umidade do meio. O Pinus taeda foi a única espécie que apresentou uma redução significativa na contração radial, sendo superior a 50% em relação à madeira sem tratamento. Já para variação dimensional no sentido tangencial , todas espécies apresentaram reduções significativas, onde o Pinus taeda e a Tectona grandis apresentaram reduções superiores a 50%. Considerando a anisotropia de contração, houve uma diminuição no valor médio das amostras tratadas, porém esse resultado não diferiu estatisticamente das amostras a sem tratamento. Fato que pode ser justificado pela pequena queda na variação radial. Para todas as espécies notou-se um aumento no teor de lignina e de extrativos totais. Já o teor de holocelulose diminuiu, sendo mais expressivo na espécie Tectona grandis. O aumento do teor de extrativos pode ser

86

conseqüência da quebra de ligações, que fez com que cadeias menores de glucose se solubilizassem na extração. A queda no teor de holocelulose pode ser visualizada também através do tratamento termogravimétrico, que mostrou uma redução na curva na faixa da temperatura onde as hemiceluloses são degradadas. Quanto a dureza, observou-se um aumento no sentindo tangencial para o Eucalyptus grandis, no sentido longitudinal para Pinus taeda. Já para a Tectona grandis houve uma queda significativa no valor dessa propriedade em todos os sentidos.

O Eucalyptus grandis e a Tectona grandis foram as

espécies que mais perderam nessa propriedade, fator resultante de sua estrutura anatômica e tensões de crescimento que ao serem submetidas a temperaturas elevadas, ocasionaram defeitos que reduziram a resistência das peças. De uma maneira geral, a termorretificação fornece os melhores resultados em relação às propriedades de higroscopicidade e estabilidade dimensional das amostras, ao passo que em relação às propriedades mecânicas o comportamento dos tratamentos é diferenciado conforme a espécie.

87

7 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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