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AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE
DIMENSIONAL DA MADEIRA DE
Eucalyptus
grandis
Hill ex. Maiden APÓS ACETILAÇÃO
DÉBORA DE FARIA FERREIRA GOMES
2005
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DÉBORA DE FARIA FERREIRA GOMES
AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DIMENSIONAL DA MADEIRA DE
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden APÓS ACETILAÇÃO
Dissertação apresentada à universidade Federal de
Lavras como parte das exigências do Curso de
Mestrado em Engenharia Florestal, área de
Concentração em Ciência e Tecnologia da Madeira,
para a obtenção do título de “Mestre".
Orientador
Prof. Dr. José Reinaldo Moreira da Silva
LAVRAS
MINAS GERAIS – BRASIL
2005
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Ficha Catalográfica Preparada pela Divisão de Processos
Técnicos da
Biblioteca Central da UFLA
Gomes, Débora de Faria Ferreira
Avaliação da estabilidade dimensional da madeira de
Eucalyptus grandis
Hill
ex. Maiden após a acetilação / Débora de Faria Ferreira Gomes.
-- Lavras
:
UFLA, 2005.
55 p. : il.
Orientador: José Reinaldo Moreira Silva.
Dissertação (Mestrado) – UFLA.
Bibliografia.
1. Modificação química. 2. Acetilação. 3. Redução da
retratibilidade. 4. FT-IR. 5. Eucalipto. I. Universidade Federal de Lavras.
II. Título.
CDD-634.97342
-674.13
DÉBORA DE FARIA FERREIRA GOMES
AVALIAÇÃO DA ESTABILIDADE DIMENSIONAL DA MADEIRA DE
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden APÓS ACETILAÇÃO
Dissertação apresentada à universidade Federal de
Lavras como parte das exigências do Curso de
Mestrado em Engenharia Florestal, área de
Concentração em Ciência e Tecnologia da Madeira,
para a obtenção do título de “Mestre".
Aprovada em 07 de fevereiro 2005
Profa. Dra. Maria Lucia Bianchi - UFLA
Prof. Dr. Mario César Guerreiro - UFLA
Prof. Dr. José Tarcísio Lima - UFLA
Prof. Dr. José Reinaldo Moreira da Silva – UFLA
(Orientador)
LAVRAS
MINAS GERAIS – BRASIL
Esse trabalho é dedicado de forma muito especial à Maria Lucia Bianchi.
A minha mãe Lúcia Helena
Que esperou minha ausência...
Que soube me ensinar o que é o amor...
Que sempre se preocupou com minha formação...
Que me ensinou o respeito, a dedicação, a coragem e a não desistir nunca...
Por querer sempre o melhor para mim...
Reconheço todo o seu amor e dedicação...
Sua Picola te ama muito!!!
Ao meu amor Ricardo Lourenço Cardoso
Que soube respeitar minha ausência...
Que me acalmou tantas vezes...
Que acreditou em mim...
Com quem quero viver...
Te amo muito!!!
Por serem tão importantes para mim e por amá-los tanto,
ofereço esse trabalho a vocês!!!
AGRADECIMENTOS
À Maria Lucia Bianchi, pela orientação, pela facilidade de mostrar que as coisas
não são impossíveis, nem de se aprender nem de realizar, por explicar facilmente
de maneira clara, calma e objetiva o que fazer, por me acalmar várias vezes,e, é
claro, por me ouvir falar durante horas... Por ter sido amiga, entusiasmada,
divertida, meiga... Enfim, Malu, quando eu crescer quero ser como você!!!
Ao professor Mario César Guerreiro, pelos valiosos conhecimentos passados,
pela inestimável ajuda e pela paciência e calma. Agradeço também por ter
trazido a Malu para Lavras... O que seria de mim sem ela?!
Ao professor Paulo Fernando Trugilho, pela co-orientação, sugestões,
ensinamentos e valiosa ajuda. Muito obrigada!!!
Ao professor José Reinaldo Moreira da Silva pela orientação e ensinamentos.
Ao Kristian Yuri, que percebeu minha inquietação nas épocas difíceis, me levou
para passear, me deu bronca e muito carinho. Exigiu minha companhia e eu a
dele. Muito Obrigada!!!
À mais que amiga Simone Soraya Brito Costa pelos inesquecíveis momentos
vividos. Pelo carinho, muitas risadas, amizade, passeios, viagens, muitas
cervejas tomadas, por me ouvir falar 20 minutos, pela alegria e experiências
divididas... Aprendi muita coisa com você sobre amizade, respeito, psicologia...
Que o tempo e a distância não nos faça esquecer dos bons momentos!
Muitíssimo obrigada!!!
À mais que amiga Tatiana Silva Borges. Caracas!!! Você não tem noção do
quanto vou sentir saudades da pessoa mais alegre, divertida, animada e amiga do
Brasil!!! Pela preocupação, carinho, amizade durante tantos anos!!! Por fazer
minha estadia em Lavras ser melhor ainda. Por me receber no seu sítio... Foi
bom demais!!! Muito obrigada pela sua amizade!!!
À grande amiga Cíntia Padilha. Pelo carinho, amizade, preocupação... Pelos
bons momentos que tivemos no Jura e por aí... Por termos divido alguns
momentos difíceis... Muito obrigada!!!
À grande amiga Gleyce Campos Dutra. Pelos momentos de alegria e tristeza
divididos... Pelas muitas festas, churrascos e bagunças... Muito obrigada!!!
Ao grande e inesquecível amigo Edmilson. Pelo carinho, amizade e bagunças!!!
Por ser uma pessoa boa, alegre, divertida e carismática... O mundo seria muito
melhor se houvessem vários Edmilsons!!! Vou sentir muitas saudades de você!!
À distante amiga Nádia pela amizade ... À minha “prima” Daniela, pelos bons
momentos... Aos amigos Nélio (iêiêiê) e Bodinho pelos muitos momentos
divertidos!!!
Aos amigos desde a graduação Celiana (Celizeth), Marcela, Xisto, Maria e Luis
Antônio (Totonho) por mais 2 anos de amizade!!!
Aos amigos da Tecnologia da Madeira Clair, Beto, Juninho, Paulo, Fran e
Soraya pelos muitos momentos divididos!!!
À Roseane, Sheila, Teresinha, Meire, Chica e Hernani por me socorrerem nas
horas de apuros... Muito obrigada!!!
À Universidade Federal de Lavras, ao Departamento de Ciências Florestais, em
especial à Tecnologia da Madeira pela oportunidade... À CAPES pela concessão
da bolsa.
À todos aqueles que conheci nesse período.... Não me esquecerei de vocês...
MUITO OBRIGADA!!!
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS...................................................................................
i
LISTA DE FIGURAS....................................................................................
iii
LISTA DE ESQUEMAS...............................................................................
iv
LISTA DE EQUAÇÕES...............................................................................
v
RESUMO.......................................................................................................
vi
ABSTRACT..................................................................................................
vii
1 INTRODUÇÃO..........................................................................................
1
2 REFERENCIAL TEÓRICO.......................................................................
3
2.1 Características da madeira.......................................................................
3
2.2 Composição química da madeira.............................................................
3
2.2.1 Celulose................................................................................................
3
2.2.2 Lignina..................................................................................................
5
2.2.3 Hemiceluloses.......................................................................................
6
2.2.4 Constituintes menores...........................................................................
7
2.3 Características indesejáveis da madeira..................................................
8
2.3.1 Retratibilidade.......................................................................................
8
2.3.2 Degradação biológica...........................................................................
10
2.3.3 Degradação por radiação ultravioleta...................................................
11
2.4 Melhoria de algumas características indesejáveis por meio da
modificação química da madeira...................................................................
12
2.4.1 Redução da degradação biológica........................................................
12
2.4.2 Redução da retratibilidade....................................................................
12
2.5 Requisitos para a reação de modificação química da madeira.................
12
2.5.1 Penetração.............................................................................................
13
2.5.2 Condições das reações.........................................................................
13
2.6 Tratamentos de modificação química......................................................
14
2.6.1 Tratamentos que utilizam o grupo aldeído...........................................
15
2.6.2 Tratamentos que geram éteres..............................................................
17
2.6.3 Tratamentos que geram ésteres.............................................................
19
2.6.4 Tratamentos que utilizam isocianatos...................................................
21
2.7. Modificação química em escala industrial.............................................
22
2.8 Evidência da reação química...................................................................
23
2.8.1 Mudança no volume como conseqüência da reação.............................
23
2.8.2 Permanência do grupo reagente após a reação.....................................
24
2.8.3 Evidência por meio da espectroscopia na região do infravermelho......
25
3. MATERIAL E MÉTODOS.......................................................................
28
3.1 Material....................................................................................................
28
3.2. Amostragem............................................................................................
28
3.3 Obtenção das massas, volumes e dimensões lineares das amostras........
29
3.4 Pré-tratamento..........................................................................................
29
3.5 Acetilação................................................................................................
29
3.5.1 Impregnação da madeira com anidrido acético....................................
30
3.5.2 Reação da madeira com anidrido acético.............................................
30
30
3.6. Avaliação da madeira após a acetilação.................................................
3.7 Avaliação da acetilação pelo espectro de FT-IR das amostras.................
32
3.7.1 Preparo das amostras............................................................................
32
3.7.2 Obtenção dos espectros de FT-IR.........................................................
32
3.8 Avaliação experimental...........................................................................
33
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO................................................................
34
4.1 Propriedades físicas.................................................................................
34
4.1.1 Densidade básica da madeira................................................................
34
4.1.2 Contrações lineares e volumétrica da madeira....................................
35
4.2 Avaliação da madeira acetilada...............................................................
37
4.2.1 Ganho em massa (WPG)......................................................................
37
4.2.2 Eficiência do tratamento ou redução da expansão (ASE)....................
39
4.2.3 Grau de estabilidade da eficiência do tratamento ou redução da
expansão (ASE).............................................................................................
41
4.3 Avaliação por meio dos espectros de infravermelho por transformada
de Fourrier (FT-IR).........................................................................................
43
4.3.1 Posição de amostragem radial..............................................................
44
4.3.2 Tipo de acetilação..................................................................................
45
4.3.3 Interação entre posição de amostragem radial e tipo de acetilação.......
46
4.3.4 Profundidade de amostragem...............................................................
48
5 CONCLUSÕES..........................................................................................
49
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS..........................................................
50
i
LISTA DE TABELAS
TABELA 1
Valores médios para as características ligadas à
retratibilidade em clones de
Eucalyptus grandis
Hill ex.
Maiden, em função da região medula-casca..........................
10
TABELA 2
Variações no volume de
Southern Pine
após a reação com
anidrido acético....................................................................
24
TABELA 3
Coeficiente de expansão volumétrica (S) e redução da
expansão (ASE) determinada pelo método de
imersão/secagem...................................................................
25
TABELA 4
Bandas de absorção de FT-IR da madeira não acetilada e
acetilada................................................................................
26
TABELA 5
Resumo da análise de variância para a densidade básica da
madeira de
Eucalyptus grandis
...............................................
34
TABELA 6
Comparação múltipla das médias da densidade básica da
madeira, em função da posição de amostragem radial...........
35
TABELA 7
Resumo da análise de variância para as contrações
volumétrica, tangencial e radial da madeira, antes do tipo de
acetilação................................................................................
36
TABELA 8
Comparação múltipla das médias e coeficientes de variação
(%) para as propriedades físicas da madeira, em função da
posição de amostragem radial.................................................
36
TABELA 9
Resumo da análise de variância para o ganho em massa
(WPG), em %, da madeira acetilada....................................
37
TABELA 10
Comparação múltipla das médias para o desdobramento da
interação dos fatores posição de amostragem radial e tipo de
acetilação para os valores, em %, de ganho em massa
(WPG).....................................................................................
38
TABELA 11
Resumo da análise de variância para a eficiência do
tratamento (ASE), em %, da madeira acetilada......................
39
TABELA 12
Comparação múltipla das médias para a eficiência do
tratamento (ASE) e ganho em massa (WPG), em função das
posições de amostragem radial...............................................
40
TABELA 13
Comparação múltipla dos valores médios da interação dos
fatores posição de amostragem radial e tipo de acetilação
para a eficiência do tratamento (ASE), em %, da madeira
acetilada..................................................................................
40
TABELA 14
Comparação múltipla dos valores médios da interação dos
fatores tipo de acetilação e posição de amostragem radial
para a eficiência do tratamento (ASE), em %, da madeira
41
ii
TABELA 15
Valores médios para o coeficiente de expansão para
amostras tratadas e controle e a redução na expansão,, em
%, em função de quatro ciclos de imersão em água e
secagem..................................................................................
42
TABELA 16
Valores médios para a eficiência do tratamento (ASE), e
ganho em massa (WPG), em %, em função de quatro ciclos
de imersão em água e secagem..............................................
42
TABELA 17
Resumo da análise de variância para as áreas sob as bandas
do acetato...............................................................................
44
TABELA 18
Dispersão dos valores médios das áreas sob as bandas do
acetato avaliadas, em função da posição de amostragem
radial.......................................................................................
45
TABELA 19
Valores médios das áreas sob as bandas do acetato, em
função do tipo de acetilação analisado...................................
45
TABELA 20
Comparação múltipla para o desdobramento da interação
com os fatores posição de amostragem radial e tempos de
acetilação de 6 horas, com e sem extração, na área sob a
banda do acetato em 1.220 cm
-1
. ...........................................
46
TABELA 21
Comparação múltipla para o desdobramento da interação
com os fatores posição de amostragem radial central e tipos
de acetilação, na área sob a banda do acetato em 1.220 cm
-1
.
47
TABELA 22
Resumo da análise de variância para as áreas sob as
bandas do acetato. em função da variação na
profundidade de amostragem.........................................
48
.
iii
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1
Esquema dos tipos de ligações que podem ocorrer nos
tratamentos de modificação química. Em 1-a1, parede
celular não tratada, em 1-a2, parede celular não tratada
expandindo devido à interação com moléculas de água; 1-b,
ligação cruzada; 1-c, substituição do grupo hidroxílico por
um composto hidrofóbico; 1-d,
bulking
; 1-e, formação de
polímero ou elevada massa adquirida na parede celular........
15
FIGURA 2
Esquema da amostragem radial dos corpos-de-prova............
29
FIGURA 3
Esquema das profundidades de amostragem no plano
transversal...............................................................................
32
FIGURA 4
Esquema da reflectância total atenuada (ATR) com
amostra...................................................................................
33
FIGURA 5
Espectro de FT-IR dos pontos médios das amostras não
tratadas e tratadas. Em que 1, referente à absorção em 1.740
cm
-1
(C=O), 2 referente a 1.367 cm
-1
(C-H) e 3 referente a
1.220 cm
-1
(C-H), do grupo acetato........................................
43
iv
LISTA DE ESQUEMAS
ESQUEMA 1
Estrutura da celulose, em destaque a unidade de
celobiose............................................................................
4
ESQUEMA 2
Estrutura parcial da lignina...............................................
6
ESQUEMA 3
Algumas unidades de açúcares que compõe as
hemiceluloses...................................................................
7
ESQUEMA 4
Degradação da lignina causada por radiação
ultravioleta........................................................................
11
ESQUEMA 5
Estrutura dos aldeídos acíclico (etanal) e cíclico
aromático (aldeído benzóico)............................................
16
ESQUEMA 6
Reação entre formaldeído e grupos hidroxílicos da
madeira, em que M = madeira. ........................................
17
ESQUEMA 7
Estrutura dos éteres simples (éter etílico), misto (metil
etil éter), acíclico (metílico) e aromático (éter fenílico)...
18
ESQUEMA 8
Reação entre epóxidos e grupos hidroxílicos da madeira,
em que M = madeira.........................................................
19
ESQUEMA 9
Reação entre anidrido acético e grupos hidroxílicos da
madeira.............................................................................
20
ESQUEMA 10
Reação entre isocianatos e grupos hidroxílicos da
madeira..............................................................................
22
ESQUEMA 11
Reação entre o gás ceteno e grupos hidroxílicos da
madeira..............................................................................
23
v
LISTA DE EQUAÇÕES
EQUAÇÃO 1
Coeficiente de expansão volumétrica (S)..........................
31
EQUAÇÃO 2
Redução da expansão ou eficiência do tratamento (ASE)
31
EQUAÇÃO 3
Ganho em massa (WPG)...................................................
31
vi
RESUMO
GOMES, Débora de Faria Ferreira.
Avaliação da estabilidade dimensional da
madeira de
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden após a acetilação.
2005. 55 p.
Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia da madeira) – Universidade
Federal de Lavras, Lavras, MG.
O tratamento a ser realizado na modificação química da madeira depende do uso
final do produto e das condições ambientais em que estarão expostas. Após o
tratamento químico, faz-se necessária uma avaliação do material para que fique
evidente a modificação química ocorrida. Esse trabalho teve como objetivo fazer
a acetilação da madeira de
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden e avaliar o
material após o tratamento Para tanto, os experimentos foram conduzidos
avaliando-se três fatores: posição de amostragem radial na tora, extração com
solvente orgânico e tempo de acetilação. Foram analisados corpos-de-prova de
dimensões 20x20x5 mm (radial:tangencial:longitudinal). Foram obtidas a
densidade básica e as contrações lineares e volumétricas. Após a caracterização
física, foi realizada extração com tolueno:acetona:metanol (4:1:1). As amostras
foram impregnadas com anidrido acético a vácuo até completa saturação e a
reação foi conduzida em banho de óleo a 120
o
C por 6 e 12 horas. Foram obtidos
os coeficientes de expansão volumétrica (S), eficiência do tratamento (ASE),
ganho em massa (WPG) e grau de estabilidade da ASE. Realizou-se também a
avaliação dos espectros de FT-IR, em seçõe
s de madei r a de 14 ì m r eti r adas em
micrótomo, retiradas a 0%, 25% e 50% no sentido longitudinal dos corpos-de-
prova a fim de obter informações sobre a penetração do reagente. Nos espectros
foram obtidas as áreas sob as bandas do acetato, em 1.740, 1.367 e 1.220 cm
-1
para análise estatística. As propriedades físicas, o ganho em massa (WPG), a
eficiência do tratamento (ASE) apresentaram padrão de distribuição crescente da
medula para a casca. Os espectros de FT-IR detectaram as bandas referentes ao
acetato nas amostras acetiladas, entretanto não houve diferença significativa a
5% de probabilidade nas áreas sob as bandas do acetato nos fatores avaliados.
Os tratamentos avaliados apresentaram estabilidade após quatro ciclos de
imersão em água e secagem em todas as posições de amostragem radial
avaliadas.
Palavras-chave
: modificação química, acetilação, redução da retratibilidade,
FT-IR, eucalipto.
______________________
Comitê Orientador: José Reinaldo Moreira da Silva – UFLA (Orientador) e
Maria Lucia Bianchi e Paulo Fernando Trugilho – UFLA (Co-orientadores).
vii
ABSTRACT
GOMES, Débora de Faria Ferreira.
Evaluation of the dimensional stability of
the wood of
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden after acetylation
. Lavras:
UFLA, 2005. 55 p. Dissertation - Master in Wood Science and Technology)
The treatment to be performed in the chemical modification of wood depends
upon both end use of the product and the environmental conditions that it will be
exposed. After chemical treatment, an evaluation of the material is necessary for
the occurred chemical modification to become evident The objective of this
work was to do the acetylation of
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden wood and
evaluate the material after treatment. So, the experiments were conducted by
evaluating three factors: position of the radial sampling in the log, extraction by
organic solvent and acetylation time. Samples of 20x20x5 mm dimensions
(radial: tangential: longitudinal) were tested. Basic density and the linear and
volumetric shrinkages were obtained. After characterization physical properties,
extraction with toluene: acetone: methanol (4:1:1) was accomplished. The
samples were impregnated under vacuum with acetic anhydride until the
complete saturation. The reaction was conducted in oil bath at 120
o
C for 6 and
12 hours. The volumetric swelling coefficient (S), efficiency of the treatment
(ASE), weight per gain (WPG) and S and ASE determined by water-soaking
method were obtained. Also the evaluation of the FT-IR spectra was assessed on
the 14
ì
m wood slices cut in the microthom at 0%, 25% and 50% in the
longitudinal direction of the samples in order to obtain information about the
acetate bands. In the spectra, the areas under the acetate bands were obtained, in
1.740, 1.367 and 1.220 cm
-1
for statistical analysis. The physical properties, the
weight per gain (WPG), and efficiency of the treatment (ASE) showed a pattern
of growing distribution from the pith to the bark. The FT-IR spectra detected
the bands related to the acetate in the acetylated samples, nevertheless, there
were no significant differences at the level of 5% of probability in the areas
under the acetate bands for the factors evaluated. The evaluated treatments
presented stability after four cycles of water-soaking and drying in all the
evaluated positions of radial sampling.
Key words
: chemical modification, acetylation, shrinkage reduction, FT-IR,
Eucalyptus
_________________________
Guidance Committee: José Reinaldo Moreira da Silva – UFLA (Adviser) and
Maria Lúcia Bianchi as and Paulo Fernando Trugilho - UFLA (Co-advisers)
1
1 INTRODUÇÃO
As desvantagens associadas ao uso da madeira estão relacionadas à
natureza hidrofílica dos constituintes existentes na parede celular. A presença de
grupos hidroxílicos resulta em mudanças nas propriedades mecânicas, físicas e
dimensionais, em função da umidade relativa e propiciam a degradação
biológica da madeira.
Com o desenvolvimento de produtos que causam melhoria das
características da madeira, tornou-se possível mudar a estrutura química dos
polímeros presentes na parede celular. Após essa modificação, a madeira pode
ser mais adequada a um determinado uso final.
A modificação química pode ser definida como uma reação química
entre uma parte reativa de um componente da madeira e um reagente químico,
com ou sem catalisador químico, para formar uma ligação covalente entre os
dois. É sabido que os grupos mais reativos da madeira são os hidroxílicos
presentes na celulose, hemiceluloses e lignina (Rowell, 1983).
O tratamento de modificação química da madeira é usado para melhorar
as características indesejáveis, tais como a retratibilidade e a degradabilidade
causada por fungos e bactérias, por luz ultravioleta ou por agentes químicos,
propiciando uma maior durabilidade e conseqüente qualidade ao material.
Há vários meios para verificar se a modificação química da madeira
ocorreu, se ela é suficiente para prolongar a vida útil da madeira e até que ponto
essa durabilidade se mantém estável.
A espectroscopia no Infravermelho com transformada de Fourier
(FT-IR) é um método seguro para se analisar a madeira modificada. A absorção
da luz infravermelha é característica de um material e depende da natureza
química dos grupos presentes. Dessa forma, os espectros obtidos contêm
2
informações sobre as moléculas envolvidas e podem, conseqüentemente, ser
usados para que se obtenha dados sobre a estrutura molecular e a composição da
madeira (Schwanninger et al., 2004).
O objetivo deste trabalho é avaliar a redução da instabilidade
dimensional da madeira de
Eucalyptus grandis
Hill. ex. Maiden, após a
modificação química por acetilação. Na avaliação da madeira acetilada foram
utilizados os parâmetros ganho em massa (WPG), eficiência do tratamento ou
redução da expansão (ASE) e grau de estabilidade da ASE. Foi avaliada também
a evidência da acetilação por meio do infravermelho com transformada de
Fourrier FT-IR.
3
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Características da madeira
A madeira é um polímero tridimensional composto basicamente de
celulose, hemiceluloses, lignina e uma menor quantidade de compostos
orgânicos e inorgânicos. Esses constituintes são responsáveis pela maioria de
suas propriedades químicas e físicas (Browing, 1963). A qualidade da madeira
pode ser definida como a combinação de características físicas, químicas,
anatômicas e estruturais da árvore ou de suas partes, que levam a um máximo de
aproveitamento e melhor utilização. Essa qualidade pode ser analisada sob
vários aspectos, existindo muitos parâmetros para caracterizá-la. Assim, a
composição do lenho, a estrutura e a organização de seus elementos constituintes
são fatores que determinam as propriedades da madeira e sua aptidão para o uso
comercial (Burger & Richter, 1991).
As variações da madeira podem ser atribuídas às variações entre
espécies, embora existam variações significativas dentro de uma mesma espécie.
Essas diferenças podem ser atribuídas ao efeito ambiental do local onde o
vegetal cresce e à localização da amostra no tronco (altura e distância da
medula) e outros. Numa árvore, a composição varia com a altura do tronco e
com a distância a partir da medula, em direção à casca. Além disso, há
diferenças significativas entre cerne e alburno e entre lenho juvenil e adulto
(Zobel & Talbert, 1984).
2.2 Composição química da madeira
2.2.1 Celulose
Dentre os vários componentes da madeira, a celulose é a matéria-prima
mais abundante. Segundo Browing (1963), a celulose é um polissacarídeo
4
formado por unidades do monossacarídeo
β
-D-glucose, unidas por ligações
glicosídicas do tipo
β
-1-4, para formar a celobiose. A celobiose é considerada a
unidade de repetição da molécula de celulose (Esquema 1).
Fonte: Koga, 1988
ESQUEMA1. Estrutura da celulose, em destaque a unidade de celobiose
As moléculas de celulose tendem a formar pontes de hidrogênio entre
unidades de glicose de uma mesma molécula, conferindo rigidez às cadeias e
entre unidades de moléculas adjacentes formando a fibra vegetal. Os grupos
hidroxílicos da celulose são polares, podendo assim ligarem-se a outras
moléculas polares, como outros radicais hidroxílicos ou a própria molécula de
água (Stamm, 1964).
Várias moléculas de celulose unidas por pontes de hidrogênio formam as
micelas. Elas possuem zona cristalina e zona amorfa. Na zona cristalina as
moléculas de celulose se ligam de forma ordenada, com arranjo paralelo e
espaçamento uniforme. Já na zona amorfa este arranjo não é verificado. As
ligações por pontes de hidrogênio na zona cristalina das micelas são muito
fortes, diminuindo drasticamente os grupos OH livres disponíveis para
interagirem com a água. Na zona amorfa das micelas, bem como na superfície
n
5
das mesmas, existem mais grupos OH livres. Além da afinidade química entre a
água e a celulose, a grande área de acessibilidade desta substância contribui para
explicar a higroscopicidade da madeira (Kogga, 1988).
2.2.2 Lignina
Depois da celulose, a lignina é a substância orgânica polimérica mais
abundante nas plantas. Sua estrutura é bastante heterogênea e consiste numa rede
de anéis aromáticos unidos, principalmente, por ligações alquil-aril-éter (ligação
β
-O-4) arilpropano, bifenila e outras. Essas ligações formam uma estrutura
amorfa, bastante resistente à clivagem por muitos agentes (Browing, 1963).
Assim, diferentemente da celulose e de outros polímeros naturais, a lignina
apresenta uma estrutura macromolecular em que as unidades monoméricas não
se repetem de forma regular e se encontram entrelaçadas por diferentes tipos de
ligações (Esquema 2).
6
Fonte: Browing, 1963
ESQUEMA 2. Estrutura parcial da lignina.
2.2.3 Hemiceluloses
As hemiceluloses diferem da celulose, por serem compostas por várias
unidades de diferentes açúcares, formando cadeias moleculares curtas e bastante
ramificadas. As hemiceluloses são totalmente amorfas e, portanto, menos
resistentes por ataque de agentes químicos (Browing, 1963). Trata-se de uma
CH
2
O
H
H
2
COH
á
-
O
-
4
â
-
O
-
4
HOCH
2
O
H
3
CO
CH
2
CH
H
2
COH
O
CH
CH
O
OCH
3
COH
HC
H
OH
CH
3
O
OCH
3
HC = O
O
O
OCH
3
OCH
3
O
OCH
3
CH
3
O
OH
HOCH
2
HC
HC
HC
HOCH
2
HC
HC
HOCH
2
HC
HC
4
-
O
-
5
â
-
5
â
-
â
5
-
5´
â
-
1
7
mistura de polissacarídeos de baixa massa molecular, associados à celulose e à
lignina. Algumas unidades de açúcares que formam as hemiceluloses estão
apresentadas no Esquema 3.
Fonte: Browing, 1963
ESQUEMA 3. Algumas unidades de açúcares que compõem as hemiceluloses
2.2.4 Constituintes menores
Os constituintes menores incluem compostos orgânicos e inorgânicos.
Sua quantidade e composição dependem de diversos fatores como espécie, idade
da planta e região de ocorrência. Os orgânicos pertencem a diferentes classes de
compostos como ácidos graxos, ésteres, álcoois, esteróides e outros (Fengel &
Wegener, 1991). Esses compostos são responsáveis por diversas características
das plantas, tais como cor, cheiro, sabor, resistência ao apodrecimento e outros.
Os compostos orgânicos solúveis, em solventes orgânicos ou em água, ou
volatilizados a vapor são normalmente denominados extraíveis (Hillis, 1972).
Os compostos inorgânicos, chamados de cinzas, estão presentes em
quantidades que variam de 1% a 10% na constituição da madeira. São
constituídos, principalmente, de sulfatos, oxalatos, carbonatos e silicatos de
cálcio, potássio e magnésio, além de outros sais em quantidades menores
(Fengel & Wegener, 1989).
8
2.3 Características indesejáveis da madeira
Os tecidos das madeiras são constituídos de muitos componentes
químicos, os quais estão distribuídos de maneira desigual, como resultado da
estrutura anatômica e que estão presentes numa mistura física bastante
complexa. Conseqüentemente, a composição química da madeira afeta
significativamente a qualidade de seus produtos (Hillis, 1972). Apesar de ser um
material largamente utilizado pelo homem, a madeira apresenta algumas
desvantagens como retratibilidade, degradação biológica, degradação por
radiação ultravioleta e ataque por agentes químicos.
2.3.1 Retratibilidade
A madeira é um material higroscópico capaz de absorver e perder água
para a atmosfera causando mudanças dimensionais conhecidas como
retratibilidade. Essa variação é diferente para cada sentido longitudinal, radial e
tangencial, caracterizando-a como um material anisotrópico (Tsoumis, 1969).
O aumento de volume ocorre quando se tem a inclusão de moléculas de
água nos espaços submicroscópicos localizados entre as micelas, tendo como
conseqüência o afastamento das mesmas. Para que haja a redução do volume
deve ocorrer a saída de moléculas de água dos espaços mencionados, ocorrendo
a aproximação das micelas (Skaar, 1988).
A variação da retratibilidade verificada nas três direções anatômicas
tangencial, radial e longitudinal é de 16 a 20 : 10 : 1, respectivamente. A origem
da diferença entre as direções longitudinais e transversais está relacionada às
microfibrilas da parede celular. A parede celular é dividida em duas camadas:
primária e secundária. A secundária é dividida nas camadas S
1
, S
2
e S
3
, nas quais
as microfibrilas apresentam diferentes ângulos em relação ao eixo longitudinal
da célula. O ângulo formado pelas microfibrilas da camada S
2
e o eixo
longitudinal são menores que 30
o
e, em S
1
e S
3
,
próximos a 90
o
. Como a camada
9
S
2
é mais espessa (5 a 100 vezes) que as demais, há predominância desta camada
em relação à contração (Panshin & De Zeeuw, 1970).
Segundo Durlo & Marchiori (1992) a diferença na retratibilidade
existente entre as direções transversais baseia-se nas seguintes teorias:
a) Teoria da restrição oferecida pelos raios
• os tecidos radiais est
ão dispostos
horizontalmente e contraem menos na direção do comprimento dos raios que os
tecidos longitudinais. Isso se deve à menor contração das células na direção de
seu comprimento, já que as microfibrilas de celulose encontram-se orientadas
nesta direção.
b
) Teoria da interação entre lenho outonal e primaveril
• o l enho tar di o,
com
células de paredes mais espessas, apresenta maior retratibilidade que o lenho
inicial. Como o sentido radial possui menos lenho tardio por unidade de
comprimento, essa direção apresenta menor retratibilidade que o tangencial.
c) Modificações nos alinhamentos das microfibrilas
• a di r eç
ão radial
apresenta maior ângulo microfibrilar, favorecendo a retratibilidade na direção
tangencial.
Na Tabela 1 encontram-se os valores médios da retratibilidade da
madeira de
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden, aos 24 anos de idade, em
diferentes regiões transversais. Observa-se uma tendência crescente das
contrações na direção medula-casca (Silva, 2002).
10
TABELA 1. Valores médios para as características ligadas à retratibilidade em
clones de
Eucalyptus grandis
Hill ex. Maiden, em função da
região medula-casca.
Posições radiais
Propriedade física
Central
Intermediária
Externa
Radial total (%)
4,8
6,1
6,7
Tangencial total (%)
9,4
11,0
10,6
Volumétrica total (%)
13,5
15,8
16,5
Coeficiente de anisotropia
2,00
1,84
1,62
Densidade (g/cm
3
)
0,38
0,43
0,51
Fonte: Silva, 2002
Central = próximo à medula
Intermediária = intermediária entre casca e medula
Externa = próximo à casca
Ainda analisando a Tabela 1, nota-se que existe uma relação direta entre
a densidade e as contrações. O lenho juvenil, localizado próximo à medula, é
formado de células que se diferenciaram antes que atingissem tamanhos
característicos da espécie. Elas apresentam menor comprimento, menor
espessura na parede celular da fibra e maior lume. Assim, nessa posição, tem-se
uma menor presença de massa lenhosa que pode interagir com a água,
resultando em menor retratibilidade (Tsoumis, 1991).
2.3.2 Degradação biológica
De acordo com Rowell (1990), a madeira é degradada biologicamente
porque os organismos reconhecem os carboidratos presentes na parede celular e
têm um sistema enzimático muito específico capaz de hidrolisá-los e digerir suas
unidades.
Os principais responsáveis pela biodegradação da madeira são os
Basidiomicetos
. Estes são usualmente classificados como fungos da podridão
11
parda ou branca. Os fungos que causam a podridão parda degradam primeiro a
celulose, deixando a madeira com uma coloração marrom atribuída à
predominância de lignina. Já os que causam a podridão branca atacam a celulose
e a lignina, podendo causar enormes defeitos (Preston & Jin, 1991).
2.3.3 Degradação por radiação ultravioleta
Quando exposta à radiação ultravioleta, a lignina é o principal
componente da madeira a sofrer degradação. Isso se deve à presença de
estruturas aromáticas que absorvem os fótons da luz ultravioleta (Esquema 4). A
absorção dessa energia causa quebra das ligações, degradando a lignina e
causando separação das fibras. Assim, a integridade estrutural da madeira é
perdida (Hill et al., 2001).
Fonte: Hill et al., 2001
ESQUEMA 4. Degradação da lignina causada por radiação ultravioleta
hõ
C
O
O
C
H
3
O
H
C
O
O
C
H
3
O
O
2
O
O
C
O
+
outros
CH
3
OH
+
12
2.4 Melhoria de algumas características indesejáveis por meio da
modificação química da madeira
As degradações da madeira ocorrem nos constituintes químicos
presentes na parede celular. Seria possível reduzir tais degradações por meio da
modificação química desses polímeros.
2.4.1 Redução da degradação biológica
Os grupos hidroxílicos são os locais biológico-enzimáticos da reação de
degradação biológica. Se estes grupos forem substituídos por grupos menos
reativos, torna-se possível melhorar a resistência biológica da madeira (Matsuda,
1996; Takahashi, 1996).
2.4.2 Redução da retratibilidade
Por meio da modificação química, pode-se reduzir a tendência da
madeira em sofrer variações dimensionais com as alterações de umidade. Isso se
deve ao fato que as hidroxilas estariam ligadas a outros componentes, não
estando assim disponíveis para interação com a água (Rowell, 1983).
De acordo com Rowell (1983) e Norimoto (1996), a quantidade de água
adsorvida pela madeira modificada é inversamente proporcional à quantidade de
grupos hidroxílicos bloqueados. No processo de modificação química, o
aumento na massa seca de madeira após o tratamento é:
• proporcional ao volume de composto químico adicionado;
• próximo à massa verde do material antes do tratamento.
2.5 Requisitos para a reação de modificação química da madeira
A penetração do reagente e as condições da reação devem ser
consideradas para que ocorra a modificação química eficiente da madeira
(Rowell, 1983).
13
2.5.1 Penetração
A capacidade de penetração e reação varia de acordo com o reagente
utilizado, podendo ser necessário acrescentar um catalisador químico ou
solvente à reação (Rowell, 1983).
De acordo com Homan & Bongers (2004), a penetração do reagente na
madeira apresenta três etapas.
1) penetração do reagente na cavidade celular. Essa etapa varia de acordo com a
estrutura da célula de cada espécie;
2) o reagente sai da cavidade e passa para a parede celular. O tamanho das
moléculas que podem passar varia em função da dimensão da cavidade celular;
3) as moléculas se ligam aos constituintes químicos da parede. Nessa etapa, o
tamanho e a natureza das moléculas são fatores fundamentais para que ocorra a
ligação.
Hill et al. (2004) trataram o lenho inicial de
Pinus nigra
com anidrido
acético e observaram a permeabilidade da madeira antes e após o tratamento.
Foi observada uma redução na permeabilidade da parede celular com o aumento
do nível de substituição dos grupos hidroxílicos. Entretanto, essa redução não
foi significativa e permitiu que outras substituições ocorressem.
2.5.2 Condições das reações
As condições para as reações devem ser suaves e suficientes para que as
características da madeira sejam mantidas (Rowell, 2001). A temperatura
requerida para a reação não deve ultrapassar 120
o
C para evitar degradação nos
constituintes da madeira (Rowell, 1983).
A madeira a ser tratada deve conter umidade abaixo de 5%. Isso se deve
ao fato de o grupo hidroxílico da água ser mais reativo que o grupo hidroxílico
disponível na madeira, fazendo com que a hidrólise seja mais rápida que a
substituição durante a reação. Isto é, o reagente reagirá com as hidroxilas da
14
água ao invés das hidroxilas presentes nos constituintes da parede celular
(Rowell, 1990).
2.6 Tratamentos de modificação química
Na Figura 1 estão esquematizados os tipos de ligações que ocorrem
entre os grupos hidroxílicos e o reagente, para os tratamentos de modificação
química da madeira. Na Figura 1-a1 estão esquematizados a microfibrila e o
grupo hidroxílico de uma amostra sem tratamento; em 1-a2, percebe-se o
afastamento das micelas devido à inclusão de moléculas de água. A Figura 1-b
esquematiza a ligação cruzada em que os grupos hidroxílicos das microfibrilas
estão interligados, indisponibilizando esses sítios para se ligarem à molécula de
água. Nesse caso, não ocorre afastamento das microfibrilas. Na Figura 1-c
ocorre a substituição de grupos hidroxílicos por grupos hidrofóbicos, como o
acetato. Nesse caso, tem-se o afastamento das mesmas na mesma proporção que
ocorre quando se tem a entrada de água na amostra não tratada (Figura 1-a2). Na
Figura 1-d, ocorre o
bulking
, com a entrada de um composto químico nas
cavidades. Esse composto causa um maior afastamento das microfibrilas do que
as observadas na Figura 1-a2. Na Figura 1-e, tem-se a formação de um polímero,
no caso de epóxidos, ou altos ganhos em massa, no caso de isocianatos, que
podem causar o rompimento das microfibrilas.
15
Fonte: Adaptação de Norimoto (1996).
FIGURA 1. Esquema dos tipos de ligações que podem ocorrer nos tratamentos
de modificação química. Em 1-a1, parede celular não tratada, em
1-a2, parede celular não tratada expandindo devido à interação com
moléculas de água; 1-b, ligação cruzada; 1-c, substituição do grupo
hidroxílico por um composto hidrofóbico; 1-d,
bulking
; 1-e,
formação de polímero ou elevada massa adquirida na parede
celular.
2.6.1 Tratamentos que utilizam o grupo aldeído
Os aldeídos são largamente encontrados na natureza, aparecendo em
fragrâncias, corantes, hormônios e açúcares. São compostos extremamente úteis
em síntese orgânica, uma vez que podem ser transformados nas mais variadas
classes de compostos (Barbosa, 1998). De acordo com Aichinger (1980) o grupo
1-a1
1-a2
1-b
1-c
1-d
1-e
16
carbonila dos aldeídos é primário, ou seja, o oxigênio está sempre ligado a um
carbono primário. Os aldeídos podem ser classificados em acíclicos e cíclicos
(Esquema 5):
Fonte: Aichinger, 1980
ESQUEMA 5. Estrutura dos aldeídos acíclico (etanal) e cíclico aromático
(aldeído benzóico).
O formaldeído, também conhecido como metanal ou aldeído fórmico, é
solúvel em água e álcool etílico (Aichinger, 1980).
A reação entre os grupos hidroxílicos da madeira e o formaldeído ocorre
com dois grupos hidroxílicos, chamada de ligação cruzada (Esquema 6).
Segundo Rowell (1990), uma molécula de formaldeído reage com um grupo
hidroxílico da lignina, celulose ou hemiceluloses, formando um hemiacetal. Esse
hemiacetal é muito instável e reativo, e forma uma ligação cruzada com outro
grupo hidroxílico da madeira para formar um acetal.
C
O
H
C
H
3
C
O
H
e
t
a
n
a
l
a
l
d
e
í
d
o
b
e
n
z
ó
i
c
o
(
c
í
c
l
i
c
o
a
r
o
m
á
t
i
c
o
)
17
Fonte: Rowell, 1983
ESQUEMA 6. Reação entre formaldeído e grupos hidroxílicos da madeira, em
que M = madeira.
De acordo com Rowell (1983), na ligação cruzada, os grupos funcionais,
podem ser combinados para formar ligações cruzadas a partir de hidroxilas
favoravelmente posicionadas. Os dois grupos hidroxílicos podem ser naturais de:
• hidroxilas de diferentes açúcares;
• hidroxilas entre duas cadeias de diferentes celuloses;
• hidroxilas de diferentes ligninas;
• interações entre hidroxilas de celuloses, hemiceluloses e lignina.
A possibilidade de formação de crossslinking é grande e teoricamente
todas são possíveis.
As propriedades mecânicas da madeira tratada com formaldeído são
reduzidas. A perda da resistência é diretamente proporcional à redução na
expansão ou eficiência do tratamento (ASE). Assim, para uma redução na
expansão (ASE) de 60%, tem-se uma perda equivalente de 60% na resistência
(Tarkow & Stamm, 1953).
2.6.2 Tratamentos que geram éteres
Os éteres são compostos que apresentam um átomo de oxigênio ligado a
dois átomos de carbono (Esquema 7). São excelentes solventes para usos em
O
H
+
H
C
H
O
O
C
H
H
O
H
O
C
H
H
O
h
e
m
i
a
c
e
t
a
l
a
c
e
t
a
l
M
M
M
18
extrações, possuem ponto de ebulição relativamente baixo, são imiscíveis em
água e pouco reativos (Allinger, 1978).
Fonte: Allinger, 1978
ESQUEMA 7. Estrutura dos éteres simples (éter etílico), misto (metil etil éter),
acíclico (éter metílico) e aromático (éter fenílico)
Na eterificação da madeira ocorre a formação de ligações éter entre o
reagente e os constituintes da madeira (Norimoto & Gril, 1993).
Os éteres que contiverem anéis de três membros são chamados de
epóxidos, dos quais o mais simples é o óxido de etileno. Esse composto pode ser
utilizado para promover a modificação química da madeira por meio da
eterificação. A reação entre epóxidos e os grupos hidroxílicos da madeira pode
ser catalisada por ácidos ou bases (Esquema 8).
C
H
3
C
H
2
O
C
H
2
C
H
3
é
t
e
r
e
t
í
l
i
c
o
(
s
i
m
p
l
e
s
)
O
C
H
2
C
H
3
C
H
3
m
e
t
i
l
e
t
i
l
é
t
e
r
(
m
i
s
t
o
)
O
C
H
3
C
H
3
O
é
t
e
r
m
e
t
í
l
i
c
o
(
a
c
í
c
l
i
c
o
)
é
t
e
r
f
e
n
í
l
i
c
o
(
a
r
o
m
á
t
i
c
o
)
19
Fonte: Rowell, 1983
ESQUEMA 8. Reação entre epóxidos e grupos hidroxílicos da madeira, em que
M = madeira.
Segundo Rowell (1983), após a reação inicial com o grupo hidroxílico
da parede da célula, começa a formação do polímero. A formação desse
polímero pode causar ruptura da parede devido à alta massa adquirida. Para
valores de ganho em massa (WPG) acima de 30%, a eficiência do tratamento
(ASE) começa a ser reduzida. Essa redução ocorre devido ao rompimento da
parede celular, aumentando a absorção e fazendo com que o volume seco da
madeira tratada seja maior que o volume verde da madeira não tratada.
2.6.3 Tratamentos geram ésteres
Na esterificação da madeira ocorre a formação de ligações éster entre o
reagente e os constituintes da madeira (Norimoto & Gril, 1993). Dentre os
reagentes mais aplicados, encontram-se os anidridos.
Os ésteres são produtos de reações de entre ácidos carboxílicos e
álcoois. A reação de esterificação ocorre entre o OH do ácido carboxílico e o H
da hidroxila do álcool (Allinger, 1978).
Um dos métodos mais promissores de modificação química é a
esterificação da madeira. Neste, o mais estudado é a acetilação com anidrido
acético sem a presença de catalisador químico (Homan & Bongers, 2004). Os
anidridos de ácidos são compostos que não formam pontes de hidrogênio
(Allinger , 1978).
M
M
O
H
+
R
C
O
C
H
2
O
C
H
2
C
O
H
H
R
H
20
Na reação com anidrido acético, os grupos hidroxílicos presentes nos
constituintes da parede celular são convertidos a grupos acetato que apresentam
característica hidrofóbica. Essa substituição de grupos hidroxílicos por grupos
acetato faz com que a madeira esteja em permanente estado de expansão
(Homan et al., 2000 e Stamm, 1964 ).
Segundo Rowell (1983) trata-se de uma reação simples na qual o
anidrido acético reage com os grupos hidroxílicos da madeira, gerando como
subproduto o ácido acético (Esquema 9).
Fonte: Rowell, 1983
ESQUEMA 9. Reação entre anidrido acético e grupos hidroxílicos da madeira,
em que M = madeira.
De acordo com Rowell (1995), o grupo acetato incorporado à parede
celular é capaz de igualar o volume seco após a reação ao seu estado verde antes
da reação. Nesse tratamento não ocorre polimerização.
Conforme descrito por Brelid (2002), diferentes métodos têm sido
estudados para remover os resíduos químicos após a reação completa de
acetilação. A forma como esses resíduos serão removidos influencia no teor de
grupos acetato e evita o desperdício de reagentes. Se, após a reação, o material
for saturado em água e seco a 90
o
C ocorre uma redução dos grupos acetato em
relação a apenas secar a essa mesma temperatura. Isso se deve à ocorrência de
hidrólise das ligações éster em condições ácidas.
O
H
+
C
H
3
C
O
O
C
O
C
H
3
O
C
O
C
H
3
+
C
H
3
C
O
O
H
M
M
21
Segundo Rowell (1983), para ganhos em massa (WPG) de 20% a 25%
tem-se uma redução da expansão (ASE) de 70%. A madeira acetilada é mais
densa que a não tratada e ocorrem alterações na cor e no brilho do material. Essa
variação na cor depende das condições da reação e dos catalisadores.
A acetilação da madeira diminui a degradação fotoquímica.
Comparando madeiras tratadas e não tratadas, Ohkoshi (2002) verificou que a
degradação da lignina é reduzida após a acetilação. O autor destaca ainda que,
como existe uma alta correlação entre a degradação da lignina e a alteração da
cor na madeira, a madeira quimicamente modificada apresenta uma maior
estabilidade em sua coloração. O mesmo resultado foi encontrado por Chang &
Chang (2001), quando painéis de madeira esterificados apresentaram redução na
degradação da lignina.
Ganhos em massa (WPG) de 20% causam “bulking” na parede celular
da madeira, principalmente na camada S
3
da parede secundária e uma redução
nas dimensões do lume (Evans et al., 2000).
2.6.4. Tratamentos que utilizam isocianatos
Os isocianatos apresentam um átomo de carbono que é parte de um
grupo imino e de um grupo carbonila. São compostos que reagem rapidamente
com a água (Allinger, 1978).
A reação entre os grupos hidroxílicos da madeira e os isocianatos,
encontra-se descrita no Esquema 10.
22
Fonte: Rowell, 1983
ESQUEMA 10. Reação entre isocianatos e grupos hidroxílicos da madeira, em
que M = madeira.
Para o gênero
Pinus
, os valores máximos obtidos para uma redução da
expansão (ASE) em 60% foram encontrados para ganho em massa (WPG) de
25% a 30%. Acima desses valores, a ASE decresce, pelo devido aos altos níveis
de compostos químicos na parede celular causarem rachaduras, aumentando a
absorção de água e causando a expansão (Rowell, 1983).
2.7 Modificação química em escala industrial
Do ponto de vista da aplicação industrial desses reagentes na madeira, a
toxicidade e a corrosividade são os fatores mais importantes na seleção de um
produto químico. O produto final da reação não pode ser tóxico nem
carcinogênico. Isso pode ser um fator de complicação, pois a maioria das
substâncias, ao reagir com os grupos hidroxílicos da madeira, forma polímeros
tóxicos. Nos experimentos em laboratórios o alto custo dos reagentes não é um
fator restritivo, mas, para um processo de maior escala, isso pode inviabilizar
sua implantação (Rowell, 1983).
Simonson & Rowell (2000) desenvolveram uma planta piloto, a fim de
produzir fibras acetiladas em escala industrial, utilizando gás ceteno. Esse gás
não forma ácido acético como subproduto (Esquema 11):
O
H
+
R
N
C
O
O
C
O
N
H
R
M
M
23
Fonte: Rowell, 1983
ESQUEMA 11. Reação entre gás ceteno e grupos hidroxílicos da madeira, em
que M = madeira
Entretanto, em 1996, esse mesmo autor afirma que, na reação de
acetilação com o gás ceteno, se obtém valor muito baixo de ganho em massa. A
umidade de equilíbrio higroscópico do material é reduzida, já que ocorre a
substituição dos grupos hidroxílicos por grupos acetato, sendo a maior redução
obtida em torno de 20% de ganho em massa (WPG). Extrapolando esses dados,
Rowell (1996a) afirma que, para que não houvesse variação de umidade na
madeira, seriam necessários 30% de ganho em massa (WPG).
2.8 Evidência da reação química
Segundo Rowell (1983), três critérios têm sido usados para evidenciar a
reação química que ocorre entre a parede celular e os reagentes utilizados na
modificação química.
2.8.1 Mudança no volume como conseqüência da reação
De acordo com dados apresentados por Rowell (1990), a madeira
Southern Pine
apresenta alterações de volume em torno de 10%. Após acetilada
com anidrido acético, seu volume seco é próximo ao volume verde antes do
tratamento (Tabela 2). Embora essa forte evidência do composto químico ter
sido adicionada à parede celular, esses resultados não confirmam a ligação
química entre o composto e a parede.
O
H
+
C
H
2
C
O
O
C
O
C
H
3
M
M
24
TABELA 2. Variações no volume de
Southern Pine
após a reação com anidrido
acético.
Madeira não acetilada
Madeira acetilada
Vv
Vs
ÄV
1
(%)
Vs
Vv
Vs
−
WPG
Vs’
ÄV
2
(%)
'
'
Vs
Vs
Vs
−
ÄV
3
(%)
Vv
Vs
Vv
'
−
38,2
34,6
-9,6
13,9
37,7
9,0
-1,3
39,2
35,2
-10,2
17,5
38,2
8,5
-2,5
39,5
35,6
-9,9
19,5
39,2
10,1
-0,7
38,5
34,9
-10,1
22,8
38,8
11,2
0,8
Fonte: Rowell (1990)
Vv = volume verde antes da acetilação (g/cm
3
)
Vs = volume seco antes da acetilação (g/cm
3
)
Vs’ = volume seco após a acetilação (g/cm
3
)
ÄV
1
=
umidade presente na madeira antes da acetilação (%)
ÄV
2
= aumento no volume seco da madeira devido à inclusão de grupos acetato
(%)
ÄV
3
= relação entre volume verde antes da acetilação e seco após a acetilação
(%)
2.8.2 Permanência do grupo reagente após a reação
O tratamento de acetilação proporciona fixação dos grupos acetato de
forma que esses não sejam lixiviados em condições ambientais normais.
Entretanto, as ligações éster, responsáveis pela ligação dos grupos acetato com a
madeira, são hidrolisadas quando a madeira tratada é submetida a ciclos de
imersão em água e secagem causando lixiviação dos grupos acetato (Hill &
Mallon, 1999; Stamm, 1964).
Segundo Rowell (1983), para se avaliar o grau de fixação dos grupos
acetato, a madeira é submetida a ciclos de imersão/secagem e seus valores de
eficiência do tratamento (ASE) obtidos ao final de cada ciclo conforme
apresentado na Tabela 3. Conforme os dados apresentados, percebe-se que os
valores de redução da expansão apresentaram pouca variação. Essa pouca
25
variação evidencia que os grupos acetatos mantiveram sua ligação com os
grupos hidroxílicos da madeira após 4 ciclos de imersão/secagem.
TABELA 3. Coeficiente de expansão volumétrica (S) e redução da expansão
(ASE) determinada pelo método de imersão/secagem.
1
o
ciclo
2
o
ciclo
3
o
ciclo
4
o
ciclo
WPG
S
ASE
S
ASE
S
ASE
S
ASE
...
13,8
...
13,3
...
13,6
...
13,3
...
16,3
5,1
63,0
5,1
61,7
5,3
61,0
5,3
60,2
22,5
4,1
70,3
3,8
71,4
4,0
70,6
4,1
69,2
Fonte: Rowell (1983)
WPG
= Ganho em massa.
Amostra que não apresenta valor para ganho em massa (WPG) nem para
eficiência do tratamento (ASE) não foi tratada
Minato et al. (2003) destacam que o fator que mais contribui para a
manutenção dos valores de ASE no teste de ciclos de imersão em água e
secagem, é o “bulking”. Isso ocorre porque ele diminui a higroscopicidade,
reduzindo a retratibilidade.
2.8.3 Evidência por meio de espectroscopia na região do infravermelho
De acordo com Cotrim et al. (1999), a espectroscopia no infravermelho
tem sido amplamente utilizada na caracterização de madeiras. Várias pesquisas
foram feitas para identificar espécies por meio da determinação de seus
componentes utilizando os espectros de infravermelho com transformada de
Fourrier (FT-IR). Trata-se de uma técnica analítica não destrutiva e segura para
se usar em madeiras.
O conjunto das absorbâncias nos vários comprimentos de onda para um
composto é chamado de espectro de absorção e varia de composto para
26
composto. Uma vez que diferentes substâncias têm diferentes padrões de
absorção, a espectrofotometria permite identificar substâncias com base no seu
espectro e quantificá-las, uma vez que a quantidade de luz absorvida está
relacionada com sua concentração. Assim, uma substância alterada
quimicamente pode passar a apresentar um espectro de absorção diferente
(Skoog et al., 2002).
A evidência de que houve reação entre os compostos químicos e os
grupos hidroxílicos da madeira pode ser vista pela comparação dos espectros da
madeira acetilada e não acetilada. Na esterificação da madeira com anidrido
acético verifica-se um aumento na intensidade nas bandas referentes ao grupo
acetato e uma redução na intensidade da banda referente ao grupo hidroxila.
Essas variações comprovam a reação do anidrido acético com os constituintes da
parede celular. Na Tabela 4 encontram-se algumas das bandas de absorção e
seus respectivos grupos para a madeira acetilada e não acetilada.
TABELA 4. Bandas de absorção de FT-IR da madeira não acetilada e acetilada.
Número de onda (cm-
1
)
Não acetilada
Acetilada
Grupo
1.050-1.085
1.050-1.085
Alcoólico C-O
...
1.220-1.240
C-H do acetato
1.310
1.310
CH
2
da hemiceluloses e da celulose
...
1.360-1.380
C-H do acetato
1.390
1.390
C-H da celulose e da hemiceluloses
1.460
1.460
CH
2
da celulose
...
1.740-1.750
C=O do acetato
3.200-3.600
3.200-3.600
Hidroxílico (OH)
Fonte: Adaptação de Khalil et al. (2001) e Adebajo & Frost (2004)
27
Chauhan et al. (2001) obtiveram espectros de FT-IR de madeira
acetilada de
Hevea brasilienses.
Foram observados aumento de absorção em
1.740 e 1.220 cm
-1
e redução na banda entre 3000 e 3600 cm
-1
. Segundo o autor,
esses dados evidenciam a reação química entre o anidrido acético e os grupos
hidroxílicos presentes na parede celular.
Adebajo & Frost (2004) obtiveram espectros de FT-IR de algodão
acetilado com anidrido acético e catalisado com 4-dimetilaminopiridina
(DMAP). Os autores detectaram uma redução na banda em 3337 cm
-1
referente
ao grupo hidroxílico nas amostras acetiladas em relação às não acetiladas.
Também foram detectados os acréscimos nas bandas dos grupos referentes ao
acetato em 1.742, 1.368 e 1.234 cm
-1
.
Outro trabalho em que a acetilação foi avaliada por FT-IR foi
desenvolvido por Khalil et al. (2001), no qual foi feita a reação entre anidrido
acético e fibras de diversas origens. Também foi observado um aumento na
absorção em 1.750, 1.375 e 1.220 cm
-1
referentes ao grupo acetato. A região em
3.400 cm
-1
referente aos grupos hidroxílicos, foi maior para as amostras não
acetiladas.
Indrayan et al (2000) acetilaram
Pinus merkusii
Jungh et de Vriese
,
Anthocephalus sinensis
Lamk A. Rich ex Walp
e Pinus Taeda.
Foi possível
observar um acréscimo das absorções bandas em 1.730, 1.380 e 1.240 cm
-1
referentes ao grupo acetato.
Hill et al. (2001) expuseram
Pinus sylvestris
acetilado e não acetilado à
luz ultravioleta e observaram um aumento na região do infravermelho em
1.735 cm
-1
e uma redução em 1.510 e 1.270 cm
-1
. Essa redução foi causada pela
perda de lignina nas amostras expostas à luz UV.
28
3 MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Material
Neste trabalho utilizou-se uma árvore proveniente de um plantio
experimental estabelecido em 1979, que se localizava no Campus da
Universidade Federal de Lavras. A madeira utilizada foi de
Eucalyptus grandis
Hill ex Maiden. A altura comercial da árvore era 22 metros e o diâmetro a
1,30 m de altura era 23 cm.
A cidade de Lavras localiza-se no sul do estado de Minas Gerais, a
900 metros de altitude. A latitude é de 21
o
14’ S e a longitude 45
o
00’ W.
Apresenta clima do tipo Cwa segundo a classificação de Koppen. A temperatura
média anual é de 19,4
o
C, sendo a média máxima de 26,1
o
C e a média da mínima
de 14,8
o
C. A precipitação média anual é de 1.529,7 mm (Brasil, 1992). A
umidade de equilíbrio higroscópico em 2002 obtida pelo método Hailwood e
Hardin de 13,79%.
3.2 Amostragem
Da árvore foi retirado um torete de 40 centímetros a 1,30 m de altura
(DAP). Do torete foram retirados os corpos-de-prova em 3 posições de
amostragem radial: na região próxima à medula (Central-C), a 50%
(Intermediária-I) e a 100% (Externa-E) do raio (Figura 2) no Laboratório de
Usinagem da Madeira da UFLA Foram retirados 16 corpos-de-prova em cada
posição radial, sendo quatro corpos utilizados para cada tratamento. A dimensão
de cada amostra foi de 20x20x5 mm.
29
Fonte: Pesquisa de campo
FIGURA 2: Esquema da amostragem radial dos corpos-de-prova.
3.3 Obtenção das massas, volumes e dimensões lineares das amostras
Das amostras foram obtidas as massas, em balança de sensibilidade de
0,0001g e as dimensões lineares radiais e tangenciais mediante o uso do
micrômetro. O volume foi obtido pelo método da massa deslocada por imersão
no mercúrio. Essas medidas foram realizadas primeiramente nas amostras
saturadas em água e depois nas amostras secas em estufa a 103
±
2
o
C, até massa
constante.
3.4 Pré–tratamento
Foi feita a acetilação utilizando amostras com extrativos e amostras
livres de extrativos. Na remoção dos extrativos em soxlet, utilizou-se uma
mistura de tolueno:acetona:metanol (4:1:1), por 5 horas de extração.
3.5 Acetilação
A acetilação com anidrido acético envolveu duas etapas: impregnação e
reação, que serão descritas isoladamente a seguir.
E I C
100% 50% 0%
.
30
3.5.1 Impregnação da madeira com anidrido acético
Antes da impregnação da madeira com o anidrido acético, as amostras
foram secas em estufa a vácuo a 40
o
C até que adquirissem massa constante.
Posteriormente, foram mergulhadas em anidrido acético em um béquer. O
conjunto foi inserido em um recipiente, ao qual foi aplicado vácuo até que as
amostras estivessem completamente saturadas. A saturação dos corpos-de-prova
foi verificada quando estes submergiam no fundo do béquer contendo o anidrido
acético.
3.5.2 Reação da madeira com anidrido acético
O béquer contendo a amostra já saturada e submersa em anidrido acético
foi colocado em banho de óleo mineral a temperaturas de 120
o
C por 6 ou 12
horas. Após a reação, foi realizada nova extração com tolueno:acetona:metanol
(4:1:1) por 5 horas, para que se retirassem resíduos de anidrido acético e de
ácido acético formado durante a reação. O material foi então lavado com acetona
e, em seguida, retornou para a estufa a 103
±
2
o
C, até massa constante. Os novos
valores da massa, dimensões e volume para a madeira acetilada foram obtidos de
acordo com o procedimento descrito anteriormente.
3.6. Avaliação da madeira após a acetilação
Os valores de expansão volumétrica (S), redução da expansão ou
resultado da eficiência do tratamento (ASE) e ganho em massa (WPG) foram
obtidos conforme equações citadas por Stamm (1964), nas Equações 1 e 2 e
pelos autores Mallon & Hill (2002) e Khalil et al. (2001), na Equação 3:
31
100
1
1
2
x
V
V
V
S
−
=
(Equação 1 )
Em que:
S = Coeficiente de expansão volumétrica (%).
V1 = Volume de madeira seca.
V2 = Volume de madeira úmida.
100
1
1
2
x
S
S
S
ASE
−
=
(Equação 2 )
Em que:
ASE = Redução da expansão ou eficiência do tratamento (%).
S1 = Expansão volumétrica da madeira não tratada.
S2 = Expansão volumétrica da madeira tratada.
100
(%)
x
MnT
MnT
MT
WPG
−
=
(Equação 3 )
Em que:
WPG = ganho em massa (%).
MT = massa seca tratada
MnT = massa seca não tratada.
Para o grau de estabilidade da ASE, foram realizados quatro ciclos de
imersão em água e secagem. Em cada ciclo, foram obtidos o coeficiente de
32
expansão volumétrica (S) para amostras acetiladas e controle, a eficiência do
tipo de acetilação (ASE) e o ganho em massa (WPG) para amostras acetiladas.
3.7 Avaliação da acetilação pelo espectro de FT-IR das amostras
3.7.1 Preparo das amostras
Foram obtidas lâminas de 14
ì m de es pessura no pl ano tr ans ver sal a 0 %
a 25% e a 50% no sentido longitudinal dos corpos-de-prova (Figura 3), para
avaliação da penetração do anidrido acético. As lâminas microscópicas foram
obtidas no Laboratório de Anatomia e Microscopia da UFLA. Para isso, as
amostras foram impregnadas a vácuo com óleo mineral nujol, a fim de
possibilitar o corte no micrótomo.
FIGURA 3. Esquema das profundidades de amostragem no plano transversal.
3.7.2 Obtenção dos espectros de FT-IR
Os espectros de absorbância foram obtidos por meio do aparelho de
infravermelho Digilab série Excalibur, FTS 3000 com acessório de reflectância
total atenuada (ATR) a 45
o
(Figura 4). Em cada amostragem do plano
transversal foram realizadas três leituras em posições diferentes, a fim de se
obter dados representativos para cada profundidade avaliada.
0,5 cm
0%
25%
50%
33
FIGURA 4. Esquema da reflectância total atenuada (ATR) com amostra.
3.8 Avaliação experimental
A avaliação experimental foi realizada utilizando-se o delineamento
inteiramente casualizado disposto em esquema fatorial. A densidade básica e as
contrações lineares e volumétricas da madeira foram analisadas com 4
repetições e 3 posições de amostragem radial. As medidas de ganho em massa e
redução na expansão foram analisadas por meio de quatro repetições, nas quais
foram avaliados os fatores posição de amostragem radial (3) e 4 tipos de
acetilação, na madeira sem extração por 6 e 12 horas e na madeira com extração
por 6 e 12 horas de acetilação. Para o grau de estabilidade da ASE, foram
avaliados os mesmos fatores, entretanto, foram usadas 2 repetições. Nas análises
do FT-IR utilizaram-se 3 repetições das áreas sob as bandas referentes ao
acetato, cujos fatores foram: posição de amostragem radial (3), tipos de
acetilação (4) e a interação entre esses fatores; também avaliou-se a
profundidade de amostragem (3).
amostra
IV
45
o
34
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO
4.1 Propriedades físicas
As propriedades físicas analisadas neste trabalho foram: densidade
básica e as contrações lineares totais (radiais e tangenciais) e contrações
volumétricas totais.
4.1.1 Densidade básica da madeira
A Tabela 5 apresenta o resumo da análise de variância do delineamento
inteiramente casualizado, para a densidade básica das amostras antes da
acetilação. Observa-se que o efeito de posição de amostragem radial foi
significativo, a 5% de probabilidade.
TABELA 5. Resumo da análise de variância para a densidade básica da madeira
de
Eucalyptus grandis
.
Fontes de variação
GL
QM
Posição radial
2
0,043423 *
Resíduo
45
0,000717
Total
47
CV = 4,77%
* significativo a 5% de probabilidade.
Os dados médios obtidos para a densidade básica nas três posições de
amostragem radial encontram-se na Tabela 6. Pode-se observar uma tendência
crescente dos valores no sentido medula-casca. Esses valores estão em
conformidade com Silva (2002), Tsoumis (1991) e Oliveira & Silva (2002).
35
TABELA 6. Comparação múltipla das médias da densidade básica da madeira,
em função da posição de amostragem radial.
Posição de amostragem radial
Densidade básica (g/cm
3
)
Externa
0,620
a
Intermediária
0,543
b
Central
0,520
b
Médias seguidas por mesma letra não diferem entre si, a 5% de probabilidade,
pelo teste de Tukey.
Segundo Panshin & De Zeeuw (1970), a tendência apresentada na
Tabela 6 é explicada pela presença de madeira juvenil, próximo à medula, e
adulta, próximo à casca. As células juvenis são menores e apresentam paredes
mais finas, o que propicia uma menor quantidade de massa nas posições interna
e central. Os valores médios da densidade (0,561 g/cm
3
) foram superiores aos
encontrados por Silveira (1999) e por Cruz et al (2003) onde foram obtidos
0,531 e 0,505 g/cm
3
respectivamente.
4.1.2 Contrações lineares e volumétrica da madeira
Na Tabela 7 encontra-se o resumo da análise de variância para as
contrações volumétrica, tangencial e radial das amostras antes da acetilação.
Observa-se que, para todas as características avaliadas, o efeito da posição de
amostragem radial foi significativo a 5% de probabilidade.
36
TABELA 7. Resumo da análise de variância para as contrações volumétrica,
tangencial e radial da madeira, antes do tipo de acetilação.
QM para as contrações
Fonte de variação
GL
Volumétrica
Tangencial
Radial
Posição radial
2
18,10*
12,23*
2,33*
Resíduo
45
0,64
0,14
0,05
Total
47
* significativo a 5% de probabilidade.
Os resultados médios encontrados para as contrações lineares e
volumétricas da madeira, o teste de média e os respectivos coeficientes de
variação estão apresentados na Tabela 8. Observa-se um efeito crescente no
sentido medula-casca, acompanhando a variação da densidade básica.
Resultados semelhantes foram encontrados por Tsoumis (1991) que verificou
uma relação direta entre essas propriedades.
TABELA 8. Comparação múltipla das médias e coeficientes de variação (%)
para as propriedades físicas da madeira, em função da posição de
amostragem radial.
Posição Radial
Propriedade física
Contração
volumétrica (%)
Contração
Tangencial (%)
Contração Radial
(%)
Externa
12,8 a
8,3 a
4,0 a
Intermediária
11,4 b
7,2 b
3,3 b
Central
10,8 b
6,6 c
3,4 b
CV (%)
6,9
5,1
6,2
CV = coeficiente de variação.
Médias seguidas por mesma letra nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey.
37
Os valores médios para a contração volumétrica (11,6%) foram
inferiores aos encontrados por Cruz et al. (2003) e Moura (2000), onde foram
obtidos respectivamente 13,5% e 13,38%. A contração tangencial (7,4%)
também foi inferior à encontrada por Cruz et al. (2003) e Caixeta (2000), onde
foram obtidos respectivamente 8,9% e 9,8%. Para a contração radial (3,6%)
também foram encontrados valores inferiores aos obtidos por Cruz et al. (2003)
e Caixeta (2000), respectivamente 4,9% e 6,38%.
4.2 Avaliação da madeira acetilada
Neste trabalho foram avaliados o ganho em massa (WPG), a eficiência
do tratamento ou redução da expansão (ASE) e o grau de estabilidade da ASE
da madeira acetilada.
4.2.1 Ganho em massa (WPG)
Na Tabela 9 encontra-se o resumo da análise de variância para os valores
de ganho em massa. Observa-se que as posições de amostragem radial, o tipo de
acetilação e a interação entre esses fatores foram significativos a 5% de
probabilidade.
TABELA 9. Resumo da análise de variância para o ganho em massa (WPG), em
%, da madeira acetilada.
Fontes de variação
GL
QM
Posição radial (PR)
2
59,01 *
Tipo de acetilação (A)
3
5,76 *
PR x A
6
2,83 *
Resíduo
36
0,32
Total
47
* significativo a 5% de probabilidade.
38
O desdobramento da interação apresentou diferença significativa a 5%
de probabilidade pelo teste de Tukey, apenas para o desdobramento posição
radial em cada tipo de acetilação avaliado, conforme Tabela 10
Tabela 10. Comparação múltipla das médias para o desdobramento da interação
dos fatores posição de amostragem radial e tipo de acetilação para
os valores, em %, de ganho em massa (WPG).
Tipo de acetilação
Sem extração
Com extração
Posição Radial
6 h
12 h
6 h
12 h
Média
Externa
15,16 a
16,26 a
13,27 a
14,86 a
14,87
Central
13,30 b
15,12 b
13,42 a
13,79 b
13,86
Intermediária
10,19 c
11,65 c
11,97 b
10,92 c
11,13
Média geral
13,29
Médias seguidas por mesma letra nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey.
Os menores valores médios para o ganho em massa (WPG) são
encontrados na posição interna, com 11,13% e os maiores na posição externa,
com 14,47%. De forma semelhante à densidade e às contrações, o ganho em
massa também apresenta tendência crescente no sentido medula-casca. Com
maior densidade, há maior presença de massa lenhosa, representada pelas
paredes celulares que podem interagir com mais grupos acetato, ocasionando
maior ganho em massa. Foram encontrados valores de WPG menores do que os
encontrados por Rowell (1990), para o
Pinus taeda,
que foram de 13,9 a 22,8%.
Os resultados foram semelhantes ao encontrado por Chauchan et al (2001), para
Hevea brasiliensis,
com WPG 13,8%. Entretanto, esses autores não analisaram a
posição de amostragem radial.
39
4.2.2 Eficiência do tratamento ou redução da expansão (ASE)
Na Tabela 11 encontra-se o resumo da análise de variância para os
valores de eficiência do tratamento (ASE). Observa-se que os fatores posição de
amostragem radial, tipo de acetilação e a interação entre esses fatores foram
significativos a 5% de probabilidade.
TABELA 11. Resumo da análise de variância para a eficiência tratamento
(ASE), em %, da madeira acetilada.
Fontes de variação
GL
QM
Posição radial (PR)
2
138,39 **
Tipo de acetilação (T)
3
560,01 **
PR x T
6
40,92 *
Resíduo
36
18,26
Total
47
** e * significativo a 1% e 10% de probabilidade respectivamente.
Conforme pode-se observar na Tabela 12, a eficiência do tratamento
(ASE) e o ganho em massa (WPG) apresentam mesmo padrão de distribuição,
aumentando no sentido medula-casca. Essa tendência está de acordo com Stamm
(1964), que afirmou existir uma relação direta entre esses dois fatores. Nessa
mesma tabela encontram-se os valores médios, em % e o teste de médias para a
eficiência do tratamento (ASE) e ganho em massa (WPG), em função das
posições de amostragem radial.
40
TABELA 12. Comparação múltipla das médias para a eficiência do tratamento
(ASE) e ganho em massa (WPG), em função das posições de
amostragem radial.
Posição Radial
ASE (%)
WPG (%)
Externa
56,13 a
14,89 a
Intermediária
54,28 a
13,91 b
Central
50,37 b
11,18 c
Média
53,59
13,29
Médias seguidas por mesma letra nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey.
Outra variável que apresenta influência sobre os valores de eficiência do
tratamento é a interação entre as posições de amostragem radial e o tipo de
acetilação (Tabela 13 e 14). Na Tabela 13, na qual estão as médias para o tipo de
acetilação nas posições de amostragem radial e o teste de médias. Percebe-se
que as diferenças a 5%, pelo teste de Tukey, ocorreram nas posições central e
intermediária dentro de cada nível de tipo de acetilação Nesses , o tratamento
sem extração e 6 horas de acetilação apresentou as menores médias.
TABELA 13. Comparação múltipla dos valores médios da interação dos fatores
posição de amostragem radial e tipo de acetilação para a
eficiência do tratamento (ASE), em %, da madeira acetilada.
Posição radial
Tipo de acetilação
Central
Intermediária
Externa
Sem extração / 12 h
60,69
a
64,79
a
62,71
a
Com extração / 6 h
52,28
ab
50,21
ab
60,07
a
Com extração / 12 h
47,99
ab
52,48
ab
52,00
a
Sem extração / 6 h
40,52
b
49,63
b
49,74
a
Letras minúsculas iguais nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey
.
41
Na Tabela 14 estão as médias para posições de amostragem radial
nos tipos de acetilação e o teste de médias. Percebe-se que as diferenças a 5%,
pelo teste de Tukey, ocorreram para os tratamentos de 6 horas de acetilação,
onde as maiores médias foram encontradas na posição de amostgragem radial
externa.
TABELA 14. Comparação múltipla dos valores médios da interação dos fatores
tipo de acetilação e posição de amostragem radial para a
eficiência do tratamento (ASE), em %, da madeira acetilada.
Sem extração
Com extração
Posição radial
6 horas
12 horas
6 horas
12 horas
Externa
49,74 a
62,71 a
60,07 a
52,00 a
Intermediária
49,63 a
64,79 a
50,21 b
52,48 a
Central
40,52 b
60,69 a
52,28 b
47,99 a
Letras minúsculas iguais nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey
.
4.2.3 Grau de estabilidade da eficiência do tratamento ou redução da
expansão (ASE)
Na Tabela 15 estão apresentados os valores médios para o coeficiente de
expansão volumétrica (S) para amostras tratadas nas três posições de
amostragem radial avaliadas e para as amostras controle. Pode-se observar que
os tratamentos foram eficientes para reduzir a expansão volumétrica variando de
64% na posição central a 70% na posição externa. Pode-se observar também que
os tratamentos que apresentaram menores valores médios para os coeficientes de
expansão volumétrica foram obtidos nos tratamentos de 12 horas de acetilação.
42
TABELA 15. Valores médios para o coeficiente de expansão para amostras
tratadas e controle e a redução na expansão,, em %, em função de
quatro ciclos de imersão em água e secagem.
Posição Radial
Tipo de acetilação
Central
Intermediária
Externa
Média
Com extração/ 6 h
5,2
5,1
4,8
5,0
Com extração/ 12 h
4,1
4,1
4,8
4,3
Sem extração/ 6 h
4,7
4,1
5,3
4,7
Sem extração/ 12 h
4,0
3,8
4,3
4,0
Média
4,5
4,3
4,8
4,5
controle
12,6
13,8
15,8
14,1
Redução na expansão
64%
69%
70%
68%
A estabilidade observada na Tabela 16 evidencia que o acetato manteve
sua ligação com os grupos hidroxílicos da madeira, após esta sofrer contração e
expansão, uma vez que os valores de ASE sofreram baixas variações.
TABELA 16. Valores médios para a eficiência do tratamento (ASE), e ganho
em massa (WPG), em %, em função de quatro ciclos de imersão
em água e secagem.
Posição Radial
Tipo de acetilação
Central
Intermediária
Externa
Média
Com extração/ 6 h
60,9
63,2
70,1
64,7
Com extração/ 12 h
67,4
70,5
67,1
68,3
Sem extração/ 6 h
68,0
70,3
65,9
68,1
Sem extração/ 12 h
67,4
72,3
72,8
70,8
Média
65,9
69,1
69,0
68,0
WPG médio
13,9
15,2
11,3
13,5
43
4.3 Avaliação por meio dos espectros de infravermelho por transformada de
Fourrier (FT-IR)
Os espectros de infravermelho por transformada de Fourrier (FT-IR)
comprovaram a presença da acetilação por meio das bandas em 1.740 cm
-1
,
referente ao estiramento da ligação C=O, em 1.367 cm
-1
referente ao estiramento
da ligação C-H e em 1.220 cm
-1
referente ao estiramento da ligação C-H, na
amostra acetilada. Na Figura 5 encontram-se os espectros da madeira sem tipo
de acetilação e com tipo de acetilação.
FIGURA 5. Espectro de FT-IR dos pontos médios das amostras não tratadas
e tratadas. Em que 1, referente à absorção em 1.740 cm
-1
(C=O), 2
referente a 1.367 cm
-1
(C-H) e 3 referente a 1.220 cm
-1
(C-H), do
grupo acetato.
1
0
0.02
0.04
0.06
1998
1805
1612
1420
1227
1034
Número de onda (cm
–1
)
Absorbância
Amostras sem tratamento
Amostras acetiladas
2
3
44
De acordo com Khalil et al. (2001), pode-se associar as áreas sob as
bandas referentes ao grupo acetato com a quantidade desse produto presente na
amostra após o tipo de acetilação. A seguir serão apresentadas as análises de
variância para os fatores posição de amostragem radial, tipo de acetilação e suas
interações e também para a profundidade de amostragem nas áreas sob as
bandas do acetato.
4.3.1 Posição de amostragem radial
A Tabela 17 mostra o resumo da análise de variância para as áreas sob as
bandas do acetato, em função da variação na posição de amostragem radial da
madeira. Observa-se que não houve diferença significativa entre as posições
radiais nas bandas do acetato. Esses resultados indicaram em todas as posições
radiais amostradas existe a presença do acetato.
TABELA 17. Resumo da análise de variância para as áreas sob as bandas do
acetato.
QM das bandas do acetato
Fonte de variação
GL
1.740 cm
-1
1.367 cm
-1
1.220 cm
-1
Posição radial (PR)
2
0,0166
ns
0,0004
ns
0,2177
ns
Tipo acetilação (T)
3
0,1307
ns
0,0025
ns
0,1985
ns
PR x T
0,1208
ns
0,0024
ns
0,2359*
Resíduo
96
0,057
0,0014
0,0833
Total
107
ns
não significativo a 5% de probabilidade.
Na Tabela 18 encontram-se os valores médios das áreas sob as bandas
referentes ao acetato
em cada posição de amostragem radial. Pode-se verificar
uma semelhança entre os valores das posições central e intermediária, para as
45
bandas em 1.740 e 1.367 cm
-1
. Em todas as bandas observa-se que as maiores
médias foram encontradas na posição externa.
TABELA 18. Dispersão dos valores médios das áreas sob as bandas do acetato
avaliadas, em função da posição de amostragem radial.
Posição de amostragem radial
Número de onda
(cm
-1
)
Central
Intermediária
Externa
1.740
0,592
0,586
0,626
1.367
0,091
0,092
0,097
1.220
0,762
0,707
0,860
4.3.2 Tipo de acetilação
A Tabela 17 também apresenta o resumo da análise de variância para o
tipo de acetilação avaliado em função da área sob as bandas do acetato.
Observa-se que as bandas do acetato não detectaram diferença significativa, a
5% de probabilidade, entre os tipos de acetilação aplicados na madeira. Esses
dados informam que, independente do tempo de acetilação e da presença ou não
da extração, a acetilação ocorreu de forma semelhante. Na Tabela 19 encontram-
se os valores médios nas áreas sob as bandas do acetato obtidos para os tipos de
acetilação avaliados.
TABELA 19. Valores médios das áreas sob as bandas do acetato, em função do
tipo de acetilação analisado.
Tipo de acetilação
Com extração
Sem extração
Número de
onda
(cm
-1
)
6 horas
12 horas
6 horas
12 horas
1.740
0,581
0,684
0,519
0,621
1.367
0,089
0,105
0,083
0,095
1.220
0,705
0,842
0,701
0,860
46
Observa-se também na Tabela 19 que as maiores áreas são obtidas no
tipo de acetilação de 12 horas em relação ao de 6 horas independente da
ausência ou presença de extração, e que as áreas são maiores na presença de
extração quando comparadas com a à ausência de extração.
4.3.3 Interação entre posição de amostragem radial e tipo de acetilação
Como apresentado na Tabela 17, a análise de variância para as áreas sob
as bandas do acetato apresentou diferença significativa apenas para a banda em
1.220 cm
-1
para a interação entre as 3 posições de amostragem radial e os 4 tipos
de acetilação, tornando necessário seu desdobramento.
O desdobramento do
fator posição de amostragem radial dentro de cada nível de tipo de acetilação
para a banda de 1.220 cm
-1
encontra-se nas Tabela 20 e Tabela 21. Os valores
provêm da média das repetições e das profundidades de amostragem.
TABELA 20. Comparação múltipla para o desdobramento da interação com os
fatores posição de amostragem radial e tempos de acetilação de 6
horas, com e sem extração, na área sob a banda do acetato em
1.220 cm
-1
.
Tipo de acetilação
Posição radial
Com extração / 6 h
Sem extração / 6 h
Externa
0,862 a
0,921 a
Intermediária
0,750 ab
0,521 b
Central
0,502 b
0,659 ab
Letras minúsculas iguais nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey.
47
TABELA 21. Comparação múltipla para o desdobramento da interação com os
fatores posição de amostragem radial central e tipos de
acetilação, na área sob a banda do acetato em 1.220 cm
-1
.
Tipo de acetilação
Posição radial central
Sem extração / 12h
1,047
a
Com extração / 12h
0,840
ab
Sem extração / 6h
0,659
b
Com extração / 6h
0,502
b
Letras minúsculas iguais nas colunas não diferem entre si, a 5% de
probabilidade, pelo teste de Tukey.
Os dados apresentados na Tabela 20 mostram que as diferenças
significativas a 5% de probabilidade na área sob a banda em 1.220 cm
-
1,
ocorreram quando foi avaliado o tempo de acetilação de 6 horas, onde as
maiores áreas foram obtidas na posição radial externa. Já os dados apresentados
na Tabela 21 mostram que as diferenças significativas a 5% de probabilidade,
para essa mesma banda, ocorreram na posição de amostragem radial central,
onde as maiores áreas foram obtidas nos tempos de 12 horas de acetilação. As
diferenças obtidas na posição central ocorrem, possivelmente, devido à maior
quantidade de extrativos nesta região, dificultando a penetração e a reação e
também pelo fato dessa região ser constituída por madeira juvenil, com baixa
permeabilidade.
4.3.4 Profundidade de amostragem
A Tabela 22 apresenta o resumo da análise de variância para a
profundidade de amostragem da madeira, em função das áreas sob as bandas do
acetato. Não houve diferença significativa a 5% de probabilidade entre as
profundidades avaliadas. Dessa forma, pode-se assegurar que os tipos de
acetilação utilizados, em todas as posições radiais, foram eficientes em penetrar
48
e reagir a 0,25 cm da espessura do corpo-de-prova. Esse fato revela que a
acetilação foi bem sucedida ao longo de todo o comprimento das amostras, com
penetração a partir dos planos, principalmente do transversal devido à
disposição dos elementos anatômicos.
TABELA 22. Resumo da análise de variância para as áreas sob as bandas do
acetato, em função da variação na profundidade de amostragem.
QM das bandas do acetato
Fonte de variação
GL
1.740 cm
-1
1.367 cm
-1
1.220 cm
-1
Profundidade de amostragem
2
0,0349
ns
0,0078
ns
0,0388
ns
Resíduo
105
0,0629
0,0015
0,0988
Total
107
ns
não significativo a 5% de probabilidade.
49
5 CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho permitem concluir que:
•a eficiência do tipo de acetilação ou redução da expansão volumétrica (ASE), o
ganho em massa (WPG), a densidade básica e as contrações lineares e
volumétricas apresentaram padrão de distribuição crescente no sentido medula-
casca;
•todos os tipos de acetilação analisados em todas as posições de amostragem
radial apresentaram estabilidade após quatro ciclos de imersão em água e
secagem;
•os espectros de FT-IR detectaram as bandas do acetato em 1.740 cm
-1
(C=O),
1.367 cm
-1
(C-H) e 1.220 cm
-1
(C-H), presentes nas amostras acetiladas;
•as áreas sob as bandas do acetato não apresentaram diferenças significativas
entre as posições de amostragem radial, entretanto, os maiores valores foram
encontrados na posição externa;
•as áreas sob as bandas do acetato não apresentaram diferença significativa entre
os tipos de acetilação, entretanto os maiores valores foram encontrados para o
tipo de acetilação com extração e tempo de acetilação de 12 horas e os menores
para o tipo de acetilação sem extração e tempo de acetilação de 6 horas;
•quando analisada a interação entre posição de amostragem radial e tipo de
acetilação, a única posição a apresentar diferença significativa é a central, na
banda em 1.220 cm
-1
. Nessa posição, os maiores valores de área sob as bandas
do acetato são obtidas nos tempos de acetilação de 12 horas;
•não foi encontrada diferença significativa entre as profundidades de
amostragem, evidenciando que houve reação até 50% do comprimento da
amostra (0.25 cm).
50
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