CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA E FÍSICA DA MADEIRA DE PROCÊDENCIAS DE Eucalyptus Íngrid Luz Guimarães¹, José Benedito Guimarães Junior², Fernando Jesus Nogara Lisboa³, Carlos Rogério Andrade4, Humberto Fauller Siqueira5 ¹Graduanda em Engenharia Florestal na Universidade Federal de Goiás - Campus Jataí – Brasil (
[email protected]) ²Professor Doutor de Engenharia Florestal na Universidade Federal de Goiás ³Graduando em Engenharia Florestal na Universidade Federal de Goiás 4 Professor Mestre de Engenharia Florestal na Universidade Federal de Goiás 5 Graduando em Engenharia Florestal na Universidade Federal de Goiás Recebido em: 30/09/2013 – Aprovado em: 08/11/2013 – Publicado em: 01/12/2013
RESUMO A composição química e a densidade básica da madeira são variáveis de suma importância, uma vez que irão dar indicativos dos seus possíveis usos tecnológicos. Grande parte das características físico-mecânicas da madeira são determinadas pela qualidade e proporção relativa dos diferentes componentes na sua estrutura. Neste sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar a densidade básica e os constituintes químicos, presentes na madeira de procedências de Eucalyptus para fins tecnológicos. Foram utilizadas procedências de Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna e Eucalyptus cloeziana, que apresentavam a idade de 31 anos. A procedência 97852 de Eucalyptus cloeziana foi a que apresentou maior densidade básica, com a média em 0,750 g*cm-3, sendo classificada madeira densa, ao passo que as demais procedências das três espécies apresentaram madeira de média densidade. As espécies estudadas apresentaram teores elevados de lignina e extrativos, de modo que tendem a apresentar potencial energético. PALAVRAS-CHAVE: Eucalyptus, composição química, densidade básica, usos tecnológicos
CHEMICAL AND PHYSICAL WOOD CARACTERIZATION OF PROVENANCES OF Eucalyptus
ABSTRACT The chemical composition and the basic density of the wood of Eucalyptus are variable and hugely important, once they will indicate the possible technological uses. Most of wood mechanical and physical properties are determined for the quality and ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 636
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the relative proportion of each different component in its structure. The objective of this study, was to evaluate the density and the chemical constitution in wood of different provenances of Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna and Eucalyptus cloeziana for technological uses. In this study were used tree provenances of Eucalyptus grandis, Eucalyptus saligna and of Eucalytus cloeziana, that were 31 years old. The specie Eucalyptus cloeziana was the one that showed the highest specific gravity, with average in 0,730 g*cm-3, been classified as high density wood, according to the classification proposed for IPT (1985), in the other side, the other species showed average density. The species studied showed high content of lignin and extractives, showing their potencial for energetic uses. KEYWORDS: Eucalyptus, chemical composition, specific gravity, technological uses
INTRODUÇÃO O gênero Eucalyptus se destaca pela grande diversidade de espécies botânicas e boa adaptação aos mais diferentes tipos de ambiente (OLIVEIRA et al., 2012). O uso da madeira de diferentes espécies de Eucalyptus cresce em vários seguimentos do setor florestal, como o de carvão, papel e celulose e, mais recentemente, na construção civil e na indústria moveleira (DIAS JÚNIOR et al., 2013). Neste aspecto a composição química e a densidade básica da madeira são variáveis de suma importância, uma vez que irão dar indicativos dos seus possíveis usos tecnológicos. De acordo com Guimarães Junior et al. (2011) os estudos de espécies e procedências, vem ganhando importância, tendo em vista a variabilidade natural e a adequação aos diversos usos. As variações existentes entre espécies, procedências, famílias e clones podem oferecer uma oportunidade de se alterarem características importantes na madeira, na busca de se produzir matéria prima com qualidade adequada na manufatura de diferentes produtos à base de madeira. As características mais importantes e consideradas limitantes à viabilização da utilização do eucalipto encontram-se sob moderado a alto controle genético, tornando possível alterar seus valores a fim de encontrar a qualidade necessária para o uso industrial. A densidade básica é um dos mais importantes índices para avaliar a qualidade da madeira, sendo definida como a relação entre a massa de madeira seca em estufa e o seu volume saturado, obtido à umidade acima do ponto de saturação das fibras (30%). Segundo Rocha (1983), a densidade possui elevada importância na determinação das propriedades físico-mecânicas que caracterizam diferentes espécies de madeira, diferentes árvores de determinada procedência e diferentes procedências de uma mesma espécie. Seja na avaliação do potencial econômico das espécies e da adaptabilidade da madeira às finalidades desejadas, ou mesmo na avaliação do índice de qualidade da madeira, correlacionando-se diretamente com o rendimento em polpa e em fibras que são empregadas nas indústrias de papel e celulose. Além disso, a densidade da madeira influencia na determinação da qualidade do carvão vegetal e na avaliação dos métodos de manejo, pois tem relação direta com local, espécie, idade e taxa de crescimento dos plantios. Possui grande importância também na economia das plantações e no melhoramento genético florestal, uma vez que essa é uma característica que pode ser manipulada ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 637 2013
devido a sua alta herdabilidade e determinação de baixa complexidade. A densidade é uma das características mais importante entre as diversas propriedades físicas, pois afeta todas as demais propriedades da madeira. A densidade básica é uma característica resultante da interação entre as propriedades químicas e anatômicas da madeira. Portanto, as variações na densidade são provocadas por diferenças nas dimensões celulares, das interações entre esses fatores e pela quantidade de componentes extratáveis presentes por unidade de volume (LOPES et al., 2011). Grande parte das características físico-mecânicas da madeira são mais ou menos determinadas pela qualidade e proporção relativa dos diferentes componentes químicos na sua estrutura (SILVA, 2010). A composição química da madeira é complexa. Os tecidos das madeiras são constituídos de muitos componentes que estão distribuídos desuniformemente, como resultado da estrutura anatômica. Cada componente está presente em quantidade específica e possuem características bem definidas, que podem ser influenciadas pelas condições sob as quais a madeira está submetida. Neste sentido, o estudo das procedências dos materiais genéticos se faz de grande importância. Os componentes químicos da madeira podem ser compreendidos em dois grandes grupos. O primeiro é formado por componentes de alta massa molecular que são a celulose, as hemiceluloses e a lignina, e o segundo pelos componentes de baixa massa molecular que são os extrativos e as cinzas (PANSHIN; ZEEUW, 1970). Tendo em vista o exposto, percebe-se a necessidade da realização de estudos relacionados à densidade básica associada à química da madeira que possam auxiliar na melhor destinação final para a madeira em análise. Portanto, o objetivo desse trabalho foi avaliar a densidade básica e a composição química da madeira de procedências de Eucalyptus.
MATERIAL E MÉTODOS Neste estudo foram utilizadas árvores de 10 procedências de Eucalyptus grandis, 3 de Eucalyptus saligna e 2 de Eucalyptus cloeziana, com idade de 31 anos, sendo abatidas 4 árvores por procedência. Todas as árvores utilizadas faziam parte do Programa de Introdução de Espécies e Procedências de Eucalipto no sul de Minas Gerais (IBDFPRODEPEF). O plantio foi instalado em 1975, na antiga Escola Superior de Agricultura de Lavras - ESAL, atual Universidade Federal de Lavras UFLA. A cidade de Lavras está localizada à latitude de 21º 14’S e longitude 45º 00’w, sua altitude média é de 900m. A precipitação média anual é em torno de 1400mm e a temperatura média anual é de 19,4ºC. Os materiais genéticos foram escolhidos por apresentarem melhor potencial silvicultural. Foram selecionadas somente árvores que apresentassem o fuste mais linear e que possuíssem bom estado fitossanitário. Nesta ocasião fez-se a mensuração dos diâmetros a 1,30 metro ao nível do solo (DAP). Após o corte, o fuste das árvores foi dividido em seções menores, em percentagens de 0%, 25%, 50%, 75% e 100%, em relação à altura comercial, na qual o diâmetro mínimo era de 4 cm. Nestes locais, foram também retirados discos para determinar a densidade básica e realizar a análise química da madeira. Cada disco foi seccionado em quatro partes no formato de cunha, sendo que ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 638 2013
duas cunhas opostas foram utilizadas para se determinar a densidade e as outras duas para análise química. As cunhas destinadas à determinação da densidade básica foram ainda subdivididas em cinco partes. Para a análise química da madeira foi necessário que a mesma fosse transformada em serragem para facilitar a penetração e a ação dos reagentes químicos. A densidade básica da madeira foi determinada seguindo recomendações da norma NBR 7190 da ABNT (1997). Para realização da análise química as cunhas foram transformadas em elementos menores, do tamanho de palito e, posteriormente, levadas para o moinho e transformadas em serragem. Em seguida, a serragem foi peneirada em peneiras sobrepostas de 40 e 60 mesh, para a análise química somente se utilizou a fração retida na de 60 mesh. As amostras foram armazenadas em saco plástico e frasco de vidro. Elas foram então levadas para sala de climatização, com temperatura de 20ºC e umidade de 65%, por 7 dias, para reduzir as variações de umidade do material. Amostras foram preparadas para a determinação das substâncias químicas presentes na madeira. Assim, utilizando-se das normas técnicas da ABNT (1998) e TAPPI (1994) foram determinados os seguintes componentes da madeira: Componente
Método
Extrativos totais
NRB 7987 T204 om-88
Solúveis em água fria e quente
NBR 7988
Lignina
T222 om-88
Cinzas
T211 om-93
Holocelulose
Por diferença
Foi considerado um experimento inteiramente casualizado com 6 repetições em que os tratamentos foram arranjados em um esquema hierárquico estudando três espécies com diferentes procedências dentro de espécies.
RESULTADOS E DISCUSSÃO As procedências de Eucalyptus cloeziana, Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna não apresentaram diferenças significativas quanto à densidade básica, sendo que os valores médios variaram entre 0,710 e 0,750 g*cm-3; 0,540 e 0,620 g*cm-3; 0,570 e 0,640 g*cm-3; respectivamente. No que refere ao estudo das espécies, observa-se na Tabela 1 que a madeira do Eucalyptus cloeziana foi a que apresentou maior densidade básica, com a média em 0,73 g*cm-3, enquanto Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna apresentaram valores de 0,59 e 0,61 g*cm-3, respectivamente.
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TABELA 1 – Valores médios do DAP e da densidade básica da madeira para procedências e espécies de Eucalyptus Espécies Procedência
Eucalyptus cloeziana
Eucalyptus grandis
Eucalyptus saligna
DAP
Densidade
DAP
Densidade
DAP
Densidade
(cm)
(g/cm³)
(cm)
(g/cm³)
(cm)
(g/cm³)
9785
34,0 A
0,71A
-
-
-
-
97852
34,0 A
0,75 A
-
-
-
-
43
-
-
36,0 A
0,56 A
-
-
45
-
-
31,0 A
0,59 A
-
-
47
-
-
41,8 B
0,60 A
-
-
48
-
-
46,5 B
0,58 A
-
-
8535
-
-
35,6 A
0,54 A
-
-
9753
-
-
50,0 B
0,61 A
-
-
9789
-
-
58,0 B
0,62 A
-
-
10634
-
-
39,6 A
0,59 A
-
-
10695
-
-
38,5 A
0,60 A
-
-
10696
-
-
30,0 A
0,61 A
-
-
7785
-
-
-
-
37,5 A
0,63 A
7808
-
-
-
-
42,0 B
0,64 A
10698
-
-
-
-
34,2 A
0,57 A
Média
34,0 a
0,73 b
40,7 a
0,59 a
37,9 a
0,61ª
Espécies1
¹Médias seguidas de mesma letra minúscula, na linha, e maiúscula, na coluna, não diferem entre si, pelo teste Scoot knott, a 5% de significância. De acordo com a classificação do Instituto de Pesquisas Tecnológicas – IPT (1985) as madeiras são classificadas como de baixa densidade quando seu valor for menor ou igual a 0,50 g*cm-3. Ganham classificação como de densidade média aquelas madeiras que apresentam densidade básica de 0,50 g*cm-3 a 0,72 g*cm-3. São consideradas madeiras densas, aquelas que apresentam valores de densidade básica acima de 0,72 g*cm-3. Sendo assim, a procedência de Eucalyptus cloeziana de número 9785 foi considerada de média densidade, enquanto a 97852 foi classificada como de alta densidade. Já a madeira das procedências de Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna foi classificada como de média densidade. Na avaliação das espécies, observa-se na Tabela 1 que o Eucalyptus grandis e o Eucalyptus saligna apresentaram madeira de densidade média, enquanto o Eucalyptus cloeziana apresentou madeira de alta densidade. Na Tabela 2 encontram-se os valores médios de extrativos totais e cinzas para as diferentes procedências de Eucalyptus cloeziana, Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 640 2013
TABELA 2 - Teores médios de extrativos totais e cinzas da madeira para procedências e espécies de Eucalyptus Espécies1 Eucalyptus cloeziana
Eucalyptus grandis
Eucalyptus saligna
(%)
(%)
(%)
Procedência
Extrativos
Cinzas
Totais
Extrativos
Cinzas
Totais
Extrativos
Cinzas
Totais
9785
10,54 A
0,17 A
-
-
-
-
97852
11,90 A
0,26 A
-
-
-
-
43
-
-
6,55 A
0,25 A
-
-
45
-
-
7,83 A
0,17 A
-
-
47
-
-
9,52 A
0,20 A
-
-
48
-
-
8,61 A
0,19 A
-
-
8535
-
-
9,13 A
0,14 A
-
-
9753
-
-
7,49 A
0,18 A
-
-
9789
-
-
8,37 A
0,22 A
-
-
10634
-
-
8,00 A
0,21 A
-
-
10695
-
-
6,77 A
0,15 A
-
-
10696
-
-
7,66 A
0,14 A
-
-
7785
-
-
-
-
7,84 A
0,21 A
7808
-
-
-
-
7,44 A
0,18 A
10698
-
-
-
-
8,34 A
0,19 A
Média
11,14b
0,22a
7,99a
0,18a
7,87a
0,19ª
Espécies1 ¹Médias seguidas de mesma letra minúscula, na linha, e maiúscula, na coluna, não diferem entre si, pelo teste Scoot knott, a 5% de significância.
Observa-se na Tabela 2 que não houve diferenças estatísticas significativas para o teor de cinzas tanto no que diz respeito às procedências quanto espécies. Observa-se que os valores de cinzas variaram entre 0,17 e 0,26% para as procedências de Eucalyptus cloeziana, de 0,14 a 0,25% para Eucalyptus grandis e de 0,18 a 0,21% para procedências de Eucalyptus saligna. De acordo com Gonçalves et al. (2010) esses valores de cinza são baixos, indicando que provavelmente não haverá problemas de desgaste de facas e serras por ocasião de seu processamento. Relativo ao teor de extrativos, embora tenha sido estatisticamente semelhante entre procedências, apresentou diferença significativa entre espécies, sendo a espécie Eucalyptus cloeziana a que apresentou maiores teores de extrativos, com ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 641 2013
valores médios de 11,14%; enquanto Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna foram estatisticamente iguais entre si e com valores de 7,99% e 7,87%, respectivamente. Esses valores estão acima dos observado por Lima et al. (2007), que ao estudarem a qualidade de colagem em madeira de clones de Eucalyptus urophylla, encontraram teor de extrativos médio na madeira entre 4,79 e 5,54%. Os autores ainda mencionaram que altos valores de extrativo influenciam na cor, no odor, na fluorescência, na durabilidade natural, na relação água-madeira, na polpação e na colagem da madeira. Na Tabela 3 estão apresentados os valores médios de lignina e holocelulose para as diferentes procedências de Eucalyptus cloeziana, Eucalyptus grandis e Eucalyptus saligna. TABELA 3- Teores médios de lignina e holocelulose da madeira para procedências e espécies de Eucalyptus Espécies1 Procedência
Eucalyptus cloeziana
Eucalyptus grandis
Eucalyptus saligna
(%)
(%)
(%)
Lignina
Holocelulose
Lignina
Holocelulose
Lignina
Holocelulose
9785
29,49 A
59,97 A
-
-
-
-
97852
29,83 A
58,26 A
-
-
-
-
43
-
-
27,27 A
66,19 A
-
-
45
-
-
32,75 A
59,43 A
-
-
47
-
-
29,96 A
60,52 A
-
-
48
-
-
28,12 A
63,27 A
-
-
8535
-
-
30,78 A
60,10 A
-
-
9753
-
-
30,03 A
62,47 A
-
-
9789
-
-
28,32 A
63,32 A
-
-
10634
-
-
30,05 A
61,95 A
-
-
10695
-
-
29,25 A
63,98 A
-
-
10696
-
-
28,57 A
63,78 A
-
-
7785
-
-
-
-
30,03A
62,14 A
7808
-
-
-
-
29,24A
63,33 A
10698
-
-
-
-
28,93A
62,73 A
Média
29,57a
59,14a
29,34a
62,66b
29,40a
62,63b
Espécies1 ¹Médias seguidas de mesma letra minúscula, na linha, e maiúscula, na coluna, não diferem entre si, pelo teste Scoot knott, a 5% de significância.
Verifica-se na Tabela 3 que para o teor de lignina, os valores médios ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 642
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encontrados foram estatisticamente iguais, tanto entre procedências quanto entre espécies. Os valores médios de lignina variaram entre 29,49 e 29,83% para as procedências de Eucalyptus cloeziana, de 27,27 e 32,75% para Eucalyptus grandis, e de 28,93 e 30,03% para Eucalyptus saligna. Os valores médios de lignina encontrados para as espécies estudadas são superiores aos valores encontrados por Gomide et al. (2010), que ao estudarem a qualidade de clones de Eucalyptus para a produção de celulose, obtiveram valor médio de lignina igual a 27,3%. O alto teor de lignina, aliado a elevada densidade básica da madeira, contribui de forma positiva para o rendimento em carvão vegetal (TRUGILHO et al., 1997). Quanto ao teor médio de holocelulose, observa-se na Tabela 3 que não houve diferença estatística entre os valores encontrados para as procedências, porém, o mesmo não ocorreu entre as espécies, sendo a espécie Eucalyptus cloeziana aquela que apresentou menor teor (59,14%) quando comparada às demais, enquanto o Eucalyptus grandis e o Eucalyptus saligna não apresentaram diferenças estatísticas significativas entre si, com teores de holocelulose de 62,66 e 62,63%, respectivamente. Andrade et al. (2011) encontraram valor superior de holocelulose, igual a 66,6%, para a madeira do híbrido clonal de Eucalyptus urophylla. Neves et al, (2011) ao estudarem clones de Eucalyptus, encontraram valor médio de holocelulose de 67,4%, e concluiram que teores altos de holocelulose contribuem para um menor rendimento em carvão vegetal. Nota-se que os valores observados neste trabalho foram inferiores os encontrados em literatura. CONCLUSÕES De acordo com os resultados obtidos conclui-se que: Das três espécies de Eucalyptus avaliadas, o Eucalyptus cloeziana foi a que apresentou madeira de maior densidade básica, com média de 0,730 g*cm-3, sendo a única madeira classificada como de alta densidade, enquanto as demais espécies apresentaram madeira de densidade baixa. Embora não se tenha obtido diferença significativa entre as procedências em relação ao teor de cinzas e de extrativos totais, o mesmo não ocorreu em relação ao teor de extrativos nas diferentes espécies, sendo o Eucalyptus cloeziana a espécie que apresentou maior teor de extrativos, um fator que, quando aliado aos menores teores de holocelulose e maiores teores de lignina apresentados pela espécie, é favorável na sua utilização para fins energéticos já que, segundo a literatura, elevados teores de extrativos e lignina estão relacionados ao aumento do poder calorífero da madeira, bem como o menor teor de holocelulose se mostra mais propício à produção de carvão vegetal. AGRADECIMENTOS À Universidade Federal de Lavras (UFLA). Ao Grupo de Estudos e Pesquisa em Produtos Florestais (GEPROFLOR). REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Normas técnicas. ABNT. NBR-9533. Rio de Janeiro, 1998. ANDRADE, C. R.; TRUGILHO, P. F.; NAPOLI, A.; QUINHONES, R.; LIMA, J. T. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, v.9, n.17; p. 643 2013
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