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Universidade de São Paulo
Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”
Avaliação da madeira de Betula pendula, Eucalyptus globulus e de híbrido de
Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla destinadas à produção de polpa
celulósica kraft
Francismara Aparecida Sanches Duarte
Dissertação apresentada para obtenção do título de
Mestre em Recursos Florestais com opção em
Tecnologia de Produtos Florestais
Piracicaba
2006
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2
Francismara Aparecida Sanches Duarte
Química
Avaliação da madeira de Betula pendula, Eucalyptus globulus e de híbrido de
Eucalyptus grandis x Eualyptus urophylla destinadas à produção de polpa
celulósica kraft
Orientador:
Prof. Dr. FRANCIDES GOMES DA SILVA JÚNIOR
Dissertação apresentada para obtenção do título de
Mestre em Recursos Florestais com opção em
Tecnologia de Produtos Florestais
Piracicaba
2007
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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
DIVISÃO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAÇÃO - ESALQ/USP
Duarte, Francismara Aparecida Sanches
Avaliação da madeira de Betula pendula, Eucalyptus globulus e de híbrido de
Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla destinadas à produção de polpa celulósica
Kraft / Francismara Aparecida Sanches Duarte. - - Piracicaba, 2007.
107 p. : il.
Dissertação (Mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, 2007.
Bibliografia.
1. Árvore florestal 2. Celulose sulfato 3. Eucalipto 4. Melhoramento genético vegetal
5. Polpa de madeira 6. Polpação I. Título
CDD 676.126
“Permitida a cópia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte – O autor”
É JUSTAMENTE A POSSIBILIDADE DE REALIZAR
UM SONHO QUE TORNA A VIDA
INTERESSANTE.
(PAULO COELHO)
JAMAIS PODEREMOS SER SUFICIENTEMENTE
GRATOS A DEUS, NOSSOS PAIS
E NOSSOS MESTRES.
(ARISTÓTELES)
3
4
DEDICATÓRIA
A Deus, pelo dom da vida e pelo refúgio nos
momentos de alegria e tristeza.
Aos meus pais, Francismir e Araci pelos ensinamentos,
pelo apoio nos meus estudos e por colaborarem
na realização dos meus sonhos.
5
AGRADECIMENTOS
Ao Jefferson, pelo carinho, paciência e por saber transformar os pequenos momentos em
ocasiões especiais.
Ao Fábio e Lílian, pelo carinho, pela amizade e pela ajuda nos momentos de
dificuldades.
Aos meus avós, que irradiam ternura com um pequeno gesto.
Ao professor Francides Gomes da Silva Junior, pela orientação desde a graduação, pelas
oportunidades de crescimento, pelos conselhos e amizade.
Ao professor Luiz Ernesto George Barrichelo, pelo apoio, pela atenção nos momentos de
dúvidas e amizade.
Ao Eng° Augusto Milanez, pelo apoio na orientação do desenvolvimento desse trabalho,
pela atenção e amizade.
Ao professor Mário Tomazello, pelo apoio nos momentos de dúvidas e auxílio no
desenvolvimento desse trabalho.
Ao Laboratório de Química Celulose e Energia, por colaborar no meu desenvolvimento
profissional e aos companheiros de trabalho Camila, Fabiana, Fernando, Fernanda, Gustavo,
Gláucia, Juliana, Natália, Regina, Tadeu, Udemilson e Wilian, pela amizade e colaboração no
desenvolvimento desse trabalho.
Ao Laboratório de Anatomia da Madeira e sua equipe, Carlos, Cláudio, Maria e
Matheus, pela paciência e colaboração no desenvolvimento desse trabalho.
A equipe da Biblioteca do IPEF e Eventos, Marialice, Paulo, Olicina, Aline e Evelyn,
pela atenção, amizade e pelas oportunidades proporcionadas no meu crescimento profissional.
Ao Leandro Siqueira e Fábio Luiz Barbosa pela colaboração na coleta das matérias-
primas da Companhia Suzano Papel e Celulose.
A empresa CELBI - Celulose Beira Industrial, que cedeu a matéria-prima de Eucalyptus
globulus.
A Empresa Mesta-Botnia – Finlândia pelo envio das amostras de Betula pendula.
A Companhia Suzano Papel e Celulose, por ceder às matérias-primas e pelo
financiamento desse trabalho.
A todos que de uma maneira direta ou indireta colaboraram no desenvolvimento desse
trabalho.
6
SUMÁRIO
RESUMO ................................................................................................................................ 8
ABSTRACT... ........................................................................................................................ 9
LISTA DE FIGURAS............................................................................................................. 10
LISTA DE TABELAS............................................................................................................. 12
1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 13
2 DESENVOLVIMENTO.............. ........................................................................................ 15
2.1 Revisão Bibliográfica........................................................................................................ 15
2.1.1 Matéria-prima fibrosa para produção de celulose ......................................................... 15
2.1.2 Densidade básica da madeira ......................................................................................... 17
2.1.3 Caracterização anatômica .............................................................................................. 19
2.1.4 Característica química.................................................................................................... 20
2.1.5 Compostos inorgânicos na madeira................................................................................ 22
2.1.6 Polpação kraft ................................................................................................................ 23
2.2 Material e Métodos............................................................................................................ 25
2.2.1 Material .......................................................................................................................... 25
2.2.1.2 Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla ............................................…............... 26
2.2.1.3 Eucalyptus globulus .........…….....………………...................................................... 27
2.2.1.4 Betula pendula .....……….....……………................................................….............. 27
2.2.1.5 Amostragem .........……….....……………................................................….............. 28
2.2.2 Métodos. ........................................................................................................................ 29
2.2.2.1 Caracterização da madeira .......................................................................................... 29
2.2.2.1.1 Densidade básica ..................................................................................................... 29
2.2.2.1.2 Variação radial da densidade do lenho por densitometria de Raios X .................... 31
2.2.2.1.3 Caracterização morfológica das fibras ..................................................................... 32
2.2.2.1.4 Caracterização da anatomia da madeira .................................................................. 34
2.2.2.1.5 Caracterização química ............................................................................................ 34
2.2.2.1.6 Caracterização dos elementos inorgânicos.............................................................. 34
2.2.2.2 Polpação ...................................................................................................................... 34
7
2.2.2.3 Parâmetros determinados no processo de polpação.................................................... 36
2.2.2.4 Delineamento experimental e análise estatística........................................................ 36
2.3 Resultados e Discussões.................................................................................................... 37
2.3.1 Densidade básica na madeira.......................................................................................... 37
2.3.1.2 Densidade aparente da madeira por densitometria Raio X.......................................... 48
2.3.2 Composição química da madeira ................................................................................... 52
2.3.2.1 Características Básicas ................................................................................................ 52
2.3.2.2 Compostos inorgânicos na madeira ............................................................................ 56
2.3.3 Dimensões das fibras ..................................................................................................... 58
2.3.4 Microscopia eletrônica ................................................................................................... 62
2.3.5 Polpação ........................................................................................................................ 71
3 CONCLUSÕES ................................................................................................................... 83
REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 85
APÊNDICES........................................................................................................................... 94
RESUMO
Avaliação da madeira de Betula pendula, Eucalyptus globulus e de híbrido de Eucalyptus
grandis x Eualyptus urophylla destinadas à produção de polpa celulósica kraft
A madeira é a principal variável de custo na produção de polpa celulósica. A polpa
celulósica obtida a partir da madeira de folhosas é principalmente utilizada para produção de
papéis de escrita e impressão assim como, a produção de papéis para fins sanitários; para estes
usos normalmente a polpa celulósica deve ser branqueada. Mundialmente, várias espécies de
madeira de folhosas são utilizadas para produção de polpa celulósica de fibra curta, estando
entre as principais o híbrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla (Brasil), Betula
pendula (Finlândia) Eucalyptus globulus (Portugal). Este projeto teve por objetivo: i-avaliar e
comparar o desempenho de madeiras de principais espécies utilizadas mundialmente, para
produção de polpa celulósica de fibra curta, considerando os aspectos relacionados à qualidade
da madeira e polpa, o consumo de reagentes químicos na polpação e também os aspectos
relacionados ao rendimento e a capacidade de produção de polpa celulósica; ii-fornecer
informações estratégicas para o setor celulósico nacional com relação as possíveis ameaças e
as oportunidades apresentadas pelos materiais não utilizados no Brasil, visando o
conhecimento e posicionamento em competitividade destas madeiras no mercado mundial de
celulose e papel; iii-fornecer subsídios para o programa genético e de melhoramento florestal;
iv-posicionar a polpa celulósica de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla em relação as
suas principais concorrentes. Para realização deste trabalho foram coletadas 5 árvores de todas
as espécies, sendo considerado o diâmetro médio do povoamento, transportando a madeira em
forma de discos e transformadas em cavacos de forma manual; com relação à madeira foram
determinadas, densidade básica, dimensões de fibras, composição química e análise anatômica
através da microscopia eletrônica de varredura; as condições de cozimento foram ajustadas
visando à obtenção de polpa branqueável (número kappa de 17±0.5). Os resultados obtidos
mostraram que as espécies de Eucalyptus globulus e E. grandis x E. urophylla 2 apresentaram
melhor desempenho no processo de polpação; atingiram a mesma intensidade deslignificação
(expressa como número kappa), sendo necessário menor nível de álcali ativo. As matérias-
primas citadas apresentaram maior rendimento, maior viscosidade e menor teor de ácidos
hexenurônicos. As diferentes matérias-primas estudadas neste trabalho apresentaram
características bastante distintas que implicam em diferentes eficiências nos processos de
polpação e branqueamento.
Palavras-chave: Matérias-primas; Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla; Betula pendula;
Eucalyptus globulus; Processo de Polpação kraft
8
ABSTRACT
Evaluation of the wood of Betula pendula, Eucalyptus globulus and of hybrid of Eucalyptus
grandis x Eucalyptus urophylla as a raw-material for kraft pulp production
Wood is the main variable in the cost of pulp production, besides being a strong
component in the final quality of the paper product. Pulps obtained from hardwoods are mainly
used in the production of printing and writing papers as well as tissue papers; for these uses, the
pulp must be bleached. Several species of hardwoods are used in the production of pulp
worldwide. The main ones are the hybrid Eucalyptus grandis X Eucalyptus urophylla (Brazil), E.
globulus (Portugal), Betula pendula (Finland). The objectives of this research was: 1) to evaluate
and compare the performance of woods from the main species used worldwide for hardwood
cellulose pulp production, considering the aspects regarding the quality of the wood and pulp,
chemicals consumption during pulping, and aspects related to the yield and capacity pulp
production; 2) to supply strategic information for the Brazilian pulp and paper sector regarding
possible threats and opportunities presented by materials which are not used in Brazil in order to
know and compete with these woods in the world market of pulp and paper. In order to
accomplish this work, chips were manually obtained from disks. Regarding the wood, the basic
density, fibers dimensions, chemical composition and anatomic analysis were conducted. The
cooking conditions were adjusted in order to obtain the bleachable pulp (kappa number 17±0.5).
The results had shown that the species of Eucalyptus globulus from Portugal and hybrid of E.
grandis x E. urophylla 2 had better performance in the kraft pulping process; they had reached
the same delignification level, as number kappa, requiring lesser active alkali. The mentioned raw
materials showed higher yield, greater viscosity and minor levels of acid hexenurônicos. The
raw-materials considered in the research showed clearly distinct characteristics that lead to
differences in the pulping and bleaching processes efficiencies and strategies.
Keywords: Raw materials; Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla; Betula pendula;
Eucalyptus glubulus; pulping process
9
10
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Países que foram realizados as amostras, (1) Brasil, (2) Portugal e (3)............... 26
Figura 2 -
Local de coleta das espécies de E. grandis x E. urophylla do Brasil: (1) São
Miguel - SP, (2) Itatinga – SP e (3) Mucuri – .....................................................
26
Figura 3 - Local de coleta em Portugal da espécie de Eucalyptus globulus......................... 27
Figura 4 -
Representação do local de coleta na Finlândia da espécie de Betula pendula....
27
Figura 5 -
Amostragem dos discos por árvore......................................................................
28
Figura 6 -
Amostragem dos discos para determinar densidade básica................................
29
Figura 7 -
Descrição da metodologia de raios X e a obtenção das imagens radiográficas
do lenho das árvores...........................................................................................
32
Figura 8 - Variação longitudinal – densidade básica total................................................... 43
Figura 9 - Variação longitudinal – densidade básica da madeira.......................................... 43
Figura 10 - Variação longitudinal – % de casca em peso....................................................... 45
Figura 11 - Variação longitudinal – % de casca em volume................................................... 46
Figura 12 - Índice de heterogeneidade.................................................................................... 47
Figura 13 -
Correlação linear entre a densidade aparente média do DAP e a densidade
básica média da árvore.........................................................................................
49
Figura 14 -
Variação da densidade nas espécies E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3 (figura
A, B e C), Betula pendula (figura D) e E. globosos (figura E)...........................
51
Figura 15 -
Comprimento das fibras........................................................................................
60
Figura 16 -
Espessura das fibras..............................................................................................
60
Figura 17 -
Largura das fibras.................................................................................................
61
Figura 18 -
E. grandis x E. urophylla 1- Corte transversal (aumento-150x)..........................
63
Figura 19 -
E. grandis x E. urophylla 1- Corte transversal (aumento- 400x).........................
63
Figura 20 -
E. grandis x E. urophylla 1- Corte transversal (aumento-1000x)........................
64
Figura 21 -
E. grandis x E. urophylla 2- Corte transversal (aumento-150x)..........................
64
Figura 22 -
E. grandis x E. urophylla 2- Corte transversal (aumento-400x)..........................
65
Figura 23 -
E. grandis x E. urophylla 2- Corte transversal (aumento-1000x)........................
65
11
Figura 24 -
E. grandis x E. urophylla 3- Corte transversal (aumento-150x)..........................
66
Figura 25 -
E. grandis x E. urophylla 3- Corte transversal (aumento-400x)..........................
66
Figura 26 -
E. grandis x E. urophylla 3- Corte transversal (aumento-1000x)........................
67
Figura 27 -
Betula pendula - Corte transversal (aumento-150x).............................................
68
Figura 28 -
Betula pendula - Corte transversal (aumento-400x).............................................
68
Figura 29 -
Betula pendula - Corte transversal (aumento-1000x)...........................................
69
Figura 30 -
Eucalyptus globulus - Corte transversal (aumento-150x)....................................
70
Figura 31 -
Eucalyptus globulus - Corte transversal (aumento-400x)....................................
70
Figura 32 -
Eucalyptus globulus - Corte transversal (aumento-1000x)..................................
71
Figura 33 -
Álcali-ativo aplicado- base NaOH........................................................................
72
Figura 34 -
Rendimento bruto e depurado...............................................................................
73
Figura 35 -
Teor de rejeito.......................................................................................................
74
Figura 36 -
Ácidos Hexenurônicos..........................................................................................
76
Figura 37 -
Número kappa x número kappa corrigido............................................................
77
Figura 38 -
Viscosidade para diferentes matérias-primas.......................................................
78
Figura 39 -
Seletividade..........................................................................................................
79
Figura 40 -
Teor de sólidos gerados por tonelada de polpa produzida....................................
81
12
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Condições de cozimento......................................................................................... 35
Tabela 2 - Parâmetros determinados no processo de polpação............................................... 36
Tabela 3 - Densidade básica ponderada - Dbt (madeira+casca), Db madeira, Db casca e
percentagem de casca em peso e volume..............................................................
37
Tabela 4 - Densidade básica - Dbt (madeira+casca), Db madeira, Db casca e percentagem
de casca em peso e volume nas diferentes alturas..................................................
42
Tabela 5 - Densidade aparente obtida por densitometria de Raio X....................................... 49
Tabela 6 - Características químicas da madeira...................................................................... 52
Tabela 7 - Compostos inorgânicos na madeira...................................................................... 56
Tabela 8 - Dimensões das fibras............................................................................................ 59
Tabela 9 - Análises Químicas das polpas................................................................................ 75
Tabela 10 - Análises do licor negro......................................................................................... 80
13
1 INTRODUÇÃO
A produção de polpa celulósica a partir da madeira de folhosas é destinada basicamente
a dois diferentes tipos de papéis: (i) escrita e impressão e (ii) sanitários - tissue.
Mundialmente as matérias-primas utilizadas para esses fins diferem entre si no que diz
respeito à espécies, idade, tipo de florestas (plantada e nativa), bem como as características
químicas, físicas e anatômicas da madeira.
Entre as diferentes matérias-primas utilizadas para produção de polpa celulósica,
destaca-se no Brasil o híbrido de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla; em Portugal o
Eucalyptus globulus; no Chile o Eucalyptus globulus e mais recentemente o Eucalyptus
nitens; no norte da Europa, a principal espécie utilizada para produção de polpa celulósica é a
Betula pendula; no Canadá e Estados Unidos destacam-se as espécies do gênero Populus; na
Indonésia, além do Eucalyptus as madeiras do gênero Acacia são bastante utilizadas para
produção de polpa celulósica. Cabe salientar que parte das matérias-primas utilizadas no norte
da Europa e América do Norte são oriunda de florestas nativas com idade de
aproximadamente 60 anos.
As espécies utilizadas para produção de polpa celulósica kraft de fibra curta apresentam
diferenças que vão desde os aspectos silviculturais até as propriedades que determinam a
qualidade de suas madeiras; estas diferenças conferem às respectivas polpas celulósicas
propriedades diferenciadas, que podem ser exploradas para produção de papéis com
características específicas, atingindo mercados mais exigentes e proporcionando maiores
retornos sobre os investimentos realizados pelas indústrias de celulose e papel.
O mercado mundial de polpa celulósica de fibra curta tem mostrado um crescimento
consistente nos últimos anos. O conhecimento das principais características das madeiras e
polpas obtidas a partir da madeira de folhosas utilizadas comercialmente pelos principais
países produtores de polpa de fibra curta é de fundamental importância para o setor brasileiro
de celulose e papel, seja para detectar ameaças ou mesmo oportunidades. Neste contexto, os
objetivos deste trabalho são:
i. avaliar e comparar o desempenho da madeira de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus
grandis, Eucalyptus globulus e Betula pendula, considerando-se os aspectos
relacionados à qualidade da madeira, da polpa celulósica produzida e o desempenho
14
frente ao processo kraft de polpação (carga alcalina, rendimento, geração de sólidos,
entre outros);
ii. fornecer informações estratégicas para o setor celulósico nacional com relação às
possíveis ameaças e oportunidades apresentadas pelos materiais não utilizados no
Brasil, visando o conhecimento e posicionamento em termos de potencial de
competitividade destas madeiras e polpas celulósicas no mercado mundial de
celulose e papel.
iii. fornecer subsídios para programas de melhoramento genético e utilização de
tecnologia genômica florestal.
iv. posicionar a polpa celulósica de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla em
relação as suas principais concorrentes.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Revisão Bibliográfica
2.1.1 Matéria-prima de folhosas para produção de celulose
De acordo com Rocha (2000) à medida que a humanidade avançou, a madeira tornou-se
cada vez mais estudada e compreendida, o que permitiu usos mais adequados e nobres.
Monteiro (1996) menciona que a madeira pode ser considerada um material universal, por
atender a grande necessidade humana. Destina-se na maior parte ao abastecimento de
indústrias secundárias, tais como celulose e papel, construção civil, movelaria, geração de
energia, entre outras.
Foelkel (1977) descreve que há um grande número de espécies compondo o grupo de
vegetais do tipo folhosas, com ampla variação na estrutura de suas madeiras, como vasos,
parênquimas, fibras, e outras células especializadas que se arranjam em inúmeras formas para
comporem as madeiras.
Silva (1996) salienta que as matérias-primas tradicionais utilizadas como fontes de fibra
para produção de polpa celulósica são oriundas de espécies de coníferas e de folhosas,
entretanto, por um longo período, a madeira de folhosa, foi considerada por muitos fabricantes
de polpa celulósica um material de qualidade inferior comparada as de fibra longa; Martins
(1983) salienta que esse desinteresse se dava por apresentarem fibras curtas, o que por muitos
anos, foi considerado indesejável para a produção de papel, pois se associava que a resistência
da polpa estava ligada ao comprimento das fibras.
A indústria brasileira de celulose e papel fundamenta-se principalmente, na utilização de
madeiras de eucalipto, que dado ao desenvolvimento da silvicultura em seu sentido mais
amplo, as florestas obtiveram maiores produtividades e em geral matéria-prima com
características (químicas, físicas e anatômicas) adequadas. O desenvolvimento nacional nas
áreas de silvicultura de florestas plantadas e de produção de polpa celulósica permitiu que o
Brasil se transformasse em um dos maiores exportadores mundiais de polpa celulósica de fibra
curta, sendo as principais espécies utilizadas o E. grandis, E. saligna, E. urophylla e híbridos
de E. grandis x E. urophylla e E. globulus.
De acordo com Pásztor (1990), o E. urophylla foi introduzido no Brasil em 1919 por
Edmundo Navarro de Andrade, em Rio Claro - SP, sendo erroneamente identificado como E.
alba. Segundo Busnardo (1978), devido a problemas diversos, referentes principalmente à alta
15
16
capacidade para hibridação, existiram muitas dificuldades para se precisar a exata espécie do
material; a descrição da espécie só foi oficialmente adotada em 1977, após estudos de S.T.
Blakely.
Aproximadamente 20 anos depois da introdução do E. urophylla ocorreu à primeira
plantação de Eucalyptus globulus localizada no sul da Europa e norte da África realizado pelo
naturalista Billarolierè entre 1791 e 1792. Considera-se que a partir desta, outras plantações
estabeleceram-se fora do continente Australiano e atualmente em Portugal, Califórnia, Chile,
Sul da África, Índia e Argentina (IGARTÚA et al.2004). Atualmente Portugal tem uma área
de 8,9 milhões de hectares plantados de Eucalyptus globulus sendo esta a principal matéria-
prima utilizada para produção de polpa celulósica neste país.
No Norte da Europa a matéria-prima utilizada para a produção de polpa celulósica é a
Betula pendula conhecida “vulgarmente” como viodeiro branco. Tal espécie é oriunda de
florestas nativas com solos pobres sendo não tolerando a solos mal arejados e alagados
(BHAT et al. 1981).
Apesar da madeira de eucalipto ser a principal matéria-prima para produção de polpa
celulósica no Brasil, Foelkel em 1978 citou que o ideal seria que a indústria de celulose e
papel pudesse contar com outros gêneros de madeira de qualidade adequada, o que permitiria
obter tipos distintos no produto final e maior flexibilidade na produção.
Segundo Silva Junior (2002), o termo qualidade de madeira tem apresentado uma
evolução histórica em termos de conceituação, ou visão. De uma maneira bastante sucinta as
visões sobre qualidade da madeira podem ser agrupadas em:
i. visão "transcendental" - a qualidade da madeira é um conceito empírico e não
claramente definido;
ii. visão de processo - adequação das características da madeira ao processo e
instalações disponíveis na unidade fabril;
iii. visão de valor - impacto das características da madeira no custo de produção;
iv. visão de uso - características da madeira que levam a produção de polpa celulósica e
papel que atendem as necessidades dos clientes.
Até a década passada o maior objetivo na implantação de uma floresta comercial, era
obter a máxima produção volumétrica. Hoje, há uma crescente preocupação com a qualidade
17
da madeira, no que se refere à adequação e determinado uso ou a sua capacidade para atender
aos requisitos necessários à fabricação de um dado produto.
A qualidade da matéria-prima é altamente influenciada pelos aspectos químicos, físicos e
anatômicos da madeira (FOELKEL 1978; ALENCAR 2002). Além disso, a qualidade da
madeira tem grande relação com a silvicultura, com o melhoramento genético, bem como com
os aspectos ambientais, tais como condições climáticas, atributos químicos e físicos do solo e
a nutrição das árvores, estando interligados na obtenção de polpa celulósica e papel com
características específicas.
Segundo Barrichelo (1983), quando se menciona qualidade da madeira, os trabalhos
salientam a densidade básica, pelo fato de ser uma das principais características de avaliação
de qualidade, salientando também a facilidade de amostragem e mensuração. Além da
densidade básica, outros parâmetros devem ser considerados para a caracterização da
qualidade da madeira como: as características das fibras, parênquimas e vasos, bem como os
teores de celulose, lignina, pentosanas e extrativos.
A qualidade da polpa celulósica é altamente dependente dos aspectos químicos,
anatômicos e físicos da matéria-prima; quando se afirma que uma polpa celulósica possui
qualidade, quer se referir que ela possui os requisitos necessários para certos usos finais.
2.1.2 Densidade básica da madeira
A densidade básica é uma propriedade física da madeira definida como a relação entre o
peso absolutamente seco de madeira e o seu volume saturado, sendo a mesma de fundamental
importância para o processo de polpação, tendo em vista os aspectos econômicos relacionados
a consumo específico de madeira, influencia nas variáveis do processo de polpação e nas
características da polpa celulósica (SILVA JÚNIOR, 2005).
Foelkel (1992) salienta que a densidade básica é um parâmetro de aferição da qualidade, e
possui ampla aceitação pelo fato de ser correlacionada com diversas características e
propriedades de uso do produto final e pela simplicidade de sua determinação.
Teixeira (1995) descreve que a densidade básica é aceita como um dos principais
parâmetros utilizados na avaliação da qualidade da madeira para os diversos usos, além de
apresentar alta herdabilidade genética e apresentar correlação com outras características de
qualidade da madeira.
18
Foelkel (1992) e Santos (2005) relatam que a densidade básica apresenta correlação com
as propriedades físicas, químicas e anatômicas da madeira; sua variação esta associada ao teor
de holocelulose, lignina e extrativos, com a freqüência de vasos e parênquimas, a espessura da
parede celular, a proporção do lenho tardio entre outros.
Foelkel et al. (1992) descreve que a densidade básica tem-se constituído como um índice
universal para avaliar a qualidade da madeira, porém esta medida não deve ser considerada
absoluta. Isso porque a densidade básica é um fator resultante, é a conseqüência, e não a causa
da distribuição, tipos e composição dos elementos anatômicos que compõe a madeira.
Barrichelo (1979) e Brasil (1983) salientam que está ao relacionada com rendimento do
processo, rendimento volumétrico no digestor, velocidade de impregnação da madeira,
refinação da celulose e propriedade da celulose e do papel.
Segundo Foelkel (1992) a densidade básica para madeiras de Eucalyptus, pode variar de
0,300 a 0,800 g/cm
3
; entretanto para a produção de polpa celulósica é recomendado o uso de
madeiras com densidade básica de 0,450 a 0,550 g/cm
3
. Tal fato se justifica devido às
matérias-primas com densidade básica acima de 0,650 g/cm
3
apresentarem dificuldades na
picagem, aumento no consumo de reagentes químicos e aumento no teor de rejeitos embora,
demonstrem vantagens quanto aos níveis de resistência.
Assis (1996) descreve que a polpa celulósica produzida com madeiras de menor
densidade básica apresenta fibras com menor espessura de parede e baixo rendimento
volumétrico; esse mesmo autor afirma que madeira com menor espessura de parede é mais
adequada produção de papéis de escrita e impressão.
O aumento da densidade básica está correlacionado de forma positiva com o maior teor de
lignina; devido a essa característica o consumo de reagentes químicos no processo de polpação
é maior e proporciona a redução no rendimento depurado, bem como o aumento no teor de
rejeitos; madeiras com essas características são consideradas adequadas para fabricação de
papéis absorventes.
19
De acordo com Higgins
1
et al. (1979); Jankowsky (1979), uma das características da
madeira que se acreditam exercer influências na densidade básica das folhosas são os
diâmetros da fibra e a freqüência dos elementos de vasos e a relação entre diâmetro da fibra e
espessura da parede celular.
Diante disso, conforme mencionado, diferentes gêneros e espécies apresentam densidade
básica diferenciadas. Mansilla et al. (1991), realizou estudos com a espécie de E. globulus e
apresentou resultado de densidade básica de 0,710 g/cm
3
; entretanto Alencar (2002) realizou
um estudo com E. urophylla x grandis e apresentou como resultado de densidade básica 0,503
g/cm
3
, já para a espécie B. pendula, Bhat (1981) relata densidade básica da madeira de 0,520
g/cm³.
2.1.3 Características anatômicas
Segundo Monteiro (1996), com a identificação e a caracterização dos elementos
anatômicos, é possível conhecer melhor o universo da madeira e assim direcionar de forma
adequada o seu uso.
Alencar (2002) salienta que as características anatômicas da madeira, tais como
comprimento da fibra, espessura da parede, diâmetro do lume, proporção dos vários tipos de
células e tecidos, como vasos e parênquimas, possuem relação com a densidade básica.
Brasil (1976) descreve que os anatomistas da madeira consideram a variação dos
elementos estruturais de três formas distintas, as diferenças entre espécies, gêneros e famílias,
bem como as variações observadas entre indivíduos da mesma espécie e as variações no
sentido tangencial, radial e transversal da árvore. As dimensões, proporções e arranjo dos
vários tipos de células formam um módulo estrutural característico para cada espécie.
__________________________
1
HIGGINS, H. G. et al. The density and structure of hardwoods in relation to paper surface characteristics and
other properties. TAPPI, Atlanta, v. 56, p. 127 – 31, 1979.
20
As características básicas e dimensões das fibras são bastante variáveis na madeira; o
comprimento, a largura, a espessura da parede e o diâmetro do lume das fibras representam
diferentes estágios de desenvolvimento e são controlados por diferentes processos fisiológicos
distintos. Tomazello (1985) confirma que as dimensões das fibras podem ser influenciadas
também pela idade, pois com o aumento da idade as células cambiais passam a produzir
elementos com maiores dimensões ao longo do raio até atingirem a estabilização em idades
mais avançadas.
As características das fibras podem ser relacionadas com as propriedades físicas do
papel. Foelkel e Barrichelo (1975) relataram que a resistência do papel à tração,
arrebentamento e rasgo é altamente influenciada pelo comprimento da fibra.
Tomazello (1983) realizou um estudo com 8 espécies de eucaliptos e entre elas o
resultado do comprimento da fibra para E. globulus foi de 0,81 mm e para E. grandis de 1,03
mm. Alencar (2002) salientou que para espécie de E. grandis x E. urophylla com idade de 7
anos o comprimento médio das fibras foi de 1,15 mm.
De acordo com Barrichelo e Brito (1976), a espessura da parede das fibras, apresentada
pelas espécies de eucalipto, se encontra na faixa de 2,5 a 6,0 μm; para largura geralmente
observam-se valores entre 12 a 20 μm.
Wher (1991) salienta que fibras com paredes delgadas combinadas com maiores
diâmetros de fibras são encontradas em madeiras de menor densidade básica. As fibras com
essas características são mais suscetíveis ao colapso, favorecendo as ligações entre fibras e
ainda apresentam uma maior facilidade no refino na fabricação do papel.
Os papéis fabricados com fibras de menor diâmetro e maior espessura de paredes, em
geral levam à melhores resultados de resistência ao rasgo e uma maior opacidade.
2.1.4
Características químicas
Quimicamente, a madeira caracteriza-se por ser um material constituído por compostos
de elevados graus de polimerização e pesos moleculares, tais como celulose, hemicelulose e
lignina. Para determinação da qualidade da madeira, visando à produção de polpa celulósica e
papel os parâmetros químicos como teores de celulose, lignina, pentosanas e extrativos tem
sido considerado os mais relevantes e normalmente são relacionados com os aspectos
21
quantitativos de rendimento e consumo de produtos químicos durante o processo de
deslignificação.
Barrichelo e Brito (1976), salientam que a madeira de eucalipto apresenta de 40 a 55%
de celulose, e 20 a 40% de hemicelulose e o teor de lignina na faixa de 15 a 25%, do peso total
da madeira. Entretanto, sabe-se que, quanto menor o teor de lignina melhor a deslignificação e
menor o consumo de produtos químicos durante o processo de polpação e o branqueamento.
Foelkel (1977) afirma que o conhecimento da natureza química da madeira é de grande
importância, pois está relacionado com as exigências da mesma nos processos de polpação e
branqueamento da polpa celulósica.
Almeida e.t al. (2001), destaca que o teor de holocelulose está relacionado com o
rendimento do processo de polpação, e as hemiceluloses facilitam no refino da polpa
celulósica, desempenhando um papel fundamental no desenvolvimento das propriedades de
resistência físico-mecânica da polpa.
Santos (2000) e Alencar (2002) descrevem que madeiras com maior teor de lignina
podem exigir maior quantidade de álcali para atingir níveis desejáveis de deslignificação no
processo de polpação kraft. Tal fato implica em uma maior degradação dos carboidratos e
dissolução dos polissacarídeos de baixo peso molecular, causando redução no rendimento,
queda de viscosidade e resistência física da polpa celulósica; além de gerar também, maior
quantidade de sólidos para queima em caldeira de recuperação.
Smook (1997) salienta que os extrativos na madeira também variam dentro da árvore,
podendo ser encontrados principalmente em regiões como a casca, folhas, frutos, sementes,
acículas. Segundo o autor os extrativos são representados, principalmente, por ácidos graxos e
ácidos resinosos, sendo que diferentes solventes podem ser utilizados na quantificação dos
mesmos, porém os mais comuns são o tolueno e o diclorometano. O autor menciona que os
extrativos são compostos indesejáveis no processo de polpação, uma vez que os mesmos
podem consumir reagentes químicos e provocar incrustações, “pitch”, em tubulações e causar
problemas de adsorção de lignina e de cargas durante o processo de fabricação do papel.
Almeida (2001) destaca que os teores de extrativos e de lignina presentes na madeira
influenciam diretamente no consumo de álcali, no rendimento e na taxa de deslignificação,
podendo os mesmos definir o potencial de uma matéria-prima para produção de polpa
celulósica.
22
As polpas celulósicas de diferentes espécies de folhosas apresentam elevada
variabilidade de composição e estrutura conforme salientado, afetando significativamente o
seu comportamento durante o processo de polpação. Espécies de folhosas distintas requerem
diferentes condições de operação no processo de polpação e branqueamento, para atingirem o
mesmo grau de deslignificação (expresso na forma de número kappa e alvura
respectivamente). Adicionalmente, a compreensão das características química das madeiras,
torna-se crucial para possíveis otimizações nos processos de polpação e branqueamento,
melhoria na qualidade do produto final e redução do impacto ambiental causado pelas
indústrias de polpa celulósica e papel.
2.1.5 Compostos inorgânicos na madeira
A nutrição mineral representa um fator importante na fisiologia da árvore, uma vez que o
suprimento adequado dos elementos minerais é essencial para o sucesso do crescimento. Na
grande maioria dos plantios de eucalipto no Brasil, a fertilização mineral é uma prática
necessária para aumentar ou manter os índices de produtividade.
Segundo Freddo, et al. (1999) e Resende et al. (1999), os elementos minerais variam
com as espécies, disponibilidade dos elementos no solo, região geográfica, idade da planta e o
próprio beneficiamento desde o corte até a produção de cavacos.
Kimo (1986) destaca que a determinação quantitativa e qualitativa dos elementos
minerais na madeira pode ser de grande importância tecnológica, podendo prevenir e até
mesmo evitar uma série de problemas, dentre os quais incrustação nas superfícies de
equipamentos e tubulações da seção de recuperação do licor, entupimentos e corrosões,
causando uma redução na vida útil dos equipamentos e reduzindo a capacidade de produção de
unidades fabris de polpa celulósica e papel.
Devido aos problemas que os elementos minerais podem causar, sua quantificação
tornou-se bastante freqüente nas indústrias de polpa celulósica para fornecer subsídios às
medidas preventivas, uma vez que grandes quantidades destes compostos inorgânicos
adentram nas fábricas através da madeira.
Resende et al. (1999) salientam que a principal fonte de metais na polpa celulósica é a
madeira e estima-se que esta matéria-prima contribui com aproximadamente 95% do total de
23
íons metálicos presentes na polpa celulósica, quer pelos aspectos do incremento inerente ao
crescimento das árvores (fisiologia), quer pela contaminação durante a operação florestal.
Albert (1996)
2
descreve que os elementos que entram no sistema de produção de polpa
celulósica podem ser classificados em processuais e não processuais. Entre os processuais
estão sódio e sulfeto, que derivam do próprio processo de polpação, e os não-processuais, são
os elementos que entram na fábrica através da madeira, de reagentes químicos e da água,
sendo eles cálcio, magnésio, potássio, cloro, carbono, fósforo, manganês, alumínio, silício,
ferro em menores quantidades zinco, cobre, chumbo, prata, níquel e cadmo, podendo ainda
ocorrer outros elementos.
Entre os elementos não processuais, aproximadamente 60% entram via madeira, 35%
como forma de produtos químicos processuais ou suas impurezas e 5% entram através da água
utilizada no processo Freddo (1999).
Entre os compostos inorgânicos o cálcio tem grande facilidade em formar carbonato de cálcio,
durante o processo de polpação, e posteriormente chegar a causar incrustações nos
equipamentos.
Brasileiro et al. (2001) e Kramarski (2004) descrevem que alguns íons metálicos de
transição, principalmente ferro, cobre e manganês decompõe o peróxido de hidrogênio durante
o branqueamento de polpa celulósica e os mesmos podem estar presentes na polpa associados
aos ácidos hexenurônicos, fazendo com que haja um maior consumo de reagentes químicos,
bem como uma redução de alvura da polpa branqueada.
2.1.6 Polpação Kraft
O processo kraft de polpação é o mais utilizado para produção de polpa celulósica a
partir da madeira e tal fato se justifica, entre outros, devido à alta qualidade da polpa
celulósica obtida.
O processo kraft de polpação tem por objetivo a individualização das fibras pela
dissolução da lignina presente na madeira principalmente na lamela média. O processo kraft
envolve o tratamento de cavacos de madeira com solução aquosa de hidróxido de sódio e
____________________
2
Albert, R. J. Technical and economic feasibility of the effluent-free bleached Kraft pulp Mill. In:
INTERNATIONAL NON-CHLORINE BLEACHING CONFERENCE, 1993. 23 p.
24
sulfeto de sódio a elevadas temperaturas (de 145
o
C a 175
o
C) por períodos de tempo que
variam de 1 hora a 6 horas.
Fantuzzi Neto (1997) e Silva Júnior (2005) destacam as vantagens do processo de
polpação kraft, sendo elas:
- qualidade da polpa celulósica;
- eficiência na recuperação dos reagentes químicos;
- grande flexibilidade com relação às espécies da madeira;
- auto-suficiência na produção de energia.
Entretanto, o processo kraft, apresenta algumas desvantagens, sendo as principais:
- alto custo de investimento na construção da fábrica;
- problema de odor devido aos gases produzidos;
- baixo rendimento de polpação;
- alto custo de branqueamento.
Segundo Silva Júnior (2005), a duração do cozimento depende do grau de
deslignificação que se pretende atingir, sendo este usualmente traduzido pelo número kappa da
polpa celulósica. No processo de cozimento, remove-se cerca de 90% da lignina original o que
corresponde a um número kappa da polpa celulósica entre 14 a 20 para as folhosas.
Bassa (2002) cita que durante a polpação kraft a remoção de hemicelulose e de lignina
favorece a difusão de reagentes para o interior da parede das fibras e conseqüentemente o
acesso destes a lamela média, provocando alterações estruturais que afetarão a resistência
intrínseca e a conformabilidade das fibras. Além disso, as reações dos polissacarídeos
(celulose e hemicelulose) localizados principalmente na parede secundária das células têm um
efeito acentuado no rendimento e nas características da polpa (como na viscosidade e nas
propriedades físico-mecânicas), bem como no consumo de reagentes químicos.
A remoção de lignina no processo de polpação kraft pode ser dividida em três etapas
distintas, sendo elas, fase inicial, fase principal e fase final.
O início do ciclo de polpação que envolve parte do período de elevação de temperatura é
caracterizado como fase inicial de deslignificação; nesta fase ocorre cerca de 20 a 25% da
dissolução da lignina.
25
Na etapa principal do processo de polpação, ocorre a maior intensidade deslignificação
da madeira, ou seja, solubilização de aproximadamente 60 % da lignina original; esta etapa
corresponde ao final da fase de aquecimento e ao início do período à temperatura máxima.
Na fase final do processo de polpação a dissolução de aproximadamente 10 a 13% da
lignina original (ALMEIDA, 2006).
2.2 Material e Métodos
2.2.1 Material
Na realização deste trabalho foram utilizados os seguintes materiais:
1- Híbridos de Eucalyptus urophylla x E. grandis, com idade de 6 anos plantados em
Itatinga/SP/Brasil (1);
2- Híbridos de Eucalyptus urophylla x Eucalyptus grandis com idade de 5 anos
plantados em São Miguel/SP/Brasil (2);
3- Híbridos de Eucalyptus urophylla x E. grandis com idade de 5 anos plantados em
Mucuri/BA/Brasil (3);
4- Eucalyptus globulus com idade de 12 anos plantados em Foradouro/Portugal;
5- Betula pendula com idade de 67 anos originária de floresta natural da Finlândia.
Nas figuras 1, 2, 3 e 4 estão representados os locais de coleta das amostras utilizadas
na realização deste trabalho.
26
Figura 1 - Representação dos países em que foram coletadas as amostras de madeira
utilizadas na realização deste trabalho; (1) Brasil, (2) Portugal e (3) Finlândia
2.2.1.2 Eucalyptus grandis x urophylla
Figura 2 - Local de coleta das espécies de E. grandis x E. urophylla no Brasil: (1) São Miguel
- SP, (2) Itatinga - SP e (3) Mucuri - BA
1
2
3
Mucuri /
1
2
3
27
2.2.1.3 Eucalyptus globulus
Figura 3 - Local de coleta em Portugal da espécie de Eucalyptus globulus
2.2.1.4 Betula pendula
Figura 4 - Local de coleta na Finlândia da espécie de Betula pendula
2.2.1.5 Amostragem
Para realização deste trabalho foram abatidas 5 árvores de cada espécie considerada;
selecionaram-se árvores com o diâmetro médio do povoamento com base nos dados de
28
inventário florestal. Em termos de delineamento experimental, deve-se destacar que neste
trabalho, para cada espécie, a árvore é considerada como o elemento de repetição.
Para cada árvores foram retirados 6 discos com aproximadamente 2,5 cm de espessura
de cada altura (base, 25%, 50%, 75% e 100%), considerando a altura comercial de 6 cm
(Figura 5). Foram retirados também 2 discos com aproximadamente 2,5 cm de espessura à
altura do peito (1,3m). Os discos foram devidamente identificados por espécie, árvore e altura,
secos ao ar e encaminhados ao Laboratório de Química, Celulose e Energia da Universidade
de São Paulo – USP/ESALQ em Piracicaba – SP.
Figura 5 - Amostragem de discos por árvore
Para cada árvore e cada altura utilizou-se 1 disco para determinação da densidade básica
e 4 discos (total de 20 discos/árvore) para produção de cavacos manualmente, os quais, após
picados, foram selecionados visualmente para retirada de nós ou qualquer outra anormalidade,
homogeneizados (1 amostra composta por árvore) sendo então acondicionados em sacos de
polietileno.
75%
50%
25%
100%
BASE
DAP
1
A
29
2.2.2 Métodos
2.2.2.1 Caracterização da madeira
2.2.2.1.1 Densidade básica total (madeira+casca), densidade básica da madeira, da casca
e porcentagem de casca em peso e volume.
Conforme mencionado no (apêndice B), cada disco destinado à determinação de
densidade teve, inicialmente, o seu diâmetro com e sem casca medida (duas medições
ortogonais, sendo o diâmetro reportado como as médias destas determinações); após esta etapa
os discos foram subdivididos em 4 cunhas, sendo utilizadas 2 partes opostas, para a
determinação de densidade básica, conforme representado na figura 6.
Figura 6 - Amostragem de discos para densidade básica
A densidade da madeira foi determinada pelas expressões:
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
PITPUT
PSM
g/cm - (Dbt) Total Básica Densidade
3
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
PIMPUM
PSM
g/cm - (Dbm) Madeira da Básica Densidade
3
346,0
/
1
g/cm - (Dbc) Casca da Básica Densidade
3
−
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
=
PSCPUC
A
B
30
As médias ponderadas da densidade básica da madeira das árvores foram determinadas
pela expressão:
(
)
()
(
)
(
)
(
)
(
)
()
75%
2
50%
2
25%
2
100%
2
B
2
100%75%
100%
2
75%
2
75%50%
75%50%
50%25%
50%25%
25%B
25%
2
B
2
D + D +D2D+D
d+d D+D+d+d)D (D d+d)D (D +d+dD+D
2
1
=da
+
+++
Onde:
•
D
(base)
, D
(25%)
, D
(50%)
, D
(75%)
e D
(100%)
- diâmetro dos discos em diferentes alturas com
casca e sem casca;
•
d
(base)
,
d
(25%)
,
d
(50%)
,
d
(75%)
e d
(100%)
, densidade básica a diferentes alturas.
Para cada árvore foi calculado o Índice de Heterogeneidade para densidade básica da
madeira que procura expressar a maior ou menor variabilidade da densidade no sentido
longitudinal, a partir das densidades obtidas dos discos (Barrichelo & Brito, 1984). Segundo os
autores, a variação é tanto mais significativa quanto mais próxima estiverem os pontos de
amostragem e quanto mais na parte inferior da árvore, considerando-se o fator de forma típico
de árvores – tronco de cone. Assim estipula-se, arbitrariamente, peso 4 para a diferença de
densidade entre a base e 25% da altura, peso 3 para a diferença entre valor da base e 50% da
altura, peso 2 para a diferença entre valor da base e 75% da altura, peso 1 para a diferença entre
valor da base e 100% da altura comercial.
O Índice de heterogeneidade (IH) é expresso pela equação:
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
(
)
EDECDCEBDBCBEADACABAIH −+−+×−+−+×−+×−+−+×−+×−+×−= 223234
100 % - (Pcv) Volume em Casca de mPorcentage ×
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
−
=
PITPUT
PIMPUM
100 % - (Pcp) Peso em Casca da mPorcentage ×
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
+
=
PSCPSM
PSC
Dbp=
31
Onde:
•
A= base;
•
B=25%;
•
C=50%;
•
D=75%;
•
E=100%
2.2.2.1.2 Variação radial da densidade do lenho por densitometria de raios X
Para cada árvore utilizou-se 1 disco do DAP para determinação da densidade da madeira
através da técnica de densitometria de raios X, que consiste na obtenção de radiografias de
uma fina secção transversal de madeira sobre um filme radiográfico. No filme exposto a fonte
de raios X e pela passagem da radiação através da amostra de madeira forma-se uma imagem
de sua estrutura transversal (AMARAL, 1994).
Preparo das amostras do lenho: na seção transversal do lenho das árvores foram
demarcadas e cortadas amostras diametrais (20x10 mm, largura x altura), coladas em suporte
de madeira e seccionadas no sentido transversal (2,0 mm de espessura), em aparelho de dupla
serra circular paralela. As seções transversais do lenho foram acondicionadas em câmara de
climatização (12 h, 20°C, 50% UR) até atingir 12% de umidade.
32
Figura 7 - Descrição da metodologia de raios X e a obtenção das imagens radiográficas do
lenho das árvores: (a) corte das amostras em equipamento de dupla serra; (b) seções
transversais das amostras; (c) suporte com as amostras sobre o filme radiográfico;
(d) irradiação das amostras em equipamento de raios X; (e) imagem radiográfica e
sua análise nos programas CRAD e CERD e (f) perfil da densidade e respectiva
amostra do lenho
Análise dos filmes radiográficos:
os filmes radiográficos das amostras do lenho foram
digitalizados em scanner Hewllett Packard ScanJet 6100C/T a uma resolução de 1000 dpi
(pixel por polegada) em escala de cinza de 256 graus. Na imagem digitalizada foram feitas
comparações entre a escala de cinza das amostras de madeira com a da curva padrão (com
valores conhecidos de densidade: 1,48 g/cm
3
), sendo determinados os valores de densidade
através da utilização de programas de computador específicos para análise de imagens
conforme descrito por Arango (2004).
2.2.2.1.3 Caracterização morfológica das fibras
Para determinação das dimensões de fibras, dos cavacos de cada árvore, foram
retirados, com o auxílio de um estilete, cerca de 50 fragmentos para maceração pelo processo
nítrico-acético, o qual se constitui em submeter o material a ser dissociado a um tratamento
com solução de ácido acético, ácido nítrico e água na proporção (5:2:1) aquecida em banho-
33
maria a 100°C por um período de tempo suficiente para que as fibras se individualizem. Após
o término do tratamento, o material foi lavado com excesso de água destilada.
Após a maceração foram montadas 10 lâminas por material, sendo que em cada lâmina
foram medidas as dimensões de 10 fibras, totalizando 100 fibras por amostras; o número de
fibras a ser medido foi definido com base na estabilização do desvio-padrão em função do
número de fibras medido. Para cada fibra foram medidas as seguintes dimensões:
comprimento (C), largura (L), espessura de parede (E) e diâmetro do lume (DL) sendo os
resultados expressos como a média aritmética das 100 determinações.
A partir das médias das dimensões de fibra foram calculadas as seguintes relações:
Fração parede (FP): relação percentual entre duas vezes a espessura da parede celular e
a largura da fibra.
Coeficiente de flexibilidade (CF): relação percentual entre o diâmetro do lume e a
largura da fibra.
Índice de Runkel (IR)
: relação entre duas vezes à espessura da parede celular e o
diâmetro do lume.
onde:
•
C = comprimento da fibra;
•
E = espessura da parede;
•
L = largura da fibra;
•
DL = diâmetro do lume.
100
2
FP ×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
×
=
L
E
100 CF ×
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
L
DL
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
=
DL
E x 2
IR
34
2.2.2.1.4 Caracterização anatômica da madeira
Com o objetivo de caracterizar anatomicamente as diferentes espécies realizou-se a
análise anatômica das madeiras. Para este objetivo selecionaram-se as amostras do lenho do
DAP com aproximadamente 2,5 cm de espessura.
Os discos foram lixados para melhor visualização e posteriormente foi demarcada a
área do cerne e alburno onde foram retirados corpos de prova orientados para obtenção de
amostras para análise sob microscopia eletrônica de varredura.
2.2.2.1.5 Caracterização química
Amostras de cavacos foram reduzidas à serragem em moinho e devidamente
acondicionadas para realização das seguintes analises de acordo com a metodologia descrita
pela Technichal Association of Pulp and Paper Industry – TAPPI.
O material foi analisado quimicamente com relação aos seguintes parâmetros: teor de
extrativos, teor de lignina e teor de Holocelulose (H). O método encontra-se descrito no
apêndice.
2.2.2.1.6 Caracterização dos elementos inorgânicos
Para a caracterização dos compostos inorgânicos utilizou-se do processo de digestão
nitrico-perclórica segundo a metodologia proposta por Malavolta et al. (1989) e Ferreira,
(2001), as leituras foram realizadas em espectrofotômetro de absorção atômica. As
determinações dos metais foram realizadas no Laboratório de Ecologia Aplicada-LEA
(ESALQ – USP).
2.2.2.2 Polpação
Para obtenção de polpa celulósica kraft utilizou-se autoclave rotativa com capacidade
para 20 litros contendo 8 cápsulas de aço inoxidável individualizadas com capacidade para
70g de cavacos absolutamente seco cada. As condições de cozimento utilizadas encontram-se
apresentadas na tabela 1. Destaca-se que a carga alcalina foi ajustada visando à obtenção de
polpa com número kappa de 17,0 ± 0,5.
Considerou-se como repetição cada árvore amostrada, ou seja, para cada espécie
estudada realizou-se um total de 5 repetições, sendo 1 repetição de cada árvore amostrada.
35
Tabela 1 - Condições de cozimento
Parâmetros Condições
Álcali ativo, (% como NaOH) Variável
Sulfidez, % 25
Relação licor/madeira 4/1
Temperatura máxima,
o
C 166
Tempo de aquecimento, min. 90
Tempo de cozimento, min. 60
Após cada cozimento, os cavacos cozidos foram lavados com água em abundância, e
desagregados em hidrapulper laboratorial; em seguida procedeu-se a depuração em depurador
laboratorial com fenda de 0,2 mm. Após a depuração, os rejeitos foram coletados na superfície
da tela e secos em estufas a 105 °C; com os valores do teor de rejeito seco calcularam-se
rendimento bruto e rendimento depurado (vide descrição tabela 2); após a depuração a polpa
celulósica foi centrifugada e armazenada sob refrigeração em sacos de polietileno para
análises posteriores.
36
2.2.2.3 Parâmetros determinados no processo de polpação
Para avaliação do desempenho dos diferentes materiais considerados neste trabalho
frente ao processo de polpação foram considerados os parâmetros apresentados na tabela 2.
Tabela 2 - Parâmetros determinados no processo de polpação
Parâmetro Norma / Cálculos
Rendimento bruto, %
Relação entre peso seco de polpa e peso seco de
madeira
Rendimento depurado, %
Relação entre peso seco de polpa depurada e peso
seco de madeira
Teor de rejeitos, %
Relação entre peso seco de rejeitos (material retido
em peneira com fenda de 0,2mm de depurador
laboratorial) e peso seco de madeira
Número kappa Tappi Methods – T236cm-85
Viscosidade, cP Tappi Methods – T230 om-94
Seletividade Relação entre viscosidade e número kappa
Teor de sólidos, % Tappi Methods – T625 cm-85
Teor de sólidos secos gerados
por tonelada de celulose
(tss/odt)
RD
AARB
odttss
+
−
=
)100(
/
Álcali ativo residual no licor
negro, g/L como NaOH
Tappi Methods – T625 cm-85
Teor de ácidos hexenurônicos,
µmol/g
CHAI et al., 2001
Observações:
1 - Teor de sólidos gerados por tonelada de celulose (Tss/odt): cabe salientar que para
essa equação não foi considerada a perda alcalina.
2.2.2.4 Delineamento experimental e análise estatística
Neste trabalho adotou-se o delineamento experimental inteiramente casualizado,
aplicando-se a análise da variância para os principais parâmetros considerados neste trabalho
considerando-se as 5 diferentes árvores de cada matéria-prima como repetição. Quando a
análise de variância foi significativa, utilizou-se o teste de Tukey.
As análises estatísticas foram realizadas com o Programa SAS (Statistical Analysis
System).
Para melhor facilitar a leitura, visualização dos resultados e discussão, as tabelas com as
análises da variância foram colocadas em apêndices.
37
2.3 Resultados e Discussão
2.3.2 Densidade básica da madeira
Quando se visa à industrialização da madeira, é de grande importância o conhecimento
de suas características e propriedades, uma vez que estas contribuem para determinar a
eficiência dos processos de transformação bem como as características dos produtos finais
obtidos.
A densidade básica da madeira é uma característica complexa, resultante da combinação
de diversos fatores; a mesma apresenta relação com a composição química e as dimensões das
fibras (particularmente a espessura da parede), o diâmetro / freqüência de vasos e
parênquimas.
Na tabela 3 são apresentados os resultados médios (5 repetições) da densidade básica
total, densidade básica da madeira, densidade básica da casca, porcentagem de casca em peso
e em volume das espécies consideradas neste trabalho. Deve-se destacar que cada árvore de
cada material foi considerada uma repetição; efetivamente, os dados de cada árvore
representam à média ponderada para cada parâmetro, conforme descrito na metodologia.
Tabela 3 - Densidade básica ponderada - Dbt (madeira+casca), Db madeira, Db casca e
percentagem de casca em peso e volume.
*Os valores apresentados com a mesma letra não se difere significativamente ao nível de 5% de probabilidade
Os resultados apresentados na tabela 3 mostram que os híbridos de E. urophylla x E.
grandis não apresentam diferença significativa com relação à densidade básica da madeira,
Espécies Dbt
(g/cm
3
)
Db
madeira
(g/cm
3
)
Db casca
(g/cm
3
)
Casca/peso
(%)
Casca/volume
(%)
E. grandis x E.
urophylla – 1
0,454 c 0,478 b c 0,290 d 11,35 b c 7,175 c
E. grandis x E.
urophylla – 2
0,441 c 0,460 c 0,349 c 15,01 a 11,937 a
E. grandis x E.
urophylla – 3
0,442 c 0,458 c 0,341 c 12,91 b 9,791 b
Betula pendula
0,502 b 0,505 b 0,515 a 10,81 c 10,272 b
E. globulus
0,590 a 0,630 a 0,383 b 16,10 a 10,476 b
38
sendo que os valores variaram de 0,458 a 0,478. Este fato está relacionado com a intensidade
das atividades de melhoramento genético que estes materiais vêm sofrendo visando o aumento
de produtividade florestal bem como a uniformização dos principais parâmetros qualitativos
da madeira, como por exemplo, a densidade básica. O trabalho de melhoramento genético
considera não apenas os aspectos puramente genéticos, mas as interações destes materiais com
os ambientes onde serão implantados; desta forma, em regiões edafoclimaticamente diferentes
como Bahia e São Paulo, obtém-se materiais com características bastante semelhantes
conforme observado nos resultados obtidos para densidade básica neste trabalho.
Os valores de densidade básica obtidos para os híbridos E. urophylla x E.grandis estão
consoante com os valores apresentados por Almeida (2003) e Queiroz (2003), cujos valores de
densidade básica foram 0,499 g/cm
3
e 0,447g/cm
3
, respectivamente com as idades de 7 e 6
anos.
Cabe salientar que Alencar 2002, realizou um estudo de densidade básica com madeiras
de eucalipto com idades de 1 a 7 anos, a autora destacou que a densidade básica da madeira de
eucalipto se estabiliza com 5 anos. Tal informação justifica o estudo das espécies de eucalipto
do Brasil ter sido realizado com madeiras de 5 e 6 anos de idade. Associado a este fato, os
avanços silviculturais dos plantios florestais de eucalipto no Brasil indicam a possibilidade de
redução da idade de corte, sendo que algumas empresas brasileiras já estão cortando madeiras
de eucalyptus com idade de 5 anos para produção de polpa celulósica.
Os resultados obtidos para densidade básica dos materiais genéticos de híbridos de E.
urophylla x E.grandis podem ser considerados representativos dos materiais comercialmente
utilizados no Brasil para produção de polpa celulósica.
O Eucalyptus globulus com 12 anos de idade, apresentou resultados de densidade básica
mais elevada quando comparado às outras espécies, conforme representado na tabela 4. O
valor da densidade básica total para o E. globulus foi de 0,590 g/cm
3
e densidade básica da
madeira de 0,630 g/cm
3.
Hernán (1983) encontrou resultados de densidade básica de 0,570
g/cm
3
com idade de 9 anos para o Eucalyptus globulus. Contudo o resultado de densidade
básica da espécie que está sendo avaliada é superior aos valores descritos pelo autor citado.
Entretanto Resquin (2002) salienta que a espécie de E. globulus pode apresentar densidade
básica na faixa de 0,430 a 0,710 g/cm
3
.
39
Os resultados de densidade básica para E. globulus quando comparados aos de eucalipto
normalmente utilizados no Brasil para produção de polpa celulósica podem ser considerados
elevados; no entanto os dados de literatura disponíveis para E. globulus mostram que a
densidade básica obtida para este material neste trabalho é coerente; deve-se ainda considerar
que a idade do material de E. globulus utilizado neste trabalho, 12 anos, pode ter um efeito nos
valores de densidade obtidos.
Considerando-se que o E. globulus é a principal matéria-prima de folhosas utilizada para
produção de polpa celulósica nos países ibéricos e que o material considerado neste trabalho
representa o material comercialmente utilizado nestes países, depreende-se que a silvicultura
de E. globulus nos países ibéricos, especialmente no que diz respeito aos ciclos de produção, é
significativamente distinta das técnicas utilizadas no Brasil para produção de madeira de
eucalipto destinadas a indústria de celulose e papel. Cabe salientar que neste ponto em
particular, fica nítida a vantagem do Brasil em relação aos países ibéricos, pois no Brasil tem-
se um ciclo médio de rotação do eucalipto de 7 anos enquanto que nos países ibéricos este
período é de aproximadamente 12 anos.
Diferente das espécies de Eucalyptus, a matéria-prima de Betula pendula
correspondente à idade de 67 anos, apresentou uma densidade básica total de 0,502 g/cm
3
e
densidade da madeira de 0,505 g/cm
3
. Bhat et al. (1981) realizou um estudo da anatomia e
propriedades físicas da madeira de várias espécies de Betula spp dentre elas a espécie de B.
pendula, sendo que a mesma apresentou densidade básica da madeira de 0,520 g/cm
3
onde as
idades das árvores variavam entre 24 a 53 anos. Diante disso é possível observar que a espécie
B. pendula estudada neste trabalho, apresentou resultados consoantes aos dados apresentados
por este autor.
A análise dos resultados de densidade básica obtidos para B. pendula mostram um valor
intermediário entre os resultados de densidade básica dos híbridos de E. grandis x E.
urophylla e E. globulus. No entanto esta comparação deve-se deter ao campo da tecnologia de
madeiras, uma vez que os materiais em questão são oriundos de gêneros distintos e uma
comparação com base em fundamentos silviculturais e fisiológicos não faz muito sentido.
Os resultados das densidades básicas encontradas nas diferentes matérias-primas
comercialmente utilizadas para produção de polpa celulósica mostram que a amplitude deste
40
parâmetro é grande e que consequentemente, um conceito de densidade básica ideal para
matérias-primas destinadas a produção de polpa celulósica não deve ser estabelecido.
A densidade básica não deve ser considerada como parâmetro único de avaliação da
qualidade de madeiras destinadas à produção de polpa celulósica, uma vez que outros
parâmetros também apresentam influência sobre a eficiência do processo de polpação tais
como teor de lignina, carboidratos e extrativos.
A diferença na densidade básica observada entre os materiais estudados neste trabalho,
pode ter impacto frente ao desempenho do processo de polpação tanto em termos de produção
como de qualidade da polpa obtida.
Na tabela 4 também foi apresentado os resultados de casca na madeira, onde a mesma é
caracterizada como um material poroso, cuja estrutura celular contém extrativos,
especialmente carboidratos solúveis. No caso das folhosas a casca pode apresentar-se com
aspecto e espessura variáveis. Como é conhecido que a densidade da madeira varia dentro de
uma mesma árvore, entre árvores de uma mesma espécie e entre espécies, a casca também
mostra essa variação.
A casca presente na madeira normalmente é expressa como percentagem em volume ou
em peso, a percentagem de casca da madeira é bastante variável com limites entre 10 a 35%
em volume; tal fato depende da espécie, da idade, da posição nas árvores e até das dimensões
das árvores (BARRICHELO et al., 1979, 1982).
Nunes (1981) realizou um estudo de análise do volume e da percentagem de casca em
povoamentos de eucaliptos e salientou que existe uma tendência do aumento do volume de
casca com o aumento da idade. O mesmo autor encontrou valores de porcentagem de casca em
peso variando de 12 a 17% para plantios de 7 anos de Eucalyptus grandis; os valores
determinados para o teor de casca dos materiais genéticos de E. grandis x E. urophylla
utilizados neste trabalho estão coerentes aos citados pelo autor.
Miranda (2002) destaca que a casca da madeira pode ser considerada um problema para
algumas empresas florestais, pois há poucas alternativas econômicas de aproveitamento da
mesma, assim gerando custos adicionais, uma vez que as empresas são responsáveis pelo
destino final desse material. O mesmo autor salienta que o volume da casca de eucalipto
corresponde de 10 a 20% do volume comercial da árvore e em alguns casos, contribui com
41
uma parcela no custo final da madeira; ou seja, no custo do transporte, quando a casca é
transportada juntamente com a madeira, aumentando o volume transportado.
Diante disso pode-se concluir que a espécie de E. grandis x E. urophylla – 2 , assim
como a espécie de E. globulus acarretará em maior gasto no transporte, devido ao maior teor
no volume de casca. Entretanto cabe salientar que a matéria-prima de Betula apresentou menor
teor de casca, comparado às demais espécies, fator positivo quando relacionar esse dado com o
transporte de madeira à fábrica.
Barrichelo (1979) destacou que na árvore, a densidade básica varia no sentido
longitudinal (base-topo), e no sentido transversal (medula-casca). Na secção transversal, é
comum a densidade básica da madeira aumentar no sentido medula-casca.
Neste trabalho foram consideradas as variações longitudinais. Na tabela 4 são
apresentados os resultados de densidade básica total, densidade básica da madeira, densidade
básica da casca, porcentagem de casca em peso e volume médio por altura das 5 árvores
utilizadas para cada material neste trabalho.
42
Tabela 4 - Densidade básica - Dbt (madeira+casca), Db madeira, Db casca e percentagem
de casca em peso e volume nas diferentes alturas
Espécies Altura
Dbt
(g/cm
3
)
Db
madeira
(g/cm
3
)
Dbc
(g/cm
3
)
Casca
peso
(%)
Casca
volume
(%)
Base
0,441 0,474 0,244 14,52 8,05
25%
0,449 0,468 0,279 10,64 6,08
50%
0,439 0,485 0,302 10,77 6,37
75%
0,425 0,487 0,338 11,20 8,29
E. grandis x E.
urophylla – 1
100%
0,456 0,500 0,349 14,80 10,44
Base
0,434 0,455 0,346 19,33 10,51
25%
0,448 0,464 0,359 15,29 12,31
50%
0,433 0,450 0,331 13,44 10,21
75%
0,441 0,472 0,350 11,88 9,44
E. grandis x E.
urophylla – 2
100%
0,456 0,469 0,365 13,26 10,78
Base
0,436 0,457 0,322 14,85 10,79
25%
0,438 0,451 0,338 11,19 8,56
50%
0,450 0,467 0,336 12,38 9,17
75%
0,445 0,461 0,361 13,94 10,44
E. grandis x E.
urophylla – 3
100%
0,437 0,450 0,386 15,97 13,56
Base
0,510 0,517 0,515 14,98 13,81
25%
0,495 0,497 0,518 8,62 8,24
50%
0,484 0,485 0,517 8,89 8,82
75%
0,504 0,504 0,549 10,67 10,70
Betula pendula
100%
0,494 0,490 0,558 13,80 13,48
Base
0,554 0,604 0,383 21,79 14,71
25%
0,593 0,633 0,375 15,25 9,61
50%
0,603 0,637 0,382 13,21 8,33
75%
0,607 0,642 0,393 14,16 9,27
E. globulus
100%
0,609 0,643 0,418 15,95 11,27
Com o objetivo de facilitar a avaliação da variação da densidade básica da madeira no
sentido longitudinal para cada espécie bem como a comparação entre as espécies consideradas
neste trabalho, os dados da tabela 4 como densidade básica total, densidade básica da madeira
e casca em peso e volume foram plotados em gráficos e encontram-se apresentados nas figuras
8, 9, 10, 11.
43
0,400
0,460
0,520
0,580
0,640
0,700
Altura (%)
Densidade básica total - g/cm
3
E. grandis x urophylla 1 E. grandis x urophylla - 2 E. grandis x urophylla - 3
Betula E. globulus
0
25 50 75 100
Figura 8 - Variação longitudinal - densidade básica total
0,400
0,460
0,520
0,580
0,640
0,700
Altura (%)
Densidade básica madeira - g/cm
3
E. grandis x urophylla 1 E. grandis x urophylla - 2 E. grandis x urophylla - 3
Betula E. globulus
0
25 50 75 100
Figura 9 - Variação longitudinal - densidade básica da madeira
44
Barrichelo et al. (1982), descreve que na área de tecnologia de polpa celulósica, é
importante o estudo da variabilidade da densidade básica dentro da árvore, uma vez que a
madeira varia quer seja no sentido radial ou longitudinal, dentro da árvore, entre as espécies e
entre os gêneros. Barrichelo et al. (1983), menciona que a variação da densidade básica no
sentido longitudinal das árvores de eucalipto, tende a ser elevada na base; diminuindo a 25%
da altura comercial e crescendo novamente a partir deste ponto. Entretanto Souza et al. (1985)
e Shimoyama (1991), observaram que os modelos de variação da densidade básica dentro da
árvore são bastante diversos entre as espécies.
Os resultados apresentados na figura 8 mostram que a diferença na densidade básica ao
longo do fuste para os materiais de E. grandis x E. urophylla estudados neste trabalho pode ser
considerada relativamente pequena, sendo um indicativo de homogeneidade do material e que
pode ser fruto dos intensos trabalhos de melhoramento genético e manejo silvicultural que
vem sendo dispensados ao eucalipto no Brasil. Para o E. globulus observa-se uma tendência de
aumento da densidade básica da madeira com a altura até aproximadamente 50% da altura
comercial, tendendo a uma estabilização a partir deste ponto. Para a B. pendula, observa-se
pequena redução da densidade básica com a altura da árvore e que provavelmente está
relacionada à elevada idade da madeira que é responsável não só pelo nivelamento dos valores
de densidade, mas provavelmente de outras propriedades da madeira, uma vez que a
proporção lenho juvenil e lenho adulto diminui significativamente em função da idade;
adicionalmente também deve ser considerados os aspectos fisiológicos e silviculturais
inerentes a este gênero/espécies que conforme já mencionados anteriormente são distintos dos
do gênero/espécies de Eucalyptus.
Os trabalhos disponíveis na literatura técnica do setor florestal sobre variação
longitudinal da densidade básica da madeira de eucalipto são oriundos do final dos anos 1980
e início dos anos 1990, e desta forma pode-se considerar que os materiais utilizados nestes
trabalhos foram desenvolvidos pelo menos 7 anos antes; associando-se estes fatos aos
resultados obtidos para os materiais utilizados neste trabalho para madeira de eucalipto,
denota-se que há pelo menos 2 gerações de materiais genéticos; os ganhos genéticos
incorporados neste período são bastante significativos especialmente quando se considera
produtividade florestal e também se reveste nas características tecnológicas da madeira
conforme já mencionado anteriormente.
45
Os baixos resultados de variação longitudinal da densidade básica obtidos para os
materiais considerados neste trabalho são importantes para o processamento destes materiais
na produção de polpa celulósica, pois levarão a menores variações no processo de polpação e
consequentemente a uma maior possibilidade e facilidade de otimização do processo como um
todo contribuindo para uma maior capacidade de produção de polpa celulósica, redução de
custos operacionais e obtenção de produtos com qualidade uniforme.
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23
Altura (%)
Porcentagem de Casca em Peso - %
E. grandis x urophylla 1 E. grandis x urophylla - 2 E. grandis x urophylla - 3
Betula E. globulus
0255075100
Figura 10
- Variação longitudinal – Porcentagem da casca em peso
46
5
7
9
11
13
15
17
Altura (%)
Porcentagem de Casca em Volume - %
E. grandis x urophylla 1 E. grandis x urophylla - 2 E. grandis x urophylla - 3
Betula E. globulus
0255075100
Figura 11 - Variação longitudinal – Porcentagem da casca em volume
Paulo Neto et al. (1992) e Lopes et al. (2000), destacam que a percentagem de casca
em volume ou peso varia com a espécie, entre as árvores de uma mesma espécie, ao longo do
tronco da árvore, podendo também variar de acordo com as condições ambientais dos locais
de plantio. O mesmo autor estudou a variação de percentagem da casca ao longo do fuste e
entre as árvores de eucalipto, destacando que a percentagem de casca difere entre as árvores,
sendo percentagem maior nas menores alturas do tronco (próximo à base), e estabilizando-se
nas maiores alturas.
Os resultados apresentados na figura 11 mostram que para as espécies consideradas
neste trabalho o padrão de variação longitudinal foi bastante semelhante com valores elevados
de porcentagem de casca em volume na base com redução entre 40 e 60% da altura comercial,
observando-se para as demais alturas um aumento de porcentagem de casca em volume.
Segundo Miranda (2002) destaca que a casca da madeira pode ser considerada um
problema para algumas empresas florestais, pois há poucas alternativas econômicas de
aproveitamento da mesma, assim gerando custos adicionais, uma vez que as empresas são
responsáveis pelo destino final desse material. O mesmo autor salienta que o volume da casca
de eucalipto corresponde de 10 a 20% do volume comercial da árvore e em alguns casos,
47
contribui com uma parcela no custo final da madeira; ou seja, no custo do transporte, quando a
casca é transportada juntamente com a madeira, aumentando o volume transportado;
entretanto cabe salientar que atualmente as empresas estão preferindo descascar as árvores na
própria floresta, utilizando a mesma como serrapilheira e matéria orgânica para o solo.
Os valores médios de porcentagem de casca em volume para os materiais considerados
neste trabalho são bastante semelhantes e por este motivo não devem ser considerados como
possível item de comparação de impacto na eficiência global de toda a cadeia de produção de
polpa celulósica.
A comparação entre diferentes materiais destinados à produção de polpa celulósica no
que diz respeito à variação longitudinal da densidade básica é complexa; na busca de
simplificar esta comparação utiliza-se índices de heterogeneidade como os descrito no item
2.2.2.1.1 de materiais e métodos. Na figura 12 são apresentados os resultados do índice de
heterogeneidade para densidade básica da madeira.
0,535 a
0,282 a
0,400 a
0,330 a
0,482 a
0,100
0,200
0,300
0,400
0,500
0,600
E. grandis x
E. urophylla
1
E. grandis x
E. urophylla
2
E. grandis x
E. urophylla
3
Betula
pendula
E. globulus
Índice de Heterogeinidade
Observa-se na figura 12 que os maiores níveis de heterogeneidade para densidade
básica são relativos às das espécies B. pendula, E. globulus e E. urophylla x E. grandis (2). As
análises estatísticas calculada para o índice de heterogeneidade não demonstraram diferenças
significativas. Entretanto cabe salientar que apesar da análise estatística considerar que não
Figura 12 -
Índice de heterogeneidade
48
existe diferença estatística entre os valores obtidos para o índice de heterogeneidade, na
prática tais diferenças se tornam significativos; uma vez que o mesmo representa o quanto
heterogêneo é a madeira.
O índice de heterogeneidade pode ser considerado um reflexo da intensidade das
atividades de melhoramento genético e manejo florestal que pode levar a redução do índice de
heterogeneidade.
As espécies de E. urophylla x E.grandis (1) e E. urophylla x E.grandis (3), foram as
quais apresentaram menor índice de heterogeneidade. Segundo Souza et al. (1986), é desejável
que a madeira destinada ao processamento industrial seja menos heterogênea possível, para
facilitar o controle de operação do digestor e proporcionar uma melhor qualidade ao produto
final.
2.3.1.2 Densidade aparente da madeira por densitometria de raios X
A densitometria de raios X aplicada à tecnologia de madeira é uma técnica moderna e
mais acurada que possibilita determinar a variação da densidade aparente da madeira ao longo
das micro-variações da estrutura anatômica da madeira, ou determinar o seu perfil radial
(ROQUE, 2005).
Deve-se destacar que a técnica de densitometria de raios-X preconiza a utilização da
madeira com umidade equivalente à umidade de equilíbrio, ou seja, não se obtém resultados
de densidade básica; no entanto, a densidade aparente guarda correlação com a densidade
básica.
Observa-se na tabela 5 os valores de densidade aparente médios, máximos e mínimos
obtidos da altura do DAP por densitometria de raios-X das diferentes matérias-primas,
entretanto é possível verificar uma grande variação entre esses valores; deve se considerar que
a técnica de densitometria de raios-X permite a obtenção de valores de densidade em
intervalos lineares da amostras em mm; desta forma, os valores que se apresentam muito baixo
podem ser um ponto com presença de vaso ou parênquima; já os altos valores podem ser de
um ponto correspondente a parede de uma fibra, por exemplo.
49
Tabela 5 - Densidade aparente obtida por densitometria de Raios-X
Conforme mencionado anteriormente a densidade aparente obtida por densitometria de
raios-X apresenta correlação com a densidade básica. Na figura 13 apresenta-se a correlação
entre a densidade aparente média dos discos dos DAP obtidos das 5 árvores de cada material
considerado neste trabalho a densidade básica média ponderada dos respectivos materiais.
y = 1,7291x - 0,1875
R
2
= 0,9615
0,420
0,520
0,620
0,720
0,820
0,920
1,020
0,420 0,470 0,520 0,570 0,620 0,670
Densidade básica (g/cm
3
)
Densidade aparente (g/cm
3
)
Figura 13 - Correlação linear entre a densidade aparente média do DAP e a
densidade básica média da árvore
Densidade aparente g/cm
3
Espécies
Média Máxima Mínima
E. grandis x E. urophylla – 1 0,613 0,993 0,451
E. grandis x E. urophylla – 2 0,638 0,950 0,466
E. grandis x E. urophylla – 3 0,583 1,008 0,388
Betula pendula
0,706 0,911 0,540
E. globulus 0,899 1,380 0,599
50
Os resultados apresentados na figura 13 mostram, conforme já mencionado, uma
elevada correlação entre densidade média aparente obtida por densitometria de raios-X e
densidade básica; A determinação da densidade por raios-X é um parâmetro que pode ser
considerada alternativa para avaliação da qualidade da madeira para produção de polpa
celulósica, além de gerar os resultados que representam à densidade da madeira da árvore
como um todo, proporciona informações a cerca da variação radial deste parâmetro e quando
confrontados com informações edafoclimáticas permitem compreender o efeito destes sobre a
densidade, fornecendo assim informações úteis para as áreas de manejo florestal e
melhoramento genético.
Arango (2004) caracterizou a variação da densidade aparente por densitometria de
raios-X nas espécies de E. grandis, E. saligna e E. grandis x E. urophylla e observou o seu
aumento no sentido medula-casca.
A figura 14 representa a variação radial da densidade aparente ao nível do DAP das
espécies estudadas, e vale ressaltar que as matérias-primas seguiram modelos diferenciados.
Entretanto os resultados estão consoantes à citação da Arango (2004), destacando-se que a
densidade aumenta no sentido medula-casca.
Figura 14 - Variação da densidade nas
espécies E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3
(figura A, B e C), Betula pendula (figura
D) e E. globulus (figura E
51
52
Ainda com relação à variação radial da densidade obtida por densitomeria de raios-X, a
madeira de Betula pendula se destaca das demais por apresentar um padrão diferenciado de
densidade, o que por sua vez, pode ser conseqüência das condições edafoclimáticas da região de
onde a matéria-prima foi coletada. Outro fator relevante e pode ter colaborado nas variações é a
idade da matéria-prima.
2.3.2 Composição Química da Madeira
2.3.2.1 Características básicas
A caracterização química de madeiras destinadas à produção de polpa celulósica é de
grande importância, pois está fortemente relacionada com a eficiência do processo de
polpação, influenciando no consumo de reagentes químicos, no rendimento de polpa
celulósica e na quantidade de sólidos gerados.
A eficiência da conversão de madeira em polpa celulósica está intimamente
relacionada á escolha da matéria-prima, visando uniformidade e qualidade do produto final
obtido. O conhecimento das características básicas das matérias-primas destinadas à produção
de polpa celulósica é uma ferramenta fundamental para a compreensão dos processos de
polpação. Na tabela 6 são apresentadas às características químicas das espécies de E. grandis x
E. urophylla 1, 2, e 3, B. pendula e E. globulus. Deve-se mencionar que os resultados
apresentados representam a média aritmética das 5 árvores de cada material considerado neste
trabalho.
Tabela 6 - Características químicas das madeiras
Parâmetros
E. grandis x
E. urophylla
1
E. grandis x
E. Urophylla
2
E. grandis x
E. urophylla
3
Betula
pendula
E.
globulus
Extrativos Totais,%
2,65 c 2,30 c 3,98 b 6,97a 3,64 b
Lignina solúvel, %
3,77 c 5,62 a 3,55 c 4,28 bc 5,21ab
Lignina insolúvel, %
20,76 b 20,17 b 26,52 a 14,33 c
16,59
c
Lignina total, %
24,53 b 25,79 b 30,06 a
18,61
d
21,80 c
Holocelulose, %
72,82 ab 71,91 b 65,96 c 74,42 ab 74,56 a
*Os valores apresentados com a mesma letra não se difere significativamente ao nível de 5% de probabilidade
53
Os materiais avaliados apresentaram variação com relação á composição química da
madeira. A análise de variância dos resultados da tabela 6 pode ser visualizada no apêndice.
Considerando as características químicas avaliadas para as matérias-primas em questão,
observa-se que entre os resultados médios de extrativos existe uma variabilidade significativa
entre as diferentes espécies. A madeira dos híbridos de E. grandis x E. urophylla oriundos do
estado de São Paulo (1 e 2) apresentam teores de extrativos totais baixos sem diferença
estatística significativa. Bassa (2002) estudou o E. grandis x E. urophylla com 7 anos de idade
plantados na região de Luiz Antônio-SP e observou valores de 2,06 %. Já a madeira do
híbrido de E. grandis x E. urophylla oriundos da região de Mucuri-BA (3), apresenta teores
de extrativos totais mais elevados quando comparados aos demais materiais híbridos
considerados neste trabalho.
A madeira de E. globulus apresentou teores de extrativos totais semelhantes ao da
madeira de E. grandis x E. urophylla oriundo de Mucuri-BA (3).
Quando comparado às madeiras do gênero Eucalyptus utilizados neste trabalho,
observa-se que os teores de extrativos foram diferentes, porém significativamente menores que
os teores apresentados pela madeira de B. pendula, cujo valor foi de 6,97%.
Smook (1997) menciona que os extrativos são compostos indesejáveis no processo de
polpação, uma vez que os mesmos podem consumir reagentes químicos e provocar
incrustações resinosas do tipo “pitch” em tubulações.
Milanez et al. (2005) salientou que ocorre uma queda de extrativos de acordo com o
tempo de estocagem da matéria-prima. Diante disso cabe salientar que a comparação dos
resultados de extrativos deve ser cautelosa, uma vez que o período compreendido entre o corte
da madeira e o seu processamento influencia nos teores de extrativos.
Almeida et al. (2001) salientam que o teor de extrativos e de lignina presentes na
madeira influencia diretamente no consumo de álcali, no rendimento e na taxa de
deslignificação, podendo os mesmos definir o potencial de uma matéria-prima para a produção
de polpa celulósica.
Os valores de lignina apresentados na tabela 6 das madeiras de E. grandis x E.
urophylla estão consoantes com os resultados encontrados no estudo de Queiroz (2003), que
apresentou valores de lignina insolúvel de 23,7%, lignina solúvel de 3,5% e lignina total de
27,2%. Com relação ao teor de lignina a madeira de E. grandis x E. urophylla oriunda da
54
região de Mucuri-BA (3), quando comparada às demais madeiras destes híbridos considerados
neste trabalho apresentou teores aproximadamente 5 pontos percentuais mais elevados. Esta
diferença pode estar relacionada à aspectos genéticos, silviculturais e edafoclimáticos.
Alencar (2002) comenta que a madeira com maior teor de lignina pode exigir uma
maior quantidade de álcali para que possa atingir o mesmo nível de deslignificação da polpa, o
que implica numa maior degradação dos carboidratos e dissolução dos polissacarídeos de
baixo peso molecular. Tal fato pode causar redução no rendimento, queda de viscosidade e de
resistências físico-mecânicas da polpa, além de gerar também maior quantidade de sólidos
para queima em caldeira de recuperação.
Segundo Bassa (2002) maior teor de lignina presente na madeira pode exigir maiores
cargas de reagentes químicos durante o processo de cozimento, assim como maiores teores de
extrativos que também colaboram para tal, além de possuírem maior potencial para formação
de “pitch”. Associando os teores de extrativos e o teor de lignina total é provável que a
matéria-prima de E. grandis x E. urophylla 3, necessite de condições mais drásticas para a
obtenção de polpa celulósica com o mesmo grau de deslignificação, expresso pelo número
kappa, podendo resultar em menor rendimento.
O teor de lignina total da madeira de E. globulus considerada neste trabalho está
consoante com o valor encontrado por Reis et al. (2002), que estudou a mesma espécie com 7
anos de idade e encontrou 22,35% de lignina total. Carvalho (1999) em estudo com a madeira
de Eucalyptus globulus para produção de polpa celulósica salienta que os teores de lignina
encontrados são diferentes de acordo com as origens das madeiras; esta autora apresenta
valores de lignina insolúvel variando de 17 a 24% para madeira de Eucalyptus globulus de
Portugal, diante disso pode ser observado que a espécie em questão está consoante com a
citação de Carvalho (1999).
O valor de lignina total da madeira de E. globulus oriunda de Portugal utilizada neste
trabalho pode ser considerado baixo frente aos materiais de eucalipto normalmente utilizados
no Brasil para produção de polpa celulósica; além do teor de lignina ser uma característica
relacionada à espécie, os valores obtidos neste trabalho para madeira de E. globulus podem
estar relacionados à idade (12 anos) e consequentemente a maior proporção de madeira adulta
na árvore.
55
A madeira de Betula pendula apresentou teor de lignina inferior comparada às espécies
de Eucalyptus, tanto pelas características intrínsecas à espécie como pela idade da madeira;
Trugilho (1996) salientou que a lignina tende a diminuir com o aumento da idade, pois as
espécies mais jovens tendem a possuir uma maior proporção de madeira juvenil que é mais
rica em lignina do que a madeira madura. Conforme já mencionado anteriormente o menor
teor de lignina encontrado para a madeira de B. pendula pode ter efeitos positivos sobre o
processo de polpação.
Os principais grupos de componentes químicos da madeira que apresentam efeito sobre
a eficiência do processo de polpação podem ser reunidos em extrativos totais, lignina (solúvel
e insolúvel) e holocelulose. Com base na metodologia utilizada neste trabalho o teor de
holocelulose é obtido a partir da subtração dos teores de lignina e extrativos totais.
Vários autores têm demonstrado uma relação positiva entre o teor de holocelulose e o
rendimento do processo kraft de polpação. Sob esta ótica, os materiais de B. pendula e E.
globulus se destacam por apresentarem um elevado teor de holocelulose e devem apresentam
um bom desempenho frente ao processo de polpação. Entre os materiais híbridos de E. grandis
x E. urophylla, o material 3 (Mucuri – BA) apresenta o menor teor de holocelulose,
basicamente em função do elevado teor de lignina total apresentado.
Com base nos aspectos mencionados anteriormente relacionados à composição
química dos materiais considerados neste trabalho, a madeira de B. pendula e E. globulus se
destacam das demais por apresentarem elevados teores de holocelulose e baixos teores de
lignina; estas características estão relacionadas às características intrínsecas das espécies, mas
também com a idade das árvores. Ainda com relação à madeira de B. pendula quando utilizada
para produção de polpa celulósica, atenção especial deve ser dada ao controle de pitch em
função do elevado teor de extrativos totais.
Entre as madeiras de híbridos de E. grandis x E. urophylla consideradas neste trabalho
os materiais oriundos do Estado de São Paulo (1 e 2) apresentam níveis de holocelulose que
podem ser considerados elevados e comparáveis os de E. globulus; já o material oriundo de
Mucuri – BA apresenta níveis de holocelulose menores que as demais espécies consideradas
neste trabalho indicando ser necessário a busca de materiais genéticos superiores para plantios
nesta região.
56
2.3.2.2 Compostos inorgânicos na madeira
A madeira é a principal fonte de elementos inorgânicos na polpa celulósica e estima-se
que esta matéria-prima contribui com 95% do total de íons metálicos presentes na mesma
(REZENDE et al. 1999).
A determinação quantitativa e qualitativa dos metais pode ser de grande importância
tecnológica, podendo prevenir e até evitar uma série de problemas no processo de polpação,
dentre os quais incrustações nas paredes e tubulações da seção de recuperação do licor
residual. Conforme salientado, sua quantificação tornou-se bastante útil nas indústrias de
polpa celulósica para fornecer subsídios às medidas preventivas, uma vez que uma grande
quantidade destes compostos inorgânicos adentra nas fábricas através da madeira (KIMO,
1986).
Na tabela 7 são apresentados o teor dos principais componentes inorgânicos, Cálcio
(Ca), Magnésio (Mg), Cobre (Cu), Ferro (Fe) e Manganês (Mn) das diferentes espécies de
madeira estudadas.
Tabela 7 - Compostos inorgânicos na madeira
*Os valores apresentados com a mesma letra não se difere significativamente ao nível de 5% de
probabilidade
As diferentes espécies estudadas diferem significativamente entre os elementos
químicos avaliados.
O cálcio e o magnésio são materiais que estão relacionados à incrustação no ciclo de
licor negro, incluindo desde as peneiras de extração dos digestores até os trocadores de calor
Metais
Ca Mg Cu Fe Mn
Espécies
mg/Kg
-1
E. grandis x E. urophylla – 1 530 b 103b 2,9 c 72 a 17 c
E. grandis x E. urophylla – 2 677 a 112b 3,8 ab 95 a 19 c
E. grandis x E. urophylla – 3 808 a 195 a 2,0 c 158 a 6 c
Betula pendula
702 a 113b 4,9 a 141 a 68b
E. globulus
831 a 171 a 3,4 b a c 143 a 114 a
57
do sistema de recuperação; baixos teores de cálcio na madeira contribuem para a redução de
problemas relacionados às incrustações de carbonato de cálcio. Os teores de elementos
inorgânicos encontrados nas madeiras utilizadas neste trabalho apresentaram valores próximos
e que podem ser considerados normais. O cálcio é um elemento que, fisiologicamente, está
relacionado com a deposição de lignina nas células vegetais; seu teor está relacionado tanto
com as características genéticas do material em questão bem como da sua disponibilidade no
solo bem como os fatores edafoclimáticos que contribuem para a sua absorção pelas raízes.
Freddo et al. (1999), realizou um estudo com elementos inorgânicos em madeiras de
Eucalyptus globulus e Eucalyptus grandis, destacando sua influência na indústria de celulose e
papel. Os dados obtidos para Eucalyptus globulus estão análogos aos valores apresentados por
Freddo (1999). Entretanto a espécie de Eucalyptus grandis x urophylla apresentaram valores
inferiores, comparado aos estudos do autor.
O ferro, cobre e manganês são elementos que catalisam a degradação do peróxido de
hidrogênio; desta forma em processos de branqueamento onde o peróxido de hidrogênio
representa um importante componente, o controle dos teores dos íons metálicos de ferro, cobre
e manganês é de fundamental importância na otimização do processo de branqueamento, seja
pelos ganhos de alvura, seja pelo consumo específico de peróxido de hidrogênio que impacta
diretamente no custo do branqueamento de polpas celulósicas.
O resultado para os teores de ferro apresentados na tabela 8 mostra que não existe
diferença estatística entre as madeiras, porém quando comparado as matéria-prima em relação
aos teores de magnésio observa-se variações estatísticas para as espécies de E. grandis x E.
urophylla (3) e E. globulus; no entanto, em termos de processo, as diferenças encontradas para
ferro e magnésio é bastante significativa e pode impactar o processo de branqueamento
conforme discutido anteriormente; os resultados do teste de Tukey para os teores de ferro pode
ser reflexo da elevada variabilidade do teor de metais entre árvores.
A associação entre os teores de ferro, cobre e manganês para os materiais E. globulus
e B. pendula indicam que atenção especial deve ser dada ao processo de branqueamento de
polpas obtidas a partir destas espécies se o uso de peróxido de hidrogênio for relevante.
Os resultados encontrados para a espécie Betula estão consoantes com os resultados
apresentados por Lang et al. (1982), que estudou as características químicas de Betula
papyrifera.
58
Freddo 1999, explica que diferenças encontradas entre os teores de metais podem
ocorrer devido variação com as espécies, bem como com a disponibilidade dos metais no solo.
2.3.3 Dimensões das Fibras
Para uma completa caracterização da matéria-prima destinada à produção de polpa
celulósica é necessária a determinação das dimensões de suas fibras. Segundo Silva Junior
(1996) tal fato se justifica, pois as propriedades físico-mecânicas da polpa obtida são em
grande parte determinadas pelas características das fibras, sendo suas principais dimensões o
comprimento, largura, espessuras de parede e diâmetro do lume.
Barrichelo e Brito (1976) citam que muitas vezes as dimensões das fibras
isoladamente, podem não mostrar correlações significativas, porém a utilização de índices e
relações pode indicar resultados interessantes; entre estes índices estão o índice de
enfeltramento, coeficiente de flexibilidade, índice de Runkel e fração parede. Entretanto os
autores descrevem que esses índices e coeficientes relacionados às dimensões das fibras não
devem ser utilizados de forma isolada para indicação de uma determinada propriedade do
papel.
Na tabela 8 estão apresentados os resultados médios das análises de dimensões das fibras
dos materiais utilizados neste trabalho realizado através do material dissociado. Os resultados
mostram que algumas propriedades tiveram diferenças significativas, conforme representado
pelo teste de Tukey.
59
Tabela 8 - Dimensões das fibras
C = comprimento das fibras; L = largura das fibras; Dl = diâmetro do lume; E = espessura da parede;
FP = fração parede; CF = coeficiente de flexibilidade; IR = índice de Runkel.
*Os valores apresentados com a mesma letra não se difere significativamente ao nível de 5%
de probabilidade
Conforme apresentado na tabela 8, as fibras de E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, estão
consoantes aos resultados obtidos por Bassa (2002), e Silva Júnior. (2005). As fibras de E.
globulus e B. pendula apresentaram em média, comprimento cerca de 20% maior que dos
híbridos de E.grandis x E. urophylla; este fato pode estar relacionado com as características
diferenciadas das espécies, assim como a maior idade das matérias-primas em questão.
A espécie de E. globulus, apresentou resultados de dimensões das fibras superiores a
estudo realizado por Hernán, (1983). Entretanto, Tomazello Filho (1987) estudou a estrutura
anatômica do E. globulus e os resultados de fibras estão de acordo com os dados do autor.
Barrichelo e Brito (1976) salientam que as espécies de Eucalyptus normalmente apresentam
valores de comprimento de fibras entre 0,75 a 1,30mm. As diferenças observadas para
comprimento das fibras entre as espécies de Eucalyptus e a espécie Betula são estatisticamente
significativas.
Segundo Barrichelo & Brito (1976) e Trugilho (1996), o aumento da idade da madeira,
bem como os fatores genéticos e ambientais estão diretamente relacionados ao comprimento
da fibra e espessura da parede.
Para permitir uma melhor visualização e interpretação dos dados apresentados na tabela
8, plotou-se gráficos para os valores de comprimento, espessura e largura da parede para as
diferentes matérias-primas que estão apresentadas nas figuras 15, 16 e 17.
Espécies
C
(mm)
L
(µm)
Dl
(µm)
E
(µm)
FP
(%)
CF
(%)
IR
E. grandis x E. urophylla – 1
1,19 bc 18,78 bc 10,38 b 4,21 bc 45 b 55 b 0,812 b
E. grandis x E. urophylla – 2
1,12 c 17,72 c 10,41 b 3,65 c 42 bc 58 ab 0,702 b
E. grandis x E. urophylla – 3
1,14 c 17,81 c 10,44 b 3,69 c 41 bc 59 ab 0,708 b
Betula pendula
1,38 a 24,76 a 15,20 a 4,78 ab 39 c 61 a 0,634 b
E. globulus
1,24 b 20,29 b 9,74 b 5,29 a 52 a 48 c 1,160 a
60
1,19
1,12
1,24
1,14
1,38
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
E. grandis x
E. urophylla
1
E. grandis x
E. urophylla
2
E. grandis x
E. urophylla 3
Betula
pendula
E. globulus
Comprimento - mm
5,29
4,78
3,69
3,65
4,21
0,00
1,00
2,00
3,00
4,00
5,00
6,00
E. grandis x
E. urophylla
1
E. grandis x
E. urophylla
2
E. grandis x
E. urophylla 3
Betula
pendula
E. globulus
Espessura - µm
Figura 16 - Espessura das fibras
Figura 15 - Comprimento das fibras
61
20,29
24,76
17,81
17,72
18,78
0,00
5,00
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
E. grandis x
E. urophylla
1
E. grandis x
E. urophylla
2
E. grandis x
E. urophylla
3
Betula
pendula
E. globulus
Largura - µm
Figura 17 - Largura das fibras
Conforme salientado por Tomazello (1985), as dimensões das fibras podem ser
influenciadas pela idade, pois com o aumento da mesma as células cambiais passam a produzir
elementos com maiores dimensões ao longo do raio até atingirem a estabilização em idades
mais avançadas; pode ser observado que as matérias-primas estudadas neste trabalho seguiram
a tendência salientada pelo autor, quanto maior a idade maior o comprimento, espessura e
largura da fibra.
Nas espécies de Eucalyptus do Brasil as idades variam de 5 a 6 anos, o comprimento
da fibra se manteve entre 1,0 a 1,19 mm, enquanto que o Eucalyptus globulus de Portugal com
idade de 12 anos apresentou 1,24 mm de comprimento, diferentemente da espécie Betula
pendula que apresentou 1,38 mm com idade de 67 anos.
As características básicas e dimensões das fibras são bastante variáveis na madeira; o
comprimento, a largura, a espessura da parede e o diâmetro do lúmen das fibras representam
diferentes estágios de desenvolvimento e são controlados por diferentes processos fisiológicos
distintos.
62
Segundo Shimoyama (1990) fibras com maior espessura de parede contribuem para o
incremento da resistência ao rasgo e se correlacionam de forma negativa com o número de
fibras por grama de polpa, porém de forma positiva com o coarseness e o volume específico
do papel. A mesma autora salienta que para matéria-prima de Eucalyptus os valores da
espessura de parede variam de 2,5 a 6,0µm e diâmetro do lume de 6 a 10µm; estes valores
estão coerentes com os resultados apresentados na tabela 8.
Entre as diferenças destacadas nas dimensões de fibras e suas relações para as espécies
estudadas são indicativos de que as polpas celulósicas e papéis obtidos a partir dessas espécies
podem apresentar características diferentes nas propriedades físico-mecânicas levando a
obtenção de produtos diferenciados.
2.3.4 Microscopia eletrônica
O conhecimento do arranjo estrutural dos elementos anatômicos que compõe a madeira é
de fundamental importância para a compreensão e desenvolvimento de processos de
transformação da madeira. Neste sentido avaliou-se a estrutura anatômica da madeira via
microscopia eletrônica nas diferentes espécies estudadas.
Nas figuras 18, 19 e 20 são apresentadas fotomicrografias do plano transversal obtido em
microscópio ótico para a espécie de E. grandis x E. urophylla 1.
63
Figura 18 - E. grandis x E. urophylla 1- Corte transversal (aumento-150x)
Figura 19 - E. grandis x E. urophylla 1- Corte transversal (aumento-400x)
64
Figura 20 - E. grandis x E. urophylla 1-Corte transversal (aumento-1000x)
Nas figuras 21, 22 e 23 são apresentadas fotomicrografias do plano transversal obtido
em microscópio ótico para a espécie de E. grandis x E. urophylla 2.
Figura 21 - E. grandis x E. urophylla 2- Corte transversal (aumento-150x)
65
Figura 22 - E. grandis x E. urophylla 2- Corte transversal (aumento-400x)
Figura 23 - E. grandis x E. urophylla 2-Corte transversal (aumento1000x)
66
Nas figuras 24, 25 e 26 são apresentadas fotomicrografias do plano transversal obtido em
microscópio ótico para a espécie de E. grandis x E. urophylla 3.
Figura 24 - E. grandis x E. urophylla 3- Corte transversal (aumento-150x)
Figura 25 - E. grandis x E. urophylla 3 - Corte transversal (aumento 400x)
67
Figura 26 - E. grandis x E. urophylla 3- Corte transversal (aumento-1000x)
Apresentou-se nas figuras 18 a 26 as fotomicrografias do plano transversal para as
espécies de E. grandis x E. urophylla do Brasil.
Pode ser observado que as três matérias-primas apresentam vasos com distribuição difusa,
sendo predominante os vasos solitários; com variação de tamanho de médio a grande. A
quantidade de células parenquimatosas (raios) é relativamente pequena e o tecido
compreendido por fibras libriformes é predominante.
Nas figuras 27, 28 e 29 são apresentadas fotomicrografias do plano transversal obtido em
microscópio ótico para a espécie de Betula pendula.
68
Figura 27 - Betula pendula- Corte transversal (aumento-150x)
Figura 28 - Betula pendula- Corte transversal (aumento 400x)
69
Figura 29 - Betula pendula Corte transversal (aumento-1000x)
Apresentou-se nas figuras 27, 28 e 29 as fotomicrografias do plano transversal para as
espécies de Betula pendula da Finlândia.
Pode ser observado que a matéria-prima apresenta numerosos vasos com distribuição
difusa, sendo predominante os vasos múltiplos de 3 a 4, poucos se apresentam solitários;
sendo a maior parte deles classificados como pequenos; observa-se nítido anel de
crescimento.
Nas figuras 30, 31 e 32 são apresentadas fotomicrografias do plano transversal obtido em
microscópio ótico para a espécie de Eucalyptus globulus.
70
Figura 30 - Eucalyptus globulus - Corte transversal (aumento - 150x)
Figura 31 - Eucalyptus globulus - Corte transversal (aumento - 400x )
71
Figura 32 - Eucalyptus globulus - Corte transversal (aumento 1000x)
Apresentou-se nas figuras 30, 31 e 32 as fotomicrografias do plano transversal para as
espécies de E. globulus de Portugal.
Pode ser observado que a espécie apresenta vasos com distribuição difusa,
predominando os vasos solitários; com variação de tamanho de médio a grande.
As análises avaliando as características, físicas, químicas e anatômicas das madeiras
estudadas neste trabalho, destacaram que as matérias-primas em estudos são bastante distintas
o que deverá ter impacto sobre a eficiência do processo de polpação e características da polpa
celulósica obtida.
2.3.5 Polpação
O processo kraft de polpação envolve fenômenos físicos e químicos que tem por objetivo
básico a dissolução da lamela média e a conseqüente individualização das fibras.
Neste contexto, o processo de polpação apresenta algumas variáveis, sendo elas, relação
licor madeira, tempo, temperatura, carga de álcali ativo e sulfidez. A carga alcalina, a
temperatura e o tempo são as variáveis mais importantes na polpação, determinando o
72
conteúdo final de lignina na polpa. Essas variáveis são aplicadas tanto nos processos
convencionais como nos modificados. Em ambos os casos, existem uma melhor combinação
para a obtenção de polpa celulósica com ótimas qualidades para um dado produto final
(SILVA JÚNIOR, 2006).
Conforme mencionado anteriormente, neste trabalho os cozimentos foram conduzidos
visando à obtenção de polpas celulósica com número kappa (17,0±0,5); para atingir este grau
de deslignificação variou-se a carga alcalina, os demais parâmetros de cozimento seguiram
base literatura e foram mantidos constantes. Apresenta-se na figura 33 os resultados de carga
alcalina aplicada para cada matéria-prima considerada neste trabalho.
21,9
18,7
21,9
22,1
18,2
0,0
5,0
10,0
15,0
20,0
25,0
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Álcali Aitivo - % (como NaOH)
Figura 33 - Álcali-ativo aplicado - base NaOH
No desenvolvimento desse trabalho, a carga de álcali ativo foi o parâmetro utilizado para
obtenção de polpa celulósica com número kappa (17,0±0,5). Sabe-se que a carga de álcali
ativo apresenta efeito direto sobre a intensidade das reações de deslignificação; nos resultados
apresentados pode ser observado que as matérias-primas E. grandis x E. urophylla 2 e o E.
globulus exigiram um menor teor de álcali ativo para o mesmo nível de deslignificação.
A carga alcalina aplicada e o fator H são os principais parâmetros do processo de
polpação kraft utilizados para controle das oscilações devido à matéria-prima, visando manter
73
relativamente constante o nível de deslignificação da polpa. Almeida (2003) afirmou que ao
estudar diferentes níveis de álcali ativo em híbridos de E. grandis x E. urophylla, encontrou
resultados que indicam que os níveis de álcali ativo apresentam efeito significativo sobre o
número kappa; tal fato também foi observado para esse trabalho em questão.
Apresenta-se na figura 34 a variação do rendimento depurado e do rendimento bruto
para as diferentes matérias-primas.
a
b
c
a
cb
48
50
52
54
56
58
60
62
64
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula pendula E. globulus
Rendimento - %
Rendimento Bruto Rendimento Depurado
Figura 34 - Rendimento bruto e depurado
Conforme salientado anteriormente as espécies de E. grandis x E. urophylla 2 e o E.
globulus exigiram um menor teor de álcali ativo para o mesmo nível de deslignificação, fator
esse que influenciou no rendimento de polpa celulósica, uma vez que a deslignificação para
essas matérias-primas foi mais branda e resultou em menor degradação dos carboidratos. Tal
fato poderá influenciar de forma positiva nos resultados de viscosidade.
A matéria-prima que apresentou menor rendimento foi o E. grandis x E. urophylla 3
com 53,8% para rendimento bruto e 53,7% de rendimento depurado, tal fato se justifica pelo
alto teor de extrativos e lignina presente na madeira, o que ocasionou maior adição de álcali
ativo e consequentemente maior degradação dos carboidratos, o que poderá interferir de forma
negativa nos níveis de viscosidade.
74
Silva Júnior (2006) destacou que o aumento a carga alcalina do cozimento proporciona
redução significativa do rendimento total do processo de polpação. Segundo o autor a queda
no rendimento acontece no caso de madeira de folhosas, devido á degradação das xilanas, as
quais são sensíveis ao aumento da carga alcalina causando impactos negativos na seletividade
do cozimento, a qual pode ser expressa pela relação viscosidade/número kappa ou
rendimento/número kappa.
O processo de polpação de madeira de folhosas deve ser conduzido visando atingir o
nível de deslignificação estabelecido mantendo o rendimento o mais alto possível uma vez que
esse parâmetro está relacionado ao consumo de madeira e consequentemente ao custo da polpa
celulósica, pois a madeira é o seu principal item de custo (SILVA JUNIOR 2005).
As análises estatísticas para rendimento bruto, depurado e teor de rejeito estão
apresentados nos apêndices e pode ser observado que houve diferenças estatísticas para teor de
rejeitos e rendimentos.
Apresenta-se na figura 35 o teor de rejeito para as diferentes matérias-primas estudadas.
Pode-se observar que a polpa de E. globulus e a espécie de B. pendula, apresentaram os
maiores teores de rejeitos, tal fato pode estar relacionado com a maior densidade básica.
0,63 a
0,46 ba
0,10 bc
0,22 bc
0,04 c
0,0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Teor de rejeiro - %
Figura 35 - Teor de rejeito
75
Processos de polpação que utilizam matérias-primas destinadas à produção de polpa
celulósica que apresentam tendência a geração de elevados teores de rejeitos devem ser
criteriosamente analisados e dimensionados; neste caso a etapa de impregnação deve ser
privilegiada visando permitir uma melhor impregnação dos cavacos e consequentemente a
redução do teor de rejeitos.
No processo de polpação é de grande importância avaliar as características da polpa
celulósica obtida, diante disso, apresenta-se na tabela 9 os resultados das análises realizadas.
As análises estatísticas da polpa celulósica estão apresentadas no apêndice.
Tabela 9 -
Análises química da polpa
AA
Ácidos
Hexenurônicos
Viscosidade
Espécies
% µmol/g cP
E. grandis x E.urophylla – 1
21,9 69,38 a 37,95 a
E. grandis x E.urophylla – 2
18,7 60,22 a 59,89 b
E. grandis x E.urophylla – 3
21,9 61,37 a 34,93 a
Betula pendula
22,1 61,91 a 55,86 b
E. globulus
18,1 48,98 b 64,58 b
Costa, Mounteer e Colodette (2001), citam que os ácidos hexenurônicos são formados
durante a polpação alcalina; as condições da polpação que mais influenciam o conteúdo de
ácidos hexenurônicos na polpa celulósica são: álcali ativo, sulfidez e temperatura. As ligações
duplas conjugadas na estrutura dos ácidos hexenurônicos influenciam no processo de
branqueamento da polpa, formando ligações com a lignina e consumindo reagentes químicos
do branqueamento como (cloro, dióxido de cloro, ozônio e peróxidos), além de causar
reversão de alvura.
Apresenta-se na tabela 9 os valores de ácidos hexenurônicos para as diferentes matérias-
primas, pode ser observado que a espécie que apresentou maior teor de ácidos hexenurônicos
foi o híbrido de E. grandis x E. urophylla 1 com 69,38 µmol/g, sendo que a espécie de E.
globulus apresentou aproximadamente 30% a menos quando comparam as polpa de E. grandis
x E. urophylla e Betula.
Almeida (2003) encontrou teores de ácidos hexenurônicos de 49,17 e 50,43 µmol/g em polpas
celulósicas produzidas com híbridos de E. grandis x E. urophylla com número kappa de 17,07
76
e 17,98. Com base na citação os resultados obtidos para ácidos hexenurônicos no presente
neste trabalho estão superiores comparados aos resultados apresentados pelo autor.
Para facilitar a observação dos resultados de ácidos hexenurônicos, os valores foram
plotados em gráfico figura 36.
0
10
20
30
40
50
60
70
80
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Ác. Hexenurônicos - µmol/g
Figura 36 - Ácidos hexenurônicos
Conforme salientado anteriormente os ácidos hexenurônicos interferem negativamente
no branqueamento da polpa celulósica. Entretanto Eiras et.all. 2002 destacaram que o mesmo
pode ser eliminado em grande extensão com simples tratamento de hidrólise ácida na polpa,
assim como, a diminuição do pH nos estágios de branqueamento D
Hot
, diante disso, cabe
salientar que as polpas celulósicas das espécies de E. grandis x E. urophylla 1,2 e 3 e Betula
pendula que apresentaram alto teor de ácidos hexenurônicos, no processo de branqueamento
deverá passar por um estágio ácido ou ter um estágio D
Hot
para que não haja um consumo
excessivo de reagente químicos, assim como interferência na reversão de alvura.
Costa et al. (2001) verificou que o número kappa é influenciado pelo teor de ácidos
hexenurônicos da polpa, sendo que o mesmo contribui para um incremento no valor do
número kappa. Estudos conduzidos sugeriram alguns fatores de conversão para o cálculo do
77
número kappa corrigido, sendo comum utilizar o fator proposto por Li et al. (1997), no qual
uma unidade de número kappa corresponde a 11,9 µmol de HexA’s/Kg de polpa.
Apresenta-se na figura 37 o número kappa corrigido e pode ser observado que o
incremento no valor foi de aproximadamente 6 unidades para cada matéria-prima, com
exceção do E. globulus que apresentou diferença de aproximadamente 4 unidades, sendo
justificado pelo menor teor de ácidos hexenurônicos encontrado na polpa dessa espécie.
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Número Kappa
Número Ka
pp
a Número Ka
pp
a corri
g
ido
Figura 37 - Número kappa e número kappa corrigido
Uma forma de caracterizar a qualidade da polpa celulósica é a avaliação da viscosidade,
que está associada ao grau médio de polimerização da celulose, sendo essa medida utilizada
para estimar indiretamente, o nível de degradação dos carboidratos durante as fases do
processo de obtenção da polpa celulósica. Sendo assim, de maneira geral, maior valor de
viscosidade indica maior preservação dos carboidratos e, consequentemente, melhores
propriedades de resistência físicas, principalmente aquelas que dependem da ligação entre
fibras. Tal parâmetro também está associado diretamente com o rendimento da polpa
celulósica.
78
Apresenta-se plotados em gráficos na figura 38 os resultados de viscosidade para as
diferentes matérias-primas.
0
10
20
30
40
50
60
70
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Viscosidade cP
Figura 38 - Viscosidade
Diante dos resultados apresentados acima, é possível salientar que as matérias-primas
que apresentaram um melhor desempenho no processo de polpação no que diz respeito à
viscosidade, foram Eucalyptus globulus de Portugal com 64,6 cP, Eucalyptus grandis x
Eucalyptus urophylla 2 do Brasil 59,9 cP. Os resultados das análises estatísticas mostram que
as espécies anteriormente mencionadas apresentam polpas com viscosidade significativamente
superiores às das espécies de híbridos E. grandis x E. urophylla 1 e 3, fator esse que indica
que as espécies E. globulus, o híbrido Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla 2 podem
dar origem a polpas branqueadas com boas propriedades físico-mecânicas.
Conforme discutido anteriormente, o aumento da carga de álcali tem como conseqüência
a diminuição da seletividade do processo o que afeta negativamente o rendimento e a
viscosidade. Segue na figura 39 a apresentação da seletividade para as diferentes matérias-
primas.
79
2,3
3,5
2,1
3,3
3,8
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0
4,5
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Seletividade
Viscosidade/Kappa
Figura 39 - Seletividade
Considerando-se seletividade como a relação entre viscosidade é número kappa, pode ser
observado na figura 39 que a matéria-prima que mais se destacou foi à espécie de Eucalyptus
globulus, que por sua vez requereu menor carga alcalina para obtenção de polpa com o
número kappa estabelecido e apresentou o maior rendimento e viscosidade.
Além de avaliar as polpas celulósicas é de grande importância considerar as
características do licor negro obtido após o processo de polpação, sendo que o mesmo pode
fornecer informações importantes que colaboram na melhor compreensão do processo de
polpação. Diante disso, apresenta-se na tabela 10 o desempenho do licor negro para as
diferentes matérias-primas.
As análises rotineiras dos licores empregados no processo kraft de deslignificação de
polpa celulósica são simples e baseiam-se, normalmente, nas determinações das concentrações
de NaOH e Na
2
S e do pH.
80
Tabela 10 -
Análise do licor residual
Sólidos
totais
AA
(como NaOH)
AE
(como NaOH)
Espécies
%
pH
g/L g/L
E. grandis x E.urophylla – 1
14,22 a 13,43 a b 18,51 a 15,50 a
E. grandis x E.urophylla – 2
13,05 a 13,36 a b 14,04 b 10,38 b
E. grandis x E. urophylla – 3
13,54 a 13,52 a b 19,38 a 15,53 a
Betula pendula
13,88 a 13,74 a 11,89 b 8,04 b
E. globulus
11,86 b 13,10 b 12,71 b 9,57 b
Em processos destinados a produção de polpa celulósica branqueável é recomendada que
o pH final do licor de cozimento seja superior a 12,5 evitando desta forma a reprecipitação de
lignina dissolvida no licor sobre a superfície da fibra que por sua vez pode resultar em
problemas na etapa subseqüente de branqueamento; observa-se na tabela 10 que os pHs para
dos licores negros oriundos dos processos de polpação das matérias-primas utilizadas neste
trabalho apresentaram valores superiores a 12,5.
Os resultados de álcali ativo e efetivo residual apresentam valores estatisticamente
diferentes para alguns materiais; estas diferenças são conseqüências da carga alcalina
inicialmente aplicada e da intensidade de reações de polpação (tanto deslignificação como
degradação dos carboidratos). O menor nível de álcali ativo residual para as espécies de E.
globulus e E. grandis x E. urophylla 2 são devidos, justamente à menor aplicação de carga
alcalina no início do processo de polpação, quando comparada às outras matérias-primas
estudadas. Entretanto para a espécie de Betula pendula utilizou-se no início do processo o
maior nível de carga alcalina e pode ser justificado o baixo teor de álcali ativo residual pelo
alto teor de extrativos totais apresentado na madeira, consumindo mais álcali ativo durante o
processo de polpação.
A associação entre os dados de rendimento do processo de polpação e a carga alcalina
aplicada permite estimar a massa de sólidos gerados na produção de polpação celulósica. Na
figura 40 os resultados de tss/odt.
81
1,12
0,95
1,17
1,10
0,89
0,0
0,4
0,8
1,2
1,6
2,0
E. grandis x
urophylla - 1
E. grandis x
urophylla - 2
E. grandis x
urophylla - 3
Betula
pendula
E. globulus
Tss/odt
Figura 40 - Teor de sólidos gerados por tonelada de polpa produzida
A carga alcalina é a principal fonte de componentes inorgânicos no licor negro e
apresenta efeito direto sobre a quantidade de sólidos gerados para produção de polpa
celulósica. Os componentes da madeira dissolvidos durante o processo de polpação, por sua
vez, representam a principal fonte de componentes orgânicos do licor negro.
O teor de sólidos secos gerados durante o processo de polpação está diretamente
relacionado com a capacidade de produção de celulose de uma unidade industrial; isto se deve
ao fato de que para viabilizar o processo kraft de polpação torna-se necessário a recuperação
dos produtos químicos para a utilização em novo ciclo de cozimento. Essa recuperação
química, na maioria das vezes é limitada pela capacidade de queima de licor negro da caldeira
de recuperação.
Conforme salientado por Bassa (2002), o aumento do teor de sólidos em uma planta
produtora de polpa celulósica esta diretamente relacionada à redução da capacidade de
produção de polpa celulósica, em função da capacidade da queima da caldeira de recuperação.
O mercado mundial de celulose de forma simplista classifica as polpas em polpas de
fibras curtas e polpas de fibras longas; no entanto, variedade de matérias-primas utilizadas
para a produção destes tipos de polpa é ampla.
82
No presente trabalho considerou-se algumas das principais matérias-primas comerciais
destinadas à produção de polpa de fibra curta; os resultados apresentados mostram a
diversidade de características da madeira e desempenho frente ao processo de polpação; esses
dados são indicadores que comparações ou mesmo desenvolvimento de processos e produtos
devem ser criteriosamente avaliados considerando-se as particularidades da matéria-prima.
83
3 CONCLUSÕES
Os resultados obtidos neste trabalho permitiram concluir que existem diferenças
químicas, físicas e anatômicas entre as madeiras de E. grandis x E .urophylla –1, E. grandis x
E.urophylla –2, E. grandis x E.urophylla –3, Betula pendula e Eucalyptus globulus, que levam
as diferenças significativas na eficiência do processo kraft de polpação destas matérias
primas.
Entre as matérias-primas consideradas neste trabalho, o E. globulus de Portugal e E.
grandis x E. urophylla– 2 do Brasil apresentam os melhores desempenhos frente ao processo
kraft de polpação.
Os resultados obtidos neste trabalho mostram que as espécies avaliadas são diferentes
em termos de qualidade da madeira e desempenho frente ao processo kraft de polpação com
diferenças expressivas entre os principais parâmetros:
•
a madeira de Eucalyptus globulus oriundo de Portugal apresentou a densidade básica mais
elevada (0,590g/cm
3
) e a madeira de E. grandis x E. urophylla – 3 apresentou a menor
densidade (0,442g/cm
3
);
•
a madeira de B. pendula (Finlândia) apresentou o menor teor de lignina (18,61%,) e a
espécie de E. grandis x E.urophylla –3 apresentou maior teor de lignina (30,06%);
•
a madeira B. pendula apresentou maior teor de extrativos totais (6,97%) e a espécie E.
grandis x E.urophylla –2 apresentou menor teor de extrativos totais (2,30%);
•
o maior teor de holocelulose foi apresentado pela madeira de E. globulus com 74,56% e a
madeira de E. grandis x E.urophylla –3 o menor valor - 65,96%;
•
a madeira de B. pendula se destacou das demais por apresentar fibras com comprimento
médio significativamente maior que as demais madeiras consideradas neste trabalho;
•
a madeira de Betula pendula exigiu a maior carga alcalina para atingir o número kappa
estipulado sendo que o menor nível de carga alcalina exigido para a madeira de E.
globulus;
•
como conseqüência de suas características químicas, a madeira de E. globulus apresentou
o melhor rendimento frente ao processo kraft de polpação (considerando-se o nível de
84
deslignificação especificado), polpa com a mais elevada viscosidade e a menor geração de
massa de sólidos secos por massa de polpa celulósica produzida;
Os resultados mostraram que as matérias-primas utilizadas industrialmente para
produção de polpa celulósica de fibra curta no Brasil, na Finlândia e em Portugal têm
características e desempenhos distintos frente ao processo kraft de produção de polpa
celulósica branqueável de fibra curta podendo levar a produtos finais com propriedades
diferenciadas.
85
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Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1991.
94
APÊNDICES
95
Apêndice A - Método utilizado para determinar Extrativos totais, lignina e holocelulose.
1- Pesar equivalente a 2 g absolutamente seco de serragem e transferir para saquinho
de papel filtro.
2-
Colocar a amostra no corpo do extrator.
3-
Fazer a extração com álcool-tolueno (1:2) e álcool 96 GL, durante 8 horas em cada
solvente, deixando secar ao ar após cada extração.
4-
Ligar o banho-maria e mantê-lo em ebulição.
5-
Transferir toda serragem do saquinho para elermneyer de 250 ml.
6-
Adicionar 100 ml de água destilada e colocar o elernmeyer em banho-maria (que já
deverá estar em ebulição).
7-
Agitar a cada 15 minutos.
8-
Após 3 horas filtrar através de cadinho de vidro sinterizado tarado, transferindo
toda serragem do elernmyer para o cadinho.
9-
Lavar de forma descontínua o cadinho com 250 ml de água quente.
10-
Mantê-lo na estufa até peso constante.
11-
Retirar o cadinho da estufa, esperar esfriar em dessecador e pesar.
12-
Calcular a porcentagem do “Extrativo Total” através da expressão:
()
100serragem seco peso 2 (%)
×
×=ET
13- Utilizando a mesma serragem do cadinho transferi-la para um elermnyer de 125 ml.
14-
Resfriar o H
2
SO
4
72% a 10-25°C.
15-
Adicionar 3 ml de H
2
SO
4
72% para o elermneyer e mantê-lo no banho-maria a
30°C, por um período de 1 hora homogeneizando a cada 15 minutos. Após esse
período adicinou-se 84 ml de água.
16-
Colocar as amostras em autoclave a 118°C (27PSI), por o período de 1 hora. Após
esse período as amostras foram filtradas em cadinhos de vidro sinterizados.
17-
Lavar a o extrato do cadinho com 700 ml de água quente. Colocar o cadinho em
estufa até peso constante.
18-
Retirar o cadinho da estufa esperar esfriar em dessecador e pesar.
19-
Calcular a porcentagem de lignina solúvel através da expressão:
96
21- Calcular a porcentagem de lignina insolúvel através da expressão:
20-
Calcular a porcentagem de holocelulose através da expressão:
(
)
totaisextrativos de teor lignina deteor 100(%)
+
−=H
(
)
(
)
()
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
××
−−−×
=
100300
280.215.53.4
(%) solúvel Lignina
PS
brancoLbrancoL
(
)
()
100
.sec
(%) insolúvel Lignina ×
⎥
⎦
⎤
⎢
⎣
⎡
−
=
PS
ligninaoP
97
Apêndice B - Tabela com a representação dos diâmetros dos discos de madeiras das
espécies de E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, Betula pendula e E. globulus
Matéria-
prima
Altura Diâmetro com
casca
Diâmetro sem
casca
Base 23,74 16,30
25% 18,38 15,02
50% 14,82 11,56
75% 13,19 8,88
E. grandis
x E.
urophylla
1
100% 9,98 4,92
Base 22,28 12,34
25% 17,10 9,44
50% 12,67 9,37
75% 12,85 7,72
E. grandis
x E.
urophylla
2
100% 10,30 6,44
Base 26,86 15,14
25% 20,97 12,70
50% 16,26 11,83
75% 14,14 8,38
E. grandis
x E.
urophylla
3
100% 10,66 6,32
Base 22,99 21,71
25% 17,72 17,08
50% 15,71 15,12
75% 11,78 11,32
Betula
pendula
100% 7,17 6,68
Base 19,21 17,12
25% 14,82 13,83
50% 12,26 11,89
75% 9,35 8,84
E. globulus
100% 6,12 5,66
98
Apêndice C - Análise da variância e teste F para resultados de densidade básica das espécies
de E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, Betula pendula e E. globulus
GL = grau de liberdade SQ = soma dos quadrados QM = quadrado médio P=
probabilidade
Análise de variância para densidade básica total.
Parâmetros GL – DB
total
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.07967584 0.01991896 67,16* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para densidade básica da madeira.
Parâmetros GL – DB
madeira
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.10264136 0.02566034 75,18* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para densidade básica da casca.
Parâmetros GL – DB
casca
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.14362736 0.03590684 169.26* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para casca em peso.
Parâmetros GL – Casca
em peso
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
104.5642640 26.1410660 27.23* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
99
Análise de variância para casca em volume.
Parâmetros GL – Casca
em volume
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
60.19565600 15.04891400 25.59* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para índice de heterogeneidade.
Parâmetros GL – índice
heterogeneidade
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0,2167189 0,05417974 1,89 0,1515
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
100
Apêndice D - Análise da variância e teste F para resultados de características químicas das
espécies de E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, Betula pendula e E. globulus
GL = grau de liberdade SQ = soma dos quadrados QM = quadrado médio P=
probabilidade
Análise de variância para extrativos totais.
Parâmetros GL – extrativos
totais
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
67.84725600 16.96181400 184.32* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para lignina solúvel.
Parâmetros GL – lignina
solúvel
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
16.26480000 4.06620000 13.94* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para lignina insolúvel.
Parâmetros GL – lignina
solúvel
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
431.2137040 107.8034260 70.91* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
101
Análise de variância para lignina total.
Parâmetros GL – lignina
total
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
370.0283760 92.5070940 50.08* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para holocelulose.
Parâmetros GL –
holocelulose
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
250.3114160 62.5778540 63.75* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
102
Apêndice E - Análise da variância e teste F para resultados de compostos inorgânicos das
espécies de E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, Betula pendula e E. globulus.
GL = grau de liberdade SQ = soma dos quadrados QM = quadrado médio P=
probabilidade
Análise de variância para Cálcio.
Parâmetros GL – Ca
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.33924304 0.08481076 11.50 <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para Magnésio.
Parâmetros GL – Mg
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.03428320 0.00857080 25.63 <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para Cobre.
Parâmetros GL – Cu
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
23.10000000 5.77500000 8.02 0.0005
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para Ferro.
Parâmetros GL – Fe
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
26495.90000 6623.97500 1.96 0.1398
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para Manganês.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
41424.40000 10356.10000 108.04
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
103
Apêndice F - Análise da variância e teste F para resultados de diâmetro de fibras das espécies
de E. grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, Betula pendula e E. globulus.
GL = grau de liberdade SQ = soma dos quadrados QM = quadrado médio P=
probabilidade
Análise de variância para Comprimento da fibra.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.20458400 0.05114600 20.52*
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para diâmetro do lume.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
93.36160000 23.34040000 29.28*
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para espessura da parede.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
8.53177600 2.13294400 14.57*
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para fração parede.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
554.5365440 138.6341360 21.06*
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
104
Análise de variância para coeficiente de flexibilidade.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
541.9245760 135.4811440 21.32*
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análise de variância para índice de Runkel.
Parâmetros GL – Mn
SQ QM F Pr
Matéria-prima 4
Resíduo 20
Total 24
0.63064856 0.63064856 17.51*
<.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
105
Apêndice G - Análise da variância e teste F para resultados de polpação das espécies de E.
grandis x E. urophylla 1, 2 e 3, Betula pendula e E. globulus.
GL = grau de liberdade SQ = soma dos quadrados QM = quadrado médio P=
probabilidade
Apresentação do número kappa obtido.
AA Espécies
%
Kappa
E. grandis x E.urophylla – 1 21,9 16,73 a
E. grandis x E.urophylla – 2 18,7 17,02 a
E. grandis x E.urophylla – 3 21,9 16,70 a
Betula pendula
22,1 16,92 a
E. globulus
18,1 17,20 a
Análises estatísticas de rendimento bruto.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
145.9253840 36.4813460 34.87* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas de rendimento depurado.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
145,9253840 36,4813460 34,87* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas de teor de rejeito.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
1.26070400 0.31517600 7.40
0.0008
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
106
Análises estatísticas do número kappa.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
0.74105600 0.18526400 2.53
0.0730
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas dos ácidos hexenurônicos.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
1047.356360 261.839090 15.17 <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas de viscosidade.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
6360801.69 1590200.42 1.01 0.4241
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas de pH do licor residual.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
1.18898400 0.29724600 2.86
0.0502
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
107
Análises estatísticas de teor de sólidos do licor residual.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
16.34830400 4.08707600 7.99 0.0005
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas de álcali ativo do licor residual.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
217.7923600 54.4480900 15.81* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
Análises estatísticas de álcali efetivo do licor residual.
Parâmetros GL
SQ QM F Pr
Matéria-
prima
4
Resíduo 20
Total 24
242.8328000 60.7082000 25.71* <.0001
*significativo ao nível de 5% de probabilidade
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