Effect of chemical treatment with DMDHEU and silicone oil on the properties of Pinus spp. wood

Orientador: Prof. Dr. Márcio Pereira da Rocha

Coorientadores: Prof. Dr. Ricardo Jorge Klitzke e Prof. Dr. Pedro Henrique Gonzalez de Cademartori

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 29/08/2024

Inclui referências

Resumo: A utilização de métodos para aumentar a durabilidade da madeira é uma opção adequada para melhorar as suas propriedades e fornecer um maior tempo de vida útil em serviço. Esse resultado pode ser obtido por meio de métodos de modificação da madeira, como pela modificação química, pela interação de reagentes com os polímeros da parede celular. Dentre as espécies normalmente utilizadas pelo setor madeireiro, as espécies do gênero Pinus se destacam nos estudos para melhorar a sua resistência a xilófagos por meio destas modificações. Por esse motivo, é importante estudar novas técnicas e substâncias utilizadas no processo de tratamento químico da madeira, bem como a avaliação do comportamento material tratado. Desta forma, o presente estudo teve como objetivo avaliar a melhora das propriedades físico-mecânicas e a durabilidade de espécies do gênero Pinus após o tratamento químico. Para avaliar as propriedades físico-mecânicas, foram utilizadas as espécies Pinus sylvestris, Pinus palustris e Pinus radiata, que foram submetidas ao tratamento químico com DMDHEU (1,3-dimetilol-4,5-dihidroxi-etano ureia) nas concentrações 10%, 20% e 30%, e óleo de silicone nas concentrações 2,5%, 5% e 10%. A avaliação das propriedades se deu por meio dos percentuais de ganho de peso (WPG) e preenchimento de parede celular (CWB), da taxa de inchamento, da eficiência antiinchaço (ASE), dos testes de absorção e perda de água (W24) e da resistência à abrasão (RIM, I, F). Para avaliar a resistência aos fungos de podridão parda (Coniophora puteana (Schum.:Fr) Karst., Rhodonia placenta (Fr.) Niemela, K.H. Larss. & Schigel e Antrodia vaillantii (DC.:Fr.) Ryv.), apenas o óleo de silicone foi testado. Foram investigadas cinco concentrações (1,0, 2,5, 5,0, 7,5 e 10%) em corpos de prova das mesmas espécies de pinus anteriormente citadas, foram tratados e submetidos a um procedimento de lixiviação e posterior envelhecimento acelerado. Ao término desta etapa, os corpos de prova foram avaliados e classificados de acordo com sua classe de durabilidade. Ambos os produtos aumentaram a estabilidade dimensional da madeira. Entretanto, os tratamentos com DMDHEU reduziram a resistência da madeira à abrasão, por torná-la mais quebradiça, enquanto os tratamentos com óleo de silicone não tornaram a madeira abrasiva. A durabilidade da madeira apresentou correlação positiva com a concentração de óleo de silicone. Após o tratamento com concentrações mais elevadas, todos os corpos de prova das madeiras de Pinus foram classificados como muito duráveis (DC-1). Os resultados deste estudo atestam que 5% de óleo de silicone é o mais recomendado para tratamento químico do alburno de P. radiata, P. palustris e P. sylvestris, pois suas propriedades melhoraram a ponto de proporcionar maior durabilidade contra o ataque e decomposição por fungos da podridão parda. Com base no exposto, pode-se concluir que as espécies P. sylvestris, P. palutris and P. radiata podem ser consideradas adequadas para o tratamento químico com DMDHEU (estabilidade dimensional) e óleo de silicone (estabilidade dimensional, resistência estrutural e ao ataque de podridão parda), tendo em vista que ambos os produtos melhoraram as propriedades mencionadas.

Abstract: The use of methods to increase the durability of wood is a suitable option to improve its properties and provide a longer service life. This result can be obtained through wood modification methods, such as chemical modification, through the interaction of reagents with cell wall polymers. Sapwood is the portion of the wood used for this purpose, as it has good permeability, which facilitates treatment or modification processes by impregnation. Among the species normally used by the timber sector, species of the genus Pinus stand out in studies to improve their resistance to xylophages through these modifications. For this reason, it is important to study new techniques and substances used in the chemical treatment process of wood, as well as the evaluation of the behavior of the treated material. Thus, the present study aimed to evaluate the improvement of physical-mechanical properties and durability of species of the genus Pinus after chemical modification. To evaluate the physicalmechanical properties, the species Pinus sylvestris, Pinus palustris and Pinus radiata were used, which were subjected to chemical treatment with DMDHEU (1,3-dimethylol4,5-dihydroxy-ethane urea) at concentrations of 10%, 20% and 30%, and silicone oil at concentrations of 2.5%, 5% and 10%. The properties were evaluated through weight gain (WPG) and cell wall bulking (CWB) percentages, swelling rate, anti-swelling efficiency (ASE), water absorption and loss tests (W24) and abrasion resistance (RIM, I, F). To evaluate the resistance to brown-rot fungi (Coniophora puteana (Schum.:Fr) Karst., Rhodonia placenta (Fr.) Niemela, K.H. Larss. & Schigel and Antrodia vaillantii (DC.:Fr.) Ryv.), only silicone oil was tested. Five concentrations (1.0, 2.5, 5.0, 7.5 and 10%) were investigated in test specimens of the same pine species previously mentioned, which were treated and subjected to a leaching procedure and subsequent accelerated aging. At the end of this stage, the test specimens were evaluated and classified according to their durability class. Both products increased the dimensional stability of the wood. However, DMDHEU treatments reduced the wood's resistance to abrasion by making it more brittle, while silicone oil treatments did not make the wood abrasive. Wood durability showed a positive correlation with silicone oil concentration. After modification with higher concentrations, all pine wood specimens were classified as very durable (DC-1). The results of this study show that 5% silicone oil is the most recommended for chemical treatment of the sapwood of P. radiata, P. palustris and P. sylvestris, as its properties have improved to the point of providing greater durability against attack and decomposition by brown-rot fungi. Based on the above, it can be concluded that the species P. sylvestris, P. palutris and P. radiata can are suitable for chemical treatment with DMDHEU (dimensional stability) and silicone oil (dimensional stability, structural resistance and resistance to brown-rot attack), since both products improved the mentioned properties.