Movimentação de água e ar na madeira de Eucalyptus e sua correlação com as propriedades da madeira

Orientador: Prof. Dr. Ricardo Jorge Klitzke

Coorientadores: Prof. Dr. Márcio Pereira da Rocha e Prof. Dr. Thiago Campos Monteiro

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal. Defesa : Curitiba, 23/10/2020

Inclui referências: p. 129-146

Área de concentração: Tecnologia e Utilização de Produtos Florestais

Resumo: As relações água madeira são objeto de estudo a mais de um século e no gênero Eucalyptus essas relações são estreitamente complexas, principalmente por sua difícil secagem, que é atribuído principalmente a sua baixa permeabilidade, aliado a sua estrutura anatômica, como as tiloses que obstruem o fluxo de água e ar na madeira. Além disso sua estrutura química também exerce influência na movimentação de água na madeira e deve ser aprofundadas. Nesse sentido o objetivo geral deste estudo foi compreender a movimentação da água e ar na madeira de Eucalyptus e sua relação com as propriedades da madeira. Foram selecionados três clones de Eucalyptus, sendo dois híbridos Eucalyptus urophylla x E. grandis (clone 1) E. grandis x E. camaldulensis (clone 3) e um E. saligna (clone 2), todos com oito anos de idade. De cada clone, foram selecionadas três árvores. Três toras com 2,70 m cada foram retiradas da árvore, sendo na base, meio e topo do fuste. Os discos referentes a cada posição longitudinal (base DAP e topo) também foram coletados. Os discos foram utilizados para determinar porcentagem de cerne, teor de umidade inicial e massa específica básica. Semiblocos foram produzidos das toras, para confecção dos corpos de prova. Porções menores de 360 mm de comprimento foram obtidas para confecção dos corpos de prova para propriedades físicas, químicas e análise do fluxo de água. Também foram selecionadas na madeira dos três clones, porções de 50 mm de comprimento para confecção de amostras para análise de porcentagem de tiloses e ensaios da permeabilidade ao ar atmosférico no sentido longitudinal do fuste das árvores. As análises químicas da madeira foram realizadas conforme normas técnicas, utilizando-se diversos solventes para estimar os diferentes componentes químicos do lenho. As taxas de secagem foram avaliadas por meio da secagem drástica, utilizando temperatura de 100°C. Amostras nos três eixos ortotrópicos da madeira foram ensaiadas e s taxas de secagem em cada eixo, as curvas de secagem e as correlações de cada taxa com as variáveis químicas foram avaliadas. Os resultados para a porcentagem de cerne mostram que o clone 1 apresentou maior percentual (71, 54%). O mesmo clone apresentou maior massa específica básica (0,569g/cm³), aparente (0,640g/cm³) e apresentou maior valor médio nas contrações tangencias (10,28%), radiais (4,46%) e volumétricas (15,96%) em relação aos outros clones. Já no que se refere ao teor de umidade inicial, a madeira do clone 3 apresentou maior valor médio (119,67%). Nas propriedades químicas, de maneira geral, a maior quantidade de extrativos em diferentes solventes foi para os extrativos totais, seguido da água quente, etanol e clorofórmio, em que os maiores valores foram encontrados na base da árvore. Para a permeabilidade ao ar, a madeira do clone 3 advinda da base denotou maior valor médio (17,37 cm-³.cm-1.atm-1.s-1). A menor quantidade de tilose no clone 3 influenciou na maior permeabilidade dessa espécie. Para as curvas de secagem nas direções ortotrópicas, a maior perda de água foi encontrada para o eixo longitudinal seguido do radial e tangencial. O mesmo comportamento foi obtido nas taxas de secagem. Nas taxas de secagem drástica na direção longitudinal e radial, a maior taxa de água total foi para madeira do clone 1 (0,059 e 0,035 g.cm-².h-1, respectivamente). Na direção tangencial, a maior taxa de secagem total foi representada pela madeira do clone 2. As correlações entre as propriedades químicas com as taxas de secagem para as direções ortotrópicas e por clone apresentaram resultados satisfatórios, principalmente quanto aos extrativos em diferentes solventes. Os extrativos em etanol, clorofórmio, água quente e água fria se correlacionaram com a taxa da água total e água livre, sendo que um aumento na quantidade desses extrativos pode reduzir o fluxo de água da madeira de eucalipto. A lignina apresentou correlação somente com a madeira do clone 2, em que o aumento do teor de lignina nessa espécie pode reduzir a taxa da água livre. Para holocelulose, a madeira do clone 2 demonstrou correlação inversa com a taxa da água de impregnação e taxa da água total. Com relação ao teor de cinzas, o aumento nesse teor pode favorecer a taxa de secagem na madeira de eucalipto. Ainda, foram apresentados modelos significativos para essas correlações para madeira de cada clone e eixo ortotrópico, mostrando bons coeficientes de determinação para os modelos. De maneira geral, os clones evidenciaram relações entre a movimentação da água e ar com os extrativos e tiloses no lenho, além disso a permeabilidade tem grande influência na secagem da madeira de eucalipto, onde foi possível compreender a importância dessas substancias na constituição química da madeira e que pode contribuir e influenciar no fluxo de água da madeira de eucalipto. Palavras-Chave: dessorção, extrativos, correlação, secagem, tiloses, permeabilidade.

Abstract: Water-wood relationships have been the subject of study for over a century and in the Eucalyptus genus these relationships are closely complex, mainly due to their difficult drying, which is mainly attributed to their low permeability, combined with their anatomical structure, such as the tyloses that obstruct the flow of water and air in the wood. In addition, its chemical structure also influences the movement of water in the wood and must be deepened. In this sense, the objective of this study was to understand the water and air movements in Eucalyptus wood and its relation with wood properties. Three Eucalyptus clones were selected: one Eucalyptus urophylla x E. grandis hybrid (clone 1), one E. grandis x E. camaldulensis hybrid (clone 3) and one E. saligna clone (clone 2). All of them were eight years old. Three trees were selected from each clone. From each tree, we collected three 2.70m logs from each longitudinal position in the tree stem (base, middle and top). Disks corresponding to each longitudinal position were also collected. The discs were used to determine the percentage of heartwood, initial moisture content and basic specific gravity. The logs were sawed into central semi-blocks. Each semi-block was subdivided into smaller 360mm pieces in order to make samples for the chemical, physical properties and water flow analysis. We also selected 50mm pieces to make air permeability samples. All samples were analyzed in the longitudinal direction of the tree stem. The air permeability and the percentage of tyloses in the wood of the three clones were evaluated. The wood chemical analysis were performed according to technical standards, using a set of solvents to estimate the different chemical components of wood. Drying rates were estimated by means of drastic drying applying a temperature of 100ºC. The samples were tested at the three orthotropic axis. For each axis, we evaluated the drying rates, drying curves and the correlations of each rate with the chemical variables. The results for the heartwood percentage show that clone one higher values (71.54%). The same clone presented higher values of basic specific gravity (0.569g/cm³), bulk density (0.640g/cm³) and for the retractability it presented higher mean value in the tangential (10.28%), radial (4.46%) and volumetric (15.96%) contractions. When it comes to the initial moisture content, clone 3 presented higher mean value (119.67%). In the chemical properties, in general, the largest amount of extractives in different solvents was for the total extractives, followed by hot water, ethanol and chloroform, where the highest values were found at the base of the tree. For the air permeability, the wood from clone 3 showed higher mean value (17.37 cm-³.cm-1.atm-1.s-1), found at the base of the stem. The lower amount of tyloses in clone 3 influenced the higher permeability of this species. For the drying curves in the orthotropic directions, the greatest water loss was found in the longitudinal axis, followed by the radial and tangential axes. The same behavior was observed in the drying rates. For the drastic drying rates in the longitudinal and radial directions, the highest total water flow rate was found in the wood from clone 1 (0.059 and 0.035 g.cm-².h-1, respectively). In the tangential direction, the highest total drying rate was found in the wood from clone 2. The correlations between the chemical properties and the drying rates for the orthotropic directions and per clone presented satisfying results, specially regarding the extractives in different solvents. The extractives in ethanol, chloroform, hot water and cold water correlated with the total and free water flow rates, as an increase in the amount of these extractives can reduce the water flow in eucalyptus wood. The lignin showed correlation only with the wood from clone 2, in which an increase in the lignin content in the species can reduce the free water flow rate. For the holocellulose, the wood from clone 2 showed an inverse correlation with the bound and total water flow rates. Regarding the ash content, its increase may favor the drying rate in eucalyptus wood. Also, we presented significant models for these correlations and the wood of each clone and orthotropic axis, showing good determination coefficients for the models. Overall, the clones showed relationships between the movement of water and air with extracts and tyloses in the wood, in addition, permeability has a great influence on the drying of eucalyptus wood, where it was possible to understand the importance of these substances in the chemical constitution of wood and that can contribute and influence the water flow of eucalyptus wood. Keywords: desorption, extractives, correlation, drying, tyloses, permeability.