EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO SOBRE A ESTABILIDADE DIMENSIONAL DE DIFERENTES TIPOS DE MADEIRA

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1 XV EBRAMEM - Encontro Brasileiro em Madeiras e em Estruturas de Madeira 09-11/Mar, 2016, Curitiba, PR, Brasil EFEITO DO TRATAMENTO TÉRMICO SOBRE A ESTABILIDADE DIMENSIONAL DE DIFERENTES TIPOS DE MADEIRA 1 Stefânia Lima Oliveira (stefaniaoliveira@yahoo.com.br), 2 Camila Laís Farrapo (camilafarrapo@hotmail.com), 2 Débora Pereira Ribeiro (deboraprbio@gmail.com), 1 Lourival Marin Mendes (lourival@dcf.ufla.br), ³José Benedito Guimarães Júnior (jbguimaraesjr@hotmail.com), 2 Rafael Farinassi Mendes (rafael.mendes@deg.ufla.br) 1 Universidade Federal de Lavras Departamento de Ciências Florestais; Campus Universitário, Caixa Postal 3037, Cep: , Lavras/MG 2 Universidade Federal de Lavras Departamento de Engenharia; Campus Universitáio, Caixa Postal 3037, Cep: , Lavras/MG 3 Universidade Federal de Goiás Departamento de Engenharia Florestal; Campus cidade universitária, BR364 km195 n 3800, Cep: , Jataí/GO RESUMO: O tratamento térmico reduz a higroscopicidade da madeira, minimizando problemas de contração e inchamento e permitindo assim novas aplicações. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tratamento térmico na variação dimensional das madeiras de pinus, caucho e cedrão. As madeiras foram tratadas termicamente em estufa na temperatura de 200ºC por um período de 4 horas. Foram determinadas a densidade, umidade, retratibilidade tangencial e radial, seguindo os procedimentos descritos pela norma NBR 7190 (ABNT, 1997) e o coeficiente de anisotropia. O tratamento térmico promoveu reduções significativas apenas da umidade das madeiras de cedrão, pinus e caucho. Não foi observado efeito significativo do tratamento térmico sobre as propriedades de densidade aparente, retração tangencial, retração radial e coeficiente de anisotropia. A madeira de pinus se mostrou mais estável dimensionalmente que as madeiras de cedrão e caucho. Palavras Chave: Termorretificação, pinus, cedrão, caucho. EFFECT OF HEAT TREATMENT ON THE DIMENSIONAL STABILITY OF DIFFERENT WOOD TYPES ABSTRACT: The heat treatment reduces the hygroscopicity of the wood, thus minimizing shrinkage and swelling problems and allowing new applications. The objective of this study was to evaluate the effect of heat treatment on dimensional variation of pine, caucho and cedrão wood. The wood were heat treated in an oven at temperature of 200 C for period of 4 hours. We determined the density, moisture, shrinkage tangential and radial, following the procedures described by the NBR 7190 (ABNT, 1997) and the anisotropy coefficient. Heat treatment reduced significantly only from moisture cedrão of wood, pine and caucho. There was no significant effect of heat treatment on the properties of bulk density, tangential shrinkage, shrinkage and radial anisotropy coefficient. The pine wood was more dimensionally stable than wood cedrão and rubber. Keywords: Thermoretification, pinus, cedrão, caucho.

2 1. INTRODUÇÃO A madeira é um material higroscópico devido à estrutura química da parede celular, onde contém diversos polímeros de celulose, hemicelulose e lignina, que formam os grupos hidroxílicos. Dentre esses polímeros, a hemicelulose é a mais hidrófilica favorecendo a troca de água com o meio, o que contribui para a variação dimensional da madeira (HILL, 2006). Um dos maiores desafios para os pesquisadores na área de tecnologia da madeira, tem sido encontrar soluções para a instabilidade dimensional e durabilidade natural da madeira (GARCIA et al. 2012; KAMDEM et al. 2002). As alterações dimensionais e a anisotropia de contração são características indesejáveis para a madeira, limitando o seu uso para diversas finalidades (KEINERT JÚNIOR et al. 1992) e exigindo técnicas adequadas de processamento e utilização (KOLLMANN, 1959; DURLO e MARCHIORI, 1992). Diferentes pesquisas estão sendo avaliadas para melhoria dessas propriedades, dentre elas pode-se destacar o tratamento térmico. O tratamento térmico, também conhecido como termorretificação, reduz a higroscopicidade da madeira através da degradação de seu constituinte mais hidrófilico, principalmente a hemicelulose. Ao reduzir a capacidade da madeira permutar água com o meio, minimiza problemas de contração e inchamento (BORGES E QUIRINO, 2004). QUIRINO E VALE (2002) analisando as possíveis modificações da madeira tratada termicamente, esclarecem que além da redução na higroscopicidade, pela degradação da hemicelulose, há a quebra dos polímeros da lignina e surgimento de novas ligações químicas entre eles, sendo o fenômeno denominado reticulação. A termorretificação causa alterações químicas, físicas e mecânicas na madeira (RODRIGUES, 2009), e traz algumas vantagens para as suas propriedades tecnológicas, como aumento da estabilidade dimensional, aumento da resistência ao ataque de organismos xilófagos e a diminuição da higroscopicidade. Porém, as propriedades mecânicas podem ser afetadas de forma negativa (ARAÚJO et al. 2012). Segundo ARAÚJO et al. (2012), o efeito da termorretificação varia em função da temperatura final do processo, do tempo de tratamento, da velocidade de aquecimento e das propriedades iniciais da madeira. Normalmente, os tratamentos térmicos são realizados com temperaturas de até 280ºC e durações variando de 15 minutos a 24 horas, dependendo do processo, do tamanho da amostra, do teor de umidade da madeira, da espécie em função de sua composição química e estrutura anatômica, e das características desejadas ao produto final (KAMDEM et al. 2002). Uma das madeiras mais estudadas, é a madeira de Pinus spp., a fim de agregar maior valor ao produto final, já que a mesma apresenta características indesejáveis, tais como baixa durabilidade, baixa estabilidade dimensional e cor pálida (Finnish Thermowood Association, 2003; Rapp, 2001). Outras espécies de madeira podem apresentar melhora significativa nas suas propriedades físicas, como é o caso da espécie Cedrelinga catenaeformis, também conhecida como cedrão e a espécie Castilla ulei Warb., conhecida como caucho. Segundo LOUREIRO et al. (1979), o cedrão pode ser utilizado na construção civil, construção naval, setor de celulose e papel, setor moveleiro, produção de caixas, marcenaria e carpintaria. Já a madeira de caucho pode ser utilizada em embalagens leves. A finalidade do tratamento térmico da madeira é melhorar as propriedades da madeira, somente com aplicação de calor. As propriedades mecânicas, físicas e químicas devem ser avaliadas para cada espécie de madeira e para cada programa de tratamento térmico seguido, visando o aproveitamento do seu potencial máximo (SILVA, 2012). Nesse contexto, o objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do tratamento térmico sobre a estabilidade dimensional das madeiras de pinus, caucho e cedrão.

3 2. MATERIAL E MÉTODOS 2.1 Matéria-prima O experimento foi conduzido na Unidade Experimental de Painéis de Madeira (UEPAM), da Universidade Federal de Lavras em Lavras, Minas Gerais. Foram utilizadas madeiras de Pinus oocarpa, Cedrelinga catenaeformis (Cedrão) e Castilla ulei Warb. (Caucho). A madeira de Pinus foi obtida, com 28 anos de idade, no campus da Universidade Federal de Lavras e as madeiras de cedrão e caucho foram obtidas em madeireiras da cidade de Lavras-MG. As tábuas foram secas ao ar livre, até atingirem massa constante (umidades entre 12 e 15%), sendo posteriormente retirados seis corpos de prova para cada tratamento para avaliação da retração da madeira, de acordo com a norma NBR 7190 (ABNT, 1997). 2.2 Tratamento térmico O tratamento térmico foi realizado em uma estufa sem ventilação forçada de ar, na temperatura de 200ºC e tempo de 4 horas, conforme delineamento experimental disposto na Tabela 1. Antecedendo cada tratamento térmico, as amostras climatizadas (22±2 e umidade de 65±5%) foram pesadas e medidas na direção radial e tangencial e comprimento. Após o tratamento térmico, os corpos de prova foram pesados e medidos novamente. Em seguida, estes foram submersos em água até saturação, sendo mensurados e pesados posteriormente. Foram determinadas a densidade, umidade, retratibilidade tangencial e radial, seguindo os procedimentos descritos pela norma NBR 7190 (ABNT, 1997) e o coeficiente de anisotropia, que é a relação entre a contração tangencial e radial, sendo um parâmetro de avaliação da qualidade da madeira considerando sua variação dimensional. Tabela 1. Delineamento experimental. Tratamento Caucho Cedrão Pinus Condição de avaliação Sem tratamento térmico Tratamento térmico C Sem tratamento térmico Tratamento térmico C Sem tratamento térmico Tratamento térmico C 2.3 Análise estatística A análise estatística foi conduzida em delineamento inteiramente casualizado. Os tratamentos foram arranjados em um esquema fatorial 3x2 (três tipos de madeira Cedrão, Pinus e Caucho; e duas condições com e sem tratamento térmico). Para a diferenciação dos tratamentos foi utilizado o teste de médias Scott-knott, a 5% de significância. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Observa-se na Tabela 2 os valores médios da densidade aparente para os três tipos de madeira com e sem tratamento térmico.

4 Tabela 2. Densidade aparente das madeiras com e sem tratamento térmico. Sem tratamento 0,498 (0,025) Aa 0,417 (0,046) Ba 0,429 (0,006) Ba Tratada termicamente 0,518 (0,053) Aa 0,406 (0,048) Ba 0,422 (0,017) Ba Não houve interação entre os fatores tipo de madeira e tratamento térmico. Quando avaliado a densidade da madeira dentro das espécies, observa-se que a madeira de cedrão obteve o maior valor médio, diferenciando-se estatisticamente das demais espécies tanto na condição sem tratamento térmico como após a realização do tratamento térmico a 200 C. Não houve diferença significativa entre os valores de densidade de pinus e caucho sem e com tratamento térmico. Não foi observado efeito do tratamento térmico sobre a densidade dos três tipos de madeira. As alterações na composição química da madeira dependem da intensidade do tratamento térmico que se reflete nos valores de perda de massa (BRITO et al. 2008; ESTEVES, GRAÇA e PEREIRA, 2008; HAKKOU, PÉTRISSANS e GÉRARDIN 2006). HILL (2006) relata que a não diminuição da densidade ocorre em função da relação da perda de massa e do volume após os tratamentos. Assim, quando a variação de massa e do volume acontece de maneira semelhante, não acontecerá alteração da densidade da madeira. POUBEL et al. (2013) ao avaliarem o efeito da termorretificação nas propriedades físicas da madeira de Pinus caribaea Morelet., observaram uma redução de 4,9% na densidade da madeira após o tratamento térmico a 200ºC e 2 horas. Na Tabela 3 estão os valores médios da umidade para os três tipos de madeira com e sem tratamento térmico. Tabela 3. Umidade das madeiras com e sem tratamento térmico. Sem tratamento 11,79 (0,26) Aa 14,35 (0,25) Ba 11,30 (0,19) Aa Tratada termicamente 6,56 (0,46) Ab 8,88 (0,28) Bb 8,11 (0,32) Bb Não houve interação entre os fatores tipo de madeira e tratamento térmico para os valores de umidade das madeiras. Quando avaliada a umidade de madeira dentro das espécies sem tratamento térmico observa-se que a madeira de pinus obteve o maior valor médio, diferenciando-se estatisticamente das demais espécies. Após o tratamento térmico, também foi observada diferença significativa entre os valores de umidade dos tipos de madeira, sendo observado que as madeiras de pinus e caucho apresentaram igualdade estatística e diferenciaram-se da madeira de cedrão, a qual obteve o menor valor médio de umidade. Houve redução significativa da umidade, quando comparado as madeira sem e com tratamento térmico, para os três tipos de madeira avaliada. Segundo SILVA (2012), após o tratamento térmico há uma redução na umidade da madeira. ESTEVES e PEREIRA (2009) relatam que no intervalo de 150 a 220 C verifica-se uma diminuição das hemiceluloses e aumento de celulose cristalina devido à degradação de sua região amorfa, o que resulta na diminuição da acessibilidade aos grupos hidroxila e, consequentemente, a diminuição do teor de umidade da madeira

5 BORGES e QUIRINO (2004) avaliaram a madeira de Pinus caribaea var. hondurensis tratada termicamente nas temperaturas de 120, 140, 160 e 180ºC. Os autores observaram redução na higroscopicidade conforme o aumento da temperatura utilizada no tratamento térmico. POUBEL et al. (2013) ao avaliarem o efeito da termorretificação nas propriedades físicas da madeira de Pinus caribaea Morelet., obtiveram uma redução na umidade. A madeira não tratada apresentou valor médio de 13,98%, enquanto que a madeira tratada a 200ºC por 2 horas, apresentou valor médio de 11,66%. CONTE et al. (2014) avaliaram as propriedades físicas da madeira termorretificada de Pinus elliottii var. elliottii nas temperaturas de 130, 170 e 210ºC por 3 horas. Os autores observaram que o teor de umidade apresentou comportamento linear decrescente em função da temperatura, sendo que o tratamento a 210ºC apresentou maior redução (42,9%), enquanto que o de 170ºC apresentou redução de 24,1%, e o de 130ºC apresentou redução de 12,8%. No caso deste estudo, as reduções foram de 44,36%, 38,12% e 28,23%, para as madeiras de cedrão, pinus e caucho, respectivamente. Observa-se nas Tabelas 4 e 5, respectivamente, os valores médios da retração tangencial e radial para os três tipos de madeira com e sem tratamento térmico. Tabela 4. Retração tangencial das madeiras com e sem tratamento térmico. Sem tratamento Tratada termicamente 9,102 (1,006) Aa 4,740 (1,013) Ca 6,719 (0,816) Ba 8,290 (0,769) Aa 4,138 (0,752) Ca 5,890 (0,643) Ba Não houve interação entre os fatores tipo de madeira e tratamento térmico para a retração tangencial das madeiras. Quando avaliado a retração tangencial de madeira dentro das espécies, sem e com tratamento térmico, observa-se que a madeira de cedrão obteve o maior valor médio, diferenciando-se estatisticamente das demais espécies. Houve diferença significativa entre os valores de retração tangencial de pinus e caucho sem e com tratamento térmico, a madeira de pinus foi a que apresentou o menor valor médio de retração. Não foi observado efeito do tratamento térmico, quando comparado as madeiras sem e com tratamento térmico, sobre a retração tangencial dos três tipos de madeira. A diminuição dos valores foram da ordem de 8,92%, 12,70% e 12,34% para as madeiras de cedrão, pinus e caucho, respectivamente. Segundo SILVA (2012), a hemicelulose é o constituinte da madeira mais sensível termicamente e o primeiro componente da madeira a ser destruído, o que leva a diminuição dos sítios de adsorção de água, induz a redução no Ponto de saturação das fibras - PSF e o inchamento da madeira. POUBEL et al. (2013) estudaram o efeito da termorretificação, na temperatura de 200ºC durante 2 horas, nas propriedades físicas da madeira de Pinus caribaea Morelet., e obtiveram valor médio para retração tangencial de 5,13 após o tratamento térmico, enquanto que o testemunha apresentou valor médio de 8,89. A redução observada na madeira tratada termicamente foi de 42,29%

6 Tabela 5. Retração radial das madeiras com e sem tratamento térmico. Sem tratamento 2,594 (1,023) Aa 2,396 (1,791) Aa 3,162 (0,415) Aa Tratada termicamente 3,952 (1,046) Aa 1,952 (1,194) Aa 3,848 (0,860) Aa Não houve interação entre os fatores tipo de madeira e tratamento térmico para os valores de retração radial das madeiras. Não foi observado efeito do tipo de madeira e do tratamento térmico sobre a propriedade de retração radial. Poubel et al. (2013) ao avaliarem o efeito da termorretificação, na temperatura de 200ºC e tempo de 2 horas, nas propriedades físicas da madeira de Pinus caribaea Morelet., observaram que não houve redução significativa para retração radial após tratamento térmico, apresentando decréscimo de apenas 5,94% em relação ao testemunha. Na Tabela 6 encontram-se os valores médios do coeficiente de anisotropia para os três tipos de madeira com e sem tratamento térmico. Tabela 6. Coeficiente de anisotropia das madeiras com e sem tratamento térmico. Sem tratamento 4,14 (1,93) Aa 2,42 (1,40) Ba 2,16 (0,40) Ba Tratada termicamente 3,95 (1,05) Aa 3,23 (1,19) Aa 3,85 (0,86) Aa Não houve interação entre os fatores tipo de madeira e tratamento térmico para os coeficientes de anisotropia das madeiras. Quando avaliado o coeficiente de anisotropia de madeira dentro das espécies sem tratamento térmico, observa-se que a madeira de cedrão obteve o maior valor médio, diferenciando-se estatisticamente das demais espécies. Entretanto, quando avaliado dentro das espécies com tratamento térmico, nota-se que não houve diferença estatística entre os três tipos de madeira. Não foi observado efeito do tratamento térmico sobre o coeficiente de anisotropia nos três tipos de madeira. O coeficiente de anisotropia é um parâmetro de avaliação da qualidade da madeira que considera sua variação dimensional. Conforme pode ser observado na Tabela 7, até 1,5 a madeira é considerada muito estável; entre 1,5 a 2,0 é uma madeira com média a baixa anisotropia, enquanto que acima de 2,0 já é considerada com alta anisotropia, sendo muito instável (SERPA e VITAL, 2005). Observa-se na Tabela 7 que os três tipos de madeira, com e sem tratamento térmico, estão acima de 2,0 no coeficiente de anisotropia em retração, sendo classificada como ruim e indicada para construção civil (após a verificação da resistência mecânica), carvão, lenha e etc.

7 Tabela 7. Coeficiente de anisotropia dimensional, qualidade e uso da madeira. Coeficiente de anisotropia em: Retração Inchamento Qualidade da madeira Utilização indicada para a madeira Até 1,50 Até 1,54 Excelente Móveis finos, esquadrias, barcos, aparelhos musicais 1,50 a 2,00 1,54 a 2,10 Normal Estantes, mesas, armários Acima de 2,00 Acima de 2,10 Ruim Construção civil, carvão, lenha Fonte: NBR 7190 (ABNT, 1997). 4. CONCLUSÕES O tratamento térmico promoveu reduções significativas apenas da umidade das madeiras de cedrão, pinus e caucho. Não foi observado efeito significativo do tratamento térmico sobre as propriedades de densidade aparente, retração tangencial, retração radial e coeficiente de anisotropia. A madeira de pinus se mostrou mais estável dimensionalmente que as madeiras de cedrão e caucho. Sugere-se a realização de novos estudos utilizando maiores temperaturas e tempos mais prolongados de tratamento térmico. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Minas Gerais (Fapemig), a Comissão de Aperfeiçoamento de Pessoal do Nível Superior (Capes) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq). 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAUJO, S. de O. Propriedades de madeiras termorretificadas f. Tese (Doutorado em Ciência Florestal) - Departamento de Engenharia Florestal, Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG. ARAÚJO, S. O.; VITAL, B. R.; MENDOZA, Z. M. S. H.; VIEIRA, T. A.; CARNEIRO, A. C. O. Propriedades de madeiras termorretificadas de Eucalyptus grandis e sp. Scientia Forestalis, Piracicaba, v. 40, n. 95, p , set ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS, ABNT, NBR 7190 Projeto de estruturas de madeira, Rio de Janeiro, 1997, 107 p. BORGES, L. M.; QUIRINO, W. F. Higroscopicidade da madeira de Pinus caribaea var. hondurensis tratado termicamente Revista Biomassa & Energia, Vol 1, nº 2, pag BRITO, O. B. et al. Chemical composition changes in Eucalyptus and Pinus wood submitted to heat treatment. Bioresource Technology, Essex, v. 99, p , CONTE, B.; MISSIO, A. L.; PERTUZZATTI, A.; CADEMARTORI, P. H. G.; GATTO, D. A. Propriedades físicas e colorimétricas da madeira termorretificada de Pinus elliotti var. elliotti. Sci. For., Piracicaba, v. 42, n. 104, p , DURLO, M. A.; MARCHIORI, J. N. C. Tecnologia da madeira: retratibilidade. Santa Maria: UFSM; ESTEVES, B.; GRAÇA, J.; PEREIRA, H. Extractive composition and summative chemical analysis of thermally treated eucalypt wood. Holzforschung, v.62, p , ESTEVES, B. M.; PEREIRA, H. M. Wood modification by heat treatment: A Review. Bioresources, Raleigh, v. 4, n. 1, p , FINNISH THERMOWOOD ASSOCIATION. ThermoWood handbook. Helsinki, p.

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