Effect of Degradation on Wood Hygroscopicity: The Case of a 400-Year-Old Coffin

The hygroscopicity and thermodynamic properties of Pinus sylvestris L. wood from a coffin allegedly holding the remains of famous Spanish author Miguel de Cervantes Saavedra (1547–1616) were studied using the 15 ◦C and 35 ◦C isotherms fitted to the Guggenheim–Anderson–de Boer model and comparing them with the isotherms of recently felled wood of the same species. In addition, using infrared spectroscopy (FTIR-ATR) and X-ray diffractograms, the functional groups were determined and the crystallinity and organization of the cell wall components were analyzed. The absence of the 1740 cm−1 group indicates hemicellulose degradation in the archaeological wood, and the X-ray diffractograms show a considerable decrease in cellulose crystallinity and disorganization of the cellulose crystallites. The greater availability of active –OH groups means that the archaeological wood isotherms are above the juvenile and mature wood isotherms, and therefore the thermodynamic balance in the sorption of the archaeological wood is greater

Obtención del módulo de elasticidad estático de la madera de Pinus radiata D. Don. mediante la comparación de técnicas de regresión y una red neuronal artificial

El objetivo de este estudio ha sido comparar el método de regresión tradicional frente al diseño de una red neuronal artificial del tipo perceptrón multicapa para obtener el MOEestático de la madera de Pinus radiata D. Don. a partir del MOEdinámico obtenido por técnica de ultrasonidos en el primer caso y a partir de la velocidad de propagación de la onda de ultrasonidos en el segundo

Higroscopicidad y propiedades termodinámicas de maderas modificadas natural y artificialmente a través de sus isotermas de sorción

El comportamiento higroscópico de la madera varía con el tiempo en función de las condiciones del entorno en las que se desarrolla su uso y la duración del mismo. Este trabajo recoge el estudio de cuatro situaciones de envejecimiento de la madera, dos de ellas bajo condiciones naturales y otras dos en las que la madera ha sido sometida a procesos artificiales, analizando sus respuestas higroscópicas y termodinámica, así como las posibles modificaciones y reorganización sufridas por los componentes de la pared celular. Las maderas estudiadas envejecidas de forma natural son de pino silvestre (Pinus sylvestris L.). Una de ellas había permanecido en contacto con sal (NaCl) durante 300 años y procedía de un edificio que sirvió de almacén en las antiguas salinas de Gerri de la Sal (Lérida). La otra formaba parte de un ataúd, presumiblemente usado para depositar los restos del célebre escritor español Miguel de Cervantes Saavedra (1547- 1616). Las dos maderas sometidas a procesos artificiales han sido: madera de chopo (Populus spp.) recién desenrollada y sometida a ciclos (20, 60 y 80 repeticiones) de vacío (85 kPa) y presión (600 kPa) sumergida en agua en autoclave y un proceso de secado posterior en estufa a 70ºC; y madera de pino radita (Pinus radiata D. Don) termotratada a 210ºC por el método de Thermowood. Para la respuesta higroscópica se han construido las isotermas de sorción de 15º y 35ºC para todas las maderas y, además, la de 50ºC para la madera termotratada de pino radiata, haciendo uso del método de sales saturadas o del método de DVS (Dynamic vapor sorption), según el caso, para la obtención de los contenidos de humedad de equilibrio higroscópico. El ajuste se ha realizado con el modelo Guggenheim, Anderson y de Boer-Dent. La composición química se ha determinado mediante cromatografía líquida de alta resolución. Se ha utilizado espectroscopía de infrarrojos y difractogramas de rayos X para determinar los grupos funcionales y analizar cristalinidad y organización de los componentes de la pared celular. Las propiedades termodinámicas fueron obtenidas a través de las isotermas de sorción, mediante el modelo de integración de la ecuación de Clausius-Clapeyron. Los resultados obtenidos han sido comparados con maderas de la misma especie y de la misma región de procedencia recién cortadas. La madera en contacto con sal ha tenido mayores valores de contenido de humedad de equilibrio respecto a la madera recién cortada, salvo en el primer tramo de la isoterma de sorción, probablemente por la acción conjunta de un menor número de sitios activos –OH y el bloqueo mecánico de estos sitios polares por acción de los cristales de sal. Sus elevados valores del punto de saturación de las fibras se deben a la sal disuelta en agua a partir del 75% de humedad relativa. La energía involucrada en el proceso de desorción es mayor que en sorción, siendo los valores superiores en la madera en contacto con sal. Las isotermas de la madera del ataúd (madera arqueológica) están por encima de las de la madera recién cortada. Los coeficientes de histéresis y las áreas del bucle de histéresis son mayores en la madera arqueológica. La ausencia del grupo 1740 cm-1 indica la degradación de las hemicelulosas en la madera arqueológica y el análisis de los difractogramas de rayos X muestra una reducción notable de la cristalinidad y una desorganización de los cristalitos de celulosa. La termodinámica del proceso indica mayor calor involucrado en la sorción de la madera arqueológica que en la madera recién cortada. Los ciclos sobre madera de chopo han provocado una disminución del contenido de humedad de equilibrio higroscópico, un aporte menor de la monocapa a medida que aumenta el número de ciclos (en la isoterma de 15ºC en sorción desciende de 8,12% sin ciclos a 6,16% con 80 ciclos y en desorción de 10,23% a 8,13%; en la isoterma de 35ºC de 7,45% a 5,57% en sorción y en desorción de 8,86% a 6,54%), una disminución del área del bucle de histéresis, una disminución de los porcentajes de los componentes de la pared celular (en celulosa y extractivos y en el contenido de lignina entre la madera sin ciclos y la madera con 60 y 80 ciclos, y en hemicelulosas entre la madera sin ciclos y la madera con 80 ciclos), un aumento de la cristalinidad entre madera sin ciclos (CRI% 52,1%) y madera con ciclos (CRI% 81,60-92,50%) y una reorganización de la ultraestructura de la pared celular, concretamente en el aumento del tamaño del cristal de celulosa de la fracción orientada paralela al eje de la fibra. En cuanto a la termodinámica del proceso el balance de energía es mayor cuanto mayor es el número de ciclos. Por último, el tratamiento térmico de la madera ha producido una reducción en el contenido de humedad de equilibrio, una menor área de histéresis, es decir, madera higroscópicamente más estable, descenso del contenido de hemicelulosas y aumento del porcentaje relativo de celulosa, lignina y extractos, así como un mayor grado de cristalinidad y de orientación de los cristales de celulosa. La reorganización de la celulosa podría explicarse por el crecimiento epitaxial de la celulosa a partir de las regiones orientadas altamente cristalinas durante el proceso de recristalización. Todos estos cambios químicos y estructurales inducidos por el calentamiento podrían explicar la reducción de las propiedades higroscópicas de la madera, así como su estabilidad. En cuanto a la termodinámica de la madera termotratada, la disminución de los contenidos de humedad de equilibrio higroscópico supone un menor balance energético en el proceso de sorción. El estudio demuestra que las diferentes condiciones de envejecimiento analizadas, tanto naturales como artificiales, han provocado cambios higroscópicos, modificaciones y reorganización de los componentes de la pared celular y una termodinámica del proceso de sorción diferente. ----------ABSTRACT---------- The hygroscopic behaviour of wood varies over time depending on the environmental conditions where it is used and how long it remains in place. This work is a study of four situations of wood ageing, two in natural conditions and two in which the wood was subjected to artificial processes, analysing their hygroscopic and thermodynamic responses and any changes in or reorganisation of the cell wall components. The naturally aged woods studied were Scots pine (Pinus sylvestris L.). One had been in contact with salt (NaCl) for 300 years and came from a building that had been used as a storehouse at the former Gerri de la Sal saltworks (Lérida, Spain). The other was part of the structure of a coffin allegedly used to hold the remains of famous Spanish writer Miguel de Cervantes Saavedra (1547-1616). The two woods subjected to artificial processes were recently peeled poplar (Populus spp.) subjected to vacuum cycles (20, 60 and 80 repetitions) (85 kPa) and pressure cycles (600 kPa) submerged in water in an autoclave, followed by oven drying at 70ºC, and radiata pine (Pinus radiata D. Don) thermally modified at 210ºC using the Thermowood method. For the hygroscopic response, the 15º and 35ºC sorption isotherms were plotted for all the woods, as well as the 50ºC sorption isotherm for the thermally modified radiata pine, using the saturated salt method or DVS (Dynamic vapor sorption) depending on the wood, to obtain the hygroscopic equilibrium moisture content. The isotherms were fitted using the Guggenheim-Anderson-de Boer (GAB) model. Chemical composition was determined by high performance liquid chromatography, and infrared spectroscopy and X-ray diffractograms were used to determine the functional groups and analyse the crystallinity and organisation of the cell wall components. The thermodynamic properties were obtained through the sorption isotherms, by integration of the Clausius-Clapeyron equation. The results obtained were compared with recently felled (recent) wood of the same species from the same region of provenance. The wood in contact with salt (salt-covered wood) had higher equilibrium moisture content values except in the first interval of the adsorption isotherm, probably because of the mechanical blocking of polar sites by salt crystals. The high fibre saturation point values of this wood are caused by the salt dissolved in water above water activity of about 0.75. More energy is invested in the desorption process, and the values are higher in the salt-covered wood. The isotherms of the coffin wood (archaeological wood) are above the isotherms of the recent wood. The hysteresis coefficients and hysteresis loop areas are greater in the archaeological wood. The absence of the 1740 cm-1 group indicates hemicellulose degradation in the archaeological wood, and the X-ray diffractograms show a considerable decrease in cellulose crystallinity and disorganisation of the cellulose crystallites. The thermodynamics of the process indicate that greater heat is involved in the sorption of the archaeological wood than of the recent wood. The cycles on the poplar wood caused a decrease in the equilibrium moisture content, a lower contribution of the monolayer as the number of cycles increased (in the 15ºC isotherm, a decrease from 8.12% without cycles to 6.16% with 80 cycles in adsorption and from 10.23% to 8.13% in desorption; in the 35ºC isotherm a decrease from 7.45% to 5.57% in adsorption and from 8.86% to 6.54% in desorption), a decrease in the hysteresis loop area, a decrease in the percentages of the cell wall components (in cellulose and extractives and in the lignin content between the wood without cycles and the wood with 60 and 80 cycles, and in hemicellulose between the wood without cycles and wood with 80 cycles), an increase in crystallinity between the wood without cycles (CRI% 52.1%) and the wood with cycles (CRI% 81.60-92.50%), and a reorganisation of the cell wall ultrastructure, specifically in the increase in size of the cellulose crystal of the fraction oriented parallel to the grain. In the thermodynamics of the process, the energy balance is greater the higher the number of cycles is. Heat treatment caused the following changes in the wood: a decrease in the equilibrium moisture content (EMC); a smaller hysteresis area and therefore more hygroscopically stable wood; a decrease in the hemicellulose content; an increase in the relative percentage of cellulose, lignin and extractives; and a higher degree of crystallinity and crystal orientation of the cellulose. The reorganisation of the cellulose could be explained by epitaxial growth of cellulose starting from the oriented highly crystalline regions during the recrystallisation process. All these chemical and structural changes induced by heating could explain the reduction in hygroscopic properties of wood, as well as its stability. In the thermodynamics of the thermally modified wood, the decrease in the hygroscopic equilibrium moisture content indicates a lower energy balance in the sorption process. The study shows that the different ageing conditions analysed, both natural and artificial, caused hygroscopic changes, changes in and reorganisation of the cell wall components, and different thermodynamics in the sorption process

Actions for Monitoring the <i>Gonipterus</i> Pest in Eucalyptus on the Cantabrian Coast

Forests are a natural resource of great importance for sustainable development. They represent the primary use of Spanish territory and cover 36% of its area. Eucalyptus shrublands are the most productive, particularly on the Cantabrian coast, occupying a total area of 406,566 ha. Since 1991, some of these shrublands have been affected by the eucalyptus snout beetle (Gonipterus platensis), a coleoptera (weevil) from the Curculionidae family that feeds on eucalyptus leaves and produces significant damage. The innovation project of the Supra-regional Operational Health Group on Gonipterus in Eucalyptus was developed (2019–2020) to establish a global approach to the serious problem it causes in Asturias and Galician Eucalyptus stands. A group of experts devised two action protocols to unify the methods and variables measured in the field: a protocol for measuring and estimating damage (degree of defoliation) and a parasitism protocol to establish actions to monitor the degree of parasitism (collection of oothecae, management of the sample, laboratory procedure). In the results, in addition to establishing the sampling protocol, an analysis of the data (from 2017 to spring 2020) provided by the different administrations of the Autonomous Communities studied has been carried out. The data analysis reveals an improvement in the impact of the damage on the Cantabrian coast (29.8% reduction in damage in Galicia and 14.7% in Asturias). In Galicia, the number of adult insects decreased from 2017 to 2019, increasing in the spring (from April to June) of 2020 above the mean values of previous years in that period. The number of larvae in the different larval stages showed similar development in all cases. The mean larvae (in their different stages) and mean oothecae showed a significant decline in the year 2018 compared to the spring of 2017, with an upturn in 2019 and again similar values to 2018 in the spring of 2020. In Asturias, similar mean values of the order of 0.5 insects per plot on dates (May–June) in spring were observed in 2019. While in 2020, a progressive increase could be seen in the mean number of insects throughout March, up to 1.9 insects per plot. Results of research on the biological treatment of parasitisation of oothecae with A.nitens were also collected to adjust the number of oothecae per bag deposited in the field and the number of Anaphes released per ha. Based on the field observations, the appropriate release time was determined to succeed in controlling the Gonipterus population

Predicción de la resistencia a tracción del tablero de partículas a partir de los parámetros de producción mediante el uso de redes neuronales artificiales

Una de las propiedades más importantes dentro de control de calidad del tablero de partículas es la resistencia a tracción ya que es un indicador del nivel de cohesión interna del tablero. Sin embargo, la necesidad del acondicionamiento previo hace que este en sayo carezca de la inmediatez necesaria para su aplicación en tiempo real. Para solventar este problema se ha modelizado la resistencia a tracción del tablero de partículas P2 a partir de los parámetros de producción mediante el uso de una red neuronal artificial. Para ello se han utilizado 300 tableros de los cuáles se han tomado datos en la línea de producción de la temperatura de las partículas y de la resina, contenido de humedad de la manta, porcentajes de adhesivo, porcentaje y tipo de aditivos, velocidad de la manta y temperatura de las prensas. Estos tableros fueron despiezados en fábrica para posteriormente acondicionarlos en el laboratorio y realizar los ensayos de resistencia a tracción, humedad y densidad. La red desarrollada ha obtenido en el conjunto de comprobación un coeficiente de correlación (R) de 0,87 , que indica una suficiente fiabilidad para su aplicación en el control diario de producción

Comparative Wood Anatomy in Pinaceae with Reference to Its Systematic Position

The wood anatomy of 132 species of the genera Abies, Cathaya, Cedrus, Keteleeria, Larix, Nothotsuga, Picea, Pinus, Pseudolarix, Pseudotsuga and Tsuga was studied to determine the elements that characterise the xylem of each genus and discuss possible groupings by wood anatomy for comparison with clades established by molecular phylogeny. The presence of resin canals and ray tracheids supports the family Pinaceae, although the absence of ray tracheids in Keteleeria and their occasional presence in Abies and Pseudolarix weakens it. Based on wood structure, Pinaceae clearly supports division into two groups, coinciding with molecular phylogeny: Pinoideae (Cathaya-Larix-Picea-Pinus-Pseudotsuga) and Abietoideae (Abies-Cedrus-Keteleeria-Nothotsuga-Pseudolarix-Tsuga). Although differences between genera are slight in Pinoideae, the Abietoideae group presents problems such as the presence of only axial resin canals in Keteleeria and Nothotsuga, absence of ray tracheids in Keteleeria and presence of traumatic radial resin canals in Cedrus. However, other features such as pitted horizontal walls and nodular end walls of ray parenchyma cells, indentures, scarce marginal axial parenchyma and presence of crystals in ray parenchyma strengthen the Abietoideae group

Softwood Anatomy: A Review.

Although conifers have very homogeneous wood anatomical structure, some of their features allow differentiation of genera or groups of genera. Softwood anatomy is reviewed and the authors have added contributions, grouping features in five blocks (axial tracheids, axial parenchyma, rays, resin canals and mineral inclusions), with special attention to their diagnostic value at the family, genus or species levels. The discussion addresses, in axial tracheids: growth rings, intercellular spaces, pit arrangement, presence of scalloped tori, torus extensions, notches, warty layer, organic deposits, helical and callitroid thickenings, bars of Sanio and trabeculae; in axial parenchyma: presence or absence, arrangement and type of transverse end walls; in rays: composition, type of horizontal and end walls and cross-field pitting; in resin canals: epithelium and the presence of normal or traumatic resin canals; and in mineral inclusions: presence or absence. Wood structure is characterised at the family level, discussing the main elements that can be used for diagnosis at the genus level or in groups of genera

Obtención del módulo de elasticidad estático de la madera de Pinus radiata D. Don. mediante la comparación de técnicas de regresión y una red neuronal artificial

El objetivo de este estudio ha sido comparar el método de regresión tradicional frente al diseño de una red neuronal artificial del tipo perceptrón multicapa para obtener el MOEestático de la madera de Pinus radiata D. Don. a partir del MOEdinámico obtenido por técnica de ultrasonidos en el primer caso y a partir de la velocidad de propagación de la onda de ultrasonidos en el segundo