Aumento da eficiência do processo kraft de polpação a partir de pré-tratamento de cavacos de madeira de eucalipto

Tese (doutorado) - Universidade de São Paulo, Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Piracicaba, 2015.O presente estudo teve por objetivo avaliar a eficiência da extração de lignina de cavacos da madeira de Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla a partir de pré-tratamentos com xilenosulfonato de sódio (SXS), bem como determinar as condições ótimas destes, com intuito de aumentar a eficiência dos processos de polpação e branqueamento, através da redução da necessidade de reagentes. Primeiramente procedeu-se a caracterização física, química e morfológica da madeira. Na sequência os cavacos foram submetidos à pré-tratamentos a partir da combinação dos fatores: tempo (1, 3, 6, 9 e 12 h), concentração de SXS (0, 10, 20 e 30 %) e temperatura (110, 120 e 130 ºC). Após os pré-tratamentos determinaram-se os parâmetros de rendimento e teor de lignina remanescente nos cavacos, a partir dos quais obtiveram-se os pontos ótimos referentes a cada fator, para o máximo rendimento e extração de lignina. De posse dos pontos ótimos para cada parâmetro, esses foram replicados para obtenção de cavacos pré-tratados que foram utilizados nas curvas de cozimento pelo processo kraft de polpação com e sem a aplicação de antraquinona e comparados a cavacos normais. A partir das curvas de cozimento determinou-se a carga alcalina necessária para obtenção de polpa com número kappa 15 ± 0,5. Na sequência as polpas obtidas foram branqueadas, refinadas e avaliadas quanto as suas características físico-mecânicas. Os resultados da caracterização física, química e morfológica demonstraram que a madeira em questão apresenta valores consoantes com os citados na literatura. Os pré-tratamentos com SXS foram eficientes na extração da lignina. O pré-tratamento que proporcionou o maior rendimento foi 1 h, 0 %, 117,5 ºC; e a maior extração de lignina foi com 12 h, 30 %, 130 ºC, removendo 39,60 % desta. Com base nas curvas de cozimento observou-se que os valores de rendimento da polpa obtida a partir dos cavacos pré-tratados com SXS são muito inferiores aos cavacos normais, porém em contrapartida apresentaram alto grau de deslignificação, sendo possível obter polpa de mesmo número kappa com cargas de álcali ativo consideravelmente menores que para cavacos normais, desta forma aumentando a eficiência do processo de polpação. Para polpa com mesmo número kappa (15 ± 0,5) a carga alcalina necessária foi 34,8 e 37,6 % menor para os cavacos pré-tratados com SXS, sem e com antraquinona, respectivamente, quando comparado com os cavacos normais. As polpas obtidas dos cavacos pré-tratados apresentaram maior eficiência na pré-deslignificação com oxigênio e maior branqueabilidade. Em relação aos testes físicos e mecânicos, as polpas obtidas com o pré-tratamento com SXS apresentaram bom desempenho nas propriedades físicas, porém nas mecânicas foram inferiores. De maneira geral, o pré-tratamento dos cavacos da madeira de E. grandis x E. urophylla com SXS foi eficaz na extração de lignina, reduzindo a necessidade de reagentes químicos nas etapas de polpação e branqueamento, aumentando a eficiência de ambas. Assim recomenda-se o pré-tratamento de 12 h, 30 % SXS, 130 ºC para remoção da maior quantidade de lignina dos cavacos, de maneira a otimizar o processo de polpação kraft, reduzindo a necessidade de reagentes.Abstract : The present study aimed evaluate the efficiency of lignin extraction from wood chips of Eucalyptus grandis x Eucalyptus urophylla from pretreatments with sodium xylenesulphonate (SXS), and determine the optimum conditions of these, in order to increase the efficiency of the pulping and bleaching processes, by reducing the necessity of reagents. First of all proceeded the physical, chemical and morphological characterization of wood. After the chips were submitted to pretreatments from the combination of factors: time (1, 3, 6, 9 and 12 h), concentration of SXS (0, 10, 20 and 30 %) and temperature (110, 120, and 130 °C). After the pretreatments were determined the yield and the level of remaining lignin in the chips, from which was obtained the optimal points for each factor for maximum yield and lignin extraction. With the optimum points for each parameter, these were replicated to obtain pretreated wood chips that were used in the cooking curves from kraft pulping process, and compared with normal chips, both with and without anthraquinone. From the cooking curves were determined the alkaline charge required to obtain pulp with a kappa number of 15 ± 0.5, which was reproduced for evaluation the characteristics of the pulp obtained from the wood chips with and without pretreatment. Later these pulps were bleached, refined and evaluated for their physical and mechanical characteristics. The results of physical, chemical and morphological characterization showed that the wood in question has consonant with the values reported in the literature. The pretreatments with SXS were efficient to lignin extracting. The pretreatment that provided the highest yield was 1 h, 0 %, 117.5 °C; and the highest extraction of lignin was 12 h, 30 %, 130 °C, removing 39,60 % thereof. Based on the cooking curves was observed that the values obtained for yield of pulp from pretreated wood chips with SXS were much lower than normal chips, but in other hand showed a high delignification degree, being possible obtain pulp with the same kappa number with active alkali charges considerably smaller than for normal chips, thereby increasing the efficiency of the pulping process. For pulp with the same kappa number (15 ± 0.5) the alkaline charge required was 34.8 and 37.6 % lower for pretreated wood chips with SXS, without and with anthraquinone, respectively, when compared with normal chips. The pulps obtained from the pretreated wood chips showed higher efficiency in the pre-delignification with oxygen and higher bleachability. For physical and mechanical tests, the pulps obtained by pretreatment with SXS presented good performance in physical properties, but were lower in mechanical tests. In general way, the pretreatment of the wood chips of E. grandis x E. urophylla with SXS was efficient in the lignin extraction, reducing the necessity of the chemicals in pulping and bleaching stages, increasing the efficiency of both. Thus it is recommended pretreatment of 12 h, 30 % SXS 130 °C to remove as much of the lignin from the chips, in order to optimize the kraft pulping process, reducing the need for reagents

INFLUÊNCIA DA TERMORRETIFICAÇÃO NA RESISTÊNCIA A DEGRADAÇÃO BIOLÓGICA DAS MADEIRAS DE Pinus taeda E Eucalyptus grandis

This study investigated the effect of two thermal treatment technique on the biological properties of the wood of Pinus taeda L. and Eucalyptus grandis and W. Hill ex Maiden, comparing them with results obtained for the untreated wood. Of each species were sampled three trees at age 25, from where it drew a central plank height DBH for making test specimens were subjected to thermal treatments for later be transformed into pieces of 2.5 x 2.5 x 0.9 cm. In the first treatment the wood were subjected to thermal treatment by autoclaving at 130 ºC/ ± 3 ° C and pressure of 2 kgf /cm² for 3 hours and, after a conditioning period, subjected to heat in an electric oven at 160 °C/ ± 1 °C for the same period. The second treatment consisted of only heat treatment by kiln. Resistance to biological attack was evaluated by accelerated decay test in the laboratory, using a white-rot fungus, Trametes versicolor (Linnaeus ex Fries) Pilat and other brown rot Gloeophyllum trabeum (Persoon. ex Fries) Murr. The combined treatment of the autoclave with electric oven favored the decay of both species of wood fungi employees, except for Pinus taeda submitted to the fungus Trametes versicolor, while treatment in an oven provided increase biological resistance of Pinus taeda wood fungus Trametes versicolor and of Eucalyptus grandis fungus Gloeophyllum trabeum. In general it is concluded that treatment in an oven resulted in more resistant to biological degradation and lower weight loss compared with the combined treatment of the autoclave with electric oven when observed the ineffectiveness of thermal treatment while the latter when applied to both species resulted in an increase in the propensity of biological degradation.A presente pesquisa objetivou investigar o efeito de duas técnicas de termorretificação nas propriedades biológicas das madeiras de Pinus taeda L. e Eucalyptus grandis W. Hill ex Maiden, comparando-as com os resultados obtidos para a madeira sem tratamento. De cada espécie foram amostradas três árvores com 25 anos, das quais se extraiu uma prancha central a altura do DAP para confecção de corpos de prova que foram submetidos aos tratamentos térmicos para, posteriormente, ser transformados em peças de 2,5 x 2,5 x 0,9 cm. No primeiro tratamento, as madeiras foram submetidas à termorretificação em autoclave a 130 ± 3°C e pressão de 2 kgf/cm², por 3 horas e, após um período de condicionamento, submetidas ao calor em estufa elétrica a 160 ± 1°C pelo mesmo período. O segundo tratamento consistiu apenas da termorretificação em estufa. A resistência ao ataque biológico foi avaliada por meio de ensaio de apodrecimento acelerado em laboratório, utilizando um fungo de podridão-branca, Trametes versicolor (Linnaeus ex Fries) Pilat, e outro de podridão-parda Gloeophyllum trabeum (Persoon. ex Fries) Murr. O tratamento associado da autoclave com a estufa elétrica favoreceu o apodrecimento de ambas as espécies de madeira aos fungos empregados, com exceção da madeira de Pinus taeda submetida ao Trametes versicolor, enquanto o tratamento em estufa forneceu um aumento da resistência biológica da madeira de Pinus taeda ao Trametes versicolor e da madeira de Eucalyptus grandis ao fungo Gloeophyllum trabeum. De maneira geral, conclui-se que o tratamento em estufa resultou em peças de madeira mais resistentes à degradação biológica e em menor perda de massa em comparação com o tratamento associado da autoclave com a estufa quando verificada a ineficácia da técnica de termorretificação, ao passo que este último quando aplicado a ambas as espécies resultou em um aumento na propensão das mesmas à degradação biológica

Propriedades físicas e mecânicas da madeira de Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook. plantada no Brasil

Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook. is described in the literature as a species with good stem shape and fast growth, being a potential alternative for the implantation of new forest stands in Brazil. The study aimed to evaluate the physical and mechanical properties of C. lanceolata wood, growing in the state of Santa Catarina, Brazil, in order to delineate its potential at 24 years of age as a source of raw material for the production of sawn wood of small dimensions and structural purpose. Three trees were felled to determine the basic density and apparent specific density (12%, 0% and green wood), as well as the dimensional stability and mechanical properties in static bending, shear and compression parallel to the grain. The wood of C. lanceolata presented basic density classified as light and lower than that recorded for individuals of the same species growing in China, while the parameters related to the dimensional stability of the wood were similar. In general, the species planted in Brazil showed lower resistance and stiffness in the static bending test, and higher compressive and parallel shear resistance than that presented by the same species of plantations in China. The differences observed in relation to the studies used for comparison with the same species can be attributed, in addition to the place of cultivation, to the higher density of plantations used in the stands implanted in the country of origin.A Cunninghamia lanceolata (Lamb.) Hook. é descrita na literatura como uma espécie com boa forma de fuste e rápido crescimento, sendo uma alternativa potencial para implantação de novos povoamentos florestais no Brasil. O estudo teve como objetivo avaliar as propriedades físicas e mecânicas da madeira de C. lanceolata em crescimento no estado de Santa Catarina, Brasil, a fim de delinear o seu potencial aos 24 anos como fonte de matéria-prima para a produção de madeira serrada de pequenas dimensões e finalidade estrutural. Foi realizado o abate de três árvores para a determinação da massa específica básica e aparente (12%, 0% e da madeira verde), bem como da estabilidade dimensional e propriedades mecânicas em flexão estática, cisalhamento e compressão paralela à grã. A madeira de C. lanceolata apresentou densidade básica classificada como leve e inferior à registrada para indivíduos da mesma espécie em crescimento na China. Já os parâmetros relacionados à estabilidade dimensional da madeira foram similares. De maneira geral, a espécie plantada no Brasil apresentou resistência e rigidez ao ensaio de flexão estática inferior e resistência à compressão e ao cisalhamento paralelo superior à apresentada pela mesma espécie de plantios na China. As diferenças observadas em relação aos estudos utilizados para comparação com a mesma espécie podem ser atribuídas, além do local de cultivo, as maiores densidades de plantios utilizados nos povoamentos implantados no país de origem

NATURAL DURABILITY OF Cupressus lusitanica, Cryptomeria japonica AND Pinus taeda WOODS IN FIELD TRIAL

The purpose of this study was to evaluate the natural durability of Cupressus lusitanica, Cryptomeria japonica and Pinus taeda woods subjected to a rotting field trial, through mass loss and deterioration index. The trial was conducted in an open field in the city of Curitibanos, State of Santa Catarina, Brazil, for a 24-month period, with evaluations carried out every 6 months. For developing the study, we used the woods of Cupressus lusitanica (16 years), Cryptomeria japonica (16 years) and Pinus taeda (juvenile=15 years and mature wood>30 years) species, from which test specimens were made with the dimensions of 2.5 x 5.0 x 50.0 cm in thickness, width and length, respectively, following the standards suggested by IUFRO. After 24 months of exposure to the rotting field the woods of C. japonica and C. lusitanica species showed a deterioration index that reflected an evident but moderate attack of fungi and termites, while the woods of P. taeda (juvenile) and P. taeda (mature) showed deterioration index that reflected an intense rotting and intense attack of termites. Regarding the mass loss the woods of C. japonica and C. lusitanica were classified as highly resistant, while P. taeda (juvenile) was considered resistant and P. taeda (mature) was considered moderately resistant. In general, the woods of C. lusitanica and C. japonica showed greater natural durability when used in contact with the soil

RESISTÊNCIA BIOLÓGICA DA MADEIRA TRATADA DE Eucalyptus grandis E Eucalyptus cloeziana A FUNGOS APODRECEDORES EM ENSAIOS DE LABORATÓRIO

http://dx.doi.org/10.5902/1980509817475The present study aimed to evaluate the biological resistance of treated wood from Eucalyptus grandis and Eucalyptus cloeziana under the action of biodeteriorative organisms in laboratory testing. Thus, we used trees of Eucalyptus grandis and Eucalyptus cloeziana, both 16 years old, which was converted into planks and subjected to preservative treatment in an autoclave with chromate copper arsenate (CCA). Then, it was made the specimens for the conduct of accelerated decay test, as recommended by ASTM. From the results, it was observed for the fungus Trametes versicolor that the preservative treatment was effective in reducing the biological degradation of the wood of the two species, with reduced mass loss in 35.17 and 82.31% for wood Eucalyptus grandis and Eucalyptus cloeziana, respectively, as for the fungus Gloeophyllum trabeum mass loss was reduced by 6.79 and 96.65%, compared to the control. Based on the conditions of realization of the present study, it was observed that preservative treatment with CCA is effective in the increasing the biological resistance of the wood under the action of fungi Trametes versicolor and Gloeophyllum trabeum.http://dx.doi.org/10.5902/1980509817475A presente pesquisa teve por objetivo avaliar a resistência biológica da madeira tratada de Eucalyptus grandis e Eucalyptus cloeziana sob a ação de organismos biodeterioradores em ensaios de laboratório. Para tanto, foram utilizadas árvores de Eucalyptus grandis e Eucalyptus cloeziana, ambas com 16 anos de idade, as quais foram desdobradas em tábuas e submetidas ao tratamento preservativo em autoclave com arseniato de cobre cromatado (CCA). Em seguida, confeccionaram-se os corpos de prova para condução do ensaio de apodrecimento acelerado com os fungos Trametes versicolor e Gloeophyllum trabeum, seguindo as recomendações da norma ASTM. A partir dos resultados obtidos, observou-se para o fungo Trametes versicolor que o tratamento preservativo foi eficiente na redução da degradação biológica da madeira das duas espécies, com redução da perda de massa em 35,17 e 82,31% para a madeira de Eucalyptus grandis e Eucalyptus cloeziana, respectivamente, já para o fungo Gloeophyllum trabeum, a perda de massa foi reduzida em 6,79 e 96,65%, em comparação à testemunha. Com base nas condições de realização do presente estudo observou-se que o tratamento preservativo com CCA é eficiente no aumento da resistência biológica da madeira a ação dos fungos apodrecedores Trametes versicolor e Gloeophyllum trabeum

Ciclos de produção de Pinus taeda L. com mais de 30 anos: uma alternativa para obtenção de madeira para usos sólidos e estruturais

Pinus spp. plantations are the basis of an important economic activity on the highland regions of southern Brazil, where they are cultivated under productions cycles of approximately 15 years. The objective of the study was to evaluate the physical-mechanical and anatomical characteristics of Pinus taeda L. timber, obtained from stands older than 30 years, compared with that currently available in the market, aged close to 15 years, aiming at analyzing its potential to produce high quality wood for solid and structural end-uses. Furthermore, the productivity and the economic aspects of stands older than 30 years were also evaluated. To do so, Pinus taeda trees from two stands aging 15 and 43 years were analyzed and, thereafter, only wood produced from the age of 30 years onwards was sampled, in order to characterize the juvenile and mature wood, respectively. It was concluded that the mature wood, obtained from >30-year-old trees has higher density, bigger tracheid dimension, shrinkage volumetric coefficient (but with a lower anisotropy coefficient), modulus of elasticity and modulus of rupture to static bending, in comparison with the juvenile one, obtained from 15-year-old trees. Taking into account the ability upon the static bending, the timber formed after the age of 30 years can be indicated to uses which explore its better mechanical performance, compatible with the one of Araucaria angustifolia ages between 25 and 58 years. The production cycles with more than 30 years are profitable and could be an interesting management option aiming at specific markets in which high quality wood for solid and structural end-uses may be even better remunerated.Plantios de Pinus spp. são a base de uma importante atividade econômica na região do planalto sul do Brasil, onde são cultivados em ciclos de produção com cerca de 15 anos de duração. O objetivo do estudo foi avaliar as características físico-mecânicas e anatômicas da madeira de Pinus taeda L. obtida em povoamentos com idades superiores a 30 anos, em comparação com aquela atualmente disponível no mercado, com idade próxima a 15 anos, visando avaliar seu potencial para produção de madeira de alta qualidade para usos sólidos e estruturais. Além disso, avaliaram-se também aspectos produtivos e econômicos de plantios de Pinus taeda com mais de 30 anos de idade. Para isso, foram utilizadas árvores de Pinus taeda provenientes de dois plantios, com idades de 15 e 43 anos e, deste último, amostrada apenas a madeira produzida a partir dos 30 anos, de forma a caracterizar a madeira juvenil e adulta, respectivamente. Concluiu-se que a madeira adulta, obtida de árvores com >30 anos, apresenta valores superiores de densidade, dimensões de traqueídes, coeficiente de retratibilidade volumétrica (porém com menor coeficiente de anisotropia), módulo de elasticidade e módulo de ruptura à flexão estática, em comparação à madeira juvenil, obtida em árvores com 15 anos. Levando-se em consideração a habilidade frente ao ensaio de flexão estática, a madeira com >30 anos pode ser indicada para usos que explorem seu maior desempenho mecânico e estrutural, compatível com Araucaria angustifolia de idades entre 25 e 58 anos. Ciclos de produção com duração superior a 30 anos são viáveis economicamente e podem ser uma opção de manejo interessante, visando acessar mercados específicos nos quais a qualidade da madeira para usos sólidos e estruturais poderia ser ainda mais bem remunerada

PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS DE PAINÉIS AGLOMERADOS COM Bambusa tuldoides E Pinus taeda

http://dx.doi.org/10.5902/1980509820662This study investigated the physical and mechanical properties of particleboards formed of bamboo (Bambusa tuldoides) and pine (Pinus taeda) and combinations between them. To this end, panels were made, defined by the use of each type of particle (pure or mixed), being set 0, 25, 50, 75 and 100% of proportion to the dry weight, total of 36 panels. The physical tests performed were the moisture content, mass density observed, absorption of water and swelling in thickness and the mechanics were static bending test, screw withdrawal test and internal bond. The results tested for simple correlation and regression analysis. In general, panels pure pine showed better results than just the panels formed by bamboo. The inclusion of bamboo decreases mainly the mechanical properties of panels. All panels were below the minimum standards for the physical and mechanical tests, only internal bond in panels of pine homogeneous had higher values   than commercial standards.http://dx.doi.org/10.5902/1980509820662Este estudo investigou as propriedades físicas e mecânicas dos painéis aglomerados constituídos de bambu (Bambusa tuldoides) e pinus (Pinus taeda) e suas respectivas combinações. Para tanto, foram confeccionados painéis, definidos pelo uso de cada tipo de partícula (pura ou misturada), sendo estabelecidos 0, 25, 50, 75 e 100% de proporção em relação à massa seca, totalizando 15 painéis. Os ensaios físicos realizados foram: teor de umidade, massa específica observada, absorção d’água e inchamento em espessura; e os mecânicos foram flexão estática, arrancamento de parafusos e ligação interna. Os resultados obtidos foram submetidos ao teste de correlação simples e analisados por regressão. De modo geral, os painéis puros de pinus apresentaram melhores resultados que os painéis formados apenas por bambu. A inclusão de bambu prejudicou principalmente as propriedades mecânicas das chapas. Todos os painéis ficaram abaixo dos valores mínimos das normas para os ensaios físicos e mecânicos, com exceção do ensaio de tração, os painéis homogêneos de pinus obtiveram valores superiores aos padrões de comercialização