Qualidade da madeira juvenil de Pinus maximinoi H.E. Moore

Orientador: João Carlos MoreschiTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Florestal.Área de concentração: Tecnologia e utilização de produtos florestaisA madeira juvenil apresenta características bastante peculiares a partir de distintos pontos de vista, tais como o anatômico e de suas propriedades fisicas e mecânicas, sendo portanto fundamental o conhecimento de sua qualidade para uma adequada utilização. Neste estudo o objetivo geral foi a obtenção de informações sobre a qualidade da madeira juvenil de Pinus maximinoi, comparadas às da madeira juvenil de Pinus taeda. Para tanto foram determinadas as características anatômicas da madeira e as morfológicas dos traqueóides de lenho imcial e tardio em diferentes anéis anuais de crescimento, as relações de interesse entre as dimensões dos traqueóides para indicação do potencial para a industrialização de celulose e papel, as características das árvores em volume, altura, e porcentagens de casca, e de lenho tardio, bem como as propriedades massas específicas básica e aparente, retratibilidade, as resistência à flexão estática, compressão paralela às fibras, cisalhamento e dureza; também foram determinadas a composição química quantitativa e as características da celulose Krafl, obtida em laboratório para número Kcrppa 31, através das resistências ao rasgo, estouro e tração, e da densidade aparente de folhas de papel feitas a mão, com diferentes graus de refinação. A madeira para o estudo foi proveniente de plantios localizados na região de Ventania, Estado do Paraná, em área da PISA - Papel de Imprensa S.A., em altitude entre 800 e 900 m. As árvores amo stradas de Pinus maximinol foram de experimentos de progênies (Programa,. CAMCORE), e as de Pinus taeda de plantio comercial, em talhão contíguo. Os resultados médios obtidos para P. maximinoi, e P. taeda, para as diferentes características e propriedades foram: a descrição anatômica mostrou similaridade na madeira, mas com diferença significativa na freqüência de raios por milímetro, menor em P. maximinol, e transição mais gradual entre os lenhos inicial e tardio nos anéis anuais de crescimento. As características morfológicas médias dos traqueóides foram também em maioria significativamente diferentes entre as duas espécies: os de P. maximinoi mais longos e mais largos, os de lenho inicial de paredes celulares mais espessas que os de P. taeda, os traqueóides de lenho tardio com espessura semelhante entre as espécies como também foram semelhantes os diâmetros internos dos de lenho iniciaL As relações entre as dimensões das fibras, indicam maior flexibilidade dos traqueóides de P. maximinai. As características determinadas para as árvores das duas espécies mostram significativa diferença em volumes e alturas total e comercial para P. maximinoi (50,7% superiores em altura total e 35,4% em volume total), que apresentou também, maior porcentagem de casca. A massa específica média ponderada das árvores não se mostrou estatisticamente diferente, porém a porcentagem de lenho tardio' foi notadamente inferior na madeira de P. maximinoi. Ao longo do fuste ambas as espécies apresentam a tendência de decréscimo da massa específica e porcentagem de lenho tardio com a altura, porém em P. maximinoi, com decréscimo mais gradual. A massa específica aparente determinada nos corpos-de-prova foram semelhantes estatisticamente no ensaio de flexão estática, enquanto que nos ensaios restantes, ela foi estatisticamente inferior na madeira de P. maximinoi. A porcentagem de lenho tardio foi sempre inferior nos corpos-de-prova de P. maximinoi. A massa específica aparente se correlaciona fortemente com as propriedades de resistência em P. maximinoi, enquanto a porcentagem de lenho tardio apresenta baixas correlações, embora estatisticamente significativas; em P. taeda, a correlação entre a massa específica e a porcentagem de lenho tardio foi alta, e conseqüentemente ambas se correlacionaram de maneira forte com as propriedades mecânicas, mais acentuadamente a massa específica. As contrações máximas volumétrica, tangencial e radial foram significativamente inferiores na madeira de P. maximinoi, enquanto a longitudinal e a anisotropia de contração foram superiores. Nas propriedades de resistência mecânica, a madeira de F. maximinol apresentou resistências significativamente maiores em flexão estática (MOR e MOE) e em cisalhamento tangencial, resistências signifieativamente inferiores em dureza nos três sentidos de corte, e a 95% de probabilidade no MOR à compressão paralela, enquanto não se verificou diferenças estatísticas no módulo de elasticidade em compressão paralela e em cisalhamento radial. De forma geral, observou-se maior variabilidade para os resultados de P. maximinai, com exceção da dureza, provavelmente porque as faixas de lenho tardio de P. taeda provocaram maior variação. A composição química quantitativa não mostrou diferenças significativas para os teores de lignina, holocelulose e solubilidade em água fria, mas o P. maximinoi apresentou maiores teores de extrativos totais e menor teor de cinzas. Os rendimentos em celulose obtidos em laboratório para o processo Kraft foram semelhantes, e pouco superiores a 45%, sendo a média geral entre as propriedades do papel feito a mão estatisticamente semelhantes, porém o efeito dos tratamentos de refinação indicaram diferenças significativas em algumas propriedades, sendo que de forma geral as propriedades de estouro e tração evoluiram melhor na celulose de P. mciximinoi, enquanto que a do rasgo foi ligeiramente inferior a celulose de F. taeda. De maneira geral os resultados apresentam-se similares aos apresentados na literatura para a madeira juvenil, porém inferiores à maioria dos verificados para a madeira adulta. Entre as duas espécies verificaram-se diferenças notáveis em relação à altura e volumes calculados, bem como na porcentagem de lenho tardio, características médias dos traqueóides, retratibiliclade e em algumas propriedades mecânicas, embora aspectos similares também estejam presentes em algumas características e propriedades, notadamente na massa específica básica média ponderada das árvores, concluindo-se que a madeira juvenil de Pinus maximinoi é mais homogênea que a de P. taeda, apresentou maior variabilidade entre as árvores amostradas, e que no conjunto tem grande potencial de utilização, em algumas aplicações específicas com vantagens sobre a madeira de P. taeda, em fhnção da sua maior homogeneidade.The juvenile wood has peculiar characteristics from various points of view, like anatomical properties, physical and mechanical properties, consiciering these aspects the knowledge of the wood quality is important for the adequate utilization of wood. In this study, the major objective is to obtain infonnations about the quality ofjuvenile wood from Pinus maximinoi, and compare it to Pinus taeda. To get it, the wood anatomical characteristics, tracheids morphological characteristics from eariy and latewood from different growth rings, reiationship between tracheids dimensions were calculated; trees characteristics, total and commercial height and volume, bark percentage, the wood physical properties, shrinkage properties, strength properties: static bending, compression parailel to grain, shear and hardness; chemical quantitative composition and fibers quaiity from Krafl pulping at Kappa number 31, hand made sheets properties in tear, burst and tensile strength and sheets density were determinated. Correlation between shrinkage properties and strength properties with wood density and latewood percentage were obtained. The nuli hypothesis fIo was tested for ali properties between the two species. The study material was sampled from 15 trees of each specie, for mechanical properties five extra trees for specie were taken, with 11 years old, planted in Ventania municipality, in Paraná State. Both species from PISA - Papel de Imprensa S.A, planted at 800 to 900 m from sea levei, being Pinus maximinoi from provenance triais (CAMCORE Program), and Pinus taeda from commercial piantation, growing in adjacent area. For wood density study, anatomical and chemical studies and pulping, the material were coilected in stem at reiative heights, 0%, 25%, 50%, 75%, 100% and BHD (1,30 m), for mechanicai and shrinkage properties a 2,5 m pole were collected above BHD and sawn to get smali clear specimens for testing in air dry conditions. Properties were obtained according to COPANT, ABNT, ABTCPIIPT and TAPPI Test Methods. The average results in anatomicai characteristics showed that P. maximinoi juvenile wood has significant difference in rays frequency for millimeters, and a more gradual transition between eariy to iatewood in annual rings. The average tracheids morphoiogical dimensions are statistically higher for P. mctximinoi, either in length and diameter, celi wall thickness from eariywood tracheids were higher than P. taeda. Relationships between fibre dimensions showed that P. maximinoi tracheids were more flexible than P. taeda tracheids. Tree characteristics, total and commercial height and volume, are notabiy higher to P. maximinoi trees, bark percentage was higher, also. Trees mean balanced density between species showed no statistically difference, but P. maximinol juvenile wood has notably Iess latewood percentage. The two species showed the general trends for the genus, a decrease of density and latewood percentage in reiation to stem height, in P. maximinoi the decrease is more gradual. The voiumetric, tangential and radial shrinkage from green to ovendry moisture content were significantiy iower in P. maximinoi, longitudinal shrinkage and the rate tangential/radial shrinkage were higher. The coefficients of moisture expansion were similar. P. mciximinoi juveniie wood showed higher Modulus of Rupture and Modulus of Elasticity in Static Bending, and in tangential Shear Strength, lower average values for Hardness in ali directions, with 99% confidence levei, the Modulus of Rupture in Compression paraliel to grain was lower, at 95% confidence levei, and the Modulus of Elasticity showed no difference, the same for radial Shear Strength. The air dry density in the static bending clear specimens showed no differences between species, but for ali others strength properties the density of the clear specimens were statisticaily iower for P. maximinoi. The latewood percentage was always lower in P. maximinoi specimens. The correlation between wood density and Strength properties were all significant and higher for both species, in P. maximinoi the correlations between density and latewood was significant but lower, the same trend occurs to the relations between the Strength properties and latewood; in P. taeda high positive correlation was found between density and latewood percentage, and the last showed high correlation with the Strength properties, slightly lower than for density. In general all results showed higher variability for P. maximinoi, except for Hardness, probably due the large bands of latewood present in the specimens. The chemical quantitative composition showed no differences for lignin content, holocellulose content and wood solubility in cold water, between species, P. maximinoi showed higher total extractives content and lower ashes content. Pulp yielding in Kraft pulping was slightly higher than 45% for both species, without statistic difference, average Tear Index, Burst Index and Breaking Length, showed no statistic difference between species, but considering beating treatments, differences appear in Burst Index and Breaking Length, P. maximinoi pulp showed a better evolution with increasing beating times, the Tear index decrease with beating, and 1'. taeda pulp showed slightly higher values, but only at 40 minutes of beating was a significant difference. Iii general point of view for all results obtained in this study were similar for juvenile wood results of Pinus spp, found in literature, but lower compared to mature wood. Between the two species notably differences were found in trees height, volume, and latewood percentage statistically differences for shrinkage properties, tracheids dimensions and in some Strength properties, although there were similarities in some properties and characteristics, like in tree average density between species, with all presented results, it can be concluded that P. maxininoi has a more homogeneous wood, higher variability among trees, showing a high potential for utilization, in some uses with advantage in relation to it lower latewood percentage

Properties of thermally modified teakwood

Thermal modification is a treatment that seeks to improve the properties of wood and reduce the heterogeneity in its color. The objective of this work was to evaluate the effect of thermal treatment on the anatomical, chemical, physical, mechanical, colorimetric, and thermal stability properties of teakwood. For this, teakwood samples were treated by an industrial autoclave at final cycle temperature of 160 ºC. The reduction of cell wall thickness, the formation of cross-fissures and the crystallization of the wax inside the pores were observed in the anatomical structure. Chemically, the extractives evaporated and the polysaccharides ruptured, of which hemicellulose was the most affected. The heat treatment promoted lower equilibrium moisture, reducing the hygroscopicity and improving the dimensional stability of the wood. Considering the mechanical properties, the rupture modulus and the longitudinal and tangential hardness decreased after the heat treatment. The color of the wood changed significantly, from pink to dark brown. The treated wood had higher thermal stability, with greater weight loss at higher temperatures than the untreated wood

Caracterização anatômica da madeira de Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage.

The wood anatomy of Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage is described. Photomicrographs and photographs in electronic microscope are furnished. Vessels in a diagonal pattern, vasicentric parenchyma, homogeneous rays, libriform and not septated fibers,  pith flecks occasionally were found. The percentage of constituent elements were compared with another species of the family Myrtaceae and the fibers and vascular elements were evaluated in function of the variation in the tree.O presente trabalho trata da descrição dos caracteres gerais e microscópicos da madeira de Eucalyptus benthamii Maiden et Cambage, sendo fornecidas fotomicrografias e fotografias em microscópio eletrônico. Foram encontrados poros em arranjo diagonal, característico do gênero; parênquima vasicêntrico e vasicêntrico confluente; raios homogêneos; fibras libriformes não septadas, e máculas medulares ocasionais. A porcentagem de elementos constituintes foi comparada com outras espécies da família Myrtaceae e as fibras e elementos vasculares avaliados em função da variação dentro da árvore

Diferenciação anatômica da madeira de 4 espécies do gênero Caryocar

An identification key based on anatomic characters is furnished. The species structure was analyzed in relation to wood utilization, taxonomy and filogeny. The results show that Caryocar species are much similar, so its identification is difficult, but the pores diameter and parenchyma can be used for a separation. The graphics shows this variation.Foi elaborada uma chave de identificação baseada em caracteres anatômicos do xilema. A estrutura das espécies foi analisada em relação à taxonomia, filogenia e utilização da madeira. Os resultados obtidos mostraram que as espécies de Caryocar são muito próximas entre si, tornando-se difícil identificação das mesmas pelos caracteres anatômicos qualitativos, entretanto, algumas espécies apresentam caracteres muito peculiares , sendo possível separá-las através do diâmetro dos poros e parênquima axial. Pelos gráficos é possível observar algumas variações no comprimento e diâmetro dos vasos e fibras

Caracterização anatômica da madeira de Grevillea robusta A. Cunn.

The wood anatomy of Grevillea robusta A. Cunn is described. Photomicrographs e photographs in electronic microscope are furnished. Vessels typicaliy in tangential pairs and groups. Parenchyma typicaliy as narrow to wide bands curving inwards between the large rays. Rays of two distinct sizes, usually homogeneous except for occasional sheath cells. Libriform fibers and not septate. Traumatic vertical intercellular canais occasionally present. Stain pith occasionally were found. The constituent elements were analyzed in function of tree position.O presente trabalho trata da descrição dos caracteres gerais e microscópicos da madeira de Grevillea robusta A. Cunn, sendo fornecidas fotomicrografias e fotografias em microscópico eletrônico. Foram encontrados poros múltiplos radiais e tangenciais, associados às faixas de parênquima, formando festões entre os raios; raios homogênios a fracamente heterogêneos, uni e miltisseriados; fibras librioformes não septadas; canais intercelulares radiais e máculas medulares ocasionais. Os elementos constituintes foram avaliados em relação à posição dentro da árvore (base e topo) e dentro do disco (próximo à casca e próximo à medula)

The effect of sanding on the wettability and surface quality of imbuia, red oak and pine wood veneers

The finishing quality of wood products depends on the material's surface and its intrinsic properties. Dynamic wettability is a simple and efficient way to understand the behavior of materials related to solid-liquid interactions according to theoretical and practical perspectives. Thus, we sought to investigate the wettability of imbuia (Ocotea spp.), red oak (Quercus spp.), and pine (Pinus elliottii) woods and its effects before and after sanding. Through the sessile drop technique, we evaluated contact angle and work of adhesion. Sanding changed the samples’ surface quality due to the decrease in contact angle and the increase in the work of adhesion. In addition, the droplet spreading and adsorption observed on the surface of the woods are an indicator of wettability. Pine and red oak had their dynamic contact angle reduced by up to 43 %. However, imbuia was less susceptible to the effects of sanding, since it was found to be a more hydrophobic species; thus, this wood has a more stable surface in terms of dynamic wettability. This may be a result of the effect of low molecular weight compounds on the surface of imbuia wood. The preparation of the wood surface depends on a synergy between the finishing processes and the chemical composition of the surface. Therefore, the results found can indicate which coatings are more suited to these woods

NANOFIBRILLATED CELLULOSE APPLIED AS REINFORCEMENT FOR SHORT-FIBER PAPER

In this work we studied the influence on the mechanical and physical properties of paper made from short-fiber pulp by adding different percentages of nanofibrillated cellulose. Bleached Eucalyptus sp. Kraft pulp was submitted to three different grinding regimes to obtain the nanofibrillated cellulose of 2, 10 and 20 passes through the grinder. Paper was produced by incorporating nanofibrillated cellulose in the proportions of 3, 6 and 9 wt%. The results showed that the addition of nanofibrillated cellulose increased the following mechanical properties: tensile index, tear index, and burst index. The porosity and the apparent density decreased. The addition of 9% of nanofibrillated cellulose obtained from 2 grinding passes provided the best results with improvements in tensile, burst and tear resistance of 111, 114 and 70 %, respectively, in comparison to normal paper. The improvement in the  mechanical properties of paper is related to the very dense network of hydrogen bonds, resulting in greater surface area obtained after defibrillation. Nanofibrillated cellulose can be applied to improve paper quality and for reinforcing composites.

Potential use of nir and visible spectroscopy to analyze chemical properties of thermally treated wood

The modification of wood by thermal treatments produces characteristic changes in its chemical composition and surface color and can improve the structural and esthetic quality. The objective of this paper is to evaluate the potential of near infrared and visible spectroscopy to predict the modifications in chemical composition of Eucalyptys grandis and Pinus taeda after thermal treatment. Near infrared and visible spectra were collected directly on the longitudinal surface of wood samples. The thermally modified wood of both species showed higher content of lignin and extractives than the untreated wood. There was darkening of thermally modified wood, as a result of chemical modification caused by heat. The Near infrared/visible technique identified the groups that were modified by treatment. NIR and visible spectroscopy can be used to predict chemical composition of natural or thermally treated Eucalyptus grandis and Pinus taeda

PROPRIEDADES DO PAPEL KRAFT A PARTIR DA MADEIRA JUVENIL DE Pinus maximinoi, H.E. Moore E Pinus taeda L.

A qualidade das fibras da madeira juvenil de Pinus maximinoi H. E. Moore comparando com Pinus taeda L. foi avaliada em material proveniente de plantações de 11 anos de idade localizados no município de Ventania, Estado do Paraná. Foram investigadas 15 árvores por espécie. O processo utilizado para os cozimentos experimentais foi o sulfato (Kraft). O material utilizado para a obtenção de celulose foi obtido de discos coletados na altura do DAP (1,30m). As condições experimentais dos cozimentos foram: 18% de álcali ativo e 25% de sulfidez; número Kappa de 30 e fator H total de 1150, para três repetições para cada espécie. Os cozimentos foram realizados com 1000g de cavacos, base seca. Para a confecção do papel a mão em laboratório a celulose foi submetida a tratamentos de refinação em moinho tipo Jokro a 150 rpm por 20, 40 e 60 minutos além do tratamento sem refinação. Os rendimentos brutos médios foram superiores a 45%. Os resultados médios das resistências do papel por tratamento de refinação entre as espécies mostraram tendência semelhante entre ambas, ocorrendo, entretanto, no tratamento sem refinação maior densidade aparente para o papel de Pinus maximinoi. Porém com a aplicação dos tratamentos de refinação o comportamento da densidade aparente tornou-se similar. No tratamento sem refinação o valor médio do comprimento de auto-ruptura do papel de Pinus maximinoi foi 11,5% inferior ao de Pinus taeda, sendo, entretanto, incrementado com o aumento dos tempos de refinação. Com 20 minutos foi ligeiramente superior e aos 40 minutos a diferença é 6,6% superior, chegando a 7,9% aos 60 minutos de refinação. A resistência ao estouro no tratamento sem refinação e a 20 minutos apresentou valores inferiores para o Pinus maximinoi. Aos 40 minutos os valores médios são similares, invertendo-se tais valores aos 60 minutos de refinação, quando o estouro é superior para a celulose de Pinus maximinoi. Os valores médios da resistência ao rasgo foram ligeiramente superiores para a celulose de Pinus taeda, porém somente com 40 minutos de refinação houve diferença significativa. A resistência ao estouro e a resistência à tração da celulose e papel de Pinus maximinoi desenvolveu-se de forma mais acentuada com os tratamentos de refinação aplicados. Conclui-se que a madeira de Pinus maximinoi apresenta potencial para a produção de celulose e papel. KRAFT PAPER PROPERTIES FROM Pinus maximinoi H.E. Moore AND Pinus taeda L. JUVENILE WOOD Abstract This research objective was to evaluate the juvenile wood fiber quality of Pinus maximinoi H. E. Moore compared to Pinus taeda L. The material was sampled from 15 trees with 11 years old from fast grown plantations located at Ventania municipality, Paraná State. Sulfate (Kraft) pulping process was used. The pulping material was from BHD (1.30m) disks, cooking conditions were 18% active alkali, 25% sulfidity, Kappa number of 30 and H factor of 1,150 for three repetitions for each specie. Experimental cookings were conduted with 1,000g dry basis wood chips. For pulp handsheets evaluation four treatments were considered: without beating, 20, 40 and 60 minutes beating in Jokro type mill at 150 revolutions per minute. The average pulp yield was slightly higher than 45% for both species, without statistic difference. Without beating treatment P. maximinoi handsheets showed higher apparent specific gravity, however it became similar to P. taeda sheets with beating. Average Tear Index, Burst Index and Breaking Length, showed no statistic difference between species, but considering beating treatments, differences appear in Burst Index and Breaking Length, P. maximinoi pulp showed a better evolution with increasing beating times, at 60 minutes beating treatment P. maximinoi sheets showed 7,9% higher Breaking Length average value. For Burst Index, P. maximinoi sheets showed better improvement with increasing beating treatments, the average value became higher at 60 minutes. The Tear Index decrease with beating, and P. taeda pulp showed slightly higher values, but only at 40 beating minutes was a significant difference. From the observed average results it can be concluded that Pinus maximinoi has potential for utilization for pulp and paper

Caracterização fitossociológica da vegetação no entorno de nascentes de um fragmento de Floresta Ombrófila Mista Montana na bacia do rio das Pedras, Guarapuava (PR)Phytosociological characterization of the vegetation around water springs of the fragme

Foi inventariado um fragmento de Floresta Ombrófila Mista Montana, pouco antropizado, com duas nascentes distanciadas 1,5 metros uma da outra, integrantes da bacia hidrográfica do rio das Pedras, na zona rural do município de Guarapuava, Paraná-Brasil (25o19’30”S e 51o23’55”W), com o objetivo de contribuir para um maior conhecimento da composição florística e fitossociológica da região bem como estudar a importância da vegetação na preservação da qualidade da água que aflora dessas nascentes. Às margens das nascentes foram instaladas 14 parcelas de 200 m2, onde foram inventariados 484 indivíduos, com DAP (diâmetro a altura do peito) mínimo de 5 cm, distribuídos em 23 famílias com 32 espécies. O valor do índice de diversidade de Shannon foi de 2,406. As famílias Fabaceae, Lauraceae, Sapindaceae e Solanaceae foram as que apresentaram maior riqueza de espécies (3). Entre essas três famílias, chama a atenção a Sapindaceae que responde por 43% do total de indivíduos amostrados. A densidade total estimada foi de 1.728 indivíduos/ ha, com DAP médio de 10,32 cm e área basal de 29,82 m²/ha. De acordo com a variável valor de importância (VI), as seis espécies que mais se destacaram foram:Matayba elaeagnoides Radlk; Ocotea puberula (Rich.Nees; Mimosa scabrella Benth; Myrsine coriaceae (Sw.) R. Br. ex Roem. & Shult; Erythrina falcata Benth; Solanum. pseudoquina A.St.-Hil.. Elas respondem, aproximadamente, por 18,75% do total de espécies, 70,25% do total da densidade e por 85,55% do total da dominância. As análises biológicas (coliformes totais e termotolerantes) e físico-químicas (pH, turbidez, cor e fluoretos) da água das nascentes mostram que a vegetação, mesmo em processo de regeneração está desempenhando de forma eficiente seu papel, já que os resultados dos exames laboratoriais, tomando-se como padrão aqueles prescritos na legislação (Portaria no 518/2004 do Ministério da Saúde e Resolução n° 357/2005 do CONAMA) não detectaram contaminação