No presente trabalho estudou-se o comportamento de três amostras de madeira de Eucalyptus globulus nacional, com massas volúmicas básicas entre 467 kg/m3 e 600 kg/m3, no processo de cozimento kraft e analisou-se as características biométricas do material fibroso. As matérias primas em estudo apresentam rendimentos em pasta entre 49 e 59% e as fibras exibem dimensões muito diferentes. O valor médio da espessura de parede das fibras variou entre 2.5 e 3.5 μm, respectivamente para a madeira de massa volúmica básica 467kg/m3 e 600 kg/m3. A largura das fibras varia de forma muito menos acentuada. Em consequência, as fibras de parede fina exibem elevadas flexibilidade e colapsibilidade em estado húmido, enquanto que as de maior espessura de parede são muito mais rígidas. O efeito da refinação sobre estas propriedades é igualmente diferente. As características biométricas reflectem-se de forma muito acentuada na necessidade de refinação e nas características do papel

Amaral, E.

Anjos, O.

Ludovina, F.

Santos, A.

Simões, R.

Repositório Científico do Instituto Politécnico de Castelo Branco

CARACTERISTICAS BIOMÉTRICAS DAS PASTAS DE EUCALYPTUS GLOBULUS PRODUZIDAS A 
PARTIR DE MADEIRA DE DIFERENTES DENSIDADES 
 
 
FLORA LUDOVINA1, ANTÓNIO SANTOS2, EMÍLIA AMARAL2, OFÉLIA ANJOS1 e  
 ROGÉRIO SIMÕES2*
 
1 Unidade Departamental de Silvicultura e Recursos Naturais, Escola Superior Agrária  de Castelo Branco, 6001 
- 909 Castelo Branco, Portugal. 
2 Unidade de Materiais Têxteis e Papeleiros, Universidade da Beira Interior, 6201-001 Covilhã, Portugal. 
*contacto:rsimoes@ubistb.ubi.pt 
 
RESUMO 
No presente trabalho estudou-se o comportamento de três amostras de madeira de Eucalyptus  globulus nacional, 
com massas volúmicas básicas entre 467 kg/m3 e 600 kg/m3, no processo de cozimento kraft e analisou-se as 
características biométricas do material fibroso. As matérias primas em estudo apresentam rendimentos em pasta 
entre 49 e 59% e as fibras exibem dimensões muito diferentes. O valor médio da espessura de parede das fibras  
variou entre 2.5 e 3.5 μm, respectivamente para a madeira de massa volúmica básica 467kg/m3 e 600 kg/m3. A 
largura das fibras varia de forma muito menos acentuada. Em consequência, as fibras de parede fina exibem 
elevadas flexibilidade e colapsibilidade em estado húmido, enquanto que as de maior espessura de parede são 
muito mais rígidas. O efeito da refinação sobre estas propriedades é igualmente diferente. As características 
biométricas reflectem-se de forma muito acentuada na necessidade de refinação e nas características do papel.  
 
Palavras chave: Eucalyptus globulus, densidade da madeira, fibras, flexibilidade, RBA 
 
 
INTRODUÇÃO 
A principal matéria prima usada em Portugal para produzir pasta e papel é o Eucalyptus globulus. A pasta obtida 
a partir do E. globulus ocupa uma posição de destaque no segmento da fibra curta à escala mundial devido às 
características específicas das fibras, que permitem a produção de papéis de impressão e escrita com elevada 
opacidade e lisura e muito boas características de resistência fisico-mecânicas. Este desempenho decorre das 
características biométricas das fibras, nomeadamente da relativamente elevada espessura de parede face ao 
diâmetro do lúmen, o que lhes confere uma rigidez considerável. Para além disso, a baixa largura da fibra 
conjugada com a espessura da parede faz com que a massa linear seja baixa. Esta característica e o moderado 
comprimento da fibra conduz a um elevado número de fibras por grama de pasta e, em consequência, a uma 
elevada superfície específica. Por sua vez, esta determina o coeficiente de difusão de luz e a correspondente 
opacidade. Por outro lado, a variabilidade genética das árvores, as condições edafoclimáticas e a idade do 
câmbio, entre outros factores, conduzem a material lenhoso com diferentes  densidades globais e locais, bem 
como com diferentes características biométricas (Zobel e Buijtenen, 1989; Valente et al, 1992). Por outro lado, o 
efeito das características morfológicas das fibras sobre o seu desempenho papeleiro dentro das gamas exibidas 
pela espécie E. globulus não estão perfeitamente definidos.  
 
Assim, o presente estudo pretende contribuir para melhorar a compreensão do efeito das características 
biométricas das fibras de E. globulus sobre o seu desempenho nas operações de produção de papel e no seu 
desempenho papeleiro.   
 
MATERIAIS E MÉTODOS 
Para a concretização do objectivo acima referido, seleccionaram-se 3 amostras de estilha de E. globulus com as 
seguintes massas volúmicas básicas: 467 kg/m3, 536 kg/m3 e 600 kg/m3.  As dimensões transversais das células 
vegetais na madeira foram determinadas por análise de imagem, tendo-se utilizado o sistema Qwin 500 da Leica. 
Foram retiradas 20 imagens com uma ampliação de 50X e em cada imagem foram medidas 20 espessuras de 
parede de fibras. 
 
Os teores de extractáveis em etanol/tolueno e de lenhina foram determinados de acordo com as normas Tappi T 
204 om-94 e T 222 om-88, respectivamente. 
 
As aparas crivadas foram submetidas a um cozimento kraft para a produção das correspondentes pastas cruas. As 
condições de cozimento encontram-se na Tabela 1. As pastas cruas obtidas, depois de desintegradas e lavadas, 
foram submetidas a um branqueamento ECF segundo uma sequência de cinco estágios (D0 E0 D1 E1 D2). O 
rendimento em pasta, o índice kappa das pastas cruas e as viscosidades das pastas cruas e branqueadas 
encontram-se na tabela 1.  
Tabela 1 – Condições de cozimento e respectivos resultados. 
 Massa volúmica básica (kg/m3) 
 467 536 600 
Alcali efectivo (%, expresso como NaOH) 18,7 18,7 17,9 
Sulfidez (%) 30  30  30  
Relação líquido/madeira 4:1 4:1 4:1 
Tempo até à temperatura máxima (min) 90 90 90 
Tempo à temperatura máxima (min) 60 58 45 
Temperatura máxima (ºC) 160 160 160 
Rendimento (%) 49,0 52,4 58,7 
Incozidos (%) 0,2 3,0 0,9 
Indice kappa 15,3 16,2 14,0 
Viscosidade, cm3.g-1 pasta crua 942 1003 1274 
Viscosidade, cm3.g-1 pasta branqueada 855 982 945 
 
A partir das pastas branqueadas, após refinação a diferentes  níveis (500, 2500 e 4500 revoluções PFI), 
produziram-se folhas laboratoriais de papel, nas quais se determinou a massa volúmica e as restantes 
propriedades físicas, de acordo com os procedimentos standard. Paralelamente, determinaram-se nas suspensões 
os valores médios das seguintes características das fibras: comprimento, largura, massa linear e curvatura, 
usando o aparelho MORFI. A resistência à drenagem da suspensão fibrosa foi determinada de acordo com o 
procedimento standard. A flexibilidade e colapsibilidade das fibras em estado húmido foram determinados 
segundo a metodologia de Steadman e Luner (1995), no aparelho CyberFlex.  
 
 
RESULTADOS E DISCUSSÃO 
As condições de cozimento exigidas pelas 3 amostras de madeira para obter pastas cruas com índices kappa na 
gama 14 – 16,  são bastante diferentes (ver tabela 1). A amostra de madeira que exibe maior densidade básica 
requer condições de cozimento bastante mais suaves e conduziu a um rendimento em pasta cerca de 10 unidades 
superior à amostra com a menor densidade básica. Tal como no presente estudo,  VALENTE et al. (1992) 
verificaram também que a densidade básica do E. globulus está correlacionada positivamente com o rendimento 
em pasta. A variabilidade observada para o rendimento em pasta está igualmente concordante com os resultados 
de outros investigadores, que referem valores na gama dos 52 a 59% (Valente et al.,  1992; Miranda et al. 2003; 
French et al., 2000; Downes e Raymond, 1997). Os teores de extractáveis são semelhantes para as três amostras 
e da ordem de 1%. Relativamente ao teor de lenhina, a amostra de madeira de maior massa volúmica básica (600 
kg/m3) apresenta um teor de lenhina da ordem de 20% enquanto que as restantes amostras exibem um teor da 
ordem de 23%. Face aos resultados do cozimento, fica em aberto a hipótese de haver diferenças importantes no 
que respeita aos teores relativos dos diferentes polissacarídeos. Os dados experimentais seriam compatíveis com 
um maior teor de celulose na amostra de madeira com maior massa volúmica básica. Esta hipótese está a ser 
analisada. 
 
Na Tabela 2 estão representadas as caracterização biométrica das fibras das pastas branqueadas, ao longo do 
processo de refinação, para as três amostras estudadas.  
 
 
Tabela 2 – Características biométricas das fibras 
 
 
Rev. Largura das fibras (m)
Comprimento  
ponderado em 
comprimento (mm) 
Massa linear 
(mg/m) 
Curvatura 
(%) 
0 18,7 0,72 0,049 6,3 
500 18,7 0,72 0,057 6,0 
2500 19,0 0,71 0,054 6,5 467 kg/m
3
4500 19,1 0,70 0,057 6,6 
0 19,3 0,80 0,071 7,1 
500 18,9 0,81 0,062 6,4 
2500 19,5 0,79 0,071 7,1 536 kg/m
3
4500 20,3 0,80 0,064 7,8 
0 19,6 0,86 0,074 6,6 
500 19,4 0,86 0,069 6,0 
2500 20,4 0,83 0,078 7,0 600 kg/m
3
4500 21,1 0,83 0,080 7,7 
Rev. – Número de revoluções PFI 
Os valores representados na figura 1e os da tabela 2 revelam que a madeira com maior densidade básica 
apresenta fibras com maior comprimento e ligeiramente mais largas.  
 
0.6
0.7
0.8
0.9
0 500 2500 4500
Revoluções PFI
C
om
pr
im
en
to
 p
on
de
ra
do
 e
m
 
co
m
pr
im
en
to
 (m
m
)
600 Kg/m3
532 Kg/m3
467 Kg/m3
 
Figura 1 – Variação do comprimento médio ponderado em comprimento das fibras de E. globulus, para os 
diferentes níveis de refinação e para madeiras de diferentes massas volúmicas básicas. 
 
 
0.03
0.04
0.05
0.06
0.07
0.08
0.09
0 1000 2000 3000 4000 5000
Revoluções PFI
M
as
sa
 li
ne
ar
 (m
g/
m
) 600 Kg/m3
532 Kg/m3
467 Kg/m3
 
Figura 2 – Variação da massa linear das fibras de E. globulus, para os diferentes níveis de refinação e 
para madeiras de diferentes massas volúmicas básicas. 
 
 
Relativamente à massa linear do material fibroso (figura 2), verifica-se que há diferenças da ordem dos 40% 
entre as pastas correspondentes às madeiras com as densidades extremas. Considerando apenas as duas amostras 
de madeira com densidades extremas, isto é 467 kg/m3 e 600 kg/m3, verifica-se que as diferenças observadas não 
podem ser atribuídas exclusivamente às diferenças de rendimento em pasta que são da ordem dos 20%. Assim, 
com base nos resultado das figuras 1 e 2, pode afirmar-se com segurança que as dimensões das fibras são 
substancialmente diferentes. As medidas da espessura de parede das fibras na madeira, que constam da tabela 3, 
mostram diferenças da ordem dos 40% para as madeiras com as densidades básicas extremas. A correlação entre 
a densidade básica da madeira e as características das fibras, particularmente a espessura da parede celular é 
referida na literatura (Hakkila, 1998).  
 
 
Tabela 3. Espessuras de parede das fibras das três amostras de madeira de E. globulus. 
 Massa volúmica das madeiras 
 467 kg/m3 536 kg/m3 600 kg/m3
Média (μm) 2.48 3.13 3.52 
Desvio padrão (μm) 0.53 0.60 0.80 
Coeficiente de variação (%) 21.6 19.2 22.9 
 
Relativamente à flexibilidade (WFF) e à área relativa de ligação (RBA) das fibras em estado húmido, verifica-se 
que ambas as características aumentam com o nível de refinação, como era expectável (Figura 3). No entanto, há 
diferenças muito significativas entre as matérias primas testadas. Particularmente no que diz respeito à 
flexibilidade, enquanto que as fibras provenientes da madeira de baixa densidade são, mesmo sem refinação, 
muito flexíveis, as fibras da madeira com elevada densidade apresentam valores de partida muito baixos e são 
bastante afectadas pela refinação. Mesmo para o nível de refinação mais elevado testado neste trabalho (4500 
revoluções PFI) as fibras da madeira de menor densidade exibem fibras mais flexíveis e mais colapsáveis, o que 
é consistente com os dados da massa linear e da espessura de parede das fibras. Apesar da elevada correlação 
entre estas propriedades das fibras e a densidade da madeira, não é lícito tirar conclusões definitivas sobre esta 
correlação, tanto mais que pode haver diferenças muito significativas na composição química das madeiras e das 
pastas.  
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
14.0
16.0
18.0
0 500 2500 4500
Revoluções PFI
Fl
ex
ib
ilid
ad
e 
(x
 1
01
1  N
-1
m
-2
)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
R
B
A
 (%
)
600 Kg/m3
536 Kg/m3
467 Kg/m3
 
Figura 3 – Variação da flexibilidade das fibras em estado húmido ( ––– ) e da RBA das fibras (- - -) da 
pasta de E. globulus, para os diferentes níveis de refinação e diferentes amostras de madeira. 
 
 
Os dados experimentais obtidos para a massa volúmica aparente das folhas de papel laboratorial (Figura 4) 
mostram, tal como era esperado, que as fibras mais flexíveis e mais colapsáveis (ver valores de RBA na figura 3) 
dão origem a papéis mais densos.  
 
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70
0.75
0.80
0.85
0.90
0.95
0 1000 2000 3000 4000 5000
Revoluções PFI
M
as
sa
 V
ol
úm
ic
a(
g/
cm
3 )
467
537
600
 
 
Figura 4 – Massa volúmica do papel em função do nível de refinação, para as três matérias primas. 
 
A Figura 4 evidencia ainda o enorme efeito da refinação  na massa volúmica das folhas, verificando-se um 
aumento desta característica com o nível de refinação, o que se deve à fibrilação externa e interna. Para o mesmo 
nível de tratamento mecânico, a massa volúmica das folhas aumenta com a diminuição da densidade básica da 
madeira. Os valores obtidos para a madeira de densidade básica superior revelam, para todos os níveis de 
refinação, que as folhas são menos densas, o que é consistente com as características biométricas das fibras, 
nomeadamente a sua maior espessura de parede e os  menores valores de flexibilidade e colapsibilidade. 
 
A análise de variância dos dados da massa volúmica das folhas, considerando como variáveis explicativas a 
densidade da madeira e a refinação, confirmam que as variações existentes são essencialmente devidas ao efeito 
da refinação, que explica 78,7%, e ao efeito da densidade da madeira, que explica 15.3%. Para além disso, 
verifica-se que o efeito da refinação é diferente consoante a densidade da madeira (a interacção entre a densidade 
da madeira e o nível de refinação (D x R) explica 5,4% (tabela 4)). 
 
 
 
Tabela 4 – Resumo da análise de variância para a massa volúmica das folhas. 
ORIGEM DA 
VARIAÇÃO G.L. Q.M. F SIG. VAR (%) 
Densidade (D) 2 0,1820 788,36 *** 15,3 
Refinação (R) 3 0,6977 3022,10 *** 78,4 
D x R 6 0,0164 70,88 *** 5,4 
Resíduo 108 0,0002   0,8 
G.L. – graus de liberdade; Q.M. – Quadrado médio; SIG. – nível de 
significância, *** – altamente significativo; VAR (%) – Variância esperada 
expressa em % da variância total. 
 
 
Na figura 5-a representa-se o índice de tracção do papel em função da refinação, para as três amostras de 
madeira. Como era de esperar, as folhas mais densas apresentam maior resistência. Porém, a representação do 
índice de tracção em função da densidade da folha (figura 5-b) evidencia a superioridade das fibras provenientes 
da madeira de maior densidade básica e provavelmente de maior teor de celulose. No entanto, para uma dada 
densidade de folha esta pasta apresenta um coeficiente de difusão de luz muitíssimo inferior (figura 6-a). Para 
além disso, esta pasta de elevada massa linear exibe um índice de rasgamento relativamente baixo, consequência 
do baixo número de fibras por grama. A conjugação destas duas desvantagens conduz a que a relação entre a 
capacidade de difusão de luz e a resistência físico-mecânica das folhas, medida através da raiz quadrada do 
produto do índice de tracção pelo índice de rasgamento, seja desvantajosa para as fibras provenientes da madeira 
de maior densidade. 
 
 
20
40
60
80
100
120
0 1000 2000 3000 4000 5000
Revoluções PFI
Ín
d.
 T
ra
cç
ão
( N
m
/g
)
467
537
600
0
20
40
60
80
100
120
0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Massa volúmica (g/cm3)
Ín
d.
 T
ra
cç
ão
( N
m
/g
)
467
537
600
 
Figura 5 – Índice de tracção em função do nível de refinação (a-esquerda) e da massa volúmica do papel 
(b-direita), para as três matérias primas. 
 
 
 
15
25
35
45
55
0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Massa volúmica (g/cm3)
C
oe
f. 
di
fu
sã
o(
m
2 .K
g-
1 ) 467
537
600
15
20
25
30
35
40
45
50
55
0.0 10.0 20.0 30.0 40.0
(IT*IR)1/2
C
oe
f. 
D
ifu
sã
o 
(m
2  k
g-
1 )
D467
d537
d600
 
Figura 6 – Coeficiente de difusão de luz em função da massa volúmica do papel (a-esquerda) e da raiz 
quadrada do produto do índice de tracção pelo de rasgamento (b-direita), para as três matérias primas. 
 
 
Por outro lado, a representação da resistência à drenagem em função da resistência das folhas não evidencia 
diferenças significativas entre as matérias primas. No entanto, para uma qualquer densidade de folha, a 
resistência à drenagem da suspensão é maior para a suspensão das fibras de maior espessura de parede e de 
maior massa linear (figura 7), consequência provável da maior fibrilação externa atingida com a maior energia 
de refinação requerida para obter uma dada massa volúmica no papel.  
 
 
10
20
30
40
50
60
70
80
0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Massa volúmica (g/cm3)
ºS
R
467
537
600
 
Figura 7 – Resistência à drenagem em função da massa volúmica do papel, para as três matérias primas. 
 
A representação da massa volúmica do papel em função da resistência fisico-mecânica (figura 8) mostra que a 
pasta com fibras de maior espessura de parede alcançam a resistência com menor massa volúmica. No entanto, 
as enormes diferenças na capacidade de difusão de luz (figura 6) acabam por constituir grande desvantagem. 
 
0.40
0.50
0.60
0.70
0.80
0.90
1.00
0.00 10.00 20.00 30.00 40.00
(IT*IR)1/2
M
as
sa
 v
ol
úm
ic
a 
(g
/c
m
3 )
D467
d537
d600
 
Figura 8 – Massa volúmica do papel em função da resistência físico-mecânica, para as três matérias 
primas. 
 
 
Em conclusão, pode afirmar-se que as desvantagens da pasta produzida a partir da madeira de maior massa 
volúmica são a necessidade de maior energia na refinação e o menor coeficiente de difusão de luz, portanto 
menor opacidade, para uma dada resistência mecânica. A madeira com massa volúmica intermédia parece 
conjugar melhor  a resistência físico-mecânica, a difusão de luz e o volume mássico (mão). 
 
 
CONCLUSÕES 
As fibras provenientes da madeira de E. globulus de menor massa volúmica básica apresentam menores 
espessura de parede, comprimento e massa linear, o que se traduziu de forma consistente numa maior 
flexibilidade e colapsibilidade das respectivas fibras. Como era de esperar, estas fibras originam papéis com 
maior densidade e maiores resistências à tracção e rasgamento, para um dado nível de refinação. Considerando a 
resistência mecânica, medida através da raiz quadrada do produto do índice de tracção pelo índice de 
rasgamento, como referência, a pasta proveniente da madeira de maior densidade básica requer mais energia na 
refinação e exibe menor coeficiente de difusão de luz e, portanto, menor opacidade. 
 
Agradecimentos: Os autores agradecem ao Raiz o fornecimento das estilhas para a realização deste trabalho. 
 
 
 
REFERÊNCIAS 
Downes, G. M. e Raymond, C. A. (1997) – Variation in wood density in plantation eucalypts, In Sampling 
plantation Eucalypts for wood and fibre properties, p. 88, Csiro Publishing, Collingwood, Australia.  
French, J., Conn, A.B., Batchelor, W.J. e Parker, I.H. (2000) - The effect of fibre fibril angle on some 
handsheet mechanical properties, Appita J., 53(3): 200.  
Hakkila, P. (1998) In Forest Resources and sustainable management, p. 117-185, Ed. Kellomäki, S., 
Fapet Oy e Tappi. 
Miranda, I., Tomé, M. e Pereira., H. (2003) - The influence of spacing on wood properties for Eucalyptus 
globulus Labill pulpwood. Appita J. 56(2): 140.  
Steadman, R. K. e Luner, P. (1995) - An improved test to measure the wet fiber flexibility of pulp fibers, 
ESPRA report #79, Chapter V, Syracuse, NY.  
Valente, C. A., Mendes de Sousa, A. P., Furtado, F. P. and Carvalho, A. P. (1992) - Improvement program 
for Eucalyptus globulus at Portucel: Technological component, Appita J., 45(6): 403.  
Zobel, B. J. e Buijtenen, J.P.  (1989) – Wood variation: its causes and control, p. 85, Springer-Verlag, 
Berlin. 
 
 
 
 


Portuguese

Características biométricas das pastas de Eucalyptus globulus produzidas a partir de madeira de diferentes densidades

Ludovina, Flora

Santos, António J.

Amaral, Emília

Simões, Rogério

Repositório do Instituto Politécnico de Castelo Branco

CARACTERISTICAS BIOMÉTRICAS DAS PASTAS DE EUCALYPTUS GLOBULUS PRODUZIDAS A PARTIR DE MADEIRA DE DIFERENTES DENSIDADES   FLORA LUDOVINA1, ANTÓNIO SANTOS2, EMÍLIA AMARAL2, OFÉLIA ANJOS1 e   ROGÉRIO SIMÕES2* 1 Unidade Departamental de Silvicultura e Recursos Naturais, Escola Superior Agrária  de Castelo Branco, 6001 - 909 Castelo Branco, Portugal. 2 Unidade de Materiais Têxteis e Papeleiros, Universidade da Beira Interior, 6201-001 Covilhã, Portugal. *contacto:rsimoes@ubistb.ubi.pt  RESUMO No presente trabalho estudou-se o comportamento de três amostras de madeira de Eucalyptus  globulus nacional, com massas volúmicas básicas entre 467 kg/m3 e 600 kg/m3, no processo de cozimento kraft e analisou-se as características biométricas do material fibroso. As matérias primas em estudo apresentam rendimentos em pasta entre 49 e 59% e as fibras exibem dimensões muito diferentes. O valor médio da espessura de parede das fibras  variou entre 2.5 e 3.5 μm, respectivamente para a madeira de massa volúmica básica 467kg/m3 e 600 kg/m3. A largura das fibras varia de forma muito menos acentuada. Em consequência, as fibras de parede fina exibem elevadas flexibilidade e colapsibilidade em estado húmido, enquanto que as de maior espessura de parede são muito mais rígidas. O efeito da refinação sobre estas propriedades é igualmente diferente. As características biométricas reflectem-se de forma muito acentuada na necessidade de refinação e nas características do papel.   Palavras chave: Eucalyptus globulus, densidade da madeira, fibras, flexibilidade, RBA   INTRODUÇÃO A principal matéria prima usada em Portugal para produzir pasta e papel é o Eucalyptus globulus. A pasta obtida a partir do E. globulus ocupa uma posição de destaque no segmento da fibra curta à escala mundial devido às características específicas das fibras, que permitem a produção de papéis de impressão e escrita com elevada opacidade e lisura e muito boas características de resistência fisico-mecânicas. Este desempenho decorre das características biométricas das fibras, nomeadamente da relativamente elevada espessura de parede face ao diâmetro do lúmen, o que lhes confere uma rigidez considerável. Para além disso, a baixa largura da fibra conjugada com a espessura da parede faz com que a massa linear seja baixa. Esta característica e o moderado comprimento da fibra conduz a um elevado número de fibras por grama de pasta e, em consequência, a uma elevada superfície específica. Por sua vez, esta determina o coeficiente de difusão de luz e a correspondente opacidade. Por outro lado, a variabilidade genética das árvores, as condições edafoclimáticas e a idade do câmbio, entre outros factores, conduzem a material lenhoso com diferentes  densidades globais e locais, bem como com diferentes características biométricas (Zobel e Buijtenen, 1989; Valente et al, 1992). Por outro lado, o efeito das características morfológicas das fibras sobre o seu desempenho papeleiro dentro das gamas exibidas pela espécie E. globulus não estão perfeitamente definidos.   Assim, o presente estudo pretende contribuir para melhorar a compreensão do efeito das características biométricas das fibras de E. globulus sobre o seu desempenho nas operações de produção de papel e no seu desempenho papeleiro.    MATERIAIS E MÉTODOS Para a concretização do objectivo acima referido, seleccionaram-se 3 amostras de estilha de E. globulus com as seguintes massas volúmicas básicas: 467 kg/m3, 536 kg/m3 e 600 kg/m3.  As dimensões transversais das células vegetais na madeira foram determinadas por análise de imagem, tendo-se utilizado o sistema Qwin 500 da Leica. Foram retiradas 20 imagens com uma ampliação de 50X e em cada imagem foram medidas 20 espessuras de parede de fibras.  Os teores de extractáveis em etanol/tolueno e de lenhina foram determinados de acordo com as normas Tappi T 204 om-94 e T 222 om-88, respectivamente.  As aparas crivadas foram submetidas a um cozimento kraft para a produção das correspondentes pastas cruas. As condições de cozimento encontram-se na Tabela 1. As pastas cruas obtidas, depois de desintegradas e lavadas, foram submetidas a um branqueamento ECF segundo uma sequência de cinco estágios (D0 E0 D1 E1 D2). O rendimento em pasta, o índice kappa das pastas cruas e as viscosidades das pastas cruas e branqueadas encontram-se na tabela 1.  Tabela 1 – Condições de cozimento e respectivos resultados.  Massa volúmica básica (kg/m3)  467 536 600 Alcali efectivo (%, expresso como NaOH) 18,7 18,7 17,9 Sulfidez (%) 30  30  30  Relação líquido/madeira 4:1 4:1 4:1 Tempo até à temperatura máxima (min) 90 90 90 Tempo à temperatura máxima (min) 60 58 45 Temperatura máxima (ºC) 160 160 160 Rendimento (%) 49,0 52,4 58,7 Incozidos (%) 0,2 3,0 0,9 Indice kappa 15,3 16,2 14,0 Viscosidade, cm3.g-1 pasta crua 942 1003 1274 Viscosidade, cm3.g-1 pasta branqueada 855 982 945  A partir das pastas branqueadas, após refinação a diferentes  níveis (500, 2500 e 4500 revoluções PFI), produziram-se folhas laboratoriais de papel, nas quais se determinou a massa volúmica e as restantes propriedades físicas, de acordo com os procedimentos standard. Paralelamente, determinaram-se nas suspensões os valores médios das seguintes características das fibras: comprimento, largura, massa linear e curvatura, usando o aparelho MORFI. A resistência à drenagem da suspensão fibrosa foi determinada de acordo com o procedimento standard. A flexibilidade e colapsibilidade das fibras em estado húmido foram determinados segundo a metodologia de Steadman e Luner (1995), no aparelho CyberFlex.    RESULTADOS E DISCUSSÃO As condições de cozimento exigidas pelas 3 amostras de madeira para obter pastas cruas com índices kappa na gama 14 – 16,  são bastante diferentes (ver tabela 1). A amostra de madeira que exibe maior densidade básica requer condições de cozimento bastante mais suaves e conduziu a um rendimento em pasta cerca de 10 unidades superior à amostra com a menor densidade básica. Tal como no presente estudo,  VALENTE et al. (1992) verificaram também que a densidade básica do E. globulus está correlacionada positivamente com o rendimento em pasta. A variabilidade observada para o rendimento em pasta está igualmente concordante com os resultados de outros investigadores, que referem valores na gama dos 52 a 59% (Valente et al.,  1992; Miranda et al. 2003; French et al., 2000; Downes e Raymond, 1997). Os teores de extractáveis são semelhantes para as três amostras e da ordem de 1%. Relativamente ao teor de lenhina, a amostra de madeira de maior massa volúmica básica (600 kg/m3) apresenta um teor de lenhina da ordem de 20% enquanto que as restantes amostras exibem um teor da ordem de 23%. Face aos resultados do cozimento, fica em aberto a hipótese de haver diferenças importantes no que respeita aos teores relativos dos diferentes polissacarídeos. Os dados experimentais seriam compatíveis com um maior teor de celulose na amostra de madeira com maior massa volúmica básica. Esta hipótese está a ser analisada.  Na Tabela 2 estão representadas as caracterização biométrica das fibras das pastas branqueadas, ao longo do processo de refinação, para as três amostras estudadas.    Tabela 2 – Características biométricas das fibras   Rev. Largura das fibras (m)Comprimento  ponderado em comprimento (mm) Massa linear (mg/m) Curvatura (%) 0 18,7 0,72 0,049 6,3 500 18,7 0,72 0,057 6,0 2500 19,0 0,71 0,054 6,5 467 kg/m34500 19,1 0,70 0,057 6,6 0 19,3 0,80 0,071 7,1 500 18,9 0,81 0,062 6,4 2500 19,5 0,79 0,071 7,1 536 kg/m34500 20,3 0,80 0,064 7,8 0 19,6 0,86 0,074 6,6 500 19,4 0,86 0,069 6,0 2500 20,4 0,83 0,078 7,0 600 kg/m34500 21,1 0,83 0,080 7,7 Rev. – Número de revoluções PFI Os valores representados na figura 1e os da tabela 2 revelam que a madeira com maior densidade básica apresenta fibras com maior comprimento e ligeiramente mais largas.   0.60.70.80.90 500 2500 4500Revoluções PFIComprimento ponderado em comprimento (mm)600 Kg/m3532 Kg/m3467 Kg/m3 Figura 1 – Variação do comprimento médio ponderado em comprimento das fibras de E. globulus, para os diferentes níveis de refinação e para madeiras de diferentes massas volúmicas básicas.   0.030.040.050.060.070.080.090 1000 2000 3000 4000 5000Revoluções PFIMassa linear (mg/m) 600 Kg/m3532 Kg/m3467 Kg/m3 Figura 2 – Variação da massa linear das fibras de E. globulus, para os diferentes níveis de refinação e para madeiras de diferentes massas volúmicas básicas.   Relativamente à massa linear do material fibroso (figura 2), verifica-se que há diferenças da ordem dos 40% entre as pastas correspondentes às madeiras com as densidades extremas. Considerando apenas as duas amostras de madeira com densidades extremas, isto é 467 kg/m3 e 600 kg/m3, verifica-se que as diferenças observadas não podem ser atribuídas exclusivamente às diferenças de rendimento em pasta que são da ordem dos 20%. Assim, com base nos resultado das figuras 1 e 2, pode afirmar-se com segurança que as dimensões das fibras são substancialmente diferentes. As medidas da espessura de parede das fibras na madeira, que constam da tabela 3, mostram diferenças da ordem dos 40% para as madeiras com as densidades básicas extremas. A correlação entre a densidade básica da madeira e as características das fibras, particularmente a espessura da parede celular é referida na literatura (Hakkila, 1998).    Tabela 3. Espessuras de parede das fibras das três amostras de madeira de E. globulus.  Massa volúmica das madeiras  467 kg/m3 536 kg/m3 600 kg/m3Média (μm) 2.48 3.13 3.52 Desvio padrão (μm) 0.53 0.60 0.80 Coeficiente de variação (%) 21.6 19.2 22.9  Relativamente à flexibilidade (WFF) e à área relativa de ligação (RBA) das fibras em estado húmido, verifica-se que ambas as características aumentam com o nível de refinação, como era expectável (Figura 3). No entanto, há diferenças muito significativas entre as matérias primas testadas. Particularmente no que diz respeito à flexibilidade, enquanto que as fibras provenientes da madeira de baixa densidade são, mesmo sem refinação, muito flexíveis, as fibras da madeira com elevada densidade apresentam valores de partida muito baixos e são bastante afectadas pela refinação. Mesmo para o nível de refinação mais elevado testado neste trabalho (4500 revoluções PFI) as fibras da madeira de menor densidade exibem fibras mais flexíveis e mais colapsáveis, o que é consistente com os dados da massa linear e da espessura de parede das fibras. Apesar da elevada correlação entre estas propriedades das fibras e a densidade da madeira, não é lícito tirar conclusões definitivas sobre esta correlação, tanto mais que pode haver diferenças muito significativas na composição química das madeiras e das pastas.  0.02.04.06.08.010.012.014.016.018.00 500 2500 4500Revoluções PFIFlexibilidade (x 1011  N-1m-2)01020304050607080RBA (%)600 Kg/m3536 Kg/m3467 Kg/m3 Figura 3 – Variação da flexibilidade das fibras em estado húmido ( ––– ) e da RBA das fibras (- - -) da pasta de E. globulus, para os diferentes níveis de refinação e diferentes amostras de madeira.   Os dados experimentais obtidos para a massa volúmica aparente das folhas de papel laboratorial (Figura 4) mostram, tal como era esperado, que as fibras mais flexíveis e mais colapsáveis (ver valores de RBA na figura 3) dão origem a papéis mais densos.   0.450.500.550.600.650.700.750.800.850.900.950 1000 2000 3000 4000 5000Revoluções PFIMassa Volúmica(g/cm3 )467537600  Figura 4 – Massa volúmica do papel em função do nível de refinação, para as três matérias primas.  A Figura 4 evidencia ainda o enorme efeito da refinação  na massa volúmica das folhas, verificando-se um aumento desta característica com o nível de refinação, o que se deve à fibrilação externa e interna. Para o mesmo nível de tratamento mecânico, a massa volúmica das folhas aumenta com a diminuição da densidade básica da madeira. Os valores obtidos para a madeira de densidade básica superior revelam, para todos os níveis de refinação, que as folhas são menos densas, o que é consistente com as características biométricas das fibras, nomeadamente a sua maior espessura de parede e os  menores valores de flexibilidade e colapsibilidade.  A análise de variância dos dados da massa volúmica das folhas, considerando como variáveis explicativas a densidade da madeira e a refinação, confirmam que as variações existentes são essencialmente devidas ao efeito da refinação, que explica 78,7%, e ao efeito da densidade da madeira, que explica 15.3%. Para além disso, verifica-se que o efeito da refinação é diferente consoante a densidade da madeira (a interacção entre a densidade da madeira e o nível de refinação (D x R) explica 5,4% (tabela 4)).    Tabela 4 – Resumo da análise de variância para a massa volúmica das folhas. ORIGEM DA VARIAÇÃO G.L. Q.M. F SIG. VAR (%) Densidade (D) 2 0,1820 788,36 *** 15,3 Refinação (R) 3 0,6977 3022,10 *** 78,4 D x R 6 0,0164 70,88 *** 5,4 Resíduo 108 0,0002   0,8 G.L. – graus de liberdade; Q.M. – Quadrado médio; SIG. – nível de significância, *** – altamente significativo; VAR (%) – Variância esperada expressa em % da variância total.   Na figura 5-a representa-se o índice de tracção do papel em função da refinação, para as três amostras de madeira. Como era de esperar, as folhas mais densas apresentam maior resistência. Porém, a representação do índice de tracção em função da densidade da folha (figura 5-b) evidencia a superioridade das fibras provenientes da madeira de maior densidade básica e provavelmente de maior teor de celulose. No entanto, para uma dada densidade de folha esta pasta apresenta um coeficiente de difusão de luz muitíssimo inferior (figura 6-a). Para além disso, esta pasta de elevada massa linear exibe um índice de rasgamento relativamente baixo, consequência do baixo número de fibras por grama. A conjugação destas duas desvantagens conduz a que a relação entre a capacidade de difusão de luz e a resistência físico-mecânica das folhas, medida através da raiz quadrada do produto do índice de tracção pelo índice de rasgamento, seja desvantajosa para as fibras provenientes da madeira de maior densidade.   204060801001200 1000 2000 3000 4000 5000Revoluções PFIÍnd. Tracção( Nm/g)4675376000204060801001200.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00Massa volúmica (g/cm3)Índ. Tracção( Nm/g)467537600 Figura 5 – Índice de tracção em função do nível de refinação (a-esquerda) e da massa volúmica do papel (b-direita), para as três matérias primas.    15253545550.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00Massa volúmica (g/cm3)Coef. difusão(m2 .Kg-1 ) 4675376001520253035404550550.0 10.0 20.0 30.0 40.0(IT*IR)1/2Coef. Difusão (m2  kg-1 )D467d537d600 Figura 6 – Coeficiente de difusão de luz em função da massa volúmica do papel (a-esquerda) e da raiz quadrada do produto do índice de tracção pelo de rasgamento (b-direita), para as três matérias primas.   Por outro lado, a representação da resistência à drenagem em função da resistência das folhas não evidencia diferenças significativas entre as matérias primas. No entanto, para uma qualquer densidade de folha, a resistência à drenagem da suspensão é maior para a suspensão das fibras de maior espessura de parede e de maior massa linear (figura 7), consequência provável da maior fibrilação externa atingida com a maior energia de refinação requerida para obter uma dada massa volúmica no papel.    10203040506070800.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00Massa volúmica (g/cm3)ºSR467537600 Figura 7 – Resistência à drenagem em função da massa volúmica do papel, para as três matérias primas.  A representação da massa volúmica do papel em função da resistência fisico-mecânica (figura 8) mostra que a pasta com fibras de maior espessura de parede alcançam a resistência com menor massa volúmica. No entanto, as enormes diferenças na capacidade de difusão de luz (figura 6) acabam por constituir grande desvantagem.  0.400.500.600.700.800.901.000.00 10.00 20.00 30.00 40.00(IT*IR)1/2Massa volúmica (g/cm3 )D467d537d600 Figura 8 – Massa volúmica do papel em função da resistência físico-mecânica, para as três matérias primas.   Em conclusão, pode afirmar-se que as desvantagens da pasta produzida a partir da madeira de maior massa volúmica são a necessidade de maior energia na refinação e o menor coeficiente de difusão de luz, portanto menor opacidade, para uma dada resistência mecânica. A madeira com massa volúmica intermédia parece conjugar melhor  a resistência físico-mecânica, a difusão de luz e o volume mássico (mão).   CONCLUSÕES As fibras provenientes da madeira de E. globulus de menor massa volúmica básica apresentam menores espessura de parede, comprimento e massa linear, o que se traduziu de forma consistente numa maior flexibilidade e colapsibilidade das respectivas fibras. Como era de esperar, estas fibras originam papéis com maior densidade e maiores resistências à tracção e rasgamento, para um dado nível de refinação. Considerando a resistência mecânica, medida através da raiz quadrada do produto do índice de tracção pelo índice de rasgamento, como referência, a pasta proveniente da madeira de maior densidade básica requer mais energia na refinação e exibe menor coeficiente de difusão de luz e, portanto, menor opacidade.  Agradecimentos: Os autores agradecem ao Raiz o fornecimento das estilhas para a realização deste trabalho.    REFERÊNCIAS Downes, G. M. e Raymond, C. A. (1997) – Variation in wood density in plantation eucalypts, In Sampling plantation Eucalypts for wood and fibre properties, p. 88, Csiro Publishing, Collingwood, Australia.  French, J., Conn, A.B., Batchelor, W.J. e Parker, I.H. (2000) - The effect of fibre fibril angle on some handsheet mechanical properties, Appita J., 53(3): 200.  Hakkila, P. (1998) In Forest Resources and sustainable management, p. 117-185, Ed. Kellomäki, S., Fapet Oy e Tappi. Miranda, I., Tomé, M. e Pereira., H. (2003) - The influence of spacing on wood properties for Eucalyptus globulus Labill pulpwood. Appita J. 56(2): 140.  Steadman, R. K. e Luner, P. (1995) - An improved test to measure the wet fiber flexibility of pulp fibers, ESPRA report #79, Chapter V, Syracuse, NY.  Valente, C. A., Mendes de Sousa, A. P., Furtado, F. P. and Carvalho, A. P. (1992) - Improvement program for Eucalyptus globulus at Portucel: Technological component, Appita J., 45(6): 403.  Zobel, B. J. e Buijtenen, J.P.  (1989) – Wood variation: its causes and control, p. 85, Springer-Verlag, Berlin.     

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Características biométricas das pastas de Eucalyptus globulus produzidas a partir de madeira de diferentes densidades

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