As madeiras utilizadas para produção de polpa celulósica podem ser divididas em dois grupos em função da fibra: folhosas (fibra curta) e coníferas (fibra longas), as espécies de folhosas são destinadas especialmente a papéis de escrita e impressão. As principais espécies de folhosas utilizadas para produção de polpa de fibra curta em outros países são o Eucalyptus globulus (Península Ibérica e Chile), Eucalyptus nitens (Chile), Populus tremuloides (Canadá), Acacia mangium, Acacia crassicarpa (Indonésia). Este projeto tem por objetivo: avaliar e comparar o desempenho de madeiras utilizadas mundialmente para produção de polpa celulósica de fibra curta considerando parâmetros de qualidade da madeira tais como composição química, densidade básica, características anatômicas da madeira; com objetivo de fornecer informações estratégicas para o setor nacional de celulose e papel, visando o conhecimento e posicionamento em competitividade destas madeiras no mercado mundial. Para a realização deste trabalho foram coletadas 5 árvores de cada espécie as quais foram utilizados cavacos cortados manualmente obtidos de discos; com relação à madeira foram determinadas densidade básica, composição química e dimensões de fibras. Os resultados foram analisados estatisticamente sendo comparadas as diferentes espécies referentes à qualidade da madeira. / Wood used for pulp production may be divided in two major groups regarding fiber function: hardwood (short fiber) and softwood (long fibers). Hardwood species are mainly designated to writing and printing papers. Hardwood principal species used for production of short fiber pulp in other countries are Eucalyptus globulus (Iberian Peninsula and Chile), Eucalyptus nitens (Chile), Populus tremuloides (Canada), Acacia mangium and Acacia crassicarpa (Indonesia). This study aimed to evaluate and compare the performance of the main woods used worldwide for short fiber pulp production regarding wood quality parameters such as chemical composition, basic density and wood anatomical properties, in order to provide strategic information for national pulp and paper industry, aiming the knowledge and competitiveness of these woods at worldwide market. To accomplish this study, 5 trees from each species were collected and wood chips were manually cut. In relation to the wood, basic density, chemical composition and fiber lengths were determined. The results were statistically analyzed and the different species were compared regarding wood quality.

O gênero Acacia apresenta espécies florestais de rápido crescimento, com rotações curtas (7 a 9 anos) e de grande interesse comercial para produção de polpa celulósica, painéis de madeira e energia. No Brasil a utilização de espécies do gênero Acacia na produção de celulose de fibra curta ainda é bastante restrita e são poucos os estudos que demonstram a potencialidade do uso dessa matéria-prima para a obtenção de polpa celulósica com as propriedades alcançadas pelas espécies do gênero Eucalyptus. Este trabalho teve como objetivo analisar o potencial de algumas espécies do gênero Acacia (A.aulacocarpa, A. auriculiformis, A. crassicarpa, A. mangium) plantados no Brasil, para a produção de polpa celulósica Kraft, considerando os aspectos relacionados à qualidade da madeira e da polpa, o consumo de reagentes químicos na polpação e também os aspectos relacionados ao rendimento e a capacidade de produção de polpa celulósica; adicionalmente buscou-se fornecer informações estratégicas para o setor celulósico nacional com relação as possíveis ameaças e as oportunidades apresentadas pelos materiais não utilizados no Brasil. Para realização deste trabalho foram utilizados 11 materiais genéticos distintos e cada um dos materiais genéticos foi considerado um tratamento e todos com 5 anos de idade. As características avaliadas foram: densidade básica, dimensões das fibras, composição química e parâmetros da polpação kraft (rendimento bruto, rendimento depurado, teor de rejeitos, número kappa e relações). Para este último objetivo, as madeiras de cada uma das espécies foram submetidas ao processo de polpação kraft, considerando-se seis níveis de álcali ativo: 18,0; 19,5; 21,0; 22,5; 24,0 e 25,5%, mantendo-se constantes as outras variáveis de cozimento. Observou-se que o modelo de variação longitudinal para densidade básica da árvore mantém uma tendência dos valores serem mais elevados na base e valores mínimos entre 25 e 50% da altura comercial. Quanto à composição química os valores foram distintos para todas as espécies e apresentaram uma variação de 60,99% para A. auriculiformis (1) e 68,79% para A. aulacocarpa (1) como valores mínimo e máximo. Os resultados obtidos quanto às dimensões das fibras não apresentaram padrões definidos de variação entre as espécies. Notou-se quanto aos parâmetros da polpação um efeito diferenciado entre as espécies de Acacia para as distintas cargas de álcali ativo. Considerando a curva de polpação para obtenção de número kappa 18 entre as espécies estudadas, obteve-se como média para a demanda carga de alcalina 23,8% e a média do rendimento depurado nestas condições foi 54,72%. A espécie A. crassicarpa procedência (1) destacou-se por apresentar a maior conversão em massa (ton/ha) de madeira na produção de celulose e a A. mangium procedências (1, 2, 3 e principalmente 4) alcançaram os melhores resultados de rendimento frente ao processo kraft de polpação comparando toas as espécies deste estudo. / The genus Acacia includes fast-growing short-rotation (7 to 9 years) forest tree species of commercial interest to produce pulp, wood panels, and energy. In Brazil, the utilization of species of the genus Acacia to produce short fiber pulp is still highly restricted and few studies are available that demonstrate the potential use of this raw material to obtain pulp presenting the properties displayed by species of the genus Eucalyptus. This study aimed at analyzing the potential of some species of the genus Acacia (A. aulacocarpa, A. auriculiformis, A. crassicarpa, A. mangium) planted in Brazil to produce kraft pulp, considering the aspects related to wood and pulp quality, consumption of chemical reagents during the pulping process, yield, and cellulose pulp production capacity. Furthermore, this work searched for strategical information for the national pulp and paper sector as to possible threats and opportunities presented by materials not used in Brazil in order to provide knowledge and discuss the potential competitiveness of these types of wood in the world market for pulp and paper. To accomplish these goals, we used 11 5-year-old distinct genetic materials, each one of them considered a different treatment. The following traits were evaluated: basic density, longitudinal variation, fiber dimensions, chemical composition, and kraft pulping process parameters (total yield, screened yield, rejects content, kappa number and relations). To carry out these evaluations, each wood species underwent the kraft pulping process considering six levels of active alkalis: 18.0, 19.5, 21.0, 22.5, 24.0, and 25.5%, keeping all other cooking variables constant. We observed that the model of longitudinal variation in the basic density maintains the trend of reaching higher values in the base of the tree and minimum values between 25% and 50% of the commercial height. The values found for the chemical composition were different for all the species studied and the holocellulose content ranged from a minimum of 60.99% found for A. auriculiformis (1) to a maximum of 68.79% found for A. aulacocarpa (1). The results obtained for fiber dimensions did not present defined patterns of variation among the species. The kraft pulping process parameters showed differences among Acacia species for the distinct levels of active alkalis. Considering the pulping process curve to get the kappa number of 18 among the species studied, the average alkali demand was 23.8% and the average depurated yield under these conditions was 54.72%. A. crassicarpa procedure 1 presented the highest conversion into wood mass (t/ha) to produce cellulose and A. mangium procedures (1, 2, 3, and mainly 4) reached the best results in terms of yield when they underwent the kraft pulping process compared to all the species studied herein.

Submitted by Natalie Mendes (nataliermendes@gmail.com) on 2015-11-18T00:32:31Z No. of bitstreams: 1 Disserta??o - Marcelo dos Santos Silva - 2013.pdf: 7962051 bytes, checksum: 4e7968dec1d69dfb701ea5b5c43215dd (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-18T00:32:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Disserta??o - Marcelo dos Santos Silva - 2013.pdf: 7962051 bytes, checksum: 4e7968dec1d69dfb701ea5b5c43215dd (MD5) Previous issue date: 2013-03-25 / Conselho Nacional de Pesquisa e Desenvolvimento Cient?fico e Tecnol?gico - CNPq / This study aimed to contribute to the knowledge of wood anatomy of the Atlantic Forest woody species, discussing their ecological/functional value, in addition to qualifying these species for energy generation and/or papermaking, based on derived values from measurements of the fibers and the bulk density. Serra da Jiboia is one of the areas indicated as priority for conservation of the Atlantic Forest and considered of extreme biological importance in terms of vegetation. Three to ten samples of 25 species were collected in the Serra da Jiboia, El?sio Medrado, Bahia. The portion from 1 to 3 cm from the bark was considered for making a macerate, histological slides, and measurement of the bulk density. The results are shown in two chapters and two appendices. In chapter 1, the existence of ecological trends for the Atlantic Forest of Serra da Jiboia was examined. The high frequency for growth rings boundaries distinct, diffuse porosity, absence of vessel arrangement, simultaneous presence of multiple and solitary vessels, simple perforation plates, tangential diameter of vessel larger than 350 ?m, nonseptate fibers, fiber length between 900-1600 ?m, fibers with simple to minutely bordered pits, rays per millimeter: 4-12, rays and/or axial elements irregularly storied and presence of inorganic inclusions. Most of these characteristics were interpreted as ecological trends for the Atlantic Forest of Serra da Jiboia, based on an analysis of the literature about their functional meanings and their correlation with the environmental characteristics of this environment. A smaller amount was assessed as arising from general evolutionary trends for the angiosperms. The conduction area, mesomorphy and vulnerability index, showed wide variation. More integrated studies involving wood anatomy which consider other aspects of the plants should be developed for a better understanding of the ecologic trends as well as its contrasting variations. In chapter 2, in which the anatomical and physical qualification of the wood for paper and/or energy production was made, four derived values ? wall fraction, flexibility coefficient, Runkel ratio and slenderness ratio ? and bulk density were measured. None of the species displayed all of the derived values optimal for paper production, although if each derived value is considered separately many of them could be qualified for this purpose. Most of the species were considered appropriate for power generation because they exhibit high wall fraction, Runkel ratio and high bulk density, and low flexibility coefficient. Aspidosperma discolor, Helicostylis tomentosa, Miconia amoena and Myrsine guianensis stand out from the rest. In conclusion, Serra da Jiboia proves to be a potential area for sustainable management studies of economically viable timbers. / Esse trabalho teve como objetivo contribuir para o conhecimento da anatomia do lenho de esp?cies arb?reas da Mata Atl?ntica, discutindo seu valor ecol?gico/funcional, al?m de qualificar estas esp?cies para gera??o de energia e/ou fabrica??o de papel, baseando-se nos valores derivados das dimens?es das fibras e na densidade aparente. A Serra da Jiboia ? uma das ?reas indicadas como priorit?rias para conserva??o da Mata Atl?ntica e classificada como de extrema import?ncia biol?gica no quesito vegeta??o. Foram coletadas de tr?s a dez amostras de 25 esp?cies nesta ?rea, localizada no munic?pio de El?sio Medrado, Bahia. Considerou-se a por??o entre 1-3 cm a partir da casca para confec??o de macerado, das l?minas histol?gicas e aferi??o da densidade aparente. Os resultados est?o apresentados em dois cap?tulos, e dois ap?ndices. No cap?tulo 1, examinou-se a exist?ncia de tend?ncias ecol?gicas para a Mata Atl?ntica da Serra da Jiboia, registrou-se alta frequ?ncia para an?is de crescimento distintos, porosidade difusa, aus?ncia de arranjo dos vasos, presen?a simult?nea de vasos solit?rios e m?ltiplos, placa de perfura??o simples, comprimento dos elementos de vasos maior que 350 ?m, fibras com ar?ola das pontoa??es simples a reduzida, presen?a de fibras n?o septadas, comprimento da fibra entre 900-1600 ?m, 4-12 raios por mil?metro, raios e elementos axiais n?o estratificados e presen?a de inclus?es inorg?nicas. A maioria destas caracter?sticas foi interpretada como tend?ncias ecol?gicas para a Mata Atl?ntica atrav?s da discuss?o com a literatura sobre seus significados funcionais e a correla??o destes com as caracter?sticas ambientais desse ambiente. Uma menor quantidade foi avaliada como decorrente das tend?ncias evolutivas gerais para as angiospermas. A ?rea de condu??o, ?ndice de vulnerabilidade e mesomorfismo apresentaram grande varia??o, trabalhos mais integrativos, envolvendo a anatomia da madeira, que considerem outros aspectos das plantas, devem ser desenvolvidos para uma melhor compreens?o das tend?ncias ecol?gicas, bem como da varia??o que se contrap?em a esta. No cap?tulo 2, no qual ? feita a qualifica??o anat?mica e f?sica da madeira para fabrica??o de papel e/ou produ??o de energia, quatro valores derivados ? fra??o parede, coeficiente de flexibilidade, ?ndice de Runkel e ?ndice de enfeltramento ? e a densidade aparente foram mensurados. Nenhuma esp?cie apresentou todos os valores derivados ?timos para a produ??o de papel, embora se considerado cada valor derivado isoladamente muitas delas podem ser qualificadas positivamente para este fim. A maioria das esp?cies apresentou-se aptas ? gera??o de energia por exibirem fra??o parede, ?ndice de Runkel e densidade aparente alta e baixo coeficiente de flexibilidade, destacando-se Aspidosperma discolor, Helicostylis tomentosa, Miconia amoena e Myrsine guianensis. Conclui-se, portanto, que a Serra da Jiboia apresenta-se como uma ?rea em potencial para estudos de manejo sustent?vel de madeiras economicamente vi?veis.

O aumento do consumo da madeira e de seus produtos, como os painéis de madeira, estimula o desenvolvimento de tecnologia de produtos que utilizam os insumos caracterizados como resíduos. Neste aspecto, o país reúne vantagens competitivas, pela extensa área de plantações de eucalipto de alta produtividade, detém a primeira posição na produção de cana-de-açúcar e possui um parque industrial com avançada tecnologia de produção de painéis de fibras e de partículas. Com este contexto, o presente trabalho teve como principal objetivo a confecção e a caracterização tecnológica de painéis de fibras de madeira de eucalipto, Eucalyptus grandis e de partículas do bagaço do colmo de cana-de-açúcar, Saccharum sp. Os ensaios laboratoriais compreenderam, inicialmente, a caracterização macroscópica das matérias primas e suas misturas, bem como classificação granulométrica do bagaço de cana-de-açúcar. Em seguida, foram estabelecidas 2 etapas referentes ao processo de confecção dos painéis, denominadas etapa A (0-100% de bagaço de cana-de-açúcar, com variações de 25%; 14% de resina UF) e etapa B (0-25% de bagaço de cana-de-açúcar, com variações de 5%; 13 e 16% de resina UF). A caracterização tecnológica dos painéis compreendeu a análise da sua morfologia (microscopia MEV, microtomografia de raios X/microCT), densitometria de raios X, propriedades físicas (densidade, inchamento, absorção e umidade), mecânicas (MOR, MOE, resistências à trações perpendicular e superficial, arrancamento de parafuso); análises óticas por deflectometria, química (espectroscopia NIR, teor de formol livre e sílica) e durabilidade natural (bioensaios de fungos xilófagos e cupins). Os resultados da avaliação morfológica indicaram diferenças da estrutura anatômica das matérias primas e de granulometria das partículas de bagaço de cana-de-açúcar. A avaliação morfológica dos painéis evidenciou, através da microCT, a homogeneidade da matriz fibrosa, cuja composição anatômica foi diferenciada através do MEV. Na caracterização das propriedades físico-mecânicas, os perfis de densidade aparente dos painéis, típicos de painéis de fibras, indicaram a influência da matéria prima e sua mistura. Ainda, verificou-se uma redução das propriedades mecânicas, notadamente MOR, MOE e resistência á tração perpendicular, dos painéis confeccionados com mais de 50% de partículas do bagaço de cana-de-açúcar; quanto à resina, 16% resultou em melhor desempenho tecnológico em relação à 13%. Os valores de MOE dos painéis foram similares aos obtidos pela aplicação da técnica ótica de deflectometria. O aumento percentual de partículas do bagaço de cana-de-açúcar nos painéis resultou em redução do teor de formol livre e no aumento do teor de sílica. A aplicação da metodologia NIR permitiu a diferenciação das fibras da madeira de eucalipto e das partículas de bagaço de cana-de-açúcar e seus percentuais praticados. Nos bioensaios os painéis (etapa B) não apresentaram diferenças significativas quanto à resistência ao ataque de fungos e cupins. Os resultados permitem concluir que os painéis de fibras de eucalipto e partículas de bagaço de cana-de-açúcar, como matéria prima alternativa e em percentuais entre 5-25%, apresentaram propriedades tecnológicas que atendem às normas, indicando o potencial da utilização desta biomassa para produtos de maior valor agregado. / The increased consumption of wood and its products, such as wood panels, stimulates the development of technology for products that use inputs characterized as waste. In this respect, Brazil has competitive advantages regarding the large area of high-yield eucalyptus crops; Brazil is the worlds major sugarcane producer and has an industrial sector with advanced technology for fiberboards and particleboards production. Therefore, this study aimed to develop the manufacture and technological characterization of wood fibers from eucalyptus, Eucalyptus grandis, and stalk particles of sugarcane bagasse, Saccharum sp. Laboratory analyses included, initially, the macroscopic characterization of raw materials and their mixtures as well as sorting granules of crushed sugarcane bagasse. Then, two steps were established for the panel-making process, called phase A (0-100% of sugarcane bagasse, with variations of 25%, 14% UF resin) and phase B (0 - 25% of sugarcane bagasse, with variations of 5%, 13 and 16% UF resin). The technological characterization of the panels comprised the morphology analysis (SEM microscopy, X-ray microtomography / microCT), X-ray densitometry, physical properties (density, swelling in thickness, absorption and moisture content), mechanical (MOR, MOE, internal bond, surface resistance and axial withdrawal of screw); optical analysis by deflectometry, chemical (NIR spectroscopy, free formaldehyde content of sand content) and natural durability (bioassays of fungi and termites). The results indicated morphological differences of anatomical structure of raw materials and particle size of sugarcane bagasse. The morphological evaluation of the panels showed, through the microCT, the homogeneity of the fibrous matrix, whose anatomical composition was different through SEM. In the characterization of physical-mechanical properties, the density profiles of the panels, typical of fiberboards, indicated the influence of raw materials and their mixture. Still, there was a reduction of mechanical properties, notably MOR, MOE and internal bond to the panels made with more than 50% of sugarcane bagasse particles; regarding the resin, 16% resulted in better technological performance compared to 13%. The MOE values of the panels were similar to those obtained by applying the deflectometry technique. The percentage of sugarcane bagasse particles in the panels resulted in reduction of the level of free formaldehyde and increase of the sand content. The use of the NIR methodology allowed the differentiation of eucalyptus wood fibers and particles of sugarcane and their percentage applied. In bioassays, the panels (step B) showed no significant differences in resistance to fungi and termites. The results indicate that the panels of eucalyptus fibers and particles of sugarcane bagasse, as an alternative raw material and at percentages between 5-25% showed technological properties that meet the standards, indicating the potential use of this biomass for products with higher value added.

O aumento do consumo da madeira e de seus produtos, como os painéis de madeira, estimula o desenvolvimento de tecnologia de produtos que utilizam os insumos caracterizados como resíduos. Neste aspecto, o país reúne vantagens competitivas, pela extensa área de plantações de eucalipto de alta produtividade, detém a primeira posição na produção de cana-de-açúcar e possui um parque industrial com avançada tecnologia de produção de painéis de fibras e de partículas. Com este contexto, o presente trabalho teve como principal objetivo a confecção e a caracterização tecnológica de painéis de fibras de madeira de eucalipto, Eucalyptus grandis e de partículas do bagaço do colmo de cana-de-açúcar, Saccharum sp. Os ensaios laboratoriais compreenderam, inicialmente, a caracterização macroscópica das matérias primas e suas misturas, bem como classificação granulométrica do bagaço de cana-de-açúcar. Em seguida, foram estabelecidas 2 etapas referentes ao processo de confecção dos painéis, denominadas etapa A (0-100% de bagaço de cana-de-açúcar, com variações de 25%; 14% de resina UF) e etapa B (0-25% de bagaço de cana-de-açúcar, com variações de 5%; 13 e 16% de resina UF). A caracterização tecnológica dos painéis compreendeu a análise da sua morfologia (microscopia MEV, microtomografia de raios X/microCT), densitometria de raios X, propriedades físicas (densidade, inchamento, absorção e umidade), mecânicas (MOR, MOE, resistências à trações perpendicular e superficial, arrancamento de parafuso); análises óticas por deflectometria, química (espectroscopia NIR, teor de formol livre e sílica) e durabilidade natural (bioensaios de fungos xilófagos e cupins). Os resultados da avaliação morfológica indicaram diferenças da estrutura anatômica das matérias primas e de granulometria das partículas de bagaço de cana-de-açúcar. A avaliação morfológica dos painéis evidenciou, através da microCT, a homogeneidade da matriz fibrosa, cuja composição anatômica foi diferenciada através do MEV. Na caracterização das propriedades físico-mecânicas, os perfis de densidade aparente dos painéis, típicos de painéis de fibras, indicaram a influência da matéria prima e sua mistura. Ainda, verificou-se uma redução das propriedades mecânicas, notadamente MOR, MOE e resistência á tração perpendicular, dos painéis confeccionados com mais de 50% de partículas do bagaço de cana-de-açúcar; quanto à resina, 16% resultou em melhor desempenho tecnológico em relação à 13%. Os valores de MOE dos painéis foram similares aos obtidos pela aplicação da técnica ótica de deflectometria. O aumento percentual de partículas do bagaço de cana-de-açúcar nos painéis resultou em redução do teor de formol livre e no aumento do teor de sílica. A aplicação da metodologia NIR permitiu a diferenciação das fibras da madeira de eucalipto e das partículas de bagaço de cana-de-açúcar e seus percentuais praticados. Nos bioensaios os painéis (etapa B) não apresentaram diferenças significativas quanto à resistência ao ataque de fungos e cupins. Os resultados permitem concluir que os painéis de fibras de eucalipto e partículas de bagaço de cana-de-açúcar, como matéria prima alternativa e em percentuais entre 5-25%, apresentaram propriedades tecnológicas que atendem às normas, indicando o potencial da utilização desta biomassa para produtos de maior valor agregado. / The increased consumption of wood and its products, such as wood panels, stimulates the development of technology for products that use inputs characterized as waste. In this respect, Brazil has competitive advantages regarding the large area of high-yield eucalyptus crops; Brazil is the worlds major sugarcane producer and has an industrial sector with advanced technology for fiberboards and particleboards production. Therefore, this study aimed to develop the manufacture and technological characterization of wood fibers from eucalyptus, Eucalyptus grandis, and stalk particles of sugarcane bagasse, Saccharum sp. Laboratory analyses included, initially, the macroscopic characterization of raw materials and their mixtures as well as sorting granules of crushed sugarcane bagasse. Then, two steps were established for the panel-making process, called phase A (0-100% of sugarcane bagasse, with variations of 25%, 14% UF resin) and phase B (0 - 25% of sugarcane bagasse, with variations of 5%, 13 and 16% UF resin). The technological characterization of the panels comprised the morphology analysis (SEM microscopy, X-ray microtomography / microCT), X-ray densitometry, physical properties (density, swelling in thickness, absorption and moisture content), mechanical (MOR, MOE, internal bond, surface resistance and axial withdrawal of screw); optical analysis by deflectometry, chemical (NIR spectroscopy, free formaldehyde content of sand content) and natural durability (bioassays of fungi and termites). The results indicated morphological differences of anatomical structure of raw materials and particle size of sugarcane bagasse. The morphological evaluation of the panels showed, through the microCT, the homogeneity of the fibrous matrix, whose anatomical composition was different through SEM. In the characterization of physical-mechanical properties, the density profiles of the panels, typical of fiberboards, indicated the influence of raw materials and their mixture. Still, there was a reduction of mechanical properties, notably MOR, MOE and internal bond to the panels made with more than 50% of sugarcane bagasse particles; regarding the resin, 16% resulted in better technological performance compared to 13%. The MOE values of the panels were similar to those obtained by applying the deflectometry technique. The percentage of sugarcane bagasse particles in the panels resulted in reduction of the level of free formaldehyde and increase of the sand content. The use of the NIR methodology allowed the differentiation of eucalyptus wood fibers and particles of sugarcane and their percentage applied. In bioassays, the panels (step B) showed no significant differences in resistance to fungi and termites. The results indicate that the panels of eucalyptus fibers and particles of sugarcane bagasse, as an alternative raw material and at percentages between 5-25% showed technological properties that meet the standards, indicating the potential use of this biomass for products with higher value added.