Anatomia da madeira modificada termicamente

Ao analisar-se a literatura sobre a anatomia da madeira modificada termicamente, poucos trabalhos foram obtidos, ao contrário daqueles sobre as modificações químicas, mecânicas e físicas decorrentes do processo. Awoyemi e Jones (2011) comentam que, apesar da grande quantidade de trabalhos que vem sendo realizados há muito tempo sobre os efeitos da modificação térmica nas propriedades da madeira, pouco se conhece a respeito das mudanças anatômicas em várias espécies decorrentes do processo.

A ação da temperatura causa alterações na estrutura da madeira, em que, por exemplo, a movimentação dimensional é decorrente da contração e inchamento da parede celular. As paredes celulares da madeira modificada termicamente realizam contração adicional durante o processo, por causa dos espaços vazios deixados pelos constituintes após a perda de massa. Como estas são diferentes entre as camadas, bem como a madeira exibe anisotropia de contração, fissuras e compressões podem se originar nas paredes celulares (FENGEL; WEGENER, 1989).

As fissuras na parede celular decorrentes da modificação térmica ocorrem notadamente na região das quinas das células, entre as camadas S1 e S2, que são

as porções mais frágeis. Estes defeitos também são causados pelo amolecimento da parede celular causado pela temperatura, e não somente pela perda de massa, mesmo a 120°C (temperatura considerada baixa para processos de modificação térmica) (FENGEL; WEGENER, 1989).

Foram avaliadas as alterações nas dimensões de traqueídeos de Pinus

sylvestris modificado termicamente com a obtenção de tempos de relaxação e

coeficientes de difusão, utilizando técnicas de ressonância magnética nuclear em meio líquido. O diâmetro dos traqueídeos aumentou nos tratamentos a 180 e 230°C, e diminuiu na temperatura de 115°C. A alteração dos tempos de relaxação da madeira modificada termicamente, em relação ao controle, se deveu à remoção dos constituintes da parede celular, embora a natureza exata ainda não seja completamente compreendida (HIETALA et al., 2002).

Ainda no mesmo trabalho, foi concluído que a modificação térmica causa o aumento do coeficiente de difusão longitudinal da madeira, provavelmente por causa da perda dos constituintes da parede celular. Porém, para o coeficiente longitudinal, o efeito do processo não alterou significativamente as dimensões celulares. A heterogeneidade é uma característica que dificulta afirmações conclusivas a respeito do efeito da modificação térmica nas dimensões dos elementos celulares da madeira, porque em uma mesma amostra as dimensões podem variar consideravelmente (HIETALA et al., 2002). Para resolver este problema, seria necessário fazer as análises na mesma região das amostras, antes e depois da modificação, conforme realizado no trabalho de Mburu et al. (2007).

O efeito da modificação térmica na estrutura da parede celular de lenho juvenil de Pinus sylvestris foi estudado com técnicas de raios-X. A cristalinidade da madeira aumentou, por causa da degradação das hemiceluloses e lignina, elevando também a resistência da madeira a organismos xilófagos. Houve redução significativa do material amorfo na parede celular, tornando a mesma mais porosa, diminuindo a organização das microfibrilas, porém não alterando o ângulo microfibrilar. O aumento da porosidade da parede celular a tornou mais estável dimensionalmente (ANDERSSON et al., 2005).

Foi discutido que a modificação térmica não alterou a estrutura anatômica da madeira em nível micrométrico, porém houve aumento na quantidade de rachaduras

na parede celular. As alterações nas propriedades da madeira (físicas, mecânicas e durabilidade natural) foram decorrentes, principalmente, da modificação da composição química da parede celular do que por alterações anatômicas (ANDERSSON et al., 2005).

A análise microscópica da madeira de Grevillea robusta modificada termicamente a 250°C, por quatro horas, indicou que a estrutura anatômica foi pouco alterada pela ação do processo, em que vasos, fibras e parênquima (longitudinal e radial) mantiveram suas formas naturais. Originalmente, a madeira possuía extrativos depositados nos vasos, que foram eliminados após o processamento, e esta foi a principal modificação anatômica observada pelos autores (MBURU et al., 2007).

De particular interesse a respeito do efeito da temperatura na anatomia da madeira encontram-se duas pesquisas (BOONSTRA et al. 2006a, 2006b), em que

foi analisada a ação do processo Plato® em espécies de coníferas e folhosas. Em

ambas as pesquisas não foi possível realizar as análises com a técnica de microscopia óptica, por causa de grande redução da qualidade visual, ocasionada por rachaduras, colapso e deformações das células. No entanto, foi possível analisar a anatomia das espécies com a técnica de microscopia eletrônica de varredura.

A modificação térmica causou alterações na estrutura anatômica da madeira, porém tais alterações foram estreitamente dependentes da espécie e das variáveis utilizados no processo. As alterações observadas foram decorrentes, sobretudo, dos defeitos de secagem ocorridos, tais como rachaduras radiais e colapso, causados pelos elevados esforços de secagem e a baixa resistência mecânica de algumas espécies (BOONSTRA et al. 2006a, 2006b).

Mesmo estruturas anatômicas frágeis, tais como a membrana da pontoação de células de parênquima radial (folhosas) e a membrana da pontoação areolada de traqueídeos (coníferas), não foram danificadas pela ação do processo com temperaturas entre 160 e 190°C (BOONSTRA et al., 2006a, 2006b).

Em outro trabalho, em que a madeira de Thuja plicata foi modificada termicamente a 220°C por uma e duas horas, resultados diferentes foram atingidos. O processo causou a destruição das paredes dos traqueídeos e raios, além da

deaspiração das pontoações, em que este fenômeno também resultou em aumento do tamanho das pontoações, criando mais aberturas na madeira. Tais mudanças na anatomia indicam que o conhecimento consolidado da degradação química não é a única razão para as mudanças nas propriedades da madeira derivadas do processo de modificação térmica (AWOYEMI; JONES, 2011).

Um fenômeno foi observado na seção tangencial da madeira tratada de

Picea abies, em que as paredes celulares dos traqueídeos foram quebradas em

vários pontos, resultando em rupturas transversais, conforme a FIGURA 2.1. A ocorrência deste fenômeno está estreitamente relacionada com a ruptura abrupta da madeira em ensaios de flexão (BOONSTRA et al., 2006a).

FIGURA 2.1 - FOTOMICROGRAFIA DA SEÇÃO TANGENCIAL DE TRAQUEÍDEOS LONGITUDINAIS DE Picea abies

FONTE: Boonstra et al. (2006a)

Boonstra et al. (2006b) também observaram o mesmo fenômeno em fibras de folhosas (Populus sp. e Betula sp.). Nestes casos, atribuiu-se o fenômeno à presença de lenho de reação e madeira juvenil. A madeira de reação possui contração longitudinal superior à normal e, também, células mais curtas, em que ambos os fatores podem ter contribuído para a ocorrência de rachaduras transversais nas fibras.

Boonstra et al. (2006b) observaram que células de parênquima radial de madeira original de Fagus sylvatica possuíam interior limpo e claro e, após a modificação térmica, o interior continha extrativos marrom-avermelhados. Estes

extrativos encontravam-se nas paredes celulares, bloqueando as pontoações e impedindo o transporte radial de ar e umidade, podendo causar colapso nas células.

A comparação de fotomicrografias de uma amostra de Pinus sp. aquecida a 25°C, e depois aquecida por 20 minutos em atmosfera com nitrogênio de 20 até 295°C, levaram à conclusão de que a estrutura celular praticamente não foi alterada, porém a resistência mecânica foi severamente reduzida por causa da degradação térmica do material (WINANDY; ROWELL, 1984).

A anatomia das madeiras de Pinus taeda, Eucalyptus grandis e Tectona

grandis foi analisada qualitativamente, por microscopia eletrônica de varredura. As

espécies foram processadas com o VAP HolzSysteme® a 160°C de temperatura final

de ciclo, e foi concluído que não houve alterações na estrutura anatômica das madeiras. Houve incidência de defeitos, tais como rachaduras no tecido radial, que foram associados com a secagem e contração, e não com o processo em si. Em especial para o Eucalyptus grandis, as tiloses permaneceram nos vasos e não ocorreram alterações nas pontoações e, em Tectona grandis, observou-se a presença de caucho (extrativo) no interior dos vasos. Assim, a temperatura utilizada não foi suficiente para causar a remoção dessas substâncias das madeiras (LENGOWSKI, 2011).

Espera-se que não ocorram alterações na forma da parede celular decorrentes do processo de modificação térmica, além daquelas que tenham origem em defeitos e anormalidades da própria madeira (nós, colapso, lenho de reação, por exemplo). Esta hipótese é reforçada por trabalhos de identificação anatômica realizados com carvão.

Por exemplo, foi estudada a anatomia do carvão de dez espécies de folhosas do Cerrado paulista, que foram carbonizadas a 400°C por 40 minutos, ou seja, à temperatura superior às utilizadas em modificação térmica. A escolha das espécies foi por causa da elevada variabilidade de elementos anatômicos presentes, e que poderiam ser potencialmente afetados pela carbonização. Os caracteres anatômicos qualitativos foram mantidos nos carvões das dez espécies, tanto no que se refere à organização celular quanto ao formato e dimensão das fibras e células dos parênquimas longitudinal e radial (GONÇALVES, 2010).