Efeitos de estabilizantes na modificação da madeira de Pinus caribaea

Abstract

Resumo: Métodos de modificação da madeira foram estudados nas últimas décadas, incluindo métodos ativos, como a acetilação, e passivos com a impregnação com ceras. O tratamento de impregnação com ceras é muito mais barato e descomplicado que o processo de acetilação da madeira. Esse estudo teve o objetivo de comparar o comportamento relacionado à água de amostras tratadas por esses dois distintos tratamentos assim como avaliar os efeitos dos tratamentos na estabilidade térmica, propriedades de cor e NIR. Lamelas de Pinus sp foram divididas em três grupos, o primeiro foi mantido como testemunha, o segundo foi acetilado com anidrido acético e o terceiro foi dividido em quarto subgrupos, os quais foram impregnados em um processo de vácuo/pressão com emulsões de parafina com diferentes tamanhos de partícula tendo dois deles sofrido compressão uniaxial. O nível de hidrofobização da superfície foi determinado em goniômetro. A estabilidade térmica foi testada por termogravimetria. Parâmetros de cor e espectros foram coletados em colorimetro. Espectros NIR foram coletados em espectrofotômetro. Modelos exploratórios foram construídos e as diferenças analisadas usando gráficos de loading e score resultado da análise PCA. A compressão uniaxial não resultou em diferença na retenção de cera pelas lamelas. O tamanho de partícula teve influência na penetração da cera na madeira. A impregnação com partículas de 9 µm somente se distinguiu da testemunha na hidrofobização da superfície, enquanto a emulsão com partículas de 3,9 µm resultou em comportamento similar ao da madeira acetilada para absorção de água e hidrofobicidade da superfície. As lamelas impregnadas com ceras tiveram pequena redução na umidade de equilíbrio média, já as acetiladas apresentaram redução de até 75%. As principais diferenças termogravimétricas estão relacionadas à água evaporada pela testemunha e lamelas impregnadas de cera nos primeiros 100°C em contraste a acetilação. As amostras de maior teor de cera (II) tiveram maior perda de massa para temperaturas entre 200 e 360°C. Todos os tratamentos resultaram em mudanças de coloração, especialmente para madeira acetilada que escureceu significantemente. As análises de PCA dos espectros resultaram na segregação da madeira acetilada dos demais tratamentos, especialmente devido à redução dos grupamentos OH. O tratamento II foi segregado da testemunha, enquanto o tratamento com menor teor de cera (IC) foi indistinguível. O tamanho de partícula na emulsão tem alta influência na qualidade da modificação. Quando o tratamento de impregnação com cera é efetivo, o comportamento em contato direto com água líquida é similar ao da madeira acetilada. A principal diferença entre os tratamentos de modificação está relacionada à capacidade de trocar vapor de água com o meio. A impregnação de cera pode desacelerar esse efeito, mas os radicais hidroxila continuam presentes na madeira e capazes de reter água no longo prazo.

Abstract: Methods of wood modification have been studied in the past decades, including active methods like acetylation or passive methods like wax impregnation. The wax impregnation is much cheaper and uncomplicated than the wood acetylation process. This study had the objective to compare the water related performance of this twou treatments, as well as evaluate the influence of the treatments in the thermic stability, color and NIR proprieties. The slats were divided in three groups, the firs was kept untreated as comparison, the second was acetylated using acetic anhydride, and the last one was divided in four subgroups witch were impregnated in a vacuum/pressure method with wax emulsion of two different particle sizes, being two of them submitted to uniaxial compression. The modified slats were tested for water absorption in submersion. The level of surface hydrophobization was determined using a contact angle goniometer. The thermic stability of the samples was tested by thermogravimetry. Color parameter and visible light spectra were measured and collected in colorimeter. NIR spectra were collected in spectrophotometer. Exploratory models were build and differences were analyzed using the loadings and score graph resulted of the PCA analysis. The uniaxial compression resulted in no significant change in the wax retention of the slats. The particle size had significant influence in the penetration of the wax in the wood. The impregnation with emulsions of 9 µm particle size was different from the unmodified wood in surface hydrophobization, while the wood impregnated with a 3,9 µm particle size resulted in similar behavior to the acetylated wood for surface hydrophobization and water absorption. The wax impregnated wood showed small difference in the equilibrium moisture content compared to the unmodified wood, while the acetylated wood showed a decrease of up to 75%. The main differences observed in the thermogravimetric behavior of the modified wood was related to the water content evaporated in the first 100°C for the unmodified, and wax impregnated samples in contrast to the acetylated sample. The sample with the highest wax content (II) showed the greater mass loss in temperatures between 200 and 360°C. All treatment resulted in color changes in the wood surface, specially for the acetylated samples, which darkened significantly. The PCA analysis of the spectra resulted in segregation of the acetylated wood from the other treatments, specially due to the decrease in the OH groups within the wood. The treatment II was segregated from the unmodified wood, while the less wax containing treatment (IC) was undistinguishable. The particle size of the wax emulsion has a high influence in the end quality of the modification. Once the wax impregnation is effective, it behaves similar to the acetylation concerning direct contact to liquid water. The main difference between the two modification methods is related to the ability to exchange water vapor from the environment. The wax impregnation can hinder this process, but the hydroxyl radicals in the wood still are present and able to retain water in the long term.