Tratamento de madeira em alta pressão com o uso de licor negro da indústria de celulose

Abstract

RESUMO: Mesmo em face a todos os avanços da ciência, nos mais diversos campos, é possível retomar às origens e buscar respostas às questões atuais, a fim de entender os mecanismos que as espécies utilizam em resposta as ameaças que enfrentam cotidianamente. Naturalmente as árvores possuem proteção natural contra a ação de microrganismos, podendo ser conferida, por exemplo, por substâncias que impregnam suas células, como compostos fenólicos e os polissacarídeos. Os principais microrganismos que causam danos à madeira são os fungos apodrecedores, e podem ser conhecidos como podridão branca, parda e mole. Os fungos de podridão branca são mais agressivos, pois possuem um sistema enzimático capaz de degradar os principais polímeros da madeira (celulose, hemicelulose e lignina). Os fungos de podridão parda, por outro lado, possuem mecanismos enzimáticos e não enzimáticos para acessar os polissacarídeos da madeira, muitas vezes se formando radicais livres para acessar o conteúdo celular. Apesar de não possuírem enzimas capazes de degradar a lignina, são os que causam maiores perdas de massa da madeira, e promovem drásticas reduções das propriedades mecânicas do material. A madeira é um recurso renovável, durável e de aplicação para diversos usos como energia, produção de celulose e papel e construção civil, indústria de painéis reconstituídos e móveis. No entanto sua durabilidade pode ser comprometida, se não forem aplicados tratamentos e produtos de preservação adequados para sua proteção. O objetivo desse trabalho foi associar o uso do licor negro, uma água residuária do processo Kraft, com a impregnação da madeira em um aparato de alta pressão hidrostática, de forma a melhorar a penetração dos produtos nas células lenhosas da madeira, além de fornecer proteção contra o ataque de fungos apodrecedores. O primeiro capítulo traz uma revisão sobre os temas centrais do trabalho, como o uso de extrativos da madeira, produtos naturais e resíduos com potencial inibidor do desenvolvimento microbiano, e do efeito do uso da alta pressão nas propriedades mecânicas, na retenção e na permeabilidade da madeira. O segundo capítulo traz uma avaliação da atividade antifúngica do licor negro bruto (BL) e do licor negro tradado pelo processo de gaseificação com água supercrítica (BLWSUP), e o cálculo da Concentração Mínima Inibitória (CMI) para cada um dos x fungos apodrecedores avaliados. O terceiro capítulo aborda a patente do equipamento de impregnação em alta pressão e descreve seu funcionamento e aplicabilidade. As conclusões parciais desse trabalho indicam que, os testes com o BL e o BlWsup possuem ação antifúngica contra os fungos apodrecedores avaliados, mesmo em baixas concentrações, e essa ação se deve principalmente à composição majoritária do licor, sendo 90 a 95% lignina, que tem ação antimicrobiana e, principalmente antioxidante comprovada, sendo capaz de inibir o desenvolvimento dos fungos. O quarto capítulo aborda os efeitos do tratamento da madeira à alta pressão sobre as madeiras avaliadas (Pinus caribaea, Pinus taeda, Eucalyptus grandis e E. urophylla), a retenção dos produtos, a avaliação quanto a redução da resistência mecânica da madeira por meio das análises de difração de raios x (DRX), a eficiência do tratamento em alta pressão, principalmente na madeira de cerne do eucalipto, por meio de análises de microscopia eletrônica de varredura e finalmente a degradação da madeira pelo ataque de fungos de podridão branca e parda.

ABSTRACT: Even in the face of all the advances in science, in the most diverse fields, it is possible to return to the origins and seek answers to current questions, to understand the mechanisms that species use in response to the threats they face on a daily basis. Naturally, trees have natural protection against the action of microorganisms, which can be conferred, for example, by substances that impregnate their cells, such as phenolic compounds and polysaccharides. The main microorganisms that cause damage to wood are rotting fungi, and can be known as white, brown, and soft rot. White rot fungi are more aggressive, as they have an enzymatic system capable of degrading the main wood polymers (cellulose, hemicellulose, and lignin). Black rot fungi, on the other hand, have enzymatic and non- enzymatic mechanisms to access wood polysaccharides, often forming free radicals to access cellular contents. Despite not having enzymes capable of degrading lignin, they are the ones that cause the greatest loss of wood mass and promote drastic reductions in the mechanical properties of the material. Wood is a renewable, durable resource that can be used for a variety of uses, such as energy, pulp and paper production and civil construction, reconstituted panels, and furniture industry. However, its durability can be compromised if adequate treatments and preservation products are not applied for its protection. The objective of this work was to associate the use of black liquor, a wastewater from the Kraft process, with the impregnation of the wood in a high hydrostatic pressure apparatus, to improve the penetration of the products in the woody cells of the wood, in addition to providing protection against the attack of rotting fungi. The first chapter brings a review of the central themes of the work, such as the use of wood extractives, natural products, and residues with potential to inhibit microbial development, and the effect of using high pressure on the mechanical properties, retention, and permeability of the wood. The second chapter presents an evaluation of the antifungal activity of the raw black liquor (BL) and the black liquor treated by the gasification process with supercritical water (BLWsup), and the calculation of the Minimum Inhibitory Concentration (MIC) for each of the evaluated rot fungi. The third chapter addresses the patent for the high-pressure impregnation equipment and describes xii its operation and applicability. The partial conclusions of this work indicate that the tests with BL and BlWsup have antifungal action against the evaluated rotting fungi, even at low concentrations, and this action is mainly due to the majority composition of the liquor, being 90 to 95% lignin, which it has proven antimicrobial and, mainly, antioxidante action, being able to inhibit the development of fungi. The fourth chapter deals with the effects of wood treatment at high pressure on the evaluated woods (Pinus caribaea, Pinus taeda, Eucalyptus grandis and E. urophylla), the retention of products, the evaluation regarding the reduction of the mechanical resistance of the wood through the x-ray diffraction analyzes (DRX), the efficiency of the treatment at high pressure, mainly in eucalyptus heartwood, through scanning electron microscopy analyses, and finally the degradation of the wood by the attack of white and brown rot fungi .