Componentes da madeira

Composição química da madeira

	CONÍFERAS	FOLHOSAS
CELULOSE	42±2%	45±2%
HEMI-CELULOSE	27±2%	30±5%
LIGNINA	282±%	20±4%
EXTRATIVOS	5±3%	3±2%

• As células da madeira são constituídas por macromoléculas de polissacarídeos (celulose, hemicelulose) e lignina.
• Outros constituintes intercelulares da madeira são os compostos de massa molecular baixa, que, em geral, estão depositados fora das paredes das células e são denominados genericamente de extrativos. Algumas substâncias solúveis em água, como os sais inorgânicos, também estão presentes na madeira (Gullichsen e Paulapuro, 2000; Burnes, 2000; Schwanninger e Hinterstoisser, 2002; Yokoi ., 2002; Sun e Tomkinson, 2003).

Celulose (alta rigidez e resistência – strength)

• entendendo a estrutura molecular

• homopolissacarídeo linear constituído de unidades de β–Dglicopiranose, unidas por ligações glicosídicas do tipo β(1-4)

• D-glicose = hexose, com 5 hidroxilas OH, 1 aldeído COH
  • poliálcool-aldeído

Celubiose é a união de duas β-D-glicopiranose, que apresenta a OH (circulada) em posição axial, para cima do plano do anel

• a cada ligação glicosídica β(1⮕4) ocorre a formação de uma molécula de água (condensação)

• Polímero linear de até 15 mil resíduos de D-glicose unidos por lig. glicosídicas β(1⮕4);
• cadeia linear e polar β-d-1,4-anidroglicose
  • 1,4 – ligação entre o carbono 1 e 4
  • B – posição axial do grupo OH no carbono 1 (anomérico)
  • D – destro, com as hidroxilas OH à direita do C mais distante do gupo aldeído
  • anidro – devido a formação de água
• cristalina em sua maior parte (50-70%)
• comprimento suficiente para insolubilidade em água e álcool diluído

• forte tendência em formar ligação de hidrogênio intra e intermolecular, moléculas de celulose podem se associar formando microfibrilas, apresentanto regiões cristalinas e amorfas;
• microfibrilas agregam-se para formar as fibrilas e, estas, por sua vez, formam as fibras de celulose (Gullichsen e Paulapuro, 2000; Freire ., 2003)

Hemicelulose (flexibilidade/flexibility e sustentação celulose)

• heteropolissacarídeo responsável por aproximadamente 20-30% da massa seca da madeira
  • uma variedade de monossacarídeos como D-glicose, Dgalactose, D-xilose, D-manose e L-arabinose
  • Além desses, estão presentes ácidos Dglucurônico, D-galacturônico e D-4–metilglucurônico
  • alguns grupos carboxilicos COOH
• tem como principal função proporcionar sustentação à parede celulósica.
• As ligações glicosídicas na hemicelulose podem variar, incluindo ligações α e β.
  • as ligações de hidrogênio não são tão fortes como na celulose
    • permite maior interação com a água devido à diversidade e dinamicidade das ligações de hidrogênio presentes em sua composição. Essa interação facilita processos como a hidratação, a gelificação e outras interações com a água na estrutura da parede celular vegetal.
• A diversidade nas ligações contribui para a solubilidade parcial da hemicelulose em água; capacidade de formar géis em algumas condições
• A hemicelulose preenche os espaços entre as fibras de celulose na parede celular.
• Contribui para a flexibilidade e plasticidade da parede celular.

A natureza foi muito inteligente, porque as cadeias de celulose tem uma ligação com a cadeia de hemicelulose “não homogênea” (as ligações entre as cadeias celulósicas sao homogêneas e muito estáveis formando as microfibrilas). isso é importante quando pensamos na inteligência natural disso pois a hemicelulose preenche os espaços entre as microfibrilas de celulose e essa diferença das ligações é crucial para resistência celular a estresses mecânicos, evitando rachaduras. Quando a parede celular é submetida a forças externas, como pressão ou tensão, as ligações mais flexíveis entre a hemicelulose e a celulose permitem uma maior capacidade de deformação antes da ruptura. Isso é especialmente importante para evitar que as fibras se quebrem facilmente. Então é preciso ter uma interface mais fraca que consiga craquelar e impedir que toda a fibra se craquele, divergindo a força.

Lignina (resistência e estabilidade/stiffness)

• o teor de lignina na madeira varia de 20 a 33%, de massa da madeira seca (Sjöströn e Alén, 1998; D’almeida, 1988).
• macromolécula de composição química complexa, formada por unidades fenilpropanoides substituídas
  • Polímero complexo e amorfo, composta por unidades fenólicas, incluindo coniferyl, sinapil e p-coumaryl.
  • As unidades fenólicas na lignina são conectadas por diferentes tipos de ligações, incluindo ligações β-éter, ligações carbono-carbono e ligações carbono-éter.

• espécies monoméricas são unidas por ligações carbono-carbono (C-C) e ligações carbono oxigênio (C-OC)
• macromolécula natural e amorfa atua como uma “cola” de ligação entre as células, conferindo rigidez à parede celular
• A complexidade dessas ligações contribui para a resistência e estabilidade tridimensional da lignina.
• Os fenóis proporcionam resistência e rigidez.
• Insolúvel em água.
• Não é formada por unidades repetitivas como a celulose.
• Cor marrom
• Textura lenhosa

Celulose + Hemicelulose + Lignina

Água

• H-O-H, polaridade
  • propriedade pontes de hidrogênio: líquido no estado ambiente, não fossem as pontes seria um gás e em temperatura ambiente
  • interagem com qualquer hidroxila O-H
    • logo interagem com os polímeros dos componentes da madeira

Extrativos

• Os extrativos da madeira compreendem uma ampla classe de compostos químicos, que podem ser removidos utilizando solventes orgânicos ou água (Gutiérrez ., 2001a; Schwanninger e Hinterstoisser, 2002; Yokoi ., 2002; Sun e Tomkinson, 2003). Os extrativos lipofílicos são também conhecidos como resinas (Gutiérrez ., 2001a). A composição dos extrativos pode variar, significativamente, entre diferentes espécies de madeira e também dentro das diferentes partes da árvore. Assim, determinadas madeiras podem ser caracterizadas em função da natureza e quantidade de seus extrativos, que são encontrados nas cascas, nas folhas, nas flores, nos frutos e nas sementes; em geral, as quantidades nessas partes da árvore são proporcionalmente maiores que na madeira (Sjöströn e Alén, 1998; Gullichsen e Paulapuro, 2000). Além disso, a quantidade e composição dos extrativos na madeira podem mudar consideravelmente, dependendo dos procedimentos que antecedem o processo de fabricação da polpa, como a época de colheita, a forma de transporte e a estocagem da madeira.