Otimização da Liquefação da Madeira de Pinus pinaster com Poliálcoois
1 - Introdução
A liquefação da madeira não é recente, mas devido ao aumento do preço dos
produtos derivados do petróleo têm surgido muitos estudos nos últimos anos de
modo a melhorar o processo de liquefação da madeira e também as suas possíveis
utilizações. Os processos mais importantes que surgiram nos últimos anos
baseiam-se em agentes de liquefação com um catalisador apropriado que permitem
que a reação seja feita a baixa pressão e temperatura. Os agentes mais
estudados são o fenol com um catalisador ácido ou base, poliálcoois, geralmente
com um catalisador ácido e também carbonatos cíclicos XIE e CHEN (2005),
líquidos iónicos e ésteres dibásicos.
A madeira liquefeita tem vindo a ser utilizada para produzir vários tipos de
resinas diferentes de acordo com o agente utilizado na liquefação. PAN et al.
(2009) usaram madeira liquefeita com fenol, usando um catalisador ácido para
preparar resinas fenólicas do tipo Novolac enquanto HASSAN et al.(2009)
produziram resinas do tipo Resol. ALMA et al.(1998) e ZHANG et al.(2005)
produziram o mesmo tipo de resinas mas recorrendo a catalisadores alcalinos.
Utilizando poliálcoois como agentes de liquefação os tipos de resinas
produzidas são diferentes. LEE e LIN (2008) usaram madeira liquefeita para a
produção de um adesivo à base de poliuretano. Também resinas epóxi foram
preparadas por KOBAIASHI et al.(2000) a partir de madeira liquefeita com
poliálcoois. Além da utilização em resinas a madeira liquefeita com poliálcoois
tem sido também estudada como possível combustível para turbinas (SELJAK et
al.,2012). MANSOURI et al.(2007) estudaram a possibilidade de usar madeira
liquefeita como adesivos de painel de madeira com base de lenhina sem
formaldeído. KUNAVER et al.(2010) estudaram a possibilidade de substituir
parcialmente resinas UF, MF e MUF por madeira liquefeita para a produção de
painéis e concluíram que seria possível substituir até 50% das resinas mantendo
as características mínimas requeridas para este tipo de painéis. CRUZ LOPES et
al.(2013) utilizaram madeira de pinho liquefeita para substituir parcialmente
uma resina MUF e concluíram que com o aumento da madeira liquefeita a força de
adesão diminuiu. No entanto, apesar da diminuição em 30% da resistência interna
para uma mistura de MUF com 50% de madeira liquefeita a resistência ainda se
encontrava dentro dos padrões mínimos exigidos.
O principal objetivo desta pesquisa foi otimizar a percentagem de liquefação da
madeira de pinho pelo processo de poliálcoois com vista à sua potencial
utilização como substituto parcial das resinas de ureia-formaldeído.
2 - Material e métodos
Serrim de pinheiro bravo (Pinus PinasterAit) produzido na serra circular de uma
carpintaria local foi utilizada nos testes. A amostra foi peneirada em três
frações: > 40, 40-60 e < 60 Mesh. A fração 40-60 foi selecionada para os
testes. Etilenoglicol (EG) foi usado como solvente na proporção de 4:1, ou seja
4g de EG para cada grama de madeira seca adicionando 3% de ácido sulfúrico (AS)
como um catalisador baseado na massa de EG. Para alcançar uma melhor
percentagem de liquefação, a mistura foi agitada de modo a obter uma preparação
mais homogénea através de um agitador automático a ±70rpm.
O processo de liquefação foi realizado num reator PARR LKT PED cilíndrico de
vidro de 600ml com duplo revestimento (Figura_1). A temperatura de liquefação
foi 160ºC ou 180ºC (temperatura do óleo na camisa). A solução final foi
solubilizada numa mistura de dioxano e água na proporção de 4:1. Para separar
os resíduos sólidos resultantes da liquefação, utilizou-se uma bomba e um funil
de Buckner com um filtro de papel. A percentagem de liquefação foi calculada
através da seguinte fórmula:
A água e o dioxano foram evaporados com evaporador rotativo a pressão reduzida
de 700mmHg por uma bomba de vácuo.
Foram testados tempos de liquefação entre os 10 e os 120 min, temperaturas de
160ºC e 180ºC e diferentes rácios de madeira/etilenoglicol, 1-2, 1-3, 1-6 e 1-
8 de modo a otimizar a percentagem de liquefação.
3 - Resultados e discussão
3.1 - Otimização da temperatura e tempo de liquefação.
A fim de determinar as melhores condições para liquefazer a biomassa de madeira
da espécie Pinus pinaster, foram testados tempos entre 15 a 120 minutos e
temperaturas de 160ºC e 180ºC de acordo com a Figura_2 Mesmo com apenas 15
minutos é possível obter uma percentagem de liquefação superior a 50% para as
duas temperaturas. Com o aumento do tempo de tratamento a percentagem de
liquefação aumenta, com uma inclinação superior no início do processo, com uma
tendência semelhante a uma curva logarítmica (Figura_2). No final, há uma clara
redução na percentagem de liquefação para ambas as temperaturas. Os resultados
mostram que quanto maior a temperatura, maior éa percentagem de liquefação, no
entanto a utilização de temperaturas mais elevadas, além do maior gasto de
energia, conduz à obtenção de compostos de menor massa e a um aumento da
volatilização dos compostos da liquefação diminuindo a quantidade de madeira
liquefeita. À mesma temperatura a percentagem de liquefação aumenta com o tempo
de tratamento mas apresenta um tempo ótimo a partir do qual a percentagem de
liquefação diminui. Esta diminuição é, possivelmente, devido a reações de
condensação dos produtos de liquefação, pelo que é importante escolher a
temperatura e tempo de liquefação ideais de modo a obter uma percentagem máxima
de liquefação. A percentagem de liquefação máxima foi obtida ao fim de 60 min a
160ºC e ao fim de 30 min a 180ºC. A percentagem máxima de liquefação foi cerca
de 70% para 160ºC e 80% para 180ºC. Sendo assim 30 min a 180ºC seriam o tempo e
temperatura ideais para realizar esta liquefação.
3.2 - Otimização do rácio madeira/etilenoglicol
A otimização do rácio madeira/etilenoglicol é importante pois a utilização de
uma quantidade de reagente superior à necessária para se dar a reação tornaria
o processo mais dispendioso. Uma vez mais o parâmetro otimizado foi a
percentagem de liquefação. Verificou-se que o rácio de madeira/etilenoglicol
influenciou a percentagem de liquefação que variou entre 62% e 88% sendo que os
rácios que apresentaram melhores resultados foram 1:6 e 1:8. Sendo assim 1:
6 será o rácio ideal a partir do qual um aumento do teor de etilenoglicol não
conduzirá a um aumento significativo da percentagem de liquefação. (Figura_3).
As condições ótimas para a realização da liquefação são então 30 min a 180ºC
utilizando um rácio de 1:6 de etilenoglicol. A madeira liquefeita pode agora
ser utilizada na substituição parcial de resinas UF e MUF na produção de
aglomerados de madeira como verificado por CRUZ LOPES et al. (2013).
4 - Conclusões
Os resultados mostram que quanto maior a temperatura, maior a percentagem de
liquefação. À mesma temperatura a percentagem de liquefação aumenta com o tempo
de tratamento segundo uma curva aproximadamente logarítmica até atingir um
máximo decrescendo em seguida, possivelmente devido a reações de condensação
dos produtos de liquefação. A percentagem de liquefação máxima foi obtida ao
fim de 30 min a 180ºC (cerca de 80%) pelo que seria este o tempo e temperatura
ideais para a liquefação. Verificou-se que o rácio de madeira/ etilenoglicol
influenciou a percentagem de liquefação que variou entre 62% e 88% sendo que o
rácio que apresentou melhores resultados com menor concentração de
etilenoglicol foi 1:6.
